ТЕМА 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ. ЛЕКЦИЯ 3. Цепные передачи (ЦП). Вопросы, изложенные в лекции: 1. Конструктивные особенности ЦП. 1. Конструктивные особенности ЦП. 2. Кинематика ЦП. 2. Кинематика ЦП. 3. Динамика и расчет ЦП. 3. Динамика и расчет ЦП. Учебная литература: Детали машин и подъемное оборудование. Под рук. Г.И. Мельникова - М.: Воениздат, стр Н.Г. Куклин и др. Детали машин: Учебник для техникумов / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина, В.К. житков.- 5-е изд., перераб. и допол.- М.: Илекса, стр ; Соловьев В.И. Детали машин (Курс лекций. II часть). - Новосибирск: НВИ, стр
Конструктивные особенности ЦП. Определение: Цепная передача – механизм для передачи вращательного движения между параллельными валами с помощью жестко закрепленных на них зубчатых колес – звездочек и охватывающей их многозвенной гибкой связи с жесткими звеньями, называемой цепью. Рис Цепная передача. Цепные передачи применяются в машинах общепромышленного и военного назначения: в ДВС для привода кулачковых валов механизма газораспределения; для привода ведущих колес (велосипед, мотоцикл, автогрейдер, дополнительные колеса БРДМ); в приводе лебедки БТР-80; в автомате заряжания пушки БМП-3 и др. механизмах. Гусеничный движитель гусеничных машин также является цепной передачей специфического назначения, преобразующей вращательное движение ведущего колеса в поступательное движение самой машины.
Достоинства цепных передач: 1. Возможность передачи движения на достаточно большие расстояния (до 8 м). 2. Возможность передачи движения нескольким валам одной цепью. 3. Отсутствие проскальзывания, а следовательно, и стабильность передаточного отношения при уменьшенной нагрузке на валы и их опоры. 4. Относительно высокий КПД (0,96…0,98 при достаточной смазке). Недостатки цепных передач: 1. Повышенная шумность и виброактивность при работе вследствие пульсации скорости цепи и возникающих при этом динамических нагрузок. 2. Интенсивный износ шарниров цепи из-за ударного взаимодействия с впадиной звездочки, трения скольжения в самом шарнире и трудности смазки. 3. Вытягивание цепи (увеличение шага) вследствие износа шарниров и удлинения пластин. 4. Сравнительно высокая стоимость.
Классификация цепей, применяемых в промышленности: 1. тяговые цепи для перемещения грузов по горизонтальной или наклонной поверхности; 2. грузовые цепи для подъема грузов; 3. приводные цепи для передачи движения, чаще вращательного, в цепных передачах. Наиболее известны роликовые, втулочные и зубчатые приводные цепи. Эти три разновидности стандартизованы. Рис Конструкция роликовой цепи. Роликовая цепь (рис. 3.2) состоит из звеньев с наружными пластинами 1, соединенных между собой двумя осями 2, и звеньев с внутренними пластинами 3, которые втулками 4 тоже соединены между собой. Втулки 4 надеты на оси 2 с возможностью вращения, образуя таким образом шарнир цепи. На каждой из втулок 4 сидит свободно вращающийся ролик 5. Цепь обычно проектируется с четным числом звеньев, тогда замыкающим звеном, соединяющим концы цепи в замкнутое кольцо, является звено с наружными пластинами, оси которого могут выниматься и крепятся при сборке разрезной шайбой или шплинтом (рис. 3.2 б). При нечетном числе звеньев цепи для её замыкания применяется специальное звено с разными концевыми частями (рис. 3.2 в).
