Цепные передачи

Цепным видом передачи принято называть такую ее разновидность, когда в ее составе имеются два колеса-звездочки, соединенные между собой с помощью специальной цепи той или иной разновидности. Благодаря соединению цепью, вращательные моменты от ведущих колес передаются ведомым.

При этом сама цепь включает в себя многочисленные подвижные звенья. Они соединяются между собой в виде замкнутой окружности.

Обычно количество зубцов на звездочке и количество звеньевых элементов в цепях определяется взаимно простым числом. Благодаря этому, обеспечивается максимально равномерное изнашивание механизма в целом.

Преимущества и недостатки цепной передачи

Кроме цепных, существуют еще и ременные передачи. Однако в большинстве случаев прибегают именно к цепным, так как они обладают рядом немаловажных достоинств:

Отсутствие проскальзывания, как это при определенных условиях бывает в ременных передачах.
Можно обеспечить высокую степень компактности механизма.
Средний показатель передаточного отношения находится на постоянном уровне.
Благодаря отсутствию такого явления, как предварительное натяжение, отсутствуют второстепенные нагрузки на ключевые узлы механизма.
Даже если скорость падает, показатели мощности остаются довольно высокими.
Цепные передачи практически не чувствительны к влажностным и температурным перепадам.
Можно быстро адаптировать такую передачу практически под любые механизмы, если прибавить или удалить цепное звено.
При необходимости можно передать вращательный момент сразу нескольким звездочкам посредством всего одной цепи.
Можно организовывать передачу вращательного момента на довольно большие расстояния – до 7 метров.
Цепная передача отличается большим коэффициентом полезного действия – порядка 98 процентов.
При необходимости вышедшие из строя звенья, саму цепь или звездочки можно быстро заменить.

Однако имеются у цепных передач и определенные недостатки:

При длительной интенсивной эксплуатации шарниры в звеньях цепей изнашиваются, что приводит к растяжению пластин и увеличению общей длины цепи.
Передачу можно применять без необходимости останавливать движение во время реверсированного хода.
Цепь в некоторых видах механизмов достаточно сложно смазывать.
Можно наблюдать неравномерность передаточного отношения и, как следствие, неравномерность скорости. Особенно данный эффект заметен в случае, если звездочка не обладает большим числом зубцов.

Все перечисленное следует непременно учитывать, делая выбор между цепными и ременными разновидностями передач.

Какими характеристиками обладают цепные передачи

Среди важнейших характеристик практически любых цепных передач следует назвать:

Показатель шага цепи – данный параметр влияет на плавность и точность хода. При уменьшении данного параметра увеличиваются показатели точности и плавности хода.
Количество зубьев на ведущих и ведомых звездочках.
Радиусы вписанной и описанной окружностей звездочек.
Соотношение радиусов ведущей и ведомой звездочек. Соответственно, чем больше диаметр ведущей звездочки по отношению к ведомой, тем легче будет передавать движение.
Расстояние между центрами окружностей звездочек – от этого будет зависеть, например, длина цепи.

Все эти моменты также необходимо принимать во внимание.

Из чего состоит цепная передача

Цепные передачи – достаточно простые в конструктивном плане механизмы. Тем не менее, не будет лишним знать, из каких элементов они состоят.

Звездочка. Обычно в цепных передачах конструктивно предусмотрены лишь две звездочки (хотя есть варианты). Одна из них выступает в роли ведущей, а вторая – в качестве ведомой. Стабильность и эффективность функционирования цепных видов передач в немалой степени будет зависеть именно от их качества и точности производства: соблюдению размеров (вплоть до миллиметра), используемого при изготовлении материала.

Стоит отметить, что размеры и формы звездочек будут определяться количественными характеристиками цепей (а не наоборот, как думают некоторые), числом передаточного отношения, количеством зубьев на наименьшей ведущей звездочке в механизме. Параметрические и иные характеристики звездочек определяются ГОСТом 13576 — 81. Характеристики звездочек для цепей роликовых и втулочных разновидностей определяются ГОСТом 591 — 69.

Звездочки должны быть изготовлены из достаточно крепких и износостойких материалов, которые смогут длительное время эксплуатироваться под существенными механическими нагрузками, в том числе, и ударного характера. Согласно ГОСТу, в качестве такого материала может выступать сталь марок 40, 45, 40Х и иных видов со степенью закалки HRC 50 – 60. Звездочки, не предназначенные для высокоскоростных механизмов, могут быть изготовлены из модифицированных видов чугуна марок СЧ 15, СЧ 20.

