Цепи втулочные однорядные

Цепи втулочные однорядные: конструкция, стандарты, применение и подбор

Цепи втулочные однорядные (также известные как приводные роликовые цепи с втулками) представляют собой ключевой тип тягово-приводных цепей, предназначенных для передачи механической энергии между валами, удаленными на значительное расстояние, а также для транспортировки грузов. Их основное отличие от стандартной роликовой цепи типа ПР (по ГОСТ 13568-97) заключается в наличии сплошной втулки между внутренней пластиной и роликом, что существенно повышает износостойкость и долговечность соединения при высоких нагрузках и в условиях загрязнения.

Конструкция и основные компоненты

Каждое звено втулочной однорядной цепи собирается из четко стандартизированных элементов, каждый из которых выполняет критически важную функцию.

• Внешние пластины (щеки): Парные элементы, которые удерживают оси (пины) и являются основным силовым компонентом, работающим на растяжение. Изготавливаются из высококачественной легированной стали с последующей термообработкой.

Внутренние пластины: Парные элементы, запрессованные в отверстия втулок. Служат для соединения звеньев и также работают на растяжение.

Втулка: Полый цилиндр, жестко запрессованный в отверстия внутренних пластин. Внутренняя поверхность втулки является рабочей поверхностью скольжения для оси. Наружная поверхность служит опорой для ролика. Наличие втулки увеличивает площадь контакта и износостойкость шарнира.

Ось (пин): Цилиндрический стержень, проходящий через втулки соседних звеньев и жестко закрепленный во внешних пластинах. Передает нагрузку с пластин на втулку в шарнирном соединении.

Ролик: Надет на втулку свободно. Его основная функция – уменьшение износа зубьев звездочки и втулки цепи за счет замены трения скольжения на трение качения при входе в зацепление. В транспортерных цепях может иметь специальную форму.

Сборка цепи осуществляется методом прессовой посадки, что обеспечивает высокую прочность и геометрическую стабильность звена.

Ключевые стандарты и маркировка

Производство втулочных цепей регламентируется рядом международных и национальных стандартов, что обеспечивает взаимозаменяемость и предсказуемые характеристики.

Основные стандарты для втулочных однорядных цепей

Стандарт	Обозначение	Краткое описание
ГОСТ	ГОСТ 13568-97 (цепи приводные роликовые и втулочные)	Основной стандарт на территории стран СНГ. Определяет типоразмеры, параметры и методы испытаний. Цепи втулочные обозначаются как ПВ.
ISO	ISO 606 (Short-pitch transmission precision roller and bush chains)	Международный стандарт, гармонизированный с европейскими и американскими. Шаг цепи указывается в дюймах, но обозначается метрически (например, 08B соответствует шагу 1/2 дюйма).
ANSI	ANSI B29.1	Американский стандарт. Типоразмеры обозначаются числом, кратным 1/8 дюйма (например, цепь №40 имеет шаг 40/8 = 1/2 дюйма).
DIN	DIN 8187, DIN 8188	Немецкие стандарты на приводные роликовые и втулочные цепи.

Маркировка цепи включает в себя указание типа (ПВ – цепь втулочная), шага в миллиметрах и разрушающую нагрузку в декаНьютонах (даН). Например, ПВ-19,05-31,8 расшифровывается как: Цепь Втулочная с шагом 19,05 мм (что соответствует 3/4 дюйма) и шириной внутреннего звена 31,8 мм. В международной маркировке это соответствует типоразмеру 12B.

Материалы и технологии производства

Качество и ресурс цепи напрямую зависят от материалов и процессов обработки.

• Пластины: Изготавливаются из средне- или высокоуглеродистой стали (например, 45, 50, 40Х) методом штамповки. Обязательно проходят термообработку (закалку с отпуском) для достижения высокой твердости (HRC 40-50) и усталостной прочности.
• Втулки и оси: Производятся из цементируемых сталей (например, 15Х, 20Х). После механической обработки подвергаются цементации (насыщению поверхности углеродом) и закалке, что создает чрезвычайно твердый (HRC 55-62) и износостойкий поверхностный слой при вязкой сердцевине.
• Ролики: Изготавливаются из аналогичных втулкам сталей, также с цементацией и закалкой.
• Сборка и финишная обработка: После прессовой сборки цепь может подвергаться обкатке для приработки шарниров, а также различным видам защитных покрытий: оксидирование (воронение), фосфатирование, нанесение цинка или кадмия (гальваника), нанесение полимерных покрытий для работы в агрессивных средах.

Области применения в энергетике и промышленности

Втулочные цепи, благодаря своей надежности и долговечности, находят широкое применение в ответственных узлах.

• Приводы механизмов ТЭС и АЭС: Приводы регенеративных воздухоподогревателей (РВП), золоудаления, шлакоудаления, питательных насосов, механизмов поворота солнечных батарей. Здесь важна стойкость к вибрациям и длительный ресурс.
• Конвейерные системы: В горнодобывающей, металлургической, цементной промышленности для транспортировки сырья, кокса, агломерата, горячих грузов. Используются специальные исполнения с увеличенными зазорами для работы в абразивной среде.
• Приводы насосов и компрессоров: В нефтегазовой и химической промышленности, где требуется передача значительного крутящего момента на больших межосевых расстояниях.
• Механизмы управления: Заслонками, шиберами, клапанами в системах вентиляции и пневмотранспорта.

Критерии выбора и расчет параметров

Подбор втулочной цепи – инженерная задача, требующая учета множества факторов.

