Как определить число зубьев звездочки

31

Расчет звездочки цепной передачи по шагу цепи

Люди начали использовать зубчатые передачи еще в античности. Идея передавать момент вращения не при непосредственном контакте двух зубчатых колес, а на большое расстояние с помощью бесконечной цепи принадлежит гениальному художнику и изобретателю Леонардо да Винчи.

На практике такие приводы были реализованы в начале 19 века. Чтобы механизм работал эффективно, необходим точный расчет всех ее элементов, а прежде всего — звездочек.

Размеры венца звездочек

При конструировании звездочки цепных передач учитывают, что она должна выполнять ряд основных функций:

• передавать момент вращения с ведущего вала на ведомый;
• захватывать и высвобождать звенья цепи без рывков и ударов;
• удерживать механизм в плоскости вращения.

Для этого ее форма и размеры должны строго соответствовать результатам расчета.

Согласно рекомендациям ГОСТ 591-69, регламентирующего звездочки к приводным роликовым и втулочным цепям при проектировании исходят из следующих начальных параметров:

• шаг цепи t;
• количество зубцов z;
• диаметр окружности зацепления d₁;

Основные размеры, определяющие геометрическую форму изделия, это:

• диаметр делительной окружности D дел;
• диаметр окружности выступов D выст;
• радиус впадин r;

Расчет параметров звездочки цепной передачи по заданному шагу цепи осуществляется в следующей последовательности:

1. Оси шарниров звеньев во время зацепления с зубцами цепного привода располагаются на делительной окружности, расчет диаметра проводят по формуле:
2. Расчет окружности выступов:
3. Расчет радиуса впадин (в мм) r = 0,5025 * d1 + 0,05.
4. Расчет диаметра окружности впадин D впад = D дел — 2 * r.

При построении чертежа звездочки для цепной передачи D выст рассчитывают с точностью до 0,1 миллиметра, другие параметры-с точностью до 0,01 мм.

Конструкция ступицы и диска звездочек цепных передач

Ступица и диск звездочки чаще всего отливаются или фрезеруются в качестве единой детали. Ступица служит для крепления изделия на ведущем или ведомом валу механизма. Она должна обеспечивать надежную фиксацию, исключающую осевые и радиальные биения детали на валу. Поэтому к качеству внутренней поверхности предъявляются высокие требования. Крепление осуществляется с помощью:

• шлица для скоростных и высоконагруженных цепных приводов;
• шпонки для тихоходных цепных приводов.

Диаметр ступицы должен удовлетворять двум требованиям:

• обеспечивать прочность конструкции;
• не утяжелять ее сверх необходимого.

Для чугунных деталей его обычно выбирают равным 1,65 от диаметра вала, для стальных коэффициент расчета снижается до 1,55.

Длина ступицы определяется характером фиксации на валу- шпонкой или шлицем и обычно расчет делают в диапазоне 1,2-1,5 от диаметра вала.

Для звездочек малых размеров ширина диска выбирается равной ширине зубца. Для изделий больших размеров, особенно высоконагруженных, ширину увеличивают до 5%, в зависимости от радиуса закругления основания зубца.

Рассчитанные размеры округляются до ближайшего числа из стандартного ряда размеров.

Материалы звездочек цепных передач

Изделия подвергаются большим ударным нагрузкам, поэтому для их изготовления применяют стальные сплавы:

• со средним содержанием углерода и с легирующими добавками, закаляемые до твердости 45-55 ед.;
• подвергаемые цементированию на глубину 1-1,5 мм и последующему закаливанию до 55-60 ед.

Для малошумных цепных приводов применяют такие материалы, как текстолит, полиамидные и полиформальдегидные пластмассы. Они амортизируют удары звеньев роликовой цепи, снижают шумы и вибрацию и продлевает срок службы цепей. Это происходит за счет снижения динамических нагрузок на звенья. Такие детали менее прочны, чем стальные, поэтому цепные приводы с ними ограничены по передаваемой мощности. Точный расчет передачи углового положения зубчатой цепью проводится при проектировании механизмов систем управления, в том числе для летательных аппаратов.

Для цепных приводов с низкой скоростью хода (не более 2 метров в секунду) и малыми динамическими нагрузками применяют также чугун. Термообработкой твердость изделий доводят до 350-430 единиц по HB. В тяжелых условиях эксплуатации, в сельхозмашинах и дорожных механизмах, используют упрочненные чугуны с пониженным коэффициентом трения.

Для снижения динамических нагрузок, уровней шума и вибрации в высокоскоростных цепных передачах применяют также специальные покрытия — как наплавка металлов, так и напыление тефлонового слоя.

8.3.2. Определение числа зубьев ведущей звездочки

Минимальное число зубье звездочки “z₁” выбирают в зависимости от частоты вращения “n₁”:

Зависимость числа зубьев от частоты вращения

Таблица 8.3.2

При выборе зубьев предпочтительны нечетные числа.

