При оценке значения коэффициента эксплуатации Кэ необходимо хотя бы ориентировочно учитывать стохастический (случайный) характер ряда влияющих на него параметров.
Если по расчету значение коэффициента Kэ>2...3, то нужно принять конструктивные меры по улучшению работы передачи.
Приводные цепи проектируют на основе геометрического подобия, поэтому площадь проекции опорной поверхности шарнира для каждого размерного ряда цепей можно представить в виде А=сР2, где с — коэффициент пропорциональности, с»0,25 для однорядных цепей, кроме цепей, не входящих в закономерный размерный ряд: ПР-8-460; ПР-12,7-400-1 и ПР. 12,7-900-2 (см. табл. 12.1).
Допустимая сила F цепи с mp рядами
F= сР2[p]o mp/Kэ,
где тр — коэффициент рядности цепи, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по рядам:
zp=1 . . . . 2 3
тp,=1 .... 1,7 2,5
Допустимый момент (Н*м) на малой звездочке
T1=Fd1/2*103=FPz1/2p103
Отсюда шаг цепи
Р=18,5 3ÖT1Кэ/(cz1mp[p]o).
Ориентировочное значение шага однорядной цепи (мм)
P=(12,8…13,5) 3ÖT1/z1
где коэффициент 12,8 — для цепей ПР, а коэффициент 13,5 — для цепей ПРЛ, Т\—момент, Н*м.
Подбор цепных передач производят в следующем порядке. Сначала определяют или выбирают число зубьев малой звездочки и проверяют число зубьев большой. Затем задаются шагами цепи с учетом частоты вращения малой звездочки по табл. 12.3 или предварительно определяют шаг по одной из приведенных выше формул, в частности, задавшись ориентировочным значением Kэ.
Затем в порядке проверочного расчета определяют момент на малой звездочке, который может передавать цепь, и сопоставляют его с заданным. Обычно эти расчеты делают при нескольких, близких к оптимальным сочетаниям параметров и выбирают оптимальный вариант.
Долговечность цепей наиболее реально оценивать по методу подобия на основе установленного из опыта эксплуатации или испытаний ресурса передачи принимаемой за эталонную. Этот ресурс по И. И. Ивашкову умножается на отношение уточненных корректирующих коэффициентов для эталонной и рассчитываемой передач.
Корректирующие коэффициенты:
по твердости шарниров при работе со смазкой и загрязнением абразивами: поверхности без термообработки 2, при объемной закалке 1, при цементации 0,65;
по давлению в шарнирах (р/р'о), где при непрерывной смазке х= 1,5...2,5, при периодической смазке без загрязнения абразивами x=1, то же с абразивным загрязнением при объемной закалке х=0,6;
по условию работы при смазывании маслом: без абразивного загрязнения 1, в абразивной среде 10... 100;
по характеру смазывания: периодическое нерегулярное 0,3. регулярное 0,1, в маслянной ванне 0,06 и т. д.
Передачи зубчатыми цепями с шарнирами качения подбирают по фирменным данным или же полуэмпирическим завиcимостям из критерия износостойкости.
При определении коэффициента эксплуатации Кэ допускается ограничиваться учетом коэффициента угла наклона Kн и при и>10 м/с коэффициента влияния центробежных сил Кv=1+1,1*10-3v2
§ 6. ПОСТОЯННЫЕ СИЛЫ В ВЕТВЯХ ЦЕПИ И НАГРУЗКИ НА ВАЛЫ
Ведущая ветвь цепи в процессе работы испытывает постоянную нагрузку F1, соcтоящую из полезной силы F и натяжения ведомой ветви F2:
Натяжение ведомой ветви с заведомым запасом обычно принимают
F2=Fq+Fц
где Fq — натяжение от действия силы тяжести; Fц — натяжение от действия центробежных нагрузок на звенья цепи.
Натяжение Fq(Н) определяется приближенно, как для абсолютно гибкой нерастяжимой нити:
Fq=ql2/(8f)g cosy
где q — масса одного метра цепи, кг; l — расстояние между точками подвеса цепи, м; f — стрела провеса, м; g — ускорение свободного падения, м/с2; y — угол наклона к горизонту линии, соединяющей точки подвеса цепи, который приближенно принимают равным углу наклона передачи.
Принимая l равным межосевому расстоянию а и f=0,02а, получаем упрощенную зависимость
Натяжение цепи от центробежных нагрузок Fц(Н) для цепных передач определяют по аналогии с ременными передачами, т. е.
Fц=qv2,
где v — скорость движения цепи, м/с.
Центробежная сила, действующая по всему контуру цепи, вызывает дополнительный износ шарниров.
Расчетная нагрузка на валы цепной передачи несколько больше полезной окружной силы вследствие натяжения цепи от массы. Ее принимают RmF. При горизонтальной передаче принимают Rm = 1,15, при вертикальной Rm=1,05.
