Цепи зубчатые ГОСТ

Цепи зубчатые: конструкция, стандартизация и применение в электротехнической и кабельной промышленности

Цепь зубчатая (роликовая зубчатая цепь) представляет собой специализированный тип приводной цепи, в которой зубья звездочки входят во впадины между пластинами цепи, обеспечивая положительное зацепление. Это ключевой элемент в механических приводах широкого спектра промышленного оборудования, включая линии для производства и прокладки кабельной продукции, электротехническое оборудование, станки и конвейерные системы. Основным нормативным документом, регламентирующим параметры, размеры и технические требования к данным изделиям на территории Российской Федерации и стран СНГ, является межгосударственный стандарт ГОСТ 13576-81 «Цепи роликовые зубчатые. Типы, основные параметры и размеры».

Конструктивные особенности и принцип действия

В отличие от стандартной роликовой цепи (ГОСТ 13568-75), где передача усилия происходит за счет трения ролика о зуб звездочки, в зубчатой цепи реализован принцип положительного зацепления. Цепь состоит из набора зубчатых пластин (ламелей), собранных в пакеты, которые шарнирно соединены между собой с помощью соединительных пластин, валиков и втулок. Зубья звездочки входят в зазор между двумя соседними пластинами, что исключает проскальзывание и обеспечивает высокую кинематическую точность. Такая конструкция дает ряд преимуществ: высокий КПД, возможность работы на высоких скоростях (до 40 м/с и выше), низкий уровень шума и вибрации, повышенную износостойкость и долговечность.

Классификация и основные параметры по ГОСТ 13576-81

Стандарт устанавливает два основных типа зубчатых цепей в зависимости от формы рабочей поверхности пластин:

• Тип А – с прямолинейной рабочей гранью. Более простая в изготовлении, применяется в приводах с умеренными скоростными и нагрузочными характеристиками.
• Тип Б – с криволинейной рабочей гранью (радиусной или эвольвентной). Эта форма обеспечивает более плавное и точное зацепление, снижает контактные напряжения и является предпочтительной для высокоскоростных и высоконагруженных передач.

Основным параметром цепи, определяющим все ее геометрические и прочностные характеристики, является шаг (P) – расстояние между центрами двух соседних шарниров. ГОСТ 13576-81 устанавливает следующий ряд шагов (в мм): 9,525; 12,70; 15,875; 19,05; 25,40; 31,75.

Важнейшей характеристикой является ширина цепи, которая напрямую влияет на нагрузочную способность. Стандарт предусматривает несколько типоразмеров для каждого шага, обозначаемых номером цепи. Полное обозначение включает тип, шаг в мм и ширину в мм. Например: ЦРЗ-2-19,05-38 (Цепь Роликовая Зубчатая, тип 2, шаг 19,05 мм, ширина 38 мм).

Таблица основных параметров цепей зубчатых по ГОСТ 13576-81 (фрагмент)

Обозначение цепи	Шаг P, мм	Ширина b, мм, не более	Разрушающая нагрузка Q, кН (тс), не менее	Масса 1 м цепи, кг, ориентировочно
ЦРЗ-1-9,525-10	9,525	10	4,5 (0,45)	0,25
ЦРЗ-2-9,525-15		15	6,8 (0,68)	0,37
ЦРЗ-1-12,70-13	12,70	13	9,0 (0,90)	0,45
ЦРЗ-2-12,70-19		19	13,5 (1,35)	0,65
ЦРЗ-1-19,05-25	19,05	25	22,0 (2,20)	1,30
ЦРЗ-2-19,05-38		38	33,0 (3,30)	1,95

Материалы и технология изготовления

Для обеспечения высокой прочности и износостойкости все детали цепей зубчатых изготавливаются из качественных сталей. Пластины подвергаются термической обработке (закалке с отпуском) для достижения твердости 40-50 HRC. Валики и втулки изготавливаются из цементуемых сталей и имеют твердость поверхности 55-60 HRC при вязкой сердцевине. Для работы в агрессивных средах или при необходимости снижения массы могут применяться нержавеющие или легированные стали, а также различные защитные покрытия (цинкование, оксидирование).

Расчет и проектирование зубчато-цепных передач

При проектировании привода с зубчатой цепью инженеру необходимо выполнить кинематический и силовой расчет, определяющий основные параметры:

• Передаточное число (i): определяется соотношением числа зубьев ведущей и ведомой звездочек (z2/z1). Рекомендуется i ≤ 7.
• Число зубьев звездочки: минимальное число зубьев для высокоскоростных передач – 19-23, для тихоходных – 13-15. Увеличение числа зубьев повышает плавность хода и долговечность цепи.
• Межосевое расстояние (a): оптимально находится в пределах (30-50)P. Требует уточнения после выбора длины цепи.
• Длина цепи в шагах (Lp): рассчитывается по формуле, учитывающей межосевое расстояние, шаг и числа зубьев звездочек, с последующим округлением до целого четного числа.
• Мощность передачи: ключевой расчет на основе разрушающей нагрузки (Q) и условий работы. Используются поправочные коэффициенты:
  • Коэффициент динамической нагрузки (Kд) – зависит от характера работы машины.
  • Коэффициент, учитывающий способ смазки (Kс).
  • Коэффициент режима работы (Kреж).
  • Коэффициент числа зубьев малой звездочки (Kz).

