Роликовые цепи

Роликовые цепи: конструкция, стандарты, применение и подбор

Роликовая цепь представляет собой тип приводной цепи, состоящий из чередующихся внутренних и внешних звеньев, соединенных шарнирно. Основное назначение – передача механической энергии между валами, расположенными на значительном расстоянии, с постоянным передаточным отношением. Ключевое преимущество перед ременными передачами – отсутствие проскальзывания и высокая нагрузочная способность при компактных размерах.

Конструкция и составные элементы

Стандартная роликовая цепь собирается из пяти базовых компонентов, каждый из которых выполняет строго определенную функцию.

Внутренняя пластина: Пара пластин, запрессованных на валики. Является несущим элементом, воспринимающим растягивающую нагрузку.
Внешняя пластина: Пара пластин, удерживающих втулки. Соединяет внутренние звенья в единую цепь.
Валик (Pin): Цилиндрический стальной стержень, проходящий через втулку и соединяющий внутреннее и внешнее звено. Фиксируется во внешних пластинах.
Втулка (Bushing): Полый цилиндр, запрессованный во внутренние пластины. Является опорой для валика и непосредственно контактирует с зубом звездочки через ролик.
Ролик (Roller): Надет на втулку и свободно вращается на ней. При набегании на звездочку ролик перекатывается по профилю зуба, уменьшая трение и износ.

Материалы изготовления: пластины – углеродистые или легированные стали (часто 50Cr-1, C1035), подвергнутые закалке для повышения усталостной прочности. Валики, втулки и ролики изготавливаются из цементуемых сталей (например, SCr420) с последующей поверхностной закалкой для износостойкости и вязкой сердцевиной для ударной прочности.

Стандарты и типоразмеры

Наиболее распространенным мировым стандартом является ANSI B29.1 (американский), а также его международный аналог ISO 606 (европейский). Основной параметр – шаг цепи (P), измеряемый в дюймах. Стандартные ряды: ANSI 25 (P=1/4″), 35 (P=3/8″), 40 (P=1/2″), 50 (P=5/8″), 60 (P=3/4″), 80 (P=1″) и далее. Цепь обозначается по стандарту и числу рядов: например, RS80 (ISO) или

80 (ANSI) – однорядная цепь с шагом 1 дюйм; 16B-2 – двухрядная цепь по британскому стандарту BS.

Обозначение ANSI	Шаг (P), дюймы	Шаг (P), мм	Ширина внутреннего звена (W), мм	Диаметр ролика (Dr), мм	Предел прочности на растяжение (мин), кН
40	0.500	12.70	7.95	7.92	18.7
50	0.625	15.88	9.53	10.16	26.7
60	0.750	19.05	12.70	11.91	33.4
80	1.000	25.40	15.88	15.88	55.6

Многорядные и специальные исполнения

Для увеличения нагрузочной способности без изменения шага применяют многорядные цепи (двухрядные, трехрядные и т.д.). Они представляют собой пакет из нескольких однорядных цепей, соединенных общими валиками. Важно: несущая способность увеличивается не строго пропорционально числу рядов из-за неравномерности распределения нагрузки.

Помимо стандартных, существуют специализированные модификации:

Цепи с удлиненным шагом (Long Pitch): Увеличенный шаг при том же диаметре ролика. Применяются для тихоходных передач с ударными нагрузками.

Цепи для тяжелых условий (Heavy Series): Обозначаются суффиксом «H» (например, 80H). Имеют увеличенную толщину пластин и диаметр валика для повышенных нагрузок.

Износостойкие цепи (Sealed/Carburized): С упрочненными поверхностями трения или со встроенными уплотнениями, удерживающими смазку внутри шарнира.
Цепи с присоединительными звеньями (Attaching Links): Позволяют создавать цепи нестандартной длины или ремонтные вставки.

Критерии выбора и расчет цепи

Подбор роликовой цепи – инженерная задача, учитывающая множество факторов. Базовый расчет ведется по допустимой мощности, передаваемой однорядной цепью, с последующим введением корректирующих коэффициентов.

Основная формула для проверочного расчета: P_расч = (P_ном K1 K2) / Ks, где P_расч – расчетная мощность, P_ном – номинальная мощность по каталогу для данных n1 (об/мин малой звездочки) и шага, K1 – коэффициент числа зубьев малой звездочки, K2 – коэффициент межосевого расстояния и расположения передачи, Ks – коэффициент числа рядов.

Ключевые этапы подбора:

Определение передаваемой мощности, скоростей вращения валов и желаемого передаточного числа.
Выбор числа зубьев малой звездочки (Z1). Минимум – 17 зубьев для умеренных скоростей, 21-25 – для высокоскоростных передач. Большее число зубьев снижает шум и износ, но увеличивает габариты.
Определение расчетной мощности с учетом коэффициентов эксплуатации (нагрузка, смазка, расположение, продолжительность работы).
По таблицам мощности производителя выбирается шаг цепи. Приоритет – наименьший допустимый шаг для данной скорости, так как он обеспечивает меньший шум и динамические нагрузки.
Расчет длины цепи в шагах, межосевого расстояния и проверка на число ударов в секунду (должно быть в пределах нормы для выбранного шага).
Выбор системы смазки (ручная, капельная, ванная, циркуляционная) в зависимости от скорости цепи.