8.3.3. Определение числа зубьев ведомой звездочки

Число зубьев ведомой звездочки “z₂”:

; (8.1.)[7, стр 19]

где z_2max – максимальное число зубьев ведомой звездочки, при котором роликовая цепь еще не теряет зацепления со звездочкой вследствие увеличенного шага;

Δр_ц – предельное допустимое увеличение шага по износу шарниров, при сроке службы цепи L_h≈10000 часов принимают Δр_ц=3%, при L_h≈7000…8000 часов — Δр_ц=2%, а при сроке службы L_h≤5000 часов, принять Δр_ц=1,5%.

Расчетное значение z₂ округляют до ближайшего целого числа, желательно нечетного.

(8.1.)

Округлим в меньшую сторону до ближайшего нечетного числа z₂=83.

8.3.4. Фактическое передаточное число

Определяют по соотношению чисел зубьев:

; (8.2.)[7, стр. 20]

Отклонение u_ф12 от заданного u₁₂ не должно превышать 3%, т. е.:

(8.3.)[7, стр. 20]

8.3.5. Коэффициент эксплуатации

Коэффициентом эксплуатации К_э учитываются условия работы приводной цепи, влияющие на интенсивность изнашивания шарниров и, собственно, срок службы цепи. Его представляют в виде произведения коэффициентов:

; (8.4.)[7, стр. 22]

где К_д – коэффициент динамической нагрузки, отражающий влияние характера передаваемой нагрузки на износ шарниров (табл. 8.3.5.1.);

К_а – коэффициент влияния длины цепи или межосевого расстояния передачи “a” (табл. 8.3.5.2.), рекомендуется принимать a=(30…50)р_ц;

К_н – учитывает влияние наклона передачи к горизонту на износ шарниров (табл. 8.3.5.2.);

К_р – коэффициент влияния вида регулировки натяжения цепи (табл. 8.3.5.2.); для тихоходных передач натяжение, как правило, нерегулируемое, а излишнее провисание ведомой ветви устраняется одного или двух звеньев цепи;

К_Т – отражает влияние температуры окружающей среды, в уоторой работает цепная передача (табл. 8.3.5.2.);

К_реж – учитывает режим работы передачи, или число смен работы (табл. 8.3.5.2.);

К_см – коэффициент, учитывающий влияние характера смазывания цепи (табл. 8.3.5.2.); так как способ смазывания назначают в зависимости от скорости цепи (табл. 8.3.5.3.), которая на данном этапе расчета неизвестна, ее приближенно можно определить по зависимости:

; (8.5.)[7, стр. 22]

где с – числовой коэффициент, выбираемый по частоте вращения ведущей звездочки n₁ (об/мин):

с=1,3…1,5 при n₁ ≤ 250 об/мин;

с=1,5…1,75 при n₁ ≈300…700 об/мин;

с=1,8…2,0 при n₁ ≥ 750 об/мин;

Т₁ – вращающий момент на валу ведущей звездочки, Н·м.

Коэффициент динамической нагрузки

Таблица 8.3.5.1.

Исполнительный механизм, оборудование

Характер работы цепной передачи

Коэффициент К_д

Ленточные конвейеры, цепные транспортеры с незначительными колебаниями нагрузки

Равномерная нагрузка без толчков и ударов

Конвейеры с колебаниями нагрузки, компрессоры, металлорежущее оборудование, сушилки, бумагоделательные машины

Равномерный ход с отдельными небольшими толчками;

работа с легкими и средними ударами

Прессы, дробилки, горно-и нефтедобывающее оборудование, прокатные станы, прочее оборудование с реверсивными и ударнами нагрузками

Средние удары и предельная пульсирующая нагрузка;

сильные удары или удары со знакопеременной нагрузкой

Коэффициенты, учитывающие условия эксплуатации цепной передачи

Таблица 8.3.5.2.

Наименование коэффициента

Условия работы передачи

Значение коэффициента

Коэффициент влияния длины цепи или межосевого расстояния К_а

Межосевое расстояние а:

a=(30-50)р_ц;

a=(60-80)р_ц.

Коэффициент расположения или наклона цепи передачи К_н

Наклон линии центров звездочек к горизонтали Ψ:

Ψ>45°.

Коэффициент регулировки натяжения цепи К_р

Регулировка положения оси одной из звездочек (передвигающиеся опоры);

регулировка оттяжными звездочками или нажимными роликами;

нерегулируемое межосевое расстояние.

Коэффициент смазывания цепи К_см (рекомендации по видам смазывания по табл. 7.3.5.3.)

Непрерывное смазывание в маслянной ванне или циркулянионная;

регулярная капельная или внутришарнирная при работе в чистой среде;

внутришарнирная при работе в запыленной среде;

Продолжение таблицы 8.3.5.2.

Наименование коэффициента

Условия работы передачи

Значение коэффициента

Коэффициент температуры окружающей среды К_Т

Температура t среды:

-25°С < t ≤ 150°C;

Коэффициент режима работы К_реж

Рекомендации по выбору способа смазывания цепей

Таблица 8.3.5.3.