  Расчет ведется на условие: P

• Kд ≤ [P], где [P] – допускаемая мощность для выбранной цепи.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание критически важны для надежной работы зубчато-цепной передачи. Монтаж включает выверку параллельности валов и соосности звездочек, натяжение цепи (обычно провисание ветви под собственным весом должно составлять 2-4% от межосевого расстояния). Система смазки является определяющим фактором долговечности. ГОСТ рекомендует:

• При скоростях до 8 м/с – картерная (окунанием) или капельная смазка.
• При скоростях выше 8 м/с – принудительная циркуляционная смазка с охлаждением масла.

В процессе эксплуатации необходимо регулярно контролировать натяжение цепи, состояние смазки, износ шарниров и зубьев звездочек. Замена цепи и звездочек должна производиться комплектом, так как изношенная цепь несовместима с новыми звездочками и наоборот.

Применение в кабельной и электротехнической отрасли

В данной сфере зубчатые цепи нашли широкое применение благодаря своей надежности и точности. Они используются в качестве основного тягового органа в:

• Линиях для наложения экранов и брони на силовые кабели.
• Приводах волочильных станов для производства проволоки.
• Конвейерных системах транспортировки кабельных барабанов.
• Оборудовании для намотки и размотки кабеля (кабелеукладчики).
• Механизмах подачи в экструдерах для нанесения изоляции.

В этих применениях цепь работает в условиях значительных постоянных и переменных нагрузок, часто в запыленной среде или при повышенных температурах, что требует особого внимания к выбору материала и системы смазки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие зубчатой цепи от приводной роликовой цепи?

Ключевое отличие – в принципе зацепления. Роликовая цепь работает по принципу обкатки, где передача усилия сопровождается трением ролика о зуб. Зубчатая цепь работает по принципу положительного зацепления, где зуб звездочки входит во впадину между пластинами цепи. Это обеспечивает более высокий КПД, точность, плавность хода и позволяет работать на значительно более высоких скоростях.

Как расшифровать маркировку ЦРЗ-2-25,40-45?

Данная маркировка расшифровывается следующим образом: Цепь Роликовая Зубчатая, тип 2 (с криволинейной рабочей гранью), шаг цепи 25,40 мм, номинальная ширина 45 мм.

Можно ли заменить зубчатую цепь, изготовленную по ГОСТ, на аналог по стандарту ANSI?

Теоретически возможно, если основные параметры (шаг, ширина, разрушающая нагрузка) совпадают. Существуют близкие аналоги (например, шаг 19,05 мм соответствует ANSI 0.75″). Однако необходимо проводить тщательную сверку всех размеров, включая толщину пластин и диаметры валиков, так как полной взаимозаменямости может не быть. Критически важно обеспечить полное соответствие профиля зубьев звездочки профилю цепи.

Что является основной причиной выхода из строя зубчатых цепей?

Основные причины: 1) Износ шарниров из-за недостаточной или некачественной смазки, приводящий к удлинению цепи и нарушению зацепления. 2) Усталостное разрушение пластин от циклических нагрузок. 3) Износ и поломка зубьев звездочек, часто вызванная работой с изношенной цепью. 4) Заедание шарниров из-за загрязнения абразивными частицами.

Как правильно подобрать смазочный материал для зубчато-цепной передачи?

Выбор зависит от скорости, нагрузки и условий работы. Для большинства применений подходят индустриальные масла средней вязкости (И-Г-А, И-Г-В по ГОСТ 17479.4). Для высокоскоростных передач применяют менее вязкие масла, для тяжелонагруженных – более вязкие, с противозадирными присадками. В условиях запыленности используют пластичные смазки (консталин), но они менее эффективны для отвода тепла. Критически важно обеспечить чистоту смазки и ее регулярное обновление.

Почему при замене цепи рекомендуется менять и звездочки?

В процессе совместной работы цепь и звездочки прирабатываются друг к другу. Изношенная цепь имеет увеличенный шаг, что приводит к неравномерному зацеплению с новыми зубьями звездочки, вызывая ускоренный износ последних. Новая цепь на изношенных звездочках будет опираться не на профиль зуба, а на его изношенную вершину, что приведет к скачкообразному движению (полигональному эффекту), повышенным динамическим нагрузкам и быстрому разрушению как цепи, так и звездочек.