Втулочно-роликовые цепи

Втулочно-роликовые приводные цепи: конструкция, стандарты, применение и подбор

Втулочно-роликовая цепь представляет собой тип приводной цепи, являющийся наиболее распространенным и универсальным решением для передачи механической энергии в промышленных установках, транспортных и сельскохозяйственных машинах, конвейерных системах и прочем оборудовании. Ее конструкция является развитием втулочной цепи, дополненной роликом, что существенно снижает трение и износ как самой цепи, так и звездочки, повышая КПД передачи и ресурс.

Конструкция и принцип действия

Базовая конструкция втулочно-роликовой цепи состоит из последовательно соединенных звеньев. Основные элементы, из которых собирается каждое звено, включают:

• Внешние пластины: Соединяют оси (пины) через втулки соседних внутренних звеньев. Фиксируются на пин с помощью прессовой посадки или термической запрессовки.
• Внутренние пластины: Прессуются на втулки, образуя внутреннее звено.
• Втулка (гильза): Напрессована на внутренние пластины. Является вращающейся втулкой для ролика и подшипником скольжения для пина.
• Ролик: Свободно надет на втулку. При набегании цепи на звездочку ролик перекатывается по зубу, уменьшая трение скольжения, характерное для простых втулочных цепей.
• Ось (пин): Проходит через втулку, соединяя внешние и внутренние звенья. Вращается внутри втулки, обеспечивая шарнирное сочленение.

Принцип работы основан на преобразовании вращательного движения ведущей звездочки в поступательное движение цепи и далее во вращательное движение ведомой звездочки. Ролик, перекатываясь по профилю зуба звездочки, минимизирует проскальзывание и ударные нагрузки в момент зацепления.

Стандарты, типоразмеры и маркировка

Подавляющее большинство втулочно-роликовых цепей производится согласно международным стандартам ISO 606 (европейский и американский варианты) и ANSI B29.1M. Стандартизация обеспечивает взаимозаменяемость продукции разных производителей.

Основные параметры цепи:

• Шаг цепи (P): Расстояние между центрами соседних роликов. Измеряется в дюймах или миллиметрах. Определяет габариты цепи и звездочки.
• Внутренняя ширина (b1): Расстояние между внутренними пластинами. Определяет толщину зуба звездочки.
• Диаметр ролика (d1): Наружный диаметр ролика.
• Диаметр пина (d2): Определяет прочность шарнира.
• Прочность на растяжение: Минимальная нагрузка, при которой цепь разрушается.
• Рабочая нагрузка: Допустимая нагрузка в эксплуатации, обычно составляет 1/6 — 1/10 от прочности на растяжение.

Таблица 1. Основные типоразмеры стандартных роликовых цепей по ISO 606 (европейский ряд)

Обозначение	Шаг (P), мм	Внутренняя ширина (b1), мм	Диаметр ролика (d1), мм	Прочность на растяжение, кН (мин.)
08B	12.70	7.75	8.51	17.8
10A	15.875	9.40	10.16	21.8
12B	19.05	11.68	12.07	31.1
16B	25.40	17.02	15.88	60.0
20B	31.75	19.56	19.05	95.0

Маркировка: Цепь обозначается по шагу и серии. Например, цепь 16B-1-120L. 16B – тип (шаг 1″ или 25.4 мм, серия B), 1 – однорядная (если 2 – двухрядная и т.д.), 120 – количество звеньев, L – с соединительным звеном (с замком). Отсутствие L указывает на бесконечную цепь, собранную прессованием.

Материалы и покрытия

Качество и долговечность цепи напрямую зависят от материалов и термообработки:

• Пластины: Изготавливаются из средне- или высокоуглеродистой стали (например, сталь 50, 65Mn) методом штамповки. Для повышения усталостной прочности подвергаются закалке.
• Ролики и втулки: Производятся из цементируемых сталей (например, сталь 15, 20). Поверхностная закалка (цементация) обеспечивает твердую износостойкую поверхность при сохранении вязкой сердцевины.
• Оси (пины): Изготавливаются из легированных сталей с последующей закалкой для сопротивления срезу и износу.

Для работы в агрессивных средах (повышенная влажность, химические пары, морская вода) применяются цепи с защитными покрытиями:

• Оцинкование: Наиболее распространенный метод. Бывает белое (электролитическое) и желтое (горячее). Обеспечивает хорошую защиту от коррозии.
• Никелирование: Придает цепи эстетичный вид и повышенную стойкость к коррозии.
• Оксидирование (воронение): Создает тонкую защитную пленку оксидов, подходит для умеренных условий.
• Нержавеющая сталь (AISI 304, AISI 316): Цепи, полностью изготовленные из нержавеющей стали, для пищевой, химической промышленности и условий с постоянным воздействием влаги.

Критерии выбора и расчет приводной цепи

Правильный подбор цепи – залог долговечной и надежной работы привода. Расчет ведется по методике, учитывающей условия эксплуатации.

Основные исходные данные для расчета:

• Передаваемая мощность (P, кВт).
• Частота вращения ведущей звездочки (n1, об/мин).
• Передаточное число (i).
• Расположение передачи (горизонтальное, вертикальное, наклонное).
• Условия работы (наличие ударных нагрузок, запыленность, температурный режим).
• Способ смазки.

