Широкое применение цепных передач в самых различных машинах и механизмах обусловлено набором предоставляемых ими характеристик. Главными достоинствами подобного способа передачи энергии выступает универсальность, простота и экономичность.
Под цепной передачей понимается передача вращательного движения, которая осуществляется между расположенными параллельно друг к другу валами при помощи бесконечной цепи, соединяющей размещенные на них звездочки. Как ременная, цепная передача относится к передачам с гибкой связью. Однако, она способна изгибаться исключительно в одной плоскости, поэтому может быть эффективно использована только для расположенных параллельно валов.
Особенности цепной передачи и ее отличия от ременной
Первое серьезное отличие двух самых широко распространенных видов передач – цепной и ременной – было указано выше. Оно заключается в возможности изгиба цепи только в одной плоскости и, как следствие, использование исключительно для валов, расположенных параллельно друг другу.
Другим немаловажным отличием выступает отсутствие в цепной передаче ключевого значения такого важного параметра, как угол обхвата цепью звездочки. В отличие от ременной передачи он не играет настолько серьезной роли в обеспечиваемых при передаче энергии характеристиках.
В качестве существенного фактора, являющегося плюсом цепной передачи, можно назвать отсутствие необходимости предварительно натягивать цепь, так как действие механизма обеспечивается зацеплением звеньев цепи с зубьями звездочек.
Важной особенностью цепной передачи выступает возможность эффективного использования практически для любых межосевых расстояний – как для малых, так и для больших. Она дополняется способностью передачи мощности от одного вала сразу нескольким. Кроме того, цепная передача может быть как понижающей, так и повышающей, что также является характерной отличительной чертой этого способа передачи энергии.
Классификация цепных передач
При классификации цепных передач применяется несколько признаков. Например, по функциональному назначению и способу использования в машиностроении и других отраслях промышленности различают три вида цепей:
грузовые. Основной целью использования этого типа выступает подвеска и перемещение различных грузов. В подобной ситуации механизм, как правило, является частью какого-либо грузоподъемного оборудования или устройства, а скорость перемещения, главным образом, по вертикали составляет не более 0,5 м/с;
тяговые. В этом случае цепь также используется для перемещения грузов, но с более высокой скоростью, достигающей 2-4 м/с. Это объясняется тем, что движение осуществляется в значительной степени по горизонтали с применением таких механизмов, как элеваторы, транспортеры, эскалаторы и т.д.;
приводные. Наиболее распространенный вариант цепей, обычно используемый с малым шагом, что позволяет снизить нагрузки и увеличить срок службы изделия. Целью его использования выступает передача энергии в крайне обширном интервале скоростей, причем показатель передаточного отношения является величиной постоянной.
Именно последний вид цепей применяется в цепных передачах. Более того, слово приводные при их описании часто опускается, а в большей части технической и справочной литературы понятия «приводная цепь» и «цепь в цепной передаче» в значительной степени тождественны.
Другими классифицирующим параметрами цепных передач выступают:
тип цепи – роликовые, зубчатые или втулочные;
число рядов – одно- и многорядные;
количество ведомых валов/звездочек – двух- и многозвенные;
расположение звездочек – горизонтальные, вертикальные или наклонные;
вариант регулировки степени провисания цепи – с натяжной звездочкой или специальным натяжным устройством;
конструкция – открытые и закрытые;
влияние на частоту вращения валов – повышающие и понижающие.
Достоинства цепной передачи
Большая часть преимуществ цепной передачи обычно рассматривается по сравнению с ременной. Это вполне логично, так именно эти два способа передачи вращательной энергии используются наиболее широко. Некоторые достоинства цепной передачи наглядно проявляются по отношению к зубчатой, которая также применяется на практике достаточно часто.
Основными плюсами использования цепной передачи выступают такие:
высокий уровень прочностных характеристик, который допускает намного более серьезные нагрузки. В результате при компактных размерах обеспечивается большая эффективность;
возможность использования в одном механизме сразу нескольких ведомых звездочек;
возможность передачи энергии на крайне серьезные расстояния, доходящие до 8 м;
относительно небольшой (по сравнению с ременной передачей – меньше в 2 раза) уровень радиальной нагрузки на валы;
высокая эффективность. КПД цепной передачи находится на уровне 90%-98%;
серьезная мощность передаваемой энергии, параметры которой достигают нескольких тысяч кВт;
впечатляющие показатели скорости движения цепи и значения передаточного числа, составляющие, соответственно, до 35 м/с и 10;
компактность механизма;
отсутствие такого негативного фактора, характерного для ременной передачи, как скольжение;
простая и удобная замена цепи, которая дополняется отсутствием необходимости серьезного начального натяжения.
