Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

динамічні навантаження

Тема 2. Передачі

Ланцюгові передачі.

Загальні відомості.

Ланцюгова передача складається із встановлених на валах ведучої і веденої зірочок та ланцюга, який охоплює зірочки, зачіплюючись при цьому за їх зубці. Кріс цього передачі вміщують натяжні та змащувальні пристрої, захисні огородження (кожухи). Застосовуються також ланцюгові передачі з кількома веденими зірочками.

Ланцюг складається із шарнірно з’єднаних ланок, чим власне і забезпечується рухомість (гнучкість) його.

Ланцюгові передачі застосовуються для передавання обертального руху між валами: при середніх міжосьових відстанях, при яких зубчасті передачі потребують застосування проміжних ступенів, або паразитних зубчастих коліс, не обумовленого необхідністю одержання потрібного передаточного відношення; при жорстких вимогах до габаритів: у випадках, коли необхідно передавати рух без проковзування (характерно для пасових та клинопасових передач).

Крім ланцюгових приводів в машинах застосовують ланцюгові пристрої, тобто ланцюгові передачі з робочими органами (скребками, ковшами, сходинками і ін.) – в транспортуючих машинах з ланцюговим тяговим органом.

Переваги ланцюгових передач:

• можливість застосування в значному діапазоні міжосьових відстаней;

• менші ніж в пасових передачах габарити;

• відсутність проковзування;

• високий к.к.д.;

• відносно невеликі навантаження на вали, так як непотрібне значне

початкове натягування віток ланцюга;

• можливість передачі руху кількома зірочками.

Недоліки передач:

• через практично неможливе створення умов рідинного тертя в шарнірах

відбувається досить швидкий та інтенсивний знос їх та видовження

ланцюгів, що викликає необхідність застосування натяжних пристроїв;

• передачі потребують більш високої точності монтажу валів, чім,

наприклад, клинопасові, та більш складного і витратного обслуговування

– змащування і регулювання;

• передачі потребують розміщення в картерах;

• швидкість руху ланцюга, особливо при малих числах зубців зірочок,

не постійна, що викликає коливання передаточного відношення (хоч і

незначні).

2.1.2. Ланцюги.

В залежності від виконуваних функцій ланцюги поділяються на привідні та тягові. Обидва типи ланцюгів стандартизовані.

Привідні ланцюги. Поділяються на роликові, втулкові та зубчасті. Вони мають малі кроки і зносостійкі шарніри, відповідно, для зменшення динамічних навантажень та забезпечення довговічності.

Основні геометричні характеристик ланцюгів – крок і ширина, основна силова характеристика – розривна сила. визначена дослідним шляхом.

Відповідно до міжнародних стандартів крок ланцюгів (привідних) кратний 25,4 мм, тобто 1-му дюйму.

Параметри привідних роликових і втулкових ланцюгів стандартизовані ГОСТ 13568-75.

Прийняті наступні позначення цих ланцюгів:

ПРЛ – роликові однорядні нормальної точності;

ПР – роликові підвищеної точності;

ПРД – роликові довголанкові;

ПВ – втулкові;

ПРИ – роликові із зігнутими пластинами.

Виготовляються також роликові ланцюги для бурових установок (швидкохідних передач) по ГОСТ 21834-76.

Роликові ланцюги виготовляють одно- та багаторядними. Багаторядні ланцюги застосовують для передачі великих потужностей із великими швидкостями.

Рис. 2.1. Конструкція роликового ланцюга.

Багаторядні ланцюги виготовляють з тих же елементів, що і однорядні, лише з валиками збільшеної довжини; потужності, які ними передаються та розривні зусилля майже пропорційні їх рядності.

Роликові ланцюги нормальної точності ПРЛ нормалізовані в діапазоні кроків (15,875…50,8) мм, їх розривна сила на 10…30% менша ніж у ланцюгів підвищеної точності ПР.

Довголанкові роликові ланцюги ПРД виготовляють з подвоєним кроком у порівнянні із звичайними роликовими, вони легші та дешевші за звичайні. Застосовуються при малих швидкостях.