Сегодня можно встретить звездочки с наконечниками зубцов, изготовленными из различных видов пластика. Такие изделия отличаются пониженной степенью износа и бесшумностью работы.

Другой составляющей цепных передач является, разумеется, цепь. Цепи производятся на промышленных производственных линиях. Их параметры строго регламентируются соответствующими стандартами. Сегодня промышленность может предложить такие разновидности цепей, как:

Грузовые – предназначаются для поднятия и опускания грузов и для их подвешивания. Используются такие цепи, как правило, на разного рода грузоподъемниках.
Тяговые – они служат для передвижения грузов и используются в транспортирующих устройствах.
Приводные – служат для передачи механической энергии от одной звездочки к другой. Ярким примером использования такой передачи может служить самый обычный велосипед и иные виды транспортных средств.

Основные элементы стандартной цепи приведены на рисунке ниже.

Классификация цепей

Поскольку именно приводные цепи являются наиболее распространенной разновидностью, имеет смысл рассмотреть подробнее, какие ее разновидности существуют.

Роликовые цепи (позиция III на рисунке) включают в себя внутренние и наружные звенья. Те, чередуясь между собой, формируют подвижные относительно друг друга последовательные соединения. Каждое звено включает в себя по две пластинки, напрессованные на осевые или на втулочные опоры. Втулки надеваются на оси звена, образуя шарнирное соединение. Во избежание увеличения степени износа звездочек на втулку обычно надевают ролик, который должен заменить трение скольжения трением качения.

Концы цепи могут соединяться между собой:

Посредством соединительных звеньев – при нечетном количестве звеньев.
Через переходное звено – при четном количестве звеньев.

Если передача должна работать в интенсивном режиме в течение продолжительного времени, то используют многорядную роликовую цепь. Это позволяет уменьшить размер каждой звездочки и ее шаг.

Роликовые цепи могут быть выполнены и с изогнутыми пластинами на каждом звене (позиция IV на рисунке). Такая разновидность применяется, если предполагается эксплуатация соединения в условиях высоких ударных нагрузок. Благодаря особой форме пластины, сила удара существенно гасится.

Втулочные цепи (позиция V) конструктивно не имеют отличий от роликовых, однако роликами не обладают. Благодаря этому, удешевляется производство таких цепей и уменьшается их масса. Но это одновременно способствует и более быстрому износу зубцов.

Бесшумные зубчатые цепи (на рисунке позиция VI) включают в себя специальные пластинки, оснащенные зубцами. Сами пластины имеют шарнирное соединение. Благодаря такой конструкции, можно обеспечивать низкий уровень шума механизма, а также плавность хода. При этом зубья располагаются под углом в 60 градусов. Используются такие разновидности цепей в механизмах с высокой скоростью работы. Поэтому пластину следует изготавливать из закаленной стали по твердости Н RC 40 — 45. Недостатком таких цепей можно считать их относительную дороговизну, а также необходимость в особом уходе.

Крючковые цепи (позиция VII). В свой состав они включают звенья особой формы безо всяких дополнительных элементов.

Втулочно-штыревые цепи (позиция VIII на рисунке) – в них звенья соединяются при помощи штырей. Такая разновидность цепей используется в самых разных сферах сельского хозяйства и машиностроения.

Поскольку в процессе интенсивной работы любая цепь будет со временем вытягиваться, следует периодически осуществлять регулировку ее натяжения. Это достигается путем перемещения одной звездочки или сразу двух, в зависимости от конструктивных особенностей регулировочного механизма. Он позволяет, как правило, проводить регулировку, если цепь растянулась всего на одно-два звена. Если же степень растяжения больше, то цепь просто заменяют на новую.

Не стоит забывать и про своевременную смазку любой цепи. От этого будет напрямую зависеть срок ее работы. Если скорость передвижения цепи не слишком большая – до 4 метров в секунду, то допускается смазка при помощи обычной ручной масленки. При скоростях до 10 метров в секунду используется масленка-капельница.

Для более глубокой смазки цепь погружают в емкость, наполненную маслом. Степень погружения цепи не должна превышать ширину каждой пластины.

Если приходится иметь дело с мощными высокоскоростными механизмами, то применяется циркуляционная струйная смазка с помощью насосов.

Выбирая тот или иной метод смазки, необходимо опираться на конструктивные особенности каждого конкретного вида механизмов, а также на характер потерь энергии при трении. Потери при трении возникают из-за трения шарнирных соединений, пластин друг с другом, между зубьями и элементами цепи, а также в опорных элементах конструкции. Кроме того, существуют потери при разбрызгивании смазочного материала. Правда, они являются существенными лишь в случае, если смазку проводят с помощью погружения цепей в смазочные материалы и при работе на скоростях, близких к предельно допустимым.