Недостатки цепной передачи
Количество очевидных минусов рассматриваемого способа передачи энергии существенно меньше числа достоинств, перечисленных выше. Тем не менее, недостатки присутствуют и к их числу относятся:
достаточно высокая цена изготовления механизма и главной его расходной части – самой цепи;
отсутствие возможности применять передачу при реверсировании без ее полной остановки;
использование цепной передачи предусматривает практически обязательное применение картеров;
далеко не всегда конструкция механизма позволяет обеспечить удобную подачу смазки к шарнирам и звеньям цепи;
при небольшом количестве зубьев наблюдается непостоянство скорости движения цепи, что становится причиной колебания такого важного параметра как передаточное отношение;
высокий уровень шума, сопровождающего эксплуатацию устройства;
серьезные требования к правильному расположению валов;
необходимость в постоянном контроле над работой механизма и его обслуживании, отсутствие которых могут привести к быстрому износу.
Сравнение недостатков и достоинств показывает, что при грамотном использовании цепная передача позволяет добиться высокого КПД при разумном уровне затрат. Главное при этом – грамотно воспользоваться очевидными преимуществами этого механизма, минимизировав его минусы.
Простейшая цепная передача (рис. 3) состоит из двух, закрепленных каждая на своем валу, звездочек (1 и 2), меньшая из которых чаще всего бывает ведущей, и охватывающей их цепи 3, составленной из множества жестких звеньев, имеющих возможность поворачиваться друг относительно друга.
Цепные передачи нашли широкое применение в машинах общепромышленного назначения.
Цепные передачи находят широчайшее применение в различных подъемных (например, в многоковшовых элеваторах) и транспортирующих устройствах. Применение цепных передач в этих случаях упрощает конструкцию узлов машин, повышает их надежность и производительность. В этих устройствах применяются цепи самых разных конструктивных типов.
Цепные передачи используют как для редуцирования (снижения скорости в процессе передачи) вращательного движения, так и для его мультиплицирования (повышения скорости).
Достоинства цепных передач: 1. Возможность передачи движения на достаточно большие расстояния (до 8 м). 2. Возможность передачи движения одной цепью нескольким валам. 3. Отсутствие проскальзывания, а следовательно, и стабильность передаточного отношения при уменьшенной поперечной нагрузке на валы и на 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 вследствие ударного взаимодействия со впадиной звездочки, трения скольжения в самом шарнире и трудности смазки. 3. Вытягивание цепи (увеличение шага между шарнирами звеньев) вследствие износа шарниров и удлинения пластин. 4. Сравнительно высокая стоимость.
Классификация:
Цепи по назначению могут быть разделены на:
1. тяговые цепи, предназначенные для перемещения грузов по горизонтальной или наклонной поверхности;
2. грузовые цепи, предназначенные для подъема грузов;
3. приводные цепи, предназначенные для передачи движения, чаще всего вращательного, в цепных передачах.
Наибольшее распространение в качестве приводных получили роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Эти три разновидности цепей стандартизованы.
8. Зубчатые передачи, схемы, назначение, достоинства, недостатки, классификация .
Зубчатая передача -трехзвенный механизм, включающий два подвижных звена, взаимодействующих между собой через высшую зубчатую кинематическую пару и образующих с третьим неподвижным звеном низшие (вращательные или поступательные) кинематические пары
Рис. 1. Виды зубчатых передач
Меньшее зубчатое колесо, участвующее в зацеплении обычно называют шестерней , большее – зубчатым колесом , звено зубчатой передачи, совершающее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой (рис. 1, к).