Втулочная цепь отличается от роликовой только отсутствием роликов, что несколько снижает массу цепи и позволяет уменьшить шаг между шарнирами звеньев, однако способствует увеличению скорости износа шарниров цепи и снижает КПД цепной передачи. Пластины роликовых и втулочных цепей изготавливаются из углеродистых или углеродистых легированных сталей (стали 45, 50, 40Х, 40ХН, 30ХН3А и др.) и закаливают до HRC Э 40…50; оси, втулки и ролики – из мало- или среднеуглеродистых сталей с различной степенью легирования (стали 15, 20, 15Х, 20Х, 20ХН3А, 20ХН4А, 30ХН3А и др.), их подвергают поверхностной химико-термической обработке (цементация, цианирование, азотирование) и закаливают до поверхностной твердости HRC Э 50…65. Параметры роликовой цепи, основными из которых являются шаг между геометрическими осями шарниров t и предельная разрушающая нагрузка F p, стандартизованы (ГОСТ ). Пример обозначения роликовых цепей: ПР-15,875-22,7-1; 2ПР-15,875-45,4 ; где первая цифра означает число рядов (для однорядной цепи цифра не ставится), буквы ПР – приводная роликовая, цифра после букв – шаг цепи в мм, следующая цифра – разрушающая нагрузка в кН, последняя цифра – вид исполнения ( 1 – облегченная цепь, 2 – нормальное исполнение), при наличии только одного исполнения для данного типоразмера цепи последняя цифра не ставится.
Основные геометрические соотношения в цепной передаче (рис. 3.3). t шаг цепи; a межосевое расстояние; d 1 делительный диаметр ведущей звездочки; d 2 делительный диаметр ведомой звездочки; угол наклона цепной передачи; угол наклона цепной передачи; f величина провисания цепи. Рис Схема цепной передачи. Межосевое расстояние передачи выбирается в зависимости от шага цепи по следующему соотношению.(3.1) В этом выражении меньшие значения коэффициента в правой части соответствуют меньшим передаточным числам и наоборот. Делительный диаметр d звездочки (диаметр окружности на которой лежат оси шарниров цепи, охватывающей звездочку) также зависит от шага цепи t:
,,(3.2) где z –число зубьев звездочки. В свою очередь число зубьев меньшей звездочки (её параметрам присвоим индекс « 1 ») выбирают по эмпирическим соотношениям: для роликовых и втулочных цепей при условии z 1 13 ;(3.3) для зубчатых цепей при условии z 1 17 ;(3.4) где u – передаточное число. Число зубьев большей звездочки с округлением до ближайшего большего нечетного числа. При этом рекомендуется принимать число зубьев большей звездочки не более 120 для роликовых и втулочных цепей и не более 140 для зубчатых цепей. Длину цепи L р, выраженную в шагах (число звеньев цепи), для извест ного межосевого расстояния a можно вычислить по выражению.(3.5)
Полученное по выражению (3.5) значение необходимо округлить до ближайшего целого четного числа. При четном числе звеньев цепи и нечетных числах зубьев звездочек будет обеспечен наиболее равномерный износ как самих звездочек, так и шарниров цепи. Далее по выбранному числу звеньев цепи необходимо уточнить меж осевое расстояние передачи. (3.6) Полученное расчетом по (3.6) значение межосевого расстояния с целью исключения перенатяжения цепи из-за неточностей изготовления и монтажа сокращают на 0,2…0,4%, так чтобы свободная (ведомая) ветвь цепи имела некоторое провисание f (рис. 3.3). Для передачи, у которой угол наклона межосевой линии к горизонту не превышает 40, величина провисания ведомой ветви цепи, а для передач с углом.
Кинематика ЦП. Рис Схема совместного движения цепи и звездочки. Среднюю скорость Vц (м/с) цепи в цепной передаче можно определить по выражению,(3.7) где n i – частота вращения i -того вала, об/мин; z i – число зубьев звездочки, закрепленной на i -том валу; t – шаг цепи, мм. Передаточное число u цепной передачи можно выразить через её кинематические и конструктивные показатели, (3.8) Передаточное отношение, вычисленное по (3.8) является средним за оборот, но в пределах поворота звездочки на один угловой шаг ( 2 /z ) мгновенное передаточное отношение не остается постоянным. Чтобы доказать это обратимся к схеме рис. 3.4.
