Файл: Учебный курс для студентов очной и заочной форм обучения.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 891
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
t. После чего получим выражение для определения шага цепи:
для роликовой и втулочной цепей
; (18)
для зубчатой цепи с шарниром скольжения
, (19)
где т — число рядов в роликовой или втулочной цепи;
— коэффициент ширины зубчатой цепи.
Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности). В от ветственных случаях выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности
, (20)
где F — разрушающая нагрузка цепи (см. табл.1);
— суммарная нагрузка в веду щей цепи;
— требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выби рают по табл.1).
Долговечность по числу входов в зацепление с обеими звездочками (число ударов) проверяют по формуле
, (21)
где Lp— общее число звеньев цепи; - число зубьев и частота враще ния звездочки (ведущей или ведомой); U — действительное число входов звеньев цепи в зацепление за 1 с; v — окружная скорость, м/с; L — длина цепи, м; [U] — допускаемое число входов цепи в зацепление за 1 с (см. табл.1).
Последовательность проектировочного расчета цепных передач.
1. Выбрать тип цепи по ее предполагаемой скорости и из условий рабо ты передачи (роликовая, втулочная, зубчатая).
2. По передаточному числу и выбрать по табл.1 число зубьев малой звездочки z1, по формуле (9) определить число зубьев большей звездочки z2.Проверить выполнение условия .
3. Определить вращающий момент Тхна малой звездочке, по табл.1 выбрать допускаемое давление в шарнирах [р], задать расчетные коэффи циенты , , , , , и по формуле (17) определить коэффициент эксплуатации .После чего из условия износостойкости шарниров [см. формулы (18), (19)] определить шаг цепи. Полученное значение шага t округлить до стандартного (см. табл.1).
4. Принятый шаг проверить по допустимой угловой скорости малой звездочки (см. табл.1). При несоблюдении условия увеличить число рядов роликовой (втулочной) цепи или ширину зубчатой цепи.
5. По формуле (8) определить среднюю скорость цепи v и силу Ft
,по сле чего по формуле (16) проверить износостойкость цепи. При несоблю дении условия р<[р] увеличить шаг цепи и расчет повторить.
6. Определить геометрические размеры передачи.
7. Для особо ответственных цепных передач по формуле (20) прове рить выбранную цепь по коэффициенту запаса прочности.
8. По формуле (21) проверить передачу по числу ударов за 1 с.
Расчет передачи зубчатой цепью
Шаг цепи выбирают в зависимости от максимально допустимой частоты вращения п1max меньшей звездочки.
Число зубьев z1 меньшей звездочки принимают по формуле, при этом учитывают, что с увеличением числа зубьев z1 давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность цепи соответственно увеличивается.
Исходя из критерия износостойкости шарнира зубчатой цепи по известным Р1 (кВт), (мм) и v (м/с) вычисляют требуемую ширину В (мм) цепи:
(22)
где Кэ = Кд — коэффициент эксплуатации для зубчатых цепей;
Kv — скоростной коэффициент, учитывающий снижение несущей способности цепи из-за центробежных сил.
Kυ=1...1,1·10-3v2 (23)
Критерии работоспособности цепных передач.
Материалы цепей
Экспериментальные наблюдения показывают, что основными причинами выхода из строя цепных передач являются:
1. Износ шар ниров (за счет ударов при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочки и из-за изнашивания их от трения), приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездоч ками (основной критерий работоспособ ности для большинства передач).
2. Усталостное разрушение пластин по проушинам основной крите рий для быстроходных тяжелонагруженных роликовых цепей, работающих в за крытых картерах с хорошим смазыванием.
3. Проворачивание валиков и вту лок в пластинах в местах запрессовки - распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно высоким качеством изготовления.
4. Выкрашивание и разруше ние роликов.
5. Достижение предельного про висания холостой ветви — один из кри териев для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных устройств и стес ненных габаритах.
6. Износ зубьев звездочек.
В соответствии с приведенными причи нами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о том, что срок службы передачи чаще всего ограничи вается долговечностью цепи.
Долговечность же цепи в первую оче редь зависит от износостойкости шарни ров.
В ответственных случаях проверяют коэффициент запаса проч ности (s>[s]), число входов шарниров цепи в зацеплении в 1 с (U≤ [U]).
Материал и термическая об работка цепей имеют решающее зна чение для их долговечности.