Рис. 2. Схема зубчатой передачи и ее параметры
Назначение зубчатой передачи - передача движения (чаще всего вращательного) с преобразованием параметров, а иногда и его вида (реечная передача). Зубчатые передачи вращательного движения наиболее распространены в технике (рис. 5). Они характеризуются передаваемыми мощностями от микроватт (механизм кварцевых наручных часов) до десятков тысяч киловатт (крупные шаровые мельницы, дробилки, обжиговые печи) при окружных скоростях до 150 м/с.
Достоинства зубчатых передач:
1. Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей.
2. Большой ресурс.
3. Малые габариты.
4 Высокий КПД.
5. Относительно малые нагрузки на валы и подшипники.
6. Постоянство передаточного числа.
7. Простота обслуживания.
Недостатки зубчатых передач :
1. Сложность изготовления и ремонта (необходимо высокоточное специализированное оборудование).
2. Относительно высокий уровень шума, особенно на больших скоростях.
3. Нерациональное использование зубьев – в работе передачи одновременно участвуют обычно не более двух зубьев каждого из зацепляющихся колёс.
Классификация зубчатых передач:
1. По величине передаточного числа:
1.1. с передаточным числом u >1 – редуцирующие (редукторы - большинство зубчатых передач);
1.2. с передаточным числом u <1 – мультиплицирующие (мультипликаторы).
2. По взаимному расположению валов:
2.1. с параллельными валами - цилиндрические зубчатые передачи
2.2. с пересекающимися осями валов - конические зубчатые передачи
(конические передачи с углом 90град между осями валов называют ортогональными);
2.3. с перекрещивающимися осями валов - червячные, винтовые (рис. 5, и), гипоидные;
2.4. с преобразованием движения – реечные
3. По расположению зубьев относительно образующей поверхности колеса:
3.1. прямозубые - продольная ось зуба параллельна образующей поверхности колеса;
3.2. косозубые - продольная ось зуба направлена под углом к образующей поверхности колеса;
3.3. шевронные - зуб выполнен в форме двух косозубых колес со встречным наклоном осей зубьев;
3.4. с круговым зубом - ось зуба выполнена по окружности относительно образующей поверхности колеса.
4. По форме зацепляющихся звеньев:
4.1. с внешним зацеплением - зубья направлены своими вершинами от оси вращения колеса;
4.2. с внутренним зацеплением - зубья одного из зацепляющихся колес направлены своими вершинами к оси вращения колеса;
4.3. реечное зацепление - одно из колес заменено прямолинейной зубчатой рейкой;
4.4. с некруглыми колесами.
5. По форме рабочего профиля зуба:
5.1. эвольвентные - рабочий профиль зуба очерчен по эвольвенте круга (линия описываемая точкой прямой, катящейся без скольжения по окружности);
5.2. циклоидальные - рабочий профиль зуба очерчен по круговой циклоиде (линия описываемая точкой окружности, катящейся без скольжения по другой окружности);
5.3. цевочное (разновидность циклоидального) – зубья одного из колес, входящих в зацепление, заменены цилиндрическими пальцами – цевками;
5.4. с круговым профилем зуба (зацепление Новикова) – рабочие профили зубьев образованы дугами окружности практически одинаковых радиусов.
6. По относительной подвижности геометрических осей зубчатых колес:
6.1. с неподвижными осями колес - рядовые передачи (рис. 5);
6.2. с подвижными осями некоторых колес - планетарные передачи.
7. По жесткости зубчатого венца колес, входящих в зацепление:
7.1. с колесами неизменяемой формы (с жестким венцом);
7.2. включающая колеса с венцом изменяющейся формы (гибким).
8. По окружной (тангенциальной) скорости зубьев:
8.1. тихоходные (Vз < 3 м/с);
8.2. среднескоростные (3< Vз < 15 м/с);
8.3. быстроходные (Vз > 15 м/с).
9. По конструктивному исполнению:
9.1. открытые (бескорпусные);
9.2. закрытые (корпусные).
Наиболее широкое применение находят редуцирующие зубчатые передачи вращательного движения, в том числе и в многоцелевых гусеничных и колесных машинах (коробки передач, бортовые редукторы, приводы различных устройств). Поэтому дальнейшее изложение, если это не упоминается особо, касается только передач вращательного движения.
Механическая передача – механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов.
