Звездочки для цепей 20B-3
Звездочки для цепей 20B-3: полное техническое описание, применение и подбор
Звездочка для цепи 20B-3 представляет собой ключевой компонент в цепных передачах, предназначенный для преобразования вращательного движения в линейное перемещение цепи или наоборот. Ее конструкция и параметры строго регламентированы международными стандартами, что обеспечивает взаимозаменяемость и надежность работы всего механизма. Цепь 20B-3 относится к роликовым приводным цепям с дюймовой размерностью, где обозначение «20» указывает на шаг цепи в долях дюйма (20/8 = 2.5 дюйма или 63.5 мм), «B» – серию цепи (роликовая, дюймовая, с внутренней шириной 15.75 мм), а «3» – количество рядов (трехрядная). Соответственно, звездочка 20B-3 является трехвенцовой и предназначена для работы с такой многорядной цепью.
Стандарты и конструктивные особенности
Основным стандартом, определяющим геометрию звездочек для дюймовых цепей, является ANSI B29.1 (Американский национальный стандартный институт). Звездочки, соответствующие этому стандарту, характеризуются следующими параметрами:
- Шаг (P): 63.5 мм. Это расстояние между центрами соседних зубьев, равное шагу цепи.
- Диаметр ролика цепи (Dr): 39.70 мм (максимальный). Профиль зуба звездочки формируется относительно этого диаметра.
- Внутренняя ширина звена (W): 15.75 мм. Определяет толщину зуба звездочки.
- Количество рядов: 3. Фактически, это три стандартные звездочки для цепи 20B, собранные в единый блок с определенным межрядным расстоянием.
- Диаметр делительной окружности (Dp): Ключевой расчетный параметр. Dp = P / sin(180°/Z), где Z – количество зубьев звездочки. От этого диаметра зависит передаточное отношение и кинематика.
- Диаметр окружности выступов (Da): Наружный диаметр звездочки. Da = P
- (0.6 + cot(180°/Z)).
- Профиль зуба: Имеет сложную форму (обычно по стандарту ASA или ISO) для обеспечения плавного зацепления, минимального износа и шума.
- Углеродистые стали (Ст45, 50): Наиболее распространенный вариант для средне- и высоконагруженных передач. Часто подвергаются объемной закалке или термоулучшению (закалка с высоким отпуском) для обеспечения высокой прочности и износостойкости.
- Легированные стали (40Х, 40ХН, 35ХГСА): Применяются для тяжелонагруженных и ударных нагрузок. Позволяют проводить поверхностную закалку ТВЧ (токами высокой частоты), при которой зуб приобретает высокую твердость (HRC 45-55), а сердцевина остается вязкой.
- Нержавеющие стали (AISI 304, AISI 316): Для агрессивных сред (пищевая, химическая промышленность, условия повышенной влажности).
- Чугун (СЧ20, ВЧ50): Для тихоходных передач с умеренными нагрузками.
- Число зубьев ведущей звездочки (Z1): Рекомендуется не менее 17 зубьев для плавности хода и снижения динамических нагрузок. С увеличением Z1 снижается износ цепи и шум, но растут габариты. Для тихоходных передач допускается Z1 min = 13.
- Число зубьев ведомой звездочки (Z2): Определяется передаточным отношением i = Z2/Z1. Максимальное количество зубьев ограничено допустимым провисанием цепи и габаритами. Обычно Z2 max ≤ 120.
- Конструкция ступицы и посадочное место: Стандартные исполнения включают цилиндрическое отверстие без шпонки, с одной шпонкой, с двумя шпонками или со шлицем (шлицевым соединением). Ключевые параметры: диаметр вала (d), длина ступицы (L), тип и размер шпоночного паза (например, по ГОСТ 23360).
- Монтаж: Установка должна обеспечивать соосность валов, параллельность плоскостей звездочек и правильное натяжение цепи. Звездочка должна быть надежно зафиксирована на валу с помощью прессовой посадки, шпонки и стопорных элементов (контрящая гайка, торцевой винт, стопорное кольцо). Несоосность приводит к ускоренному износу цепи, звездочек и подшипниковых узлов.
- Горнодобывающее и обогатительное оборудование: Конвейеры (ленточные, скребковые), питатели, дробилки.
- Нефтегазовая отрасль: Приводы буровых установок, насосных агрегатов.
- Металлургия: Приводы рольгангов, слябингов, моталок.
- Сельхозмашиностроение: Приводы зерноуборочных комбайнов, кормораздатчиков.
- Судостроение: Вспомогательные механизмы, лебедки.
- Увеличение шага звездочки более чем на 0.5% от номинального (измеряется шагомером по нескольким зубьям).
- Видимая деформация или заострение вершины зуба.
- Появление выкрашиваний, сколов или глубоких задиров на рабочих поверхностях.
- Радиальный износ зуба более 3-5% от его высоты.