Пластины выполняют из среднеуглеродистых или легированных закаливаемых сталей: 45, 50, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА твердостью преимущественно 40...50HRCэ; пластины зубчатых цепей - преимущественно из стали 50. Изогнутые пла стины, как правило, изготовляют из леги рованных сталей. Пластины в зависимости от назначения цепи закаливают до твер дости 40.-.50 HRCэ. Детали шарниров валики, втулки и призмы - выполняют преимущественно из цементуемых ста лей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗ, 20ХИЗА, 20Х2Н4А, ЗОХНЗА и подвергают закалке до 55-65 HRCэ. В связи с высокими требованиями к современным цепным передачам целесообразно применять легиро ванные стали. Эффективно применение га зового цианирования рабочих поверхно стей шарниров. Многократного повышения ресурса цепей можно достигнуть диффу зионным хромированием шарниров. Усталостную прочность пластин роликовых цепей существенно повышают обжатием краев отверстий. Эффективна также дро беструйная обработка.
В шарнирах роликовых цепей для ра боты без смазочного материала или при скудной его подаче начинают применять пластмассы.
Ресурс цепных передач в стационарных машинах должен составлять 10...15 тыс. ч работы.
Потери на трение. Конструирование передач
Потери на трение в цепных передачах складываются из потерь: а) на трение в шарнирах; б) на трение между пласти нами; в) на трение между звездочкой и звеньями цепи, а в роликовых цепях также между роликом и втулкой, при входе звеньев в зацепление и выходе из зацеп ления; г) на трение в опорах; д) потерь на разбрызгивание масла.
Основными являются потери на трение в шарнирах и опорах.
Потери на разбрызгивание масла суще ственны только при смазывании цепи окунанием на предельной для этого вида смазки скорости = 10…15 м/с.
Цепные передачи располагают так, чтобы цепь двигалась в вертикальной плоскости, причем взаимное положение по высоте ведущей и ведомой звездочек может быть произвольным. Оптималь ными расположениями цепной передачи являютсягоризонтальное и наклонное под углом до 45° к горизонту. Вертикаль но расположенные передачи требуют более тщательной регулировки натяжения цепи, так как ее провисание не обеспечи вает самонатяжения; поэтому целесо образно хотя бы небольшое взаимное сме щение звездочек в горизонтальном на правлении.
Ведущей в цепных передачах может быть как верхняя, так и нижняя ветви. Ведущая ветвь должна быть верхней в сле дующих случаях:
а) в передачах с малым межосевым расстоянием (а<30P при и> 2) и в пере дачах, близких к вертикальным, во избежание захвата провисающей верхней ведомой ветвью дополнительных зубьев;
б) в горизонтальных передачах с боль шим межосевым расстоянием (а> 60Р) и малыми числами зубьев звездочек во избежание соприкосновения ветвей.
Натяжение цепей
По мере изнашивания и контактных обмятий шарниров цепь вытягивается, стрела провисания f ведомой ветви увеличивается, что вызывает захлестывание звездочки цепью. Для передач с углом наклона θ < 45° наклона к горизонту [f]<0,02а; при θ> 45° [f] < 0,015а, где а — межосевое расстояние. Поэтому цепные переда чи, как правило, должны иметь возможность регулирования ее на тяжения. Предварительное натяжение су щественно в вертикальных передачах. В горизонтальных и наклонных передачах зацепление цепи со звездочками обеспе чивается натяжением от собственной силы тяжести цепи, но стрела провисания цепи должна быть оптимальной в указанных выше пределах.
Регулирование натяжения цепи осуществляют устройствами, аналогичными применяемым для натяжения ремня, т.е. перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами или оттяжными звездочками.
Натяжные устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при большей вытяжке — два звена цепи удаляют. Увеличение шага цепи вследствие износа в шарнирах не компенсируется ее натяжением. По мере изнашивания цепи шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек.
Регулирующие звездочки и ролики сле дует по возможности устанавливать на ве домой ветви цепи в местах ее наиболь шего провисания. При невозможности установки на ведомой ветви их ставят на ведущей, но для уменьшения вибраций - с внутренней стороны, где они работают как оттяжные. В передачах с зубчатой цепью ПЗ-1 регулирующие звездочки могут работать только как оттяжные, а ролики как натяжные. Число зубьев регули рующих звездочек выбирают равным числу малой рабочей звездочки или большим. При этом в зацеплении с регулирую щей звездочкой должно быть не меньше трех звеньев цепи. Перемещение регули рующих звездочек и роликов в цепных передачах аналогично таковому в ремен ных передачах и осуществляется грузом, пружиной или винтом. Наибольшее рас пространение имеет конструкция звездочки с эксцентрической осью, поджимаемой спи ральной пружиной.
