Втулочные цепи

Втулочные цепи: конструкция, материалы, стандарты и применение в электротехнике

Втулочная цепь представляет собой тип приводной роликовой цепи, в конструкцию которой введена втулка (гильза), запрессованная во внутренние пластины. Основное назначение втулки – защита валика цепи от прямого контакта с зубьями звездочки и обеспечение качения при взаимодействии со звездочкой, что снижает износ как цепи, так и звездочки. В электротехнической и кабельной промышленности втулочные цепи нашли широкое применение в качестве надежного, долговечного и точного механизма передачи движения в различных установках и производственных линиях.

Конструктивные особенности и отличия от роликовых цепей

Ключевое отличие втулочной цепи от стандартной роликовой заключается в отсутствии свободно вращающегося ролика. Вместо него используется неподвижная втулка, жестко закрепленная между внутренними пластинами. Конструкция состоит из следующих элементов:

• Внешние пластины (контрольные): Соединяют два валика, проходящих через втулки соседних звеньев.
• Внутренние пластины (рабочие): Удерживают запрессованные втулки, через которые свободно проходит валик.
• Втулка (гильза): Цилиндрическая деталь, обеспечивающая опорную поверхность для качения по зубу звездочки и защищающая валик от износа.
• Валик (оси): Соединяет звенья, обеспечивая шарнирное сочленение. Вращается внутри втулки.
• Призонная посадка: Втулка запрессована во внутренние пластины, а валик – во внешние. Это исключает проворачивание деталей в посадочных отверстиях.

Такая конструкция делает цепь более компактной и менее шумной по сравнению с роликовым аналогом, а также повышает ее износостойкость в условиях ударных нагрузок и загрязнения, так как отсутствует риск заклинивания ролика.

Материалы и термообработка

Для обеспечения высокой несущей способности и износостойкости все детали цепи подвергаются строгому контролю материалов и обработки.

• Пластины: Изготавливаются из высококачественных средне- или высокоуглеродистых сталей (например, сталь 45, 50, 40Х). Проходят термообработку – закалку с последующим отпуском для достижения оптимального сочетания прочности и упругости.
• Втулки и валики: Производятся из цементируемых сталей (сталь 20, 20Х). Поверхностный слой на глубину 0.5-2 мм подвергается химико-термической обработке (цементация, азотирование) с последующей закалкой, что обеспечивает чрезвычайно твердую и износостойкую поверхность при вязкой сердцевине, устойчивой к ударным нагрузкам.
• Покрытия: Для работы в коррозионных средах (атмосферные осадки, повышенная влажность в цехах) цепи могут иметь защитные покрытия: гальваническое оцинкование, кадмирование, оксидирование или нанесение специальных полимерных составов.

Стандарты и основные параметры

Втулочные цепи стандартизированы по международным (ISO), американским (ANSI) и отечественным (ГОСТ) нормам. Наиболее распространенным является стандарт ISO 606 (аналогичный DIN 8187, ГОСТ 13568-97), который определяет основные размеры и параметры.

Таблица 1. Основные параметры втулочных цепей по ISO 606 (примеры рядов)

Обозначение цепи	Шаг цепи, p (мм)	Внутренняя ширина, b1 (мм)	Диаметр валика, d1 (мм)	Диаметр втулки, d2 (мм)	Мин. разрушающая нагрузка, Q (кН)
08B-1	12.70	7.75	4.45	7.75	17.8
10B-1	15.875	9.65	5.08	10.16	22.2
12B-1	19.05	11.68	5.94	12.07	28.9
16B-1	25.40	17.02	8.51	15.88	65.0

Обозначение цепи (например, 08B-1) расшифровывается следующим образом: «08» – номер шага (шаг = 08/16 дюйма = 12.7 мм), «B» – серия (B – British, европейский/международный ряд), «-1» – однорядное исполнение. Существуют также двух- (2), трех- (3) и четырехрядные (4) цепи, которые обеспечивают пропорционально большую нагрузочную способность за счет увеличения ширины.

Сферы применения в электротехнике и кабельной промышленности

Втулочные цепи используются в механизмах, где требуются точное позиционирование, синхронность движения и работа в тяжелых условиях.

• Приводы конвейеров и транспортеров: Для перемещения заготовок, барабанов с кабелем, готовой продукции. Особенно востребованы на линиях волочения, скрутки, наложения экрана и оболочки.
• Приводы рольгангов и поворотных механизмов: В линиях резки, упаковки и маркировки кабеля.
• Механизмы натяжения и перемотки: Обеспечивают стабильное и плавное натяжение кабеля или проволоки в процессе производства.
• Приводы вспомогательного оборудования: В системах вентиляции, охлаждения, в насосных установках, используемых в технологических процессах.
• Точные позиционирующие системы: Благодаря отсутствию проскальзывания (в отличие от ременных передач) втулочные цепи применяются в механизмах, где важна синхронизация валов.

Критерии выбора и расчет привода

Выбор втулочной цепи для конкретного применения – инженерная задача, требующая учета множества факторов.