Типы механических передач :
- зубчатые (цилиндрические, конические);
- винтовые (винтовые, червячные, гипоидные);
- с гибкими элементами (ременные, цепные);
- фрикционные (за счёт трения, применяются при плохих условиях работы).
В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:
- редукторы (понижающие передачи) – от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;
- мультипликаторы (повышающие передачи) – от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.
Зубчатая передача – это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев.
Зубчатые передачи предназначены для:
- передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси;
- преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача “рейка-шестерня”).
Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй , второе колесо с большим числом зубьев называется колесом .
Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов :
- с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями);
- с пересекающимися осями (конические);
- с перекрестными осями (рейка-шестерня).
Цилиндрические зубчатые передачи () бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колёса. С увеличением угла повышается прочность косозубых передач (за счёт наклона увеличивается площадь контакта зубьев, уменьшаются габариты передачи). Однако в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы угол наклона ограничивают 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.
Рисунок 1 – Основные виды цилиндрических зубчатых передач
 |
 |
Рисунок 6 – Фрикционные передачи |
|
Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.
Фрикционные передачи делятся :
- по расположению валов:
- с параллельными валами;
- с пересекающимися валами;
- по характеру контакта:
- с внешним контактом;
- с внутренним контактом;
- по возможности варьирования передаточного отношения:
- нерегулируемые;
- регулируемые (фрикционный вариатор);
- при наличии промежуточных тел в передаче по форме контактирующих тел:
- цилиндрические;
- конические;
- сферические;
- плоские.
Перечень ссылок
- Лекция 16. Механические передачи // Информационно-образовательный портал “Ореанда”. – http://bcoreanda.com/ShowObject.aspx?ID=252 .
- Зубчатая передача // Википедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Зубчатая_передача .
- Фрикционная передача // Википедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Фрикционная_передача .
Вопросы для контроля
- Что называют механической передачей, их основные разновидности?
- Что представляют собой зубчатые передачи: описание, назначение, классификация, достоинства и недостатки?
- Каков принцип работы червячных зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки?
- Что представляют собой передачи с гибкими звеньями: описание, назначение, классификация?
- Какие основные достоинства и недостатки ременных передач в сравнении с цепными?
- Что представляют собой фрикционные передачи: описание, назначение, классификация?
| < |
Просмотр: эта статья прочитана 14944 раз
Pdf Выберите язык... Русский Украинский Английский
Краткий обзор
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык
Цепная передача основана на зацеплении цепи и звездочек.
Преимущества и недостатки
Принцип зацепления и высокая прочность стальной цепи позволяют обеспечивать большую нагрузочную способность цепной передачи по сравнению с ременной передачей. Отсутствие скольжения и буксование обеспечивает постоянство передаточного отношения (среднего за оборот) и возможность работы при кратковременных перегрузках.
Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи, что уменьшает нагрузку на опоры. Цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях, а также передавать мощность от одного ведущего вала нескольким ведомым.
Основной причиной недостатков цепной передачи является то, что цепь, состоит из отдельных жестких звеньев, располагающихся на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. Отсюда возникает износ шарниров цепи, шум и дополнительные динамические нагрузки. Цепные передачи нуждаются в организацию системы смазки.
Область применения:
- при значительных межосевых расстояниях, при скоростях меньше 15-20 м/с, при скоростях до 35 м/с применяют пластинчатые цепи (набор пластин из двумя зубоподобными выступами, принцип внутреннего зацепления);
- при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым;
- когда зубчатые передачи неприменимы и ременные ненадежны.
По сравнению с ременными, цепные передачи более шумные, а в редукторах их применяют на тихоходных степенях.
Основные характеристики цепной передачи
Мощность
Современные цепные передачи могут работать в довольно широком диапазоне: от долей до нескольких тысяч киловатт. Но при больших мощностях возрастает себестоимость передачи, поэтому наиболее распространены цепные передачи до 100 кВт.
Окружная скорость
С ростом скорости и частоты вращения увеличиваются износ, динамические нагрузки и шум.
Передаточное число:
Передаточное число цепной передачи ограничивается до 6, вследствие увеличения габаритов.