Известно успешное применение цепных передач роликовыми цепями повышенного качества в закрытых картерах при хоро шем смазывании с неподвижными осями звездочек без специальных натяжных устройств.
Картеры
Для обеспечения возможности непрерывного обильного смазывания цепи, защиты от загрязнений, бесшумности работы и для обеспечения безопасности эксплуатации цепные передачи заключают в картеры.
Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания це пи, а также возможность удобного обслу живания передачи. Для наблюдения за состоянием цепи и уровнем масла картер снабжают окном и указателем уровня масла.
Смазывание
Смазывание цепи оказывает решающее влияние на ее долговечность.
Для ответственных силовых передач следует по возможности применять непре рывное картерное смазывание видов:
а) окунанием цепи в масляную ванну, причем погружение цепи в масло в самой глубокой точке не должно превышать ширины пластины; применяют до ско рости цепи 10 м/с во избежание недопустимого взбалтывания масла;
б) разбрызгивание с помощью спе циальных разбрызгивающих выступов или колец и отражающих щитков, по которым масло стекает на цепь, применяют при скорости 6...12 м/с в случаях, когда уро вень масла в ванне не может быть поднят до расположения цепи;
в) циркуляционное струйное смазыва ние от насоса, наиболее совершенный способ, применяют для мощных быстро ходных передач;
г) циркуляционное центробежное с по дачей масла через каналы в валах и звездочках непосредственно на цепь; при меняют при стесненных габаритах пере дачи, например, в транспортных машинах;
д) циркуляционное смазывание распы лением капель масла в струе воздуха под давлением; применяют при скорости более 12 м/с.
В среднескоростных передачах, не имею щих герметичных картеров, можно при менять пластичное внутришарнирное или капельное смазывание. Пластичное внут ришарнирное смазывание осуществляют периодическим, через 120...180 ч, погружением цепи в масло, нагретое до темпе ратуры, обеспечивающей его разжижение. Пластичный смазочный материал применим при скорости цепи до 4 м/с, а капельное смазывание - до 6 м/с.
В передачах с цепями крупных шагов предельные скорости для каждого способа смазывания несколько ниже.
для роликовой и втулочной цепей
; (18)
для зубчатой цепи с шарниром скольжения
, (19)
где т — число рядов в роликовой или втулочной цепи;
— коэффициент ширины зубчатой цепи.
Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности). В от ветственных случаях выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности
, (20)
где F — разрушающая нагрузка цепи (см. табл.1);
— суммарная нагрузка в веду щей цепи;
— требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выби рают по табл.1).
Долговечность по числу входов в зацепление с обеими звездочками (число ударов) проверяют по формуле
, (21)
где Lp— общее число звеньев цепи; - число зубьев и частота враще ния звездочки (ведущей или ведомой); U — действительное число входов звеньев цепи в зацепление за 1 с; v — окружная скорость, м/с; L — длина цепи, м; [U] — допускаемое число входов цепи в зацепление за 1 с (см. табл.1).
Последовательность проектировочного расчета цепных передач.
1. Выбрать тип цепи по ее предполагаемой скорости и из условий рабо ты передачи (роликовая, втулочная, зубчатая).
2. По передаточному числу и выбрать по табл.1 число зубьев малой звездочки z1, по формуле (9) определить число зубьев большей звездочки z2.Проверить выполнение условия .
3. Определить вращающий момент Тхна малой звездочке, по табл.1 выбрать допускаемое давление в шарнирах [р], задать расчетные коэффи циенты , , , , , и по формуле (17) определить коэффициент эксплуатации .После чего из условия износостойкости шарниров [см. формулы (18), (19)] определить шаг цепи. Полученное значение шага t округлить до стандартного (см. табл.1).
4. Принятый шаг проверить по допустимой угловой скорости малой звездочки (см. табл.1). При несоблюдении условия увеличить число рядов роликовой (втулочной) цепи или ширину зубчатой цепи.
5. По формуле (8) определить среднюю скорость цепи v и силу Ft
,по сле чего по формуле (16) проверить износостойкость цепи. При несоблю дении условия р<[р] увеличить шаг цепи и расчет повторить.
6. Определить геометрические размеры передачи.
7. Для особо ответственных цепных передач по формуле (20) прове рить выбранную цепь по коэффициенту запаса прочности.