Втулкові ланцюги ПВ по конструкції співпадають з роликовими, але не мають роликів, що здешевлює ланцюг, зменшує масу та габарити при збільшеній площі проекції шарніра. Виготовляються з кроком 9,525 мм, застосовуються в мотоциклах та автомобілях.

Роликові ланцюги із зігнутими пластинами ПРИ мають підвищену податливість, їх застосовують при динамічних навантаженнях.

В позначенні роликового чи втулкового ланцюга вказують: тип, крок, розривну силу, номер стандарту, по якому він виготовлений.

Зубчасті ланцюги складаються із наборів пластин. Кожна пластина має по два зубці із впадиною між ними для розміщення зубця зірочки. Робочі (зовнішні) поверхні зубців цих пластин (поверхні контакту із зірочками) обмежені пластинами і нахилені одна до одної під кутом вклинювання . Зубці зірочок мають трапецевидний профіль. Пластини в ланках розставлені на товщину однієї або двох пластин спряжених ланок. В основному виготовляють ланцюги із шарнірами кочення, для утворення яких в отвори ланок вставляють призми з циліндричними робочими поверхнями. Призми спираються на лиски. При спеціальному профілюванні отворів пластин і поверхонь призм в шарнірі одержують практично чисте кочення. Центрування ланцюгів на зірочках виконують з допомогою звичайних пластин, які можуть займати центральне (по осі симетрії ланцюга) або бокове положення.

Під центрально розміщені пластини на поверхні зірочок фрезерують канавку.

Зубчасті ланцюги створюють менше шуму під час роботи, мають підвищену кінематичну точність та швидкість, вони довговічніші. Однак вони більш масивні, складніші та дорожчі.

Тягові ланцюги поділяються на пластинчасті, розбірні і кругло ланкові (нормальної та підвищеної точності).

2.1.3. Основні параметри привідних ланцюгових передач

Потужність, яка передається цими передачами складає від долей до сотень кіловат , в загальному машинобудуванні – до 100 кВт. Міжосьова відстань –

до 8 м.

Частоти обертання зірочок та швидкість ланцюгів обмежуються ударними навантаженнями між зубцями зірочок і шарнірами ланцюгів. Швидкість руху ланцюгів, зазвичай, не перевищує 15 м/с, однак в передачах з ланцюгами і зірочками високої якості, при ефективному змащуванні може сягати 35 м/с.

Середня швидкість ланцюга, м/с

де - число зубців зірочки;

- частота обертання зірочки, об/хв.;

- крок ланцюга, м.

Передаточне відношення (із умови рівності середньої швидкості ланцюга на зірочках)

звідки

де - частоти обертання ведучої та відомої зірочок, об/хв.;

- числа зубців ведучої та відомої зірочок.

Передаточне відношення передачі обмежується габаритами її, кутами обхвату зірочок ланцюгом та числами зубців і . Зазвичай (в окремих випадках в тихохідних передачах без обмежень габаритів ).

Числа зубців зірочок. Мінімальні числа зубців зірочок обмежені зносом шарнірів, динамічними навантаженнями та шумом. Чім менше число зубців на зірочці тим більший знос, так як кут повороту ланки при набіганні ланцюга на зірочку та збіганні з неї становить . Зі зменшенням числа зубців зірочки зростає нерівномірність швидкості руху ланцюга, швидкість удару ланцюга об зірочку.

Мінімальне число зубців зірочки роликових ланцюгів вибирають по емпіричній залежності

В залежності від частоти обертання вибирають:

• при високих частотах = 19…23;

• при середніх = 17…19;

• при низьких = 13…15.

В передачах з зубчастими ланцюгами більше на 10…20%.

По мірі зношування ланцюга його шарніри піднімаються по профілю зубця від ніжки до вершини, що зрештою призводить до порушення зачеплення. При цьому гранично допустиме збільшення кроку ланцюга тим менше чім більша кількість зубців на зірочці. З цієї причини максимальне число зубців при використанні роликових ланцюгів , зубчастих –

.

Перевагу слід надавати не парним числам зубців, особливо меншої, що у сполученні з парною кількістю ланок ланцюга сприяє рівномірному зношуванню елементів зачеплення. Ще доцільніше, з точки зору зношування вибирати число зубців меншої зірочки із ряду простих чисел.

