Что является основным критерием работоспособности цепных передач

Детали машин

Расчет и конструирование цепных передач

Критерии работоспособности и расчет цепной передачи

Основным критерием работоспособности цепных передач является долговечность цепи, определяемая изнашиванием шарниров.

За основной принят расчет цепных передач, обеспечивающий износостойкость шарниров цепи. При этом цепи обладают достаточной прочностью. Долговечность (ресурс) приводных цепей по изнашиванию в стационарных машинах составляет 10…15 тыс. часов работы.

Проектировочный расчет цепи

Проектировочный расчет цепной передачи заключается в подборе цепи из стандартного ряда по справочным таблицам. При этом учитываются передаваемая нагрузка и скоростные характеристики передачи.
С помощью поправочных коэффициентов учитываются эксплуатационные характеристики – способ смазки, динамичность, способ регулирования, режим нагружения и наклон цепи к горизонту.
Таким образом, определяется требуемый шаг t цепи, а также число рядов m и допускаемое среднее давление [p_ц] в шарнире цепи.

Условное обозначние приводных цепей

Для работы со справочными таблицами необходимо знать условное обозначение цепей. Так, для роликовых цепей приняты следующие обозначения:

Пример обозначения роликовой цепи:

ПР-12,7-1820-1 : приводная роликовая цепь, однорядная, шаг 12,7 мм, разрушающая нагрузка 18200 Н, первое исполнение по ширине.

При проектировочном расчете предварительно определяют шаг цепи:

где:
К_э – коэффициент эксплуатации, К_э = К_д×К_с×К₀×К_рег×К_р ; К_д – коэффициент динамичности; К_с – коэффициент способа смазывания передачи; К₀ – коэффициент наклона передачи к горизонту; К_рег – коэффициент способа регулирования; К_р – коэффициент режима нагрузки;
Т₁ – вращающий момент на ведущей звездочке;
m – число рядов цепи;
z₁ = 29 – 2u – минимальное число зубьев ведущей звездочки роликовой цепи;
[p_ц] – допускаемое среднее давление в шарнире (определяется по таблицам с учетом угловой скорости цепи и ее шага, см. Таблицу 1);

Источник

Критерии работоспособности и расчет цепных передач

Основным критерием работоспособности приводных цепей является износостойкость их шарниров. Долговечность втулочных и роликовых цепей, подобранных по критерию износостойкости, может быть 2000..5000 часов и более; цепные передачи с зубчатыми цепями имеют срок службы 8000. 10 000 часов. Для закрытых передач, работающих при значительных внешних динамических нагрузках, критерием работоспособности может быть сопротивление усталости элементов цепи, причем усталостному разрушению в первую очередь подвержены пластины.

Расчет передач с втулочными и роликовыми цепями. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, нагрузочная способность цепи прямо пропорциональна давлению в шарнирах, а долговечность — обратно пропорциональна. Поэтому в основу расчета цепных передач положено условие, по которому можно вести провероч­ный расчет передачи:

(3.151)

Где p — расчетное среднее давление в шарнире; F_t = 2T/d — передаваемая окружная сила; Т — вращающий момент; d — диаметр делительной окружности звездочки (если задана мощность Р передачи, то F_t= P/ν,

где ν — скорость цепи); А_0П ≈ d₀ b₀ ≈ (0,25. 0,28)t 2 — площадь проекции опорной поверхности шарнира; d₀ — диаметр валика; b₀ — длина втулки; [р]— допускаемое среднее давление в шарнирах, установленное для типовой передачи, работающей в средних условиях эксплуатации, при постоянной нагрузке и долговечности 3000. 5000 часов; К — коэффициент эксплуатации, учитывающий конкретные особенности рассчитываемой передачи; m — число рядов цепи.

Допускаемое среднее давление [р] в шарнире в зависимости от угловой скорости со, малой звездочки и шага цепи t приведены в табл. 3.19.

(3.152)

При проектном расчете ориентировочное значение шага цепи t определяется по формуле

(3.153)

где Т₁ — вращающий момент на ведущей звездочке^, имеющей число зубьев z₁ m — число рядов цепи.

Поскольку допускаемое давление [р] в шарнирах, в свою очередь, зависит от шага цепи (см. табл. 10.2), предположительно последний выбирается по табл. 3.18 в зависимости от рекомендуемой угловой скорости малой звездочки.

При расчете передач с роликовыми цепями следует ориентироваться на применение цепей типа ПРЛ как самых экономичных; цепи типа ПР имеют большую нагрузочную способность, но они вдвое дороже. Во всех случаях предпочтительной является однорядная цепь; многорядных цепей следует по возможности избегать.