8. По формуле (21) проверить передачу по числу ударов за 1 с.
Расчет передачи зубчатой цепью
Шаг цепи выбирают в зависимости от максимально допустимой частоты вращения п1max меньшей звездочки.
Число зубьев z1 меньшей звездочки принимают по формуле, при этом учитывают, что с увеличением числа зубьев z1 давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность цепи соответственно увеличивается.
Исходя из критерия износостойкости шарнира зубчатой цепи по известным Р1 (кВт), (мм) и v (м/с) вычисляют требуемую ширину В (мм) цепи:
(22)
где Кэ = Кд — коэффициент эксплуатации для зубчатых цепей;
Kv — скоростной коэффициент, учитывающий снижение несущей способности цепи из-за центробежных сил.
Kυ=1...1,1·10-3v2 (23)
Критерии работоспособности цепных передач.
Материалы цепей
Экспериментальные наблюдения показывают, что основными причинами выхода из строя цепных передач являются:
1. Износ шар ниров (за счет ударов при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочки и из-за изнашивания их от трения), приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездоч ками (основной критерий работоспособ ности для большинства передач).
2. Усталостное разрушение пластин по проушинам основной крите рий для быстроходных тяжелонагруженных роликовых цепей, работающих в за крытых картерах с хорошим смазыванием.
3. Проворачивание валиков и вту лок в пластинах в местах запрессовки - распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно высоким качеством изготовления.
4. Выкрашивание и разруше ние роликов.
5. Достижение предельного про висания холостой ветви — один из кри териев для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных устройств и стес ненных габаритах.
6. Износ зубьев звездочек.
В соответствии с приведенными причи нами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о том, что срок службы передачи чаще всего ограничи вается долговечностью цепи.
Долговечность же цепи в первую оче редь зависит от износостойкости шарни ров.
В ответственных случаях проверяют коэффициент запаса проч ности (s>[s]), число входов шарниров цепи в зацеплении в 1 с (U≤ [U]).
Материал и термическая об работка цепей имеют решающее зна чение для их долговечности.
Пластины выполняют из среднеуглеродистых или легированных закаливаемых сталей: 45, 50, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА твердостью преимущественно 40...50HRCэ; пластины зубчатых цепей - преимущественно из стали 50. Изогнутые пла стины, как правило, изготовляют из леги рованных сталей. Пластины в зависимости от назначения цепи закаливают до твер дости 40.-.50 HRCэ. Детали шарниров валики, втулки и призмы - выполняют преимущественно из цементуемых ста лей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗ, 20ХИЗА, 20Х2Н4А, ЗОХНЗА и подвергают закалке до 55-65 HRCэ. В связи с высокими требованиями к современным цепным передачам целесообразно применять легиро ванные стали. Эффективно применение га зового цианирования рабочих поверхно стей шарниров. Многократного повышения ресурса цепей можно достигнуть диффу зионным хромированием шарниров. Усталостную прочность пластин роликовых цепей существенно повышают обжатием краев отверстий. Эффективна также дро беструйная обработка.
В шарнирах роликовых цепей для ра боты без смазочного материала или при скудной его подаче начинают применять пластмассы.
Ресурс цепных передач в стационарных машинах должен составлять 10...15 тыс. ч работы.
Потери на трение. Конструирование передач
Потери на трение в цепных передачах складываются из потерь: а) на трение в шарнирах; б) на трение между пласти нами; в) на трение между звездочкой и звеньями цепи, а в роликовых цепях также между роликом и втулкой, при входе звеньев в зацепление и выходе из зацеп ления; г) на трение в опорах; д) потерь на разбрызгивание масла.
Основными являются потери на трение в шарнирах и опорах.
Потери на разбрызгивание масла суще ственны только при смазывании цепи окунанием на предельной для этого вида смазки скорости = 10…15 м/с.
Цепные передачи располагают так, чтобы цепь двигалась в вертикальной плоскости, причем взаимное положение по высоте ведущей и ведомой звездочек может быть произвольным. Оптималь ными расположениями цепной передачи являютсягоризонтальное и наклонное под углом до 45° к горизонту. Вертикаль но расположенные передачи требуют более тщательной регулировки натяжения цепи, так как ее провисание не обеспечи вает самонатяжения; поэтому целесо образно хотя бы небольшое взаимное сме щение звездочек в горизонтальном на правлении.