Мінімальна міжосьова відстань вибирається із умов:

• відсутності інтерференції (перекриття зірочок)

де - зовнішні діаметри зірочок;

• забезпечення кута обхвату малої зірочки ланцюгом 120⁰, при цьому кут нахилу кожної вітки ланцюга до осі передачі має складати 30⁰ і менше, а так, як = 0,5 то

де - діаметри початкових кіл зірочок.

Оптимальна міжосьова відстань

a = (30…50) р,

а граничне значення, зазвичай складає a = 80 р.

Потрібне число ланок ланцюга визначається по попередньо вибраній міжосьовій відстані а, кроку р та числа зубців і .

одержане значення округляється до найменшого цілого, бажано парного числа.

Міжосьова відстань по вибраній кількості ланок ланцюга (із попередньої формули)

Ланцюг повинен мати деяке провисання для запобігання підвищення навантаження від сил тяжіння і радіального биття зірочок; для цього міжосьову відстань зменшують на (0,002…0,004) а.

Крок ланцюга – основний геометричний параметр передачі. Ланцюги з великими кроками мають більш високу несучу здатність, але допускають значно менші частоти обертання, під час роботи в них виникають великі динамічні навантаження та шум. Потрібно вибирати ланцюг з мінімально допустимими для даного навантаження кроком. Зазвичай ; зменшити крок зубчастих ланцюгів при конструюванні передачі можна за рахунок збільшення її ширини, роликових – шляхом застосування багаторядного ланцюга.

2.1.4. Критерії працездатності і розрахунку ланцюгових передач

Причини виходу з ладу ланцюгових передач:

• знос шарнірів, внаслідок чого відбувається видовження ланцюга та порушення правильного зачеплення його із зірочками (основний критерій працездатності для більшості передач);

• утомне руйнування пластин по провушинах – основний критерій для швидкохідних важко навантажених роликових ланцюгів, які працюють в закритих картерах, в умовах якісного змащування;

• прокручування валиків і втулок в пластинах в місцях запресовування;

• викришування та руйнування роликів;

• настання гранично допустимого провисання холостої вітки – критерій характерний для передач з нерегульованою міжосьовою відстанню без натяжних пристроїв;

• знос зубців зірочок.

Строк служби ланцюгової передачі найчастіше обмежується довговічністю ланцюга, а довговічність ланцюга в свою чергу залежить від зносостійкості шарнірів.

Матеріали деталей ланцюга, термообробка.

Пластини виготовляють із загартовуваних сталей: сталь 45, 50, 40Х, 4ХН та ін. Твердість після термообробки в залежності від типу ланцюга та кроку складає НRС 26…45.

Валики і втулки для ланцюгів усіх типів, за винятком ланцюгів типу ПРИ, виготовляють із цементованих сталей, сталь 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХН3 і ін. Твердість після цементації та загартування складає НRС 54…65. Валики ланцюгів ПРИ виготовляють із загартовуваних сталей, надаючи їм твердість

НRС 45…55, а втулки для них виготовляють як із загартовуваних, так і цементованих сталей, при умові забезпечення твердості НRС 45…55. Ролики ланцюгів усіх типів виготовляють, як із загартовуваних, так і з цементованих, забезпечуючи твердість, у першому випадку НRС 47…62, в другому –

НRС 42…50. Ролики ланцюгів ПРИ виготовляють із нецементованих сталей, надаючи їм твердості НRС 35…45.

2.1.5. Несуча здатність та розрахунок ланцюгових передач

Згідно з основним критерієм працездатності ланцюги, зносостійкістю шарнірів, несуча здатність ланцюгової передачі може бути визначена умовно, по якій тиск в шарнірах не повинен перевищувати допустимого, в даних умовах експлуатації, рівня.