Цепные передачи всех типов проверяют на прочность по значениям разрушающей нагрузки Fразр (см. табл. 12.1) и натяжению наиболее нагруженной ветви F1max, определяя условную величину коэффициента запаса прочности
K=Fразр/F1max,
Где F1max=F+Fq+Fц+Fд (определение Fд см. § 12.7).
Если значение коэффициента запаса прочности К>5...6, то полагают, что цепь удовлетворяет условиям статической прочности.
§ 7. КОЛЕБАНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ И ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
При работе цепной передачи движение цепи определяется движением шарнира звена, вошедшего последним в зацепление с ведущей звездочкой. Каждое звено ведет цепь при повороте звездочки на один угловой шаг, а потом уступает место следующему звену. В связи с этим скорость цепи при равномерном вращении звездочки не постоянна. Скорость цепи максимальна в положении звездочки, при котором радиус звездочки, проведенный через шарнир, перпендикулярен ведущей ветви цепи.
В произвольном угловом положении звездочки, когда ведущий шарнир повернут относительно перпендикуляра к ведущей ветви под углом, продольная скорость цепи (рис. 12.6, а)
V=w1R1 cosa
Где w1 — постоянная угловая скорость ведущей звездочки; R1 - радиус расположения шарниров цепи (начальной окружности) ведущей звездочки.
Так как угол a изменяется в пределах от 0 до p/z1, то скорость цепи изменяется от Vmax до Vmax cos p/z1
Мгновенная угловая скорость ведомой звездочки
w2=v/(R2 cosb)
где R2 — радиус начальной окружности ведомой звездочки;b - угол поворота шарнира, примыкающего к ведущей ветви цепи (по отношению к перпендикуляру на эту ветвь), изменяющийся в пределах от 0 до p/z2
Отсюда мгновенное передаточное отношение
u=w1/w2=R2/R1 cosb/ cosa
Из этой формулы и рис. 12.6, б можно видеть, что:
1) передаточное отношение не постоянно;
2) равномерность движения тем выше, чем больше числа зубьев звездочек, так как тогда cosa и cosb ближе к единице; основное значение имеет увеличение числа зубьев малой звездочки;
3) равномерность движения можно заметно повысить, если сделать так, чтобы в ведущей ветви укладывалось целое число звеньев; при соблюдении этого условия равномерность тем выше, чем ближе одно к другому числа зубьев звездочек; при z1=z2 u=const.
Переменность передаточного отношения можно иллюстрировать коэффициентом неравномерности вращения ведомой звездочки при равномерном вращении ведущей звездочки.
Например, для передачи с z1=18 и z2 =36 e изменяется в пределах 1,1...2,1 %. Меньшее значение соответствует передаче, у которой в ведущей ветви укладывается целое число W1 звеньев, а большее - передаче, у которой и W1+0,5 звеньев.
Динамические нагрузки цепных передач вызываются:
а) переменным передаточным отношением, приводящим к ускорениям масс, соединяемых цепными передачами;
б) ударами звеньев цепи о зубья звездочек при входе в зацепление новых звеньев.
Сила удара при входе звеньев н зацепление оценивается из равенстве кинетической энергии удара набегающего звена цепи энергии деформации системы.
Приведенную массу рабочего участка цепи оценивают равной массе 1,7…2 звеньев. Обильное смазывание может существенно снижать силу удара.
§ 8. ПОТЕРИ НА ТРЕНИЕ. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЕРЕДАЧ
Потери на трение в цепных передачах складываются из потерь: а) на трение в шарнирах; б) на трение между пластинами; 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 зацепления; г) на трение в опорах; д) потерь на разбрызгивание масла.
Основными являются потери на трение в шарнирах и опорах.
Потери на разбрызгивание масла существенны только при смазывании цепи оку-нанием на предельной для этого вида смазки скорости v=10…15 м/с.
Средние значения КПД при передаче полной расчетной .мощности достаточно точно изготовленных и хорошо смазываемых передач составляют 0,96...0,98.
Цепные передачи располагают так, чтобы цепь двигалась в вертикальной плоскости, причем взаимное положение по высоте ведущей и ведомой звездочек может быть произвольным. Оптимальными расположениями цепной передачи являются горизонтальное и наклонное под углом до 45° к горизонту. Вертикально расположенные передачи требуют более тщательной регулировки натяжения цепи, так как ее провисание не обеспечивает самонатяжения; поэтому целесообразно хотя бы небольшое взаимное смещение звездочек в горизонтальном направлении.
Ведущей в цепных передачах может быть как верхняя, так и нижняя ветви. Ведущая ветвь должна быть верхней в следующих случаях:
а) в передачах с малым межосевым расстоянием (а<30P при и> 2) и в передачах, близких к вертикальным, во избежание захвата провисающей верхней ведомой ветвью дополнительных зубьев;
б) в горизонтальных передачах с большим межосевым расстоянием (а> 60Р) и малыми числами зубьев звездочек во избежание соприкосновения ветвей.