Ведущей в цепных передачах может быть как верхняя, так и нижняя ветви. Ведущая ветвь должна быть верхней в сле дующих случаях:
а) в передачах с малым межосевым расстоянием (а<30P при и> 2) и в пере дачах, близких к вертикальным, во избежание захвата провисающей верхней ведомой ветвью дополнительных зубьев;
б) в горизонтальных передачах с боль шим межосевым расстоянием (а> 60Р) и малыми числами зубьев звездочек во избежание соприкосновения ветвей.
Натяжение цепей
По мере изнашивания и контактных обмятий шарниров цепь вытягивается, стрела провисания f ведомой ветви увеличивается, что вызывает захлестывание звездочки цепью. Для передач с углом наклона θ < 45° наклона к горизонту [f]<0,02а; при θ> 45° [f] < 0,015а, где а — межосевое расстояние. Поэтому цепные переда чи, как правило, должны иметь возможность регулирования ее на тяжения. Предварительное натяжение су щественно в вертикальных передачах. В горизонтальных и наклонных передачах зацепление цепи со звездочками обеспе чивается натяжением от собственной силы тяжести цепи, но стрела провисания цепи должна быть оптимальной в указанных выше пределах.
Регулирование натяжения цепи осуществляют устройствами, аналогичными применяемым для натяжения ремня, т.е. перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами или оттяжными звездочками.
Натяжные устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при большей вытяжке — два звена цепи удаляют. Увеличение шага цепи вследствие износа в шарнирах не компенсируется ее натяжением. По мере изнашивания цепи шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек.
Регулирующие звездочки и ролики сле дует по возможности устанавливать на ве домой ветви цепи в местах ее наиболь шего провисания. При невозможности установки на ведомой ветви их ставят на ведущей, но для уменьшения вибраций - с внутренней стороны, где они работают как оттяжные. В передачах с зубчатой цепью ПЗ-1 регулирующие звездочки могут работать только как оттяжные, а ролики как натяжные. Число зубьев регули рующих звездочек выбирают равным числу малой рабочей звездочки или большим. При этом в зацеплении с регулирую щей звездочкой должно быть не меньше трех звеньев цепи. Перемещение регули рующих звездочек и роликов в цепных передачах аналогично таковому в ремен ных передачах и осуществляется грузом, пружиной или винтом. Наибольшее рас пространение имеет конструкция звездочки с эксцентрической осью, поджимаемой спи ральной пружиной.
Известно успешное применение цепных передач роликовыми цепями повышенного качества в закрытых картерах при хоро шем смазывании с неподвижными осями звездочек без специальных натяжных устройств.
Картеры
Для обеспечения возможности непрерывного обильного смазывания цепи, защиты от загрязнений, бесшумности работы и для обеспечения безопасности эксплуатации цепные передачи заключают в картеры.
Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания це пи, а также возможность удобного обслу живания передачи. Для наблюдения за состоянием цепи и уровнем масла картер снабжают окном и указателем уровня масла.
Смазывание
Смазывание цепи оказывает решающее влияние на ее долговечность.
Для ответственных силовых передач следует по возможности применять непре рывное картерное смазывание видов:
а) окунанием цепи в масляную ванну, причем погружение цепи в масло в самой глубокой точке не должно превышать ширины пластины; применяют до ско рости цепи 10 м/с во избежание недопустимого взбалтывания масла;
б) разбрызгивание с помощью спе циальных разбрызгивающих выступов или колец и отражающих щитков, по которым масло стекает на цепь, применяют при скорости 6...12 м/с в случаях, когда уро вень масла в ванне не может быть поднят до расположения цепи;
в) циркуляционное струйное смазыва ние от насоса, наиболее совершенный способ, применяют для мощных быстро ходных передач;
г) циркуляционное центробежное с по дачей масла через каналы в валах и звездочках непосредственно на цепь; при меняют при стесненных габаритах пере дачи, например, в транспортных машинах;
д) циркуляционное смазывание распы лением капель масла в струе воздуха под давлением; применяют при скорости более 12 м/с.
В среднескоростных передачах, не имею щих герметичных картеров, можно при менять пластичное внутришарнирное или капельное смазывание. Пластичное внут ришарнирное смазывание осуществляют периодическим, через 120...180 ч, погружением цепи в масло, нагретое до темпе ратуры, обеспечивающей его разжижение. Пластичный смазочный материал применим при скорости цепи до 4 м/с, а капельное смазывание - до 6 м/с.
В передачах с цепями крупных шагов предельные скорости для каждого способа смазывания несколько ниже.