Расчет передач с зубчатыми цепями. В соответствии со стандартом число зубьев меньшей звездочки z₁ ≥ 17; при выборе 1_x следует учитывать, что с его увеличением давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность ее увеличивается.

Для зубчатых цепей с шарнирами качения универсальная методика определения шага пока не разработана, поэтому ориентировочно значение шага выбирается по табл. 3.18 в зависимости от максимально допускаемой угловой скорости меньшей звездочки.

При проектном расчете по выбранному шагу t, передаваемой мощности Р и скорости ν цепи определяют ее ширину b по формуле

(3.154)

где К₁ — коэффициент динамичности нагрузки (при спокойной нагрузке К₁ =1, при нагрузке с толчками К₁ = 1,2. 1,5, при ударной нагрузке К₁ = 1,8); K_ν — коэффициент скорости, учитывающий снижение нагрузочной способности из-за центробежных сил (при ν ≤ 10 м/с K_v= 1, при ν ≥ 10 м/с K_ν ≈ 1,1. 2,0).

Расчетную величину b округляют до ближайшего стандартного значения.

Усилия в передаче. В цепной передаче в отличие от ременной предварительное натяжение обычно не требуется, поэтому силы F₁ и F₂, действующие на ведущую и ведомую ветви цепи, равны

(3.155)

где F_t = 2T/d — окружная сила; F_q = k_fqga — натяжение от провисания

ведомой ветви цепи; q — масса одного метра цепи; g — ускорение свободного падения; а — межосевое расстояние; k_f — коэффициент провисания цепи (для горизонтальных передач k_f = 6, для вертикальных k_f = 1, при угле наклона 40° k_f=3, так как чем меньше угол наклона, тем больше провисание цепи); F_ν = qν 2 — натяжение от центробежных сил, где ν=ωzt/2π=nt/60 — скорость цепи.

Влияние на натяжение цепи динамических нагрузок учитывается в расчетах введением коэффициента динамичности К₁.

При средних скоростях движения цепи (до 15 м/с) нагрузка R на валы цепной передачи равна

(3.156)

где k- 1,15 для горизонтальной и k = 1,05 для вертикальной передачи. Эту силу можно считать направленной по линии центров.

В ответственных передачах цепи проверяют на статическую прочность по формуле

(3.157)

где Q — разрушающая нагрузка; [S_ц] — допускаемый коэффициент запаса статической прочности цепи ([S_ц] = 10. 20 для втулочных и роликовых цепей; [S_ц] = 20. 40 для зубчатых цепей; данные для средних скоростей и средних сроков службы цепи; большие значения для более тяжелых цепей).

Источник

Критерии работоспособности и расчет цепной передачи

Классификация цепных передач

Оценка цепных передач

Достоинства цепных передач:

• передача движения зацеплением, а не трением позволяет переда­вать большие мощности, чем с помощью ремня;

• практически не требуется натяжение цепи, следовательно, умень­шается нагрузка на валы и опоры;

• отсутствие скольжения и буксования обеспечивает постоянство среднего передаточного отношения;

• цепи могут устойчиво работать при меньших межосевых расстоя­ниях и обеспечивать большее передаточное отношение, чем ре­менная передача;

• цепные передачи хорошо работают в условиях частых пусков и торможений;

• цепные передачи имеют высокий КПД.

Недостатки цепных передач:

• износ цепи при недостаточной смазке и плохой защите от грязи;

• сложный уход за передачей;

• повышенная вибрация и шум;

• по сравнению с зубчатыми передачами повышенная неравномер­ность движения;

• удлинение цепи в результате износа шарниров и сход цепи со звездочек.

В настоящее время применяют шарнирные

В роликовых цепях зацеп­ление цепи со звездочкой осуществляется через ролик: долговечность цепи возрастает, но возрастает масса и стоимость цепи.

Цепи бывают однорядными и многорядными.

Зубчатые цепи набирают из пластин; большое значение имеет конструкция шарнира. В конструкцию входит направляющая пласти­на, предотвращающая сползание цепи со звездочки. По сравнению с втулочными зубчатые цепи работают более плавно, обеспечивают большую кинематическую точность, могут передавать большую мощ­ность, имеют высокий КПД, но их масса и стоимость значительно выше.

Форма профиля зуба звездочки зависит от конструкции и размеров цепи.