ККД передачи
Потери в цепной передаче состоят из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек и в опорах валов. При смазывании погружением в смазочную ванну учитываются потери на перемешивание смазочного масла. Среднее значение ККД
Межосевое расстояние и длина цепи
Минимальное значение межосевого расстояния ограничивается минимально допустимым зазором между звездочками (30...50 мм). Для обеспечения долговечности, в зависимости от передаточного числа
Типы приводных цепей
- Роликовая
- Втулочная
- Зубчатые
Все цепи стандартизированы и изготовляются на специальных предприятиях.
Звездочки приводных цепей
Звездочки подобны зубчатым колесам. Делительная окружность проходит через центры шарниров цепи.
Профиль зубьев роликовых и втулочных цепей может быть выпуклый, прямолинейный и вогнутый, в котором только основной нижний участок профиля вогнут, у вершины форма выпуклая, в средней части есть небольшой прямолинейный переходной участок. Вогнутый профиль наиболее распространен.
Качество профиля определяется углом профиля, который для вогнутого и выпуклого профилей изменяется по высоте зуба. С увеличением угла профиля уменьшается износ зубьев и шарниров, однако это приводит к усилению ударов шарниров при входе в зацепление, а также к увеличению натяжения холостой ветви цепи.
Материалы
Цепи и звездочки должны быть стойкими против износа и ударных нагрузок. Большинство цепей и звездочек изготовляют из углеродистых и легированных сталей с дальнейшей термообработкой (улучшение, закалка).
Звездочки, как правило, изготовляют из сталей 45, 40Х и др., пластины цепей - из сталей 45, 50 и т.п., валики и ролики - из сталей 15, 20,20Х и др.
Детали шарниров цементируют для повышения износоустойчивости при сохранении ударной прочности.
В перспективе предполагается изготовление звездочек из пластмасс, которые позволяют уменьшить динамические нагрузки и шум передачи.
Силы в зацеплении
- силы натяжения ведущей и ведомой ветвей,
- окружная сила,
- сила предварительного натяжения,
- центробежная сила.
Кинематика и динамика цепных передач
Движение ведомой звездочки определяется скоростью V 2 , периодические изменения которой сопровождаются непостоянством передаточного отношения и дополнительными динамическими нагрузками. Со скоростью V 1 связаны поперечные колебания ветвей цепи и удары шарниров цепи о зубья звездочки, вызывающие дополнительные динамические нагрузки.
С уменьшением числа зубьев z 1 ухудшаются динамические свойства передачи.
Удары вызывают шум при работе передачи и являются одной из причин выхода из строя цепи. Для ограничения вредного влияния ударов разработаны рекомендации по выбору шага цепи в зависимости от быстроходности передачи. При некоторой частоте вращения может возникнуть явление резонанса колебаний цепи.
В ходе работы возникает износ шарниров цепи за счет увеличения зазоров между валиком и втулкой, в результате цепь вытягивается.
Срок службы цепи по износу зависит от межосевого расстояния, числа зубьев малой звездочки, давления в шарнире, условий смазки, износоустойчивости материала цепи, допустимого относительного износа
С увеличением длины цепи увеличивается срок службы. При меньшем числе зубьев звездочки динамика ухудшается. Увеличение числа зубьев ведет к увеличению габаритов, уменьшается допустимый относительный зазор, который ограничивается возможностью потери зацепления цепи со звездочкой, а также уменьшением прочности цепи.
Таким образом, с увеличением числа зубьев звездочки z уменьшается допустимый относительный износ шарниров, и как следствие, уменьшается срок работы цепи до потери зацепления со звездочкой.
Максимальный срок службы с учетом прочности и способности к зацеплению обеспечивается выбором оптимального числа зубьев звездочки.
Критерии работоспособности цепной передачи
Основной причиной потери работоспособности является износ шарниров цепи. Основной расчетный критерий износоустойчивости шарниров
Срок службы цепи по износу зависит:
- от межосевого расстояния (увеличивается длина цепи и уменьшается число пробегов цепи в единицу времени, т.е. уменьшается число поворотов в каждом шарнире цепи);
- от числа зубьев малой звездочки (с увеличением z1 уменьшается угол поворота в шарнирах).
Методика практического расчета цепной передачи приведена в .
цепная передача, цепь, звездочка, шаг цепи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.
Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.
Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается
Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается
Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы
Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
