Цепи втулочно-роликовые одорядные ANSI

Цепи втулочно-роликовые однорядные ANSI: конструкция, стандарты и применение

Цепи втулочно-роликовые однорядные, соответствующие стандартам Американского национального института стандартов (ANSI), представляют собой ключевой тип приводных цепей, предназначенных для передачи механической энергии в широком спектре промышленного оборудования. Их основное назначение – эффективная и надежная передача мощности между валами с параллельными осями на значительные расстояния, где применение зубчатых передач или ремней нецелесообразно. Отличительной чертой данного класса цепей является строгая стандартизация размеров, допусков и прочностных характеристик, что обеспечивает полную взаимозаменяемость продукции от различных производителей, сертифицировавших свои изделия по стандартам ANSI B29.1.

Конструктивные особенности и составные элементы

Однорядная втулочно-роликовая цепь ANSI представляет собой сборную конструкцию, состоящую из последовательно соединенных одинаковых звеньев. Каждое звено формируется двумя внутренними и двумя внешними пластинами, соединенными шарнирно.

• Внешние пластины (щечки): Напрессованы на концы валиков и зафиксированы шплинтами или стопорными кольцами. Образуют наружные контуры цепи.
• Внутренние пластины (щечки): Плотно напрессованы на обе стороны втулок, которые свободно вращаются на валике. Между внутренними пластинами устанавливаются ролики.
• Валик: Стальной цилиндр, проходящий через втулку и соединяющий внешние и внутренние пластины. Испытывает нагрузки на срез и изгиб.
• Втулка: Стальная закаленная гильза, запрессованная во внутренние пластины. Обеспечивает опорную поверхность для валика и является основным шарниром трения скольжения в паре с валиком.
• Ролик: Закаленное стальное кольцо, свободно вращающееся на втулке. Его основная функция – контакт с зубьями звездочки, что уменьшает трение и износ как цепи, так и звездочки, преобразуя трение скольжения в трение качения.

Такая конструкция обеспечивает высокий КПД передачи (до 98%), долговечность и способность выдерживать значительные ударные нагрузки.

Система обозначений и основные стандартные размеры (ANSI B29.1)

Стандарт ANSI определяет ряд цепей, где ключевым параметром является шаг цепи (P) – расстояние между центрами соседних валиков. Обозначение цепи включает номер, который косвенно указывает на шаг в долях дюйма. Например, цепь ANSI 40 имеет шаг P = 0.5 дюйма (12.7 мм), где цифра «4» соответствует 4/8, или 1/2 дюйма. Наиболее распространенные серии для средних и тяжелых условий работы – от ANSI 35 до ANSI 240.

Основные параметры популярных типов цепей ANSI

Обозначение ANSI	Шаг (P), мм	Ширина внутреннего звена (W), мм	Диаметр ролика (Dr), мм	Диаметр валика (d1), мм	Минимальная разрушающая нагрузка, кН
ANSI 35	9.525	4.78	5.08	3.30	6.7
ANSI 40	12.70	7.95	7.95	3.98	12.7
ANSI 50	15.875	9.53	10.16	5.09	18.2
ANSI 60	19.05	12.70	11.91	5.96	26.7
ANSI 80	25.40	15.88	15.88	7.94	44.5
ANSI 100	31.75	19.05	19.05	9.54	66.7
ANSI 120	38.10	25.40	22.23	11.11	93.4
ANSI 140	44.45	25.40	25.40	12.71	113.5

Материалы и термообработка

Качество и долговечность цепи напрямую зависят от материалов и технологии упрочнения ее компонентов.

• Пластины: Изготавливаются из средне- или высокоуглеродистой стали (например, сталь 50, 65Mn) методом штамповки. Для повышения усталостной прочности часто применяется цементация или объемная закалка.
• Валики и втулки: Производятся из низкоуглеродистой цементуемой стали (сталь 15, 20). После механической обработки подвергаются цементации (науглероживанию) с последующей закалкой, что обеспечивает твердую износостойкую поверхность (до 60-65 HRC) при сохранении вязкой сердцевины, устойчивой к ударным нагрузкам.
• Ролики: Изготавливаются из аналогичных сталей, что и втулки, и проходят ту же термообработку для сопротивления ударному контакту с зубьями звездочки.

Для работы в агрессивных средах (повышенная влажность, химические пары) цепи могут изготавливаться из нержавеющих сталей (например, AISI 304, AISI 316) или иметь специальные защитные покрытия (цинкование, оксидирование, никелирование).

Критерии выбора и расчет приводной цепи

Выбор цепи ANSI для конкретного привода – инженерная задача, основанная на расчете. Упрощенный алгоритм включает следующие шаги:

1. Определение передаваемой мощности (P_расч): Номинальная мощность двигателя умножается на коэффициент эксплуатации (K_э), учитывающий характер нагрузки (равномерная, с умеренными ударами, ударная), тип привода, количество смен, условия смазки.
2. Выбор шага цепи: Меньший шаг обеспечивает более плавный ход, меньшее динамическое воздействие и шум, но для передачи большой мощности потребуется цепь большей ширины (многорядная). Крупный шаг позволяет передавать большие усилия одним рядом, но приводит к увеличению габаритов и неравномерности хода. Предварительный выбор осуществляется по таблицам мощности, предоставляемым производителями, в зависимости от скорости вращения малой звездочки.
3. Определение числа зубьев звездочек: Минимальное число зубьев малой звездочки (z₁) ограничено для избежания повышенного износа и шума. Для роликовых цепей рекомендуется z_1min = 17-19 зубьев для нормальных скоростей, при низкоскоростных передачах допускается 13-15. Число зубьев большой звездочки (z₂) рассчитывается исходя из требуемого передаточного числа (i = z₂/z₁).
4. Расчет длины цепи в шагах (L_p) и межосевого расстояния (a): Выполняется по стандартным формулам, учитывающим предварительное межосевое расстояние, шаг и числа зубьев звездочек. Полученное значение L_p округляется до ближайшего целого четного числа для удобства соединения цепи.
5. Проверка по частоте ударов и давлению в шарнирах: Окончательная проверка на соответствие допустимым значениям, указанным в стандарте.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание критически важны для достижения расчетного ресурса цепи.