При проектировочном расчете предварительно определяют шаг цепи по формуле

где К_э — коэффициент эксплуатации,

К_Д — коэффи­циент динамичности; К_с — коэффициент способа смазывания переда­чи; K_Q — коэффициент наклона передачи к горизонту; К_рег — коэффи­циент способа регулирования; К_р — коэффициент режима нагрузки; Т₁ — вращающий момент на ведущей звездочке; [р_ц] — допускаемое среднее давление в шарнире; т — число рядов цепи; z₁ = 29 — 2и — ми­нимальное число зубьев ведущей звездочки роликовой цепи.

После подбора цепи по стандарту (табл. П13 Приложения) выбран­ная передача проверяется на износостойкость по формуле

А — площадь про­екции опорной поверхности шарнира,— диаметр оси; В— длина втулки (см. рис. 10.3, а).

Источник

Критерии работоспособности расчет цепных передач

Основным критерием работоспособности приводных цепей является износостойкость их шарниров. Долговечность втулочных и ролико­вых цепей, подобранных по критерию износостойкости, может быть 2000..5000 часов и более; цепные передачи с зубчатыми цепями имеют срок службы 8000. 10 000 часов. Для закрытых передач, работающих при значительных внешних динамических нагрузках, критерием работоспо­собности может быть сопротивление усталости элементов цепи, причем усталостному разрушению в первую очередь подвержены пластины.

Расчет передач с втулочными и роликовыми цепями.Как пока­зывают теоретические и экспериментальные исследования, нагрузочная способность цепи прямо пропорциональна давлению в шарнирах, а дол­говечность — обратно пропорциональна. Поэтому в основу расчета цеп­ных передач положено условие, по которому можно вести проверочный расчет передачи:

где р — расчетное среднее давление в шарнире; F_t = 2T/d — передавае­мая окружная сила; Т — вращающий момент; d — диаметр делительной окружности звездочки (если задана мощность Р передачи, то F_t = P/υ,

где υ — скорость цепи); А_оп — d_ob₀ ≈(0,25. 0,28) t 2 — площадь проекции опорной поверхности шарнира; d₀ — диаметр валика; b_о — длина втулки; [р] — допускаемое среднее давление в шарнирах, установленное для ти­повой передачи, работающей в средних условиях эксплуатации, при по­стоянной нагрузке и долговечности 3000. 5000 часов; К — коэффициент эксплуатации, учитывающий конкретные особенности рассчитываемой передачи; m — число рядов цепи.

Допускаемое среднее давление [р] в шарнире в зависи­мости от угловой скорости ω₁, малой звездочки и шага цепи t приведены в табл. 10.2.

где К₁ — коэффициент динамичности нагрузки (при спокойной нагрузке K₁ = 1, при толчках

К₁ = 1,2. 1,5, при сильных ударах К₁ = 1,8); К₂ — ко­эффициент, учитывающий межосевое расстояние (К₂ = 1 при а = (30. 50)t; К₂ = 1,25 при а 50t); К₃ — коэффициент, учиты­вающий способ смазывания (при непрерывном смазывании К₃ = 0,8, при капельном К₃ = 1, при периодическом К₃ = 1,5).

К₄ — коэффициент режима работы (односменная К₄= 1, двухсменная К₄ = 1,25, трехсменная К₄ = 1,45); К₅ — коэффициент, учитывающий наклон межосевой линии к горизонту (≤ 70° К₅ = 1, > 70° К₅ = 1,25, так как при вертикальном распо­ложении передачи увеличивается давление в шарнирах за счет массы це­пи); К₆ — коэффициент монтажа передачи (передвигающиеся опоры К₆ = 1, при наличии оттяжных звездочек или нажимных роликов К₆= 1,15, нере­гулируемое натяжение К₆ = 1,25).

При проектном расчете ориентировочное значение шага це­пи t определяется по формуле

t ≥ 2,8 ,

где Т₁ — вращающий момент на ведущей звездочке, имеющей число зубьев z₁, m — число рядов цепи.

Поскольку допускаемое давление в шарнирах, в свою очередь, за­висит от шага цепи (см. табл. 10.2), предположительно последний выби­рается по табл. 10.1 в зависимости от рекомендуемой угловой ско­рости малой звездочки.

При расчете передач с роликовыми цепями следует ориентироваться на применение цепей типа ПРЛ как самых экономичных; цепи типа ПР имеют большую нагрузочную способность, но они вдвое дороже. Во всех случаях предпочтительной является однорядная цепь; многорядных цепей следует по возможности избегать.

Расчет передач с зубчатыми цепями.В соответствии со стандар­том число зубьев меньшей звездочки z₁ 17; при выборе z₁ следует учи­тывать, что с его увеличением давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность ее увеличивается.