1. Определение расчетной мощности (P_расч): P_расч = P K₁ K₂, где P – мощность двигателя, K₁ – коэффициент эксплуатации (зависит от типа нагрузки: равномерная, с умеренными ударами, ударная), K₂ – коэффициент, учитывающий число смен работы.
2. Выбор шага цепи: Меньший шаг обеспечивает более плавный и тихий ход, большую скорость. Больший шаг позволяет передавать большие мощности, но с повышенным шумом и динамическими нагрузками. Рекомендуется выбирать наименьший допустимый шаг для требуемой мощности.
3. Определение числа зубьев ведущей звездочки (z₁): Минимальное число зубьев зависит от передаточного числа. Меньшее z₁ ведет к увеличению износа и шума. Для втулочных цепей обычно z_1min = 13-17. Число зубьев ведомой звездочки: z₂ = z₁
4. i, где i – передаточное число.
5. Расчет длины цепи в шагах (L_p) и межосевого расстояния (a): Проводится по стандартным формулам, учитывающим шаг, число зубьев звездочек и предварительное межосевое расстояние. Полученное значение L_p округляется до ближайшего целого четного числа.
6. Проверка по частоте вращения и давлению в шарнирах: Фактическая частота вращения малой звездочки не должна превышать предельно допустимую для выбранной цепи. Также выполняется проверочный расчет на износостойкость по удельному давлению в шарнирах.

Таблица 2. Коэффициент эксплуатации K₁ (упрощенно)

Характер нагрузки на привод	Тип рабочей машины	Коэффициент K1
Равномерная	Вентиляторы, легкие конвейеры, насосы	1.0 – 1.2
Умеренные удары	Конвейеры средней тяжести, механизмы подачи, рольганги	1.3 – 1.5
Сильные удары	Волочильные станы, тяжелые транспортеры, дробилки	1.6 – 1.8

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание критически важны для долговечности цепного привода.

• Монтаж: Звездочки должны быть соосными и параллельными. Цепь соединяется с помощью специального соединительного (замкового) звена. Натяжение должно обеспечивать провисание 2-4% от межосевого расстояния. Обязательна установка защитного кожуха.
• Смазка: Является ключевым фактором увеличения ресурса. Рекомендуется:
  • При низких скоростях (v < 4 м/с) – периодическая ручная смазка пластичным или жидким маслом.
  • При средних скоростях (4 < v < 7 м/с) – капельная или струйная смазка от системы подачи масла.
  • При высоких скоростях (v > 7 м/с) – принудительная циркуляционная смазка с подачей масла внутрь зазора между втулкой и валиком.
• Контроль и замена: Регулярно необходимо проверять вытяжку цепи. Критическим считается износ, увеличивший шаг цепи на 3% и более. Одновременно с цепью необходимо осматривать и, при необходимости, менять звездочки, так как изношенная цепь быстро разрушает новые звездочки и наоборот.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между втулочной и роликовой цепью?

Роликовая цепь имеет свободно вращающийся ролик, который катится по зубу звездочки. Во втулочной цепи роль катящегося элемента выполняет сама неподвижная втулка. Это делает конструкцию проще, дешевле и более устойчивой к загрязнениям, но несколько увеличивает трение и нагрев в шарнире на высоких скоростях.

Можно ли использовать втулочную цепь на высокооборотных приводах?

Втулочные цепи не рекомендуются для высокоскоростных применений (как правило, выше 600-800 об/мин для малой звездочки). Для высоких оборотов предпочтительны роликовые цепи, где вращающийся ролик снижает трение скольжения. Основная ниша втулочных цепей – средние и низкие скорости при высоких нагрузках и в условиях загрязнения.

Как правильно определить износ цепи и момент ее замены?

Наиболее точный метод – измерение длины N звеньев (обычно 10 или 20) в натянутом состоянии и сравнение с номинальной длиной. Допустимое удлинение – 1.5-2%. При удлинении на 3% цепь подлежит обязательной замене. Визуальные признаки: провисание, трудности при надевании на звездочку, повышенный шум, появление трещин или деформаций пластин.

Требуется ли обкатка новой втулочной цепи?

Да, рекомендуется. Новую цепь следует установить и эксплуатировать первые несколько часов под сниженной нагрузкой (60-75% от номинальной) с обеспечением обильной смазки. Это позволяет шарнирам приработаться, микронеровностям сгладиться, что увеличивает общий ресурс привода.

Как выбрать тип смазки для втулочной цепи в условиях кабельного производства?

В условиях повышенного содержания медной и алюминиевой пыли, пластикатов предпочтение следует отдавать пластичным (консистентным) смазкам с хорошей адгезией и антикоррозионными свойствами. Для цепей, работающих в зоне возможного контакта с готовым кабелем, необходимо использовать специальные не пачкающие смазки, не содержащие графит или дисульфид молибдена, которые могут оставить следы на изоляции.

Что означает маркировка «H» или «HV» на цепи?

Это обозначение повышенной прочности и износостойкости. «H» (Heavy Duty) или «HV» (High Velocity) указывают на использование улучшенных сталей и/или особых видов термообработки (например, сквозной закалки валиков и втулок). Такие цепи имеют на 15-30% более высокую разрушающую нагрузку и увеличенный ресурс.

Заключение

Втулочные цепи остаются критически важным компонентом в механизмах электротехнической и кабельной промышленности благодаря своей надежности, долговечности и способности работать в сложных условиях. Правильный выбор на основе стандартизированных параметров, грамотный инженерный расчет привода, соблюдение правил монтажа и, что наиболее важно, организация регулярного технического обслуживания с акцентом на качественную смазку – залог многолетней бесперебойной работы оборудования. Понимание конструктивных особенностей и физики работы втулочной цепи позволяет специалистам оптимизировать затраты на ремонт и сократить простои производственных линий.