Области использования цепной передачи

Примечательно, что данный вид передачи известен человечеству довольно давно. По крайней мере, в теории. Изучение работ известного изобретателя и художника Леонардо да Винчи показало, что он задумывался над различными вариантами использования цепных передач во всевозможных механизмах. На рисунках можно увидеть прообразы современных велосипедов и многих других известных сегодня механизмов. Правда, доподлинно не известно, смог ли великий Леонардо воплотить на практике свои идеи. Промышленность того времени не позволяла изготавливать механизмы с необходимой степенью точности.

Впервые же на практике удалось использовать данный вид передач лишь в 1832 году. Стоит отметить, что на внешний облик современного велосипеда, а также на его технико-эксплуатационные характеристики в немалой степени повлияло именно то, что в 1876 году изобретателю Лоусону пришло в голову использовать именно цепную передачу. До того момента колеса в движение приводились либо напрямую через педали, либо ездок должен был отталкиваться ногами от земли.

Данная разновидность передач во всевозможных модификациях сегодня используются крайне обширно в различных сферах машинного строения. Транспорт, производственное станковое оборудование, сельскохозяйственные агрегаты – перечислить все без исключения механизмы, в которых находят свое использование разновидности цепной передачи, не представляется возможным.

К ней прибегают и тогда, когда межосевые расстояния достаточно велики. В этих случаях применение передачи ременного типа нецелесообразно, а зубчатые применить невозможно из-за значительного усложнения конструкции и увеличения массы механизма. Не стоит забывать и про силу трения, которая увеличивается прямо пропорционально количеству зубчатых колес в механизме. В случае с цепными передачами, как уже отмечалось, есть сила трения качения, которая в разы меньше силы трения скольжения.

Можно также встретить данный вид передач в технике, которая использует цепь в качестве непосредственного рабочего элемента, а не в роли приводного. К таковым, например, относятся снегоуборочные агрегаты, элеваторные и скребковые механизмы, а также им аналогичные.

Как правило, прибегают к цепным передачам открытого типа, которые при необходимости смазываются вручную. В таких конструкциях либо вовсе не осуществляется влаго-пылевой защиты, либо она присутствует на минимальном уровне, как в случае с велосипедом.

Обычно те или иные виды цепных передач используются, если необходимо осуществить передачу мощностей до 120 киловатт при наружных скоростях не более 15 метров в секунду.

Немного о звездочках

Эффективность и продолжительность работы всего цепного механизма будет в немалой степени зависеть от того, как были изготовлены звездочки в механизме. Это касается как соблюдения всех точных размеров, так и материалов изготовления.

Количество зубцов – одна из важнейших характеристик любой звездочки.

Натяжная звездочка используется там, где нужно предотвратить эффект провисания цепи. Обычно ее устанавливают на ведомых частях механизмов.

Главные параметрические характеристики звездочек описаны в соответствующих пунктах ГОСТа 13576-81.

Цепные виды передач – это действительно высокоэффективный и притом экономичный вид механизмов. Их используют во многих областях транспорта и машинного строения.

Разновидности цепной передачи

Сегодня можно столкнуться с самыми разными классификациями данного вида передачи. Все зависит от того, по какому именно признаку проводить классификацию:

По своему предназначению передачи бывают тяговыми, приводными, а также грузовыми.
Сложными или простыми – если проводить классификацию по общему числу звездочек в механизме. К сложным принято относить те механизмы, в состав которых входит более двух звездочек.
Также передачи могут быть ведущими и ведомыми.
Если классифицировать передачи на основании направления вращения, то они могут быть прямыми и реверсивными.
Согласно принципу расположения, они бывают замкнутыми, горизонтально или вертикально расположенными.
Также звездочки могут быть по-разному отцентрованы. В этом случае принято различать горизонтально расположенные и вертикально расположенные передачи, а также под определенным углом.
Пониженные и повышенные передачи – согласно частоте оборотов.
Открытого и закрытого типа передачи – в зависимости от того, помещены они в пылезащитные кожухи или нет. Передачи закрытого типа также могут помещаться внутрь механизма, корпус которого и защищает их от проникновения пыли и влаги.
Наконец, по способу внесения смазочного материала передачи могут быть ручными, масляными и циркуляционными. Об их специфике уже немного было упомянуто выше.

Каждый из этих видов применяется в тех или иных областях техники.