В розрахунках ланцюгових передач, зокрема при урахуванні умов експлуатації використовують степеневу залежність між тиском і шляхом тертя, де С в даних обмежених умовах може розглядатися, як постійна величина. Показник залежить від характеру тертя: при нормальній експлуатації передач із якісним змащуванням в умовах недостатнього змащування

Допустима корисна сила, яку може передавати ланцюг з шарнірами ковзання

де - допустимий тиск, МПа, в шарнірах при середніх умовах експлуатації;

А – проекція опорної поверхні шарніра, мм²,

тут - діаметр валика, мм;

внутрішня ширина ланцюга, мм;

- коефіцієнт експлуатації:

тут - коефіцієнт динамічності: = 1,0 – при спокійному характері

навантаження, = 1,2…1,5 – при наявності поштовхів, = 1,8 – при

сильних ударах;

– коефіцієнт, що залежить від величини міжосьової відстані: при

a = (30…50) р = 1,0; а при a < 25 р = 1,25, при a = (60…80) р

- коефіцієнт, що враховує нахил передачі відносно горизонталі: при

ψ ≤ 45⁰ = 1,0 при ψ > 45⁰ ;

- коефіцієнт, який враховує наявність регулювання: для передач з

можливістю регулювання положення осі однієї із зірочок = 1,0,

для передач з відтяжними зірочками або натискними роликами

= 1,1, для передач з нерегульованими осями зірочок = 1,25;

- коефіцієнт, що враховує характер змащування: при безперервному

змащуванні у ванні або від насосу = 0,8, при регулярному

капельному або внутрішньо шарнірному змащуванні = 1,0, при

періодичному змащуванні = 1,5;

– коефіцієнт, що враховує режим роботи передачі,

однозмінній роботі, - при 2-х змінній роботі;

- при 3-х змінній роботі;

- температурний коефіцієнт, = 1.0 при 25⁰С < t < 150⁰С, при екстре-

мальних умовах >1.0.

Привідні ланцюги проектуються на основі геометричної подібності, тому площа проекції опорної поверхні шарніра для кожного розмірного ряду ланцюгів може бути представлена співвідношенням , де с – коефіцієнт пропорційності, с 0,25 – для однорядних ланцюгів.

Допустима корисна сила ланцюга з рядами

де - коефіцієнт рядності ланцюга, який враховує нерівномірність розподілу

навантаження по рядах:

Допустима величина обертального моменту, Н·м, на валу малої зірочки

звідки крок ланцюга

Орієнтовно, крок однорядного ланцюга

де коефіцієнти: 12,8 – для ланцюгів ПР;

13,5 – для ланцюгів ПРЛ.

2.1.6. Постійні сили у вітках ланцюга та навантаження на вали

Ведуча вітка ланцюга під час роботи передачі навантажується постійною силою

де - корисна сила,

- сила натягу веденої вітки

тут - натяг від сили тяжіння,

- натяг від дії відцентрових сил інерції,

де - маса одного метра ланцюга, кг/м;

- відстань між точками підвісу, м;

9,81 м/с² – прискорення вільного падіння,

- кут нахилу до горизонталі лінії, що з’єднує точки підвісу ланцюга, який

приймають рівним куту нахилу передачі;

– стріла провисання, м;

приймаючи та одержують спрощену формулу

де - швидкість ланцюга.

Розрахункова сила, яка діє на вали передачі дещо більша за корисну пружну силу

,

де – коефіцієнт, який залежить від розташування передачі: = 1,15 – для

горизонтальної передачі; = 1,05 – для вертикальної.

Ланцюгові передачі перевіряють на міцність по співвідношенню, яке встановлює коефіцієнт запасу міцності

де - руйнівна сила,

- натяг найбільш навантаженої вітки,

,

тут - динамічна сила.

При - ланцюг задовольняє умовам статичної міцності.

2.1.7. Коливання передаточного відношення та

динамічні навантаження

Під час роботи передачі рух ланцюга визначається рухом шарніра ланки, який останнім ввійшов у зачеплення із зубом ведучої зірочки. Кожна ланка веде ланцюг при повороті зірочки на один кутовий крок, а потім поступається місцем наступній ланці. В зв’язку з цим швидкість ланцюга не постійна: вона має найбільше значення в положенні зірочки при якому її радіус, проведений через шарнір розміщується перпендикулярно до осі ведучої вітки ланцюга.