Для зубчатых цепей с шарнирами качения универсальная методика определения шага пока не разработана, поэтому ориентировочно значе­ние шага выбирается по табл. 10.1 в зависимости от максимально допус­каемой угловой скорости меньшей звездочки.

При проектном расчете по выбранному шагу t, передаваемой мощности Р и скорости υ цепи определяют ее ширину b по формуле

где K₁— коэффициент динамичности нагрузки (при спокойной нагрузке К₁ =1, при нагрузке с толчками К₁ = 1,2. 1,5, при ударной нагрузке К₁ = 1,8); K_υ — коэффициент скорости, учитывающий снижение нагрузочной спо­собности из-за центробежных сил (при υ ≤ 10 м/с К_υ = 1, при υ > 10 м/с K_υ ≈ 1,1…2,0).

Расчетную величину b округляют до ближайшего стандартного зна­чения.

Усилия в передаче.В цепной передаче в отличие от ременной пред­варительное натяжение обычно не требуется, поэтому силы F₁ и F₂, дей­ствующие на ведущую и ведомую ветви цепи, равны

Влияние на натяжение цепи динамических нагрузок учитывается в расчетах введением коэффициента динамичности К₁.

При средних скоростях движения цепи (до 15 м/с) нагрузка R на валы цепной передачи равна

где k = 1,15 для горизонтальной и k = 1,05 для вертикальной передачи. Эту силу можно считать направленной по линии центров.

В ответственных передачах цепи проверяют на статическую проч­ность по формуле

s_ц = Q/K₁F_t + F_q + F_υ) ≤ ,

где Q — разрушающая нагрузка; — допускаемый коэффициент запаса статической прочности цепи ( = 10. 20 для втулочных и роликовых цепей; = 20. 40 для зубчатых цепей; данные для средних скоростей ясредних сроков службы цепи; большие значения для более тяжелых цепей).

Пример 10.1. Выбрать приводную роликовую цепь и рассчитать двухзвездную цепную передачу стационарной машины при следующих исходных данных: передаваемая мощность Р = 8 кВт; нагрузка — плавно изменяющаяся; а = 800 мм; угол наклона передачи к горизонту 20°. Работа передачи двухсменная, смазывание капельное, натяжение цепи регулируется перемещением ведомой звездочки.

Решение. Выбираем число зубьев меньшей звездочки в зависимости от пере­даточного числа:

Определяем число звеньев цепи, учитывая желательное межосевое расстоя­ние а = 800 мм:

z_ц = + + = + + = 138,92 ;

принимаем четное число звеньев z_ц =140.

Окончательное межосевое расстояние равно

а = 0,25t =

= 0,25·19,05 = 810 мм;

так как передача регулируемая, то необходимое провисание цепи будет обеспечено за счет регулировки межосевого расстояния в пределах (0,002. 0,004) а ≈ (2. 3) мм; допускаемая стрела провисания равна 0,02а ≈ 16 мм.

Определим скорость движения цепи:

Определим окружную силу

Определяем натяжение ведущей ветви цепи:

к горизонту 20°); F_υ=qυ 2 = 1,6 6,4 2 = 66 Н, тогда F₁ = 1250 + 64 + 66 = 1380 Н.

Так как разрушающая нагрузка равна 29,5 кН, то цепь работает со статиче­ским запасом прочности, равным s_ц = Q /F₁ =29,5·10 3 /1380 ≈ 21, что выше до­пускаемых значений.

Определяем среднее давление в шарнире:

Определим нагрузку R на валы

R = 1,15F_t = 1,15·1250 = 1440 Н.

Пример 10.2.Выбрать приводную зубчатую цепь для двухзвездной переда­чи, работающей при равномерной нагрузке. Исходные данные: передаваемая мощность Р = 13 кВт, угловая скорость ведущей звездочки ω₁ = 245 рад/с, пере­даточное число и = 3,5.

Решение. Выбираем минимальное число зубьев меньшей звездочки по фор­муле

так как цепь зубчатая, то увеличиваем полученное значение и принимаем z₁ = 26.

Ориентируясь на максимально допускаемое значение угловой скорости малой звездочки, приведенное в табл. 10.1, выбираем шаг цепи t = 15,875 мм.

Расчетную ширину цепи определим по формуле

Определяем скорость υ цепи:

Ориентируясь на полученное значение скорости цепи, принимаем K_υ = 1,25.

Определяем расчетную ширину цепи:

Принимаем ближайший больший стандартный размер ширины цепи b = 46 мм и выбираем по стандарту цепь ПЗ—1—15,875—58—46 с разрушающей на­грузкой Q = 58 кН и массой 1 м цепи q = 3,3 кг.

Источник