Монтаж, обслуживание и основные причины выхода из строя

Правильный монтаж включает контроль соосности валов (не более 0.1 мм на 100 мм длины), параллельности осей звездочек, обеспечение регулируемого натяжения (прогиб 2-4% от межосевого расстояния) и наличие защитного кожуха. Обязательна периодическая смазка высококачественными маслами, проникающими в шарниры.

Типичные виды отказов:

Износ шарнира: Основная причина – недостаточная смазка. Приводит к удлинению цепи и нарушению зацепления со звездочкой.
Усталостное разрушение пластин: Вызвано циклическими нагрузками, превышающими предел выносливости материала.
Растяжение вследствие текучести: Происходит при систематических перегрузках, близких к пределу прочности.
Заломы и разрушения роликов: Результат ударных нагрузок или попадания инородных тел.
Коррозия: Работа в агрессивных средах без соответствующего исполнения цепи.

Применение в энергетике и смежных отраслях

В энергетическом секторе роликовые цепи применяются не в силовых высокоскоростных передачах турбин (для этого используются зубчатые передачи), а во вспомогательных механизмах и системах. Типичные применения: механизмы реечных затворов и шиберов, приводы конвейеров топливоподачи (уголь, биомасса), системы золо- и шлакоудаления, приводы механизмов поворота и наклона горелочных устройств, вспомогательные насосы и вентиляторы с дизель-приводом. Здесь важны надежность, ремонтопригодность и способность работать в запыленных условиях.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается цепь ANSI

60 от цепи RS60?

Цепь ANSI

60 и цепь RS60 (по ISO 606) имеют идентичные основные геометрические параметры: шаг 19.05 мм (3/4″), диаметр ролика, внутреннюю ширину. Различия могут заключаться в допусках на размеры, твердости деталей или в конструкции пластин (форме отверстий). На практике они часто взаимозаменяемы, но для ответственных применений следует сверяться с чертежами конкретного производителя.

Как определить износ цепи без специального инструмента?

Наиболее практичный метод – измерение общего удлинения на определенном количестве звеньев. Отмерьте длину, равную, например, 100 шагам (от центра одного валика до центра валика через 100 интервалов) в новом состоянии. В эксплуатации, если эта длина увеличилась на 1.5-2%, цепь требует замены. Удлинение на 3% считается критическим. Также визуальными признаками являются повышенный шум, «подскакивание» цепи на звездочке и затрудненное одевание на новые звездочки.

Можно ли использовать цепную передачу при вертикальном расположении валов?

Да, можно. Однако в этом случае критически важна система натяжения (обычно требуется регулируемый натяжитель с роликом) и смазка. При нижнем расположении ведущей звездочки возможен недостаточный возврат масла в зону зацепления. Рекомендуется применять специальные вязкие смазки или цепи с уплотнениями.

Почему при замене цепи рекомендуют менять и звездочки?

В процессе работы износ происходит как в шарнирах цепи, так и на профиле зубьев звездочки. Они прирабатываются друг к другу. Установка новой цепи на изношенные звездочки приведет к ускоренному износу новой цепи из-за несовпадения шага (зубья звездочки будут контактировать не с роликом, а с пластиной цепи) и повышенного шума. Это экономически нецелесообразно.

Какая смазка является оптимальной для роликовых цепей?

Лучшей является чистое минеральное или синтетическое масло с антиизносными присадками, обладающее хорошей проникающей способностью и стойкостью к смыванию. Консистентные смазки (типа Литол-24) не рекомендуются для высокоскоростных передач, так как не проникают глубоко в шарнир и могут закоксовываться. Для тяжелых условий применяются специальные цепные смазки в аэрозольной форме с растворителем, который испаряется после нанесения, оставляя масляную пленку.

В чем разница между калиброванной и некалиброванной цепью?

Калиброванная цепь после сборки проходит дополнительную операцию калибровки по длине набора звеньев под давлением. Это обеспечивает более точный шаг и равномерное распределение нагрузки между звеньями. Такие цепи используются в прецизионных приводах, многорядных и высокоскоростных передачах. Некалиброванные цепи дешевле и применяются в менее ответственных, тихоходных передачах.

Заключение

Роликовая цепь остается одним из наиболее надежных и эффективных средств передачи механической энергии на средние и большие расстояния. Ее правильный выбор, основанный на расчете с учетом реальных условий эксплуатации, качественный монтаж и регулярное техническое обслуживание с правильной смазкой являются залогом долговечности и безотказной работы всей приводной системы. В энергетике, где требования к надежности вспомогательного оборудования крайне высоки, применение цепей, соответствующих стандартам и подобранных с запасом, является стандартной инженерной практикой.