Последовательность расчета (упрощенная):

1. Определение расчетной мощности: Pрасч = P K1 K2, где K1 – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации (нагрузку), K2 – коэффициент, учитывающий число рядов цепи.
2. По таблицам номограмм производителя (на основе Pрасч и n1) выбирается шаг цепи и число зубьев малой звездочки (Z1). Рекомендуется Z1 ≥ 17-19 зубьев для плавности хода. Шаг выбирают как можно меньший для заданной мощности для снижения шума и динамических нагрузок.
3. Определение числа зубьев большой звездочки: Z2 = Z1
4. i.
5. Расчет межосевого расстояния (a), обычно предварительно принимается в пределах (30-50)P.
6. Расчет длины цепи в шагах (Lp). Полученное значение округляется до ближайшего четного целого числа.
7. Уточнение межосевого расстояния.
8. Проверка цепи по частоте ударов и давлению в шарнирах.

Таблица 2. Коэффициент эксплуатации K1 (пример)

Характер нагрузки	Тип приводного двигателя	Равномерная	Умеренные толчки	Сильные толчки
Электродвигатель, турбина	1.0	1.2	1.4
ДВС (4-6 цилиндров)	1.2	1.4	1.6
ДВС (1-3 цилиндра)	1.4	1.6	1.8

Монтаж, смазка и техническое обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание критически важны для ресурса цепи.

Монтаж: Необходимо обеспечить соосность валов звездочек и параллельность их рабочих плоскостей. Перекос приводит к ускоренному износу боковых поверхностей пластин и звездочек. Натяжение цепи должно обеспечивать небольшой провис (обычно 2-4% от межосевого расстояния). Для регулировки натяжения используют либо перемещение вала одной из звездочек, либо установку натяжных роликов (звездочек).

Смазка: Является ключевым фактором. Недостаточная смазка – основная причина преждевременного выхода цепи из строя. Способы смазки, в порядке увеличения эффективности:

• Ручная смазка: Периодическое нанесение масла кистью или каплерами. Применяется для тихоходных передач (v < 4 м/с).
• Капельная смазка (смазка фитильным или капельным масленкой): Для передач со скоростью до 6-8 м/с.
• Картерная (окунанием) смазка: Звездочка и цепь работают в масляной ванне. Применяется при v до 10-12 м/с. Уровень масла должен доходить до нижней части цепи.
• Принудительная циркуляционная смазка: Масло подается насосом на вход зацепления цепи с ведущей звездочкой. Наиболее эффективный метод для высокоскоростных и высоконагруженных передач (v > 12 м/с).

Рекомендуются масла с противозадирными (EP) и антиизносными (AW) присадками.

Обслуживание: Включает регулярный контроль натяжения, состояния смазки, износа цепи и звездочек. Измерение удлинения цепи – основной показатель износа. Цепь подлежит замене, когда ее удлинение из-за износа шарниров достигает 2-3% от первоначальной длины. Работа на изношенных звездочках ускоряет износ новой цепи.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается цепь серии «A» (ANSI) от серии «B» (ISO/Euro)?

Цепи американского стандарта (серия A, например, 40, 50, 60) и европейского (серия B, например, 08B, 12B, 16B) имеют разную размерную базу при схожем шаге. Например, цепь ANSI 40 имеет шаг 1/2″ (12.7 мм), а цепь ISO 08B – шаг 8 мм (1/4″). Они не взаимозаменяемы. Цепи серии B, как правило, имеют большую несущую способность при том же шаге за счет более широких пластин и большего диаметра ролика/пина.

Когда необходимо использовать многорядные (2х, 3х, 4х-рядные) цепи?

Многорядные цепи применяются для передачи больших мощностей при ограничениях по шагу и скорости. Они позволяют увеличить нагрузочную способность практически пропорционально числу рядов (с поправкой на коэффициент K2). Однако они более чувствительны к перекосу и неравномерности распределения нагрузки между рядами, требуют высокой точности изготовления звездочек и монтажа.

Как правильно определить износ цепи и момент ее замены?

Наиболее точный метод – измерение длины N звеньев в натянутом состоянии и сравнение с номинальной длиной. Обычно измеряют длину 10, 20 или 40 звеньев. Если фактическая длина превышает номинальную более чем на 2-3%, цепь подлежит замене. На практике также используют метод «провисания»: сильно изношенную цепь невозможно нормально натянуть – она либо слишком провисает, либо, при попытке натяжения, заклинивает на звездочке из-за увеличения шага.

Можно ли использовать цепь с изношенными звездочками?

Категорически не рекомендуется. Изношенный профиль зуба звездочки (форма становится похожей на крючок) не соответствует шагу новой или даже б/у цепи. Это приводит к неправильному зацеплению, ударным нагрузкам, проскальзыванию и очень быстрому износу новой цепи. При замене цепи всегда необходимо проверять состояние звездочек и менять их комплектом.

Какие существуют альтернативы стандартным роликовым цепям для особых условий?

Для тяжелых ударных нагрузок и низких скоростей существуют цепи повышенной прочности (H-серии, Heavy Duty) с усиленными пластинами. Для высокоскоростных и точных передач применяются зубчатые (силовые) цепи, работающие по принципу зацепления зубьев звездочки с пластинами цепи, что исключает проскальзывание. Для конвейеров используются крючковые и бочкообразные цепи, а также цепи с прикреплениями.

Заключение

Втулочно-роликовая цепь остается незаменимым и технологичным элементом механических приводов благодаря отработанной конструкции, стандартизации, высокой надежности и КПД, достигающему 98%. Грамотный выбор типоразмера на основе корректного инженерного расчета, использование качественных материалов и покрытий, а также строгое соблюдение правил монтажа, смазки и технического обслуживания позволяют реализовать весь потенциал этого вида передач, обеспечивая многолетнюю безотказную работу оборудования в самых различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.