Швидкість ланцюга в довільному кутовому положенні зірочки, в якому ведучий шарнір повернений відносно перпендикуляра до осі ведучої ланки під кутом

де - постійна кутова швидкість обертання ведучої зірочки,

- радіус початкового кола зірочки.

Так як кут змінюється від 0 до швидкість ланцюга змінюється від до

Миттєва кутова швидкість веденої зірочки

де - радіус початкового кола веденої зірочки,

- кут повороту шарніра веденої зірочки,

Миттєве передаточне відношення

• передаточне відношення не постійне;

• рівномірність руху тим вища, чім більше зубців мають зірочки

( і ближчі до одиниці), вирішальним є число зубців

меншої зірочки;

• рівномірність руху значно підвищується, коли у ведучій вітці

ланцюга поміщається ціле число ланок, при виконанні цієї умови

рівномірність тим вища, чім менша різниця при

Коефіцієнт нерівномірності руху веденої зірочки при рівномірному обертанні ведучої

Діапазон зміни (пульсації) швидкості ланцюга

тут - коефіцієнт пульсації швидкості.

Коефіцієнт нерівномірності руху ланцюга

Динамічні навантаження в ланцюговій передачі обумовлюються:

• перемінним передаточним відношенням;

• ударами шарнірів ланцюга об зубці зірочок при входженні в

зачеплення.

Швидкість набігання ланцюга на ведучу зірочку в момент часу

де відраховується від моменту входження шарніра в зачеплення.

Прискорення ланцюга

Максимальне прискорення, при

Маса веденої зірочки та приєднаних до неї деталей

де - момент інерції веденої зірочки та приєднаних до неї мас, кг·м²;

- радіус розміщення шарнірів на веденій зірочці.

Найбільше динамічне навантаження у передбаченні, що ланцюг абсолютно жорсткий

З урахуванням податливості ланцюга та коливань, які в цьому збуджуються

де - коефіцієнт наростання коливань

де - колова частота вимушених коливань

– колова частота власних коливань,

- податливість ланцюга.

2.1.8. Зірочки

Умови контакту ролика із зубцем зірочки суттєво залежать від форми основного профілю, який значною мірою визначає динамічне навантаження в передачі, строк служби ланцюгів та зірочок.

В практиці проектування зірочок для пластинчастих ланцюгів поширені наступні види основних профілів:

ввігнуто-опуклий, складений із 4-х ділянок западини ab, ввігнутої поверхні bс, незначної по довжині прямолінійної

поверхні cd, опуклої головки зубця de.

прямолінійних, складений із 2-х ділянок западини ab і робо-

чої частини bс з прямолінійною поверхнею зуба;

прямолінійно опуклий, складений із 3-х ділянок западини ab,

робочої частини bс з прямолінійною поверхнею, та головки

зубця (опуклої) cd;

опуклий, складений із 2-х ділянок западини ab та робочої частини bс з опуклою поверхнею.

Матеріали зірочок та способи їх зміцнення.

За умови експлуатації ланцюгових передач та пристроїв необхідно забезпечувати довговічність зірочок більшу аніж ланцюгів. Матеріал та спосіб зміцнення потрібно призначити виходячи із умов експлуатації передачі. Зубці зірочок під час роботи піддаються зносу, ударним та циклічним навантаженням, в зв’язку з чим потрібно регламентувати разом з твердістю межу міцності, в окремих випадках структуру металу.

Матеріали:

• метали;

• пластмаси;

• комбінації металів та полімерів.

Металеві зірочки: чавун (сірий, ковкий, антифрикційний, високоміцний) СЧ18, СЧ30, АЧ81, ВЧ45-5; сталі 15, 20; 45, 45Г, 30, 30Г, 40Л, 45Л, 15Х, 20Х; 40Х, 40ХН; 45Х, 45ХН, 45Г2.

Твердості поверхонь зубців: після цементації, загартування та відпуску НRС 55…60; після загартування та відпускання НRС 45…50.

Неметалеві: поліетилен, поліпропілен(малої міцності); сополімер, капрон первинний, поліамід, капролон; поліформальдегід стабілізований, текстоліт конструкційний (середньої міцності); прес матеріали: деревошаровий пластик (високої міцності).

Максимальні контактні напруження:

при опукло-ввігнутому контакту