• Натяжение: Цепь не должна быть перетянута или провисать чрезмерно. Нормальное провисание ветви под собственным весом составляет примерно 2-4% от межосевого расстояния. Для длинных передач может потребоваться натяжное устройство (звездочка, ролик).
• Смазка: Является важнейшим фактором долговечности. Рекомендуется непрерывная подача масла в зону стыка внутреннего и внешнего звена. При невозможности организовать циркуляционную смазку применяется капельная подача, окунание или периодическая ручная смазка. Тип масла должен соответствовать температурным и нагрузочным условиям.
• Соосность валов: Несоосность звездочек приводит к неравномерному износу пластин цепи, повышенному шуму и преждевременному выходу из строя. Допустимое отклонение строго регламентировано.
• Защитные ограждения: Обязательны для безопасности персонала и защиты передачи от попадания абразивных частиц и посторонних предметов.

Типовые неисправности и методы диагностики

• Вытяжка цепи: Основная причина износа – естественный износ шарниров (валик-втулка) в процессе работы. Вытяжка измеряется как увеличение шага цепи. Критическим считается вытяжка на 3%, при которой цепь подлежит замене. Измеряется путем приложения к цепи контрольного усилия и замера длины N звеньев.
• Износ зубьев звездочки: Происходит одновременно с износом цепи. Установка новой цепи на изношенную звездочку приводит к ускоренной вытяжке новой цепи. Звездочки рекомендуется менять комплектом с цепью.
• Усталостное разрушение пластин: Проявляется в виде трещин и поломок пластин, вызванных циклическими нагрузками, превышающими предел выносливости материала.
• Заедание шарниров: Результат недостаточной смазки, попадания абразива или коррозии.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие цепи ANSI от цепи по стандарту ISO (европейскому)?

Цепи ANSI и ISO (например, серии 08B, 12B, 16B) метрические и имеют схожие геометрические параметры, но не являются полностью взаимозаменяемыми. Отличия заключаются в допусках на размеры, форме зубьев звездочек, твердости и контроле качества. Например, цепь ANSI 40 и цепь 08B имеют одинаковый шаг 12.7 мм, но могут различаться по ширине, диаметру ролика и, что критично, по толщине пластин. Совместное использование цепи одного стандарта со звездочкой другого приводит к ускоренному износу.

Когда следует выбирать однорядную цепь, а когда многорядную (двух-, трехрядную)?

Однорядная цепь выбирается при умеренных нагрузках и в условиях ограниченной ширины конструкции. Многорядная цепь (ANSI Duplex, Triplex) применяется для передачи больших мощностей на той же скорости и с тем же шагом, что и однорядная, за счет увеличения площади контакта валиков и втулок и распределения нагрузки между рядами. Она позволяет уменьшить шаг передачи (и, следовательно, габариты) при сохранении мощности.

Как правильно определить степень износа (вытяжки) цепи в полевых условиях?

Наиболее точный метод – измерение длины фиксированного количества звеньев под нагрузкой. Натяните цепь и измерьте длину, например, 10 или 20 звеньев, от центра первого до центра последнего валика. Сравните с номинальной длиной (шаг

• количество звеньев). Превышение номинальной длины на 1.5-2% указывает на значительный износ и необходимость планирования замены. На 3% цепь считается непригодной к дальнейшей эксплуатации.

Какие существуют типы соединительных (замыкающих) звеньев для цепей ANSI?

Существует два основных типа: соединительное звено с пружинным замком (используется дополнительная изогнутая пластина, фиксируемая пружинным клином) и соединительное звено со шплинтом (валик имеет проушину для установки шплинта). Первый тип считается более надежным для высокоскоростных передач. Также для создания бесконечной цепи применяется переходное звено, которое позволяет соединить два внутренних конца цепи, но оно слабее стандартного звена.

Можно ли использовать цепь ANSI в условиях повышенной влажности или на улице?

Стандартные цепи из углеродистой стали подвержены коррозии. Для таких условий необходимо выбирать цепи с защитным покрытием (оцинкованные, никелированные) или изготовленные из нержавеющей стали марки AISI 304 или AISI 316. Следует учитывать, что защитное покрытие может изнашиваться в зоне шарнира, а цепи из нержавеющей стали имеют более низкие прочностные характеристики по сравнению с термически обработанными углеродистыми сталями и требуют тщательного подбора по нагрузке.

Какой минимальный и максимальный рекомендуемый ресурс у цепи ANSI при правильной эксплуатации?

Ресурс цепи измеряется в часах наработки до вытяжки на 3%. При идеальных условиях (правильный расчет, качественная смазка, чистая среда, соосность) ресурс может превышать 15 000 часов. В типовых промышленных условиях ресурс составляет 5 000 – 10 000 часов. При работе в запыленной среде, с перегрузками или недостаточной смазкой ресурс может сократиться до 1 000 – 2 000 часов.