Материалы и технологии производства
Выбор материала звездочки 20B-3 напрямую зависит от условий эксплуатации, нагрузки и требуемого ресурса.
Ключевые этапы производства: механическая обработка на токарных и фрезерных станках с ЧПУ, нарезание зубьев на зубофрезерном станке с использованием червячной фрезы, термообработка, финишная обработка посадочных отверстий и шпоночных пазов. Для массового производства используется литье по выплавляемым моделям с последующей мехобработкой критических поверхностей.
Основные параметры и таблицы размеров
Геометрические размеры звездочки 20B-3 определяются количеством зубьев (Z). Ниже приведена таблица с ключевыми параметрами для наиболее распространенных чисел зубьев.
| Количество зубьев, Z | Делительный диаметр, Dp (мм) | Диаметр окружности выступов, Da (мм) ~ | Межосевое расстояние до звездочки с 25 зубьями (мм) | Примерная масса (сталь), кг |
|---|---|---|---|---|
| 15 | 304.8 | 328.0 | — | ~12.5 |
| 20 | 405.8 | 430.0 | ~635 | ~22.0 |
| 25 | 506.6 | 531.5 | 0 (база) | ~35.0 |
| 30 | 607.5 | 633.0 | ~635 | ~52.0 |
| 35 | 708.3 | 734.5 | ~1270 | ~75.0 |
Примечание: Точный диаметр Da и масса зависят от конкретного исполнения (толщина диска, ступицы). Межосевое расстояние дано для ориентира при выборе пары звездочек.
Критерии выбора и монтажа
Подбор звездочки 20B-3 осуществляется на основе комплексного расчета привода.
Области применения и эксплуатация
Трехрядные звездочки 20B-3 применяются в мощных и тяжелонагруженных приводах, где требуется передача значительного крутящего момента при умеренных скоростях.
Эксплуатация требует регулярного технического обслуживания: контроль натяжения цепи, смазка (предпочтительно капельная или циркуляционная), визуальный контроль состояния зубьев на предмет износа и усталостных повреждений (выкрашивание, трещины).
Износ и диагностика состояния
Основной вид отказа звездочки – износ профиля зуба. При работе с изношенной цепью происходит «растачивание» впадины зуба, что приводит к неправильному зацеплению, проскокам цепи и дальнейшему ускоренному разрушению. Критерии замены:
Менять звездочку и цепь рекомендуется комплектом, так как изношенная цепь быстро разрушит новую звездочку, и наоборот.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается звездочка 20B-3 от 20B-1?
Звездочка 20B-1 предназначена для однорядной цепи 20B. Звездочка 20B-3 – это, по сути, три звездочки 20B-1, совмещенные на общей ступице с определенным межосевым расстоянием между рядами (по стандарту). Они не взаимозаменяемы: цепь 20B-3 не встанет на звездочку 20B-1, и наоборот.
Можно ли использовать звездочку 20B-3 с цепью другого стандарта, например, ANSI 20A?
Нет, категорически нельзя. Несмотря на одинаковый шаг (63.5 мм), цепи серий A и B имеют разный диаметр ролика (Dr для 20A = 28.58 мм) и разную внутреннюю ширину. Это приведет к неправильному зацеплению, повышенному шуму, ударным нагрузкам и быстрому разрушению как цепи, так и звездочки.
Как определить степень износа звездочки без специального инструмента?
Наиболее доступный метод – «визуально-тактильный». Новый зуб имеет симметричный, слегка скругленный профиль. Сильно изношенный зуб приобретает крючкообразную, заостренную форму. Также можно надеть на звездочку новую, эталонную цепь и проверить величину радиального зазора – если цепь легко оттягивается от основания зуба на значительное расстояние, износ критический.
Какая смазка предпочтительна для передачи с цепью 20B-3?
Для тяжелонагруженных тихоходных передач предпочтительны густые, липкие смазки (пластичные), способные удерживаться на поверхности. Часто используются консистентные смазки на литиевой или кальциевой основе с противозадирными (EP) и антикоррозионными присадками. Для скоростных передач могут применяться жидкие масла с принудительной циркуляцией. Главное правило – регулярность и чистота процесса смазки.
Как правильно рассчитать межосевое расстояние между звездочками?
Оптимальное межосевое расстояние (A) для цепных передач лежит в диапазоне от 30 до 50 шагов цепи (от 30P до 50P). Для цепи 20B-3 это примерно 1900–3175 мм. Минимальное расстояние (для малых передаточных чисел) должно быть не менее Amin = (Da1+Da2)/2 + (30..50) мм, где Da1 и Da2 – диаметры вершин звездочек. Точный расчет учитывает число зубьев и допустимое провисание.
Что означает маркировка «20B-3-25-40Х» на звездочке?
Это пример технической маркировки, где: «20B-3» – исполнение под цепь; «25» – количество зубьев; «40Х» – марка стали (легированная хромистая). В реальности маркировка может также включать тип посадки (например, диаметр вала и шпоночный паз).