Основные параметры для выбора цепи

Параметр	Обозначение	Описание и единицы измерения
Шаг цепи	p	Расстояние между осями соседних роликов. Основной размер, определяющий габариты цепи и звездочки. Измеряется в мм или долях дюйма.
Ширина внутреннего звена	b1 (min)	Внутренняя ширина цепи между внутренними пластинами. Определяет ширину зуба звездочки.
Диаметр ролика	d1 (max)	Наружный диаметр ролика. Влияет на профиль зуба звездочки и износостойкость.
Диаметр втулки	d2 (max)	Наружный диаметр втулки.
Разрушающая нагрузка	Q (Fu)	Минимальная статическая нагрузка, при которой происходит разрушение цепи. Указывается в каталогах (кН, даН).
Допускаемое рабочее натяжение	Fp	Расчетная нагрузка, которую цепь может передавать в данных условиях. Определяется с учетом коэффициента запаса прочности (обычно от 7 до 20 и более).

Последовательность расчета:

1. Определение передаваемой мощности (P) и частоты вращения ведущей звездочки (n1).
2. Выбор предварительного типоразмера по таблицам мощности в зависимости от n1 и числа зубьев малой звездочки (z1).
3. Проверка по допустимому давлению в шарнире: p = F / A ≤ [p], где F – окружное усилие, A – проекция площади контакта ось-втулка.
4. Проверка по коэффициенту запаса прочности: n = Q / (F_max + F_д + F_f) ≥ [n], где F_max – максимальное рабочее усилие, F_д – динамическая составляющая, F_f – усилие от провисания.
5. Определение геометрических параметров передачи: межосевое расстояние, длина цепи в шагах, число зубьев ведомой звездочки.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж и уход определяют фактический срок службы цепи.

• Монтаж: Оси соединительного звена должны быть установлены наружу, в сторону, противоположную направлению движения. Запрещается расклепывание осей на месте – используются только стандартные соединительные звенья или заклепки, поставляемые производителем. Соосность валов и параллельность плоскостей звездочек критически важны.
• Смазка: Наиболее важный фактор для увеличения ресурса. Рекомендуется непрерывная циркуляционная смазка в высокоскоростных приводах. Для тихоходных передач допустимо периодическое капельное или погружное смазывание. Смазочный материал должен проникать в зазор между осью и втулкой.
• Контроль: Регулярный визуальный осмотр на наличие трещин в пластинах, износ шарниров (удлинение цепи), коррозию. Удлинение цепи более 3% от первоначальной длины обычно является показанием к замене.
• Натяжение: Должно обеспечивать необходимый провес (обычно 2-4% от межосевого расстояния). Чрезмерное натяжение ведет к повышенному износу и нагрузке на валы.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие втулочной цепи (ПВ) от роликовой (ПР)?

В роликовой цепи (ПР) ролик свободно вращается на втулке, а втулка, в свою очередь, свободно вращается на оси. Во втулочной цепи (ПВ) ролик свободно вращается на неподвижно закрепленной во внутренних пластинах втулке. Ось жестко закреплена во внешних пластинах и работает в шарнире с внутренней поверхностью втулки. Это увеличивает площадь контакта в шарнире, снижая удельное давление и износ, особенно в условиях ударных нагрузок и загрязнения.

Когда следует выбирать именно втулочную цепь, а не роликовую?

Втулочные цепи предпочтительны в следующих случаях: при относительно низких скоростях (до 6-8 м/с) и высоких нагрузках; в условиях повышенного абразивного износа (пыль, песок); для тихоходных конвейеров и транспортеров; в приводах с тяжелыми условиями пуска и работы; когда требуется повышенный ресурс и надежность при больших межосевых расстояниях.

Как правильно определить износ цепи и момент ее замены?

Основной критерий – измерение удлинения цепи. На измеренном участке (желательно 100-120 звеньев) замеряют фактическую длину и сравнивают с номинальной. Превышение удлинения на 3% для приводных цепей и на 2-2.5% для тяговых/конвейерных цепей свидетельствует о критическом износе шарниров и необходимости замены. Также цепь подлежит замене при обнаружении трещин, сколов, деформации пластин или роликов.

Можно ли соединять цепи разных производителей, но одного типоразмера?

Категорически не рекомендуется. Несмотря на соответствие одному стандарту (например, ISO 606), допуски на геометрические параметры (шаг, диаметры осей и втулок, толщина пластин) у разных производителей могут незначительно отличаться. Соединение таких цепей приводит к неравномерному распределению нагрузки, ускоренному износу и повышенному шуму. В одной передаче должны использоваться цепи одного производителя и одной партии.

Какие существуют специальные исполнения втулочных цепей?

• С увеличенными зазорами (для абразивных сред): Увеличенный радиальный зазор между втулкой и осью/роликом предотвращает заклинивание при попадании абразива.
• С твердым покрытием (H-Class): Дополнительная поверхностная закалка или напыление износостойких материалов.
• Нержавеющие: Изготавливаются из сталей AISI 304, 316 для пищевой, химической промышленности и работы в условиях повышенной влажности.
• С прикреплениями: С особыми пластинами для крепления скребков, ковшей, полок в конвейерных системах.

Как влияет количество зубьев звездочки на работу цепи?

Меньшее число зубьев (z1 120) может привести к соскакиванию цепи при износе из-за меньшей амплитуды поперечных колебаний.

Заключение

Цепи втулочные однорядные остаются незаменимым элементом в арсенале инженера-механика для создания надежных, долговечных и эффективных тягово-приводных систем в энергетике и тяжелой промышленности. Их правильный выбор, основанный на точном расчете нагрузок и условий эксплуатации, корректный монтаж с соблюдением соосности и натяжения, а также систематическое обслуживание с упором на качественную смазку – ключевые факторы, обеспечивающие многолетнюю безотказную работу ответственного оборудования. Понимание конструкции, стандартов и принципов работы данных цепей позволяет оптимизировать затраты на техническое обслуживание и минимизировать риски внеплановых остановок производства.