Пусть ведущая звездочка, имеющая z зубьев, вращается с угловой скоростью = const по ходу часовой стрелки. Тогда тангенциальная скорость любой точки, лежащей на делительной окружности может быть найдена по известному соотношению.(3.9) Эта тангенциальная скорость всегда может быть представлена горизонтальной V г и вертикальной Vв составляющими. Cоставляющие тангенциальной скорости звездочки для места входа шарнира цепи во впадину звездочки (на схеме рис. 3.4 левый шарнир на верхней, набегающей, ветви цепи) и для предыдущего шарнира, уже движущегося совместно со звездочкой (на схеме рис. 3.4 правый верхний шарнир) по величине составляют; где угол составляет половину углового шага звездочки, то есть
Динамика и расчет ЦП. При работе цепной передачи на цепь действуют: 1.Окружная (тангенциальная для звездочек) сила Ft, участвующая в передаче мощности от ведущей звездочки к ведомой. Эту силу приближенно (то есть в среднем, поскольку её величина колеблется) можно найти по известному выражению,(3.11) где T 1 – вращающий момент на валу ведущей звездочки, а d 1 – делительный диаметр этой звездочки. Усилие это пульсирует в силу изменения расстояния между направлением действия этой силы и осью вращения звездочки. Относительная величина пульсации этой силы Ft, как и пульсация скорости, составит.(3.12) Величина пульсации скорости цепи, равная отношению разности этих двух скоростей к средней скорости цепи в этом случае составит.(3.10)
Сила предварительного натяжения F 0, обусловленная провисанием ведомой ветви цепи ;(3.13) где q – удельная масса цепи, кг/м; a – межосевое расстояние передачи, м; g – ускорение свободного падения, м/с 2 ; k f – коэффициент учитывающий условия провисания цепи. Для горизонтальной передачи ( =0 ) k f = 6 ; для наклонной передачи, у которой 0< 45, k f = 3 ; для вертикальной передачи ( =90 ) k f = 1. Натяжение F V, от действия центробежных сил на злементы цепи при обегании ими звездочек. Это усилие, также как и в ременной передаче, составит ;(3.14) Сила F V растягивает цепь по всей её длине, но звездочкам не передается. В ведущей ветви цепи все эти силы суммируются.(3.15)
Порядок расчета роликовой ЦП Исходные данные: P2 – мощность, необходимая на выходном валу; n1 – частота вращения ведущей звездочки (входного вала); n2 – частота вращения ведомой звездочки (выходного вала). Алгоритм расчёта: 1)вычислить передаточное число; 2) назначить число зубьев меньшей (ведущей) звёздочки, соблюдая ограничительное условие z 1 13, и вычислить число зубьев большей (ведомой) звёздочки, округлить результат расчёта до ближайшего нечётного числа и проверить по ограничению сверху z ; 2а) вычислить фактическое передаточное число u ф ; 3) по конструктивным параметрам из ГОСТ или из технической литературы выбрать цепь с известным шагом t ф и вычислить для неё допустимое давление в шарнире [p] ц по формуле ;(3.17)
где n 1 – частота вращения меньшей из звёздочек, мин -1, t – шаг цепи, мм; 4) проверить шаг выбранной цепи по ограничению снизу ;(3.18) где К э – коэффициент эксплуатации, n r – число рядов цепи; ;(3.19) где K Д – коэффициент динамичности нагрузки (1,2…1,5); K С – коэффициент смазывания, непрерывное смазывание К С = 0,8 ; регулярное капельное -- К С = 1 ; периодическое - К С = 1,5 ; К - коэффициент наклона передачи, 45 - К = 1,
> 45 - ; K H – коэффициент натяжения цепи, натяжение смещением оси одной из звёздочек – К Н = 1, оттяжной звёздочкой или нажимным роликом - К Н = 1,1, нерегулируемая передача – K H = 1,25 ; - коэффициент сменности (продолжительности) работы передачи, в котором T p – время работы передачи в течение суток, часов; 5) вычислить делительные диаметры звёздочек d 1 и d 2 ; 6) назначить предварительную величину межосевого расстояния; 7) вычислить необходимое число звеньев цепи и округлить полученное значение до ближайшего чётного числа; 8) уточнить величину межосевого расстояния и назначить провисание свобоной ветви цепи;
9) определить нагрузку в свободной ветви цепи; 10) вычислить коэффициент запаса цепи по нагрузке по формуле ;(3.20) где Q Ц – паспортное разрывное усилие цепи, а [K Ц ] = 3…5 – нормативный коэффициент запаса цепи по разрывному усилию. При невыполнении неравенства (3.20) необходимо повторить расчёт для цепи с большим или меньшим шагом.
Лекция окончена. Спасибо за внимание!