Эффективность смазывания

Вид смазки при окружной скорости V, м/с

Капельная 4…10 капель в минуту

В маслянной ванне

Циркуляционная под давлением

Пластичная внутришарнирная с пропиткой цепи через 120…180 часов

Капельная 10-15 капель в мин; внутришарнирная с пропиткой через 60…80 часов (до 6 м/с)

В маслянной ванне

Циркуляционная под давлением

Периодическое смазывание кистью или ручной масленкой через 6…8 часов

Работа без смазвапния

Допускается при скорости до 0,07 м/с

Коэффициент К_д принимаем равным 1,4, т. к. при работе оборудования будут происходить легкие удары и рывки во время включения и выключения электродвигателяы;

Коэффициент К_а принимаем равным 1,25, т. к. межосевое расстояние а приблизительно равно 18,9р_ц;

Коэффициент К_н принимаем равным 1,42, т. к. =1,42;

Коэффициент К_р принимаем равным 1,1, т. к. конструктивно будет предусмотрено наличие прижимного ролика;

Коэффициент К_см принимаем равным 1,0, т. к. конструктивно будет предусмотрена возможность осуществления капельной смазки;

Коэффициент К_Т принимаем равным 1,0, т. к. температура окружающей среды предполагаемого места работы будет в пределах -25°С и 150°С;

Коэффициент режима работы К_реж принимаем равным 1,0, т. к. предполагается эксплуатация оборудования в одну смену.

(8.4.)

Если расчетная величина К_э окажется больше 3,0, необходимо принять меры по улучшению условий работы цепной передачи.

Как определить число зубьев звездочки

Сообщение H_A_N » 23 дек 2020, 20:42

В целом ряде случаев нас не устраивает использование бортовых редукторов заводского изготовления на основе шестеренок. Среди причин и значительный вес, и ограниченное число значений передаточных чисел. Часто приходится передавать крутящий момент на расстояние, измеряемое десятками сантиметров, а то и метрами, и тогда возникает необходимость использования длинных валов, карданных передач и прочих механизмов для передачи крутящего момента на расстояние.

В этой связи часто на ум приходит мысль об использовании цепной передачи, которая счастливо сочетает в себе как возможность передачи крутящего момента, так и возможность преобразовать при необходимости крутящий момент и обороты ведущего двигателя. В целом ряде случаев цепная передача позволяет отказаться от недостаточно надежных гипоидных передач. Цепные редукторы, как правило, легче других типов редукторов. Такие редукторы гораздо проще интегрировать в движитель вездехода.

Вместе с тем практика применения цепных передач при строительстве легких вездеходов крайне удручающая. Даже в самых популярных вездеходах применение цепных редукторов сопровождается зачастую фатальными ошибками, что резко снижает надежность цепных приводов и дискредитирует саму идею применение цепных приводов в легких вездеходах.

В основе неправильного применения цепных приводов лежит глубоко ошибочное мнение о том, что достаточно подобрать цепь по критерию прочности, и ею можно приводить что угодно и в каких угодно условиях. Это не так. Когда мы применяем шестеренчатые редукторы, мы имеем дело с готовым производственным продуктом, который согласно заявленным параметрам обязан выдержать определенные усилия на входе и создать определенные усилия на выходе. При этом является понятным, что конструкторы и разработчики приложили определенные усилия для расчета такого узла.

Точно такие же усилия должны быть приложены при создании цепной передачи. Но цепную передачу создает сам потребитель, и по этой причине усилия по расчету такой передачи он должен прикладывать либо сам, либо поручать такую работу компетентному специалисту.

Цепной привод – это не цепь и две звездочки. Цепной привод – это сложный механический привод, при создании которого необходимо соблюдать не один десяток технических условий. Только так можно создать механизм, который будет работать долго и очень надежно.

Вместе с тем, существует достаточно небольшой набор правил и ограничений, соблюдение которых позволит любому желающему буквально в течение часа рассчитать необходимый цепной редуктор, который прослужит верой и правдой многие тысячи часов.

Далее мы будем рассматривать цепные приводы и редукторы, которые только понижают (или оставляют без изменения) обороты двигателя и, соответственно, повышают крутящий момент. Это существенное ограничение, но именно такие редукторы в своей основной массе применяются в легких вездеходах.

Для расчета цепного редуктора вполне достаточно информации, которая содержится в ГОСТ 13568-97 «Цепи приводные роликовые и втулочные» https://lunohoda.net/statics/site/image . Book-5.pdf

Я лишь изложу в краткой форме то, что необходимо знать для успешного расчета цепного привода легкого вездехода. Данный расчет является самым осторожным из известных мне. Существуют гораздо более оптимистичные расчеты, которые дадут и существенно большую линейную скорость цепи, и существенно большие значения угловой скорости звездочек. Не рекомендую применять более оптимистичные методики расчета без большого практического опыта. Ошибок при строительстве первых вездеходов допускается великое множество, и осторожные расчеты цепного редуктора в значительной мере скомпенсируют эти ошибки. Будем считать, что данная методика дает приличный запас избыточной прочности.

Перейдем непосредственно к правилам.

Правило первое. Необходимо применять только те цепи, тяговое усилие на которых в вездеходе не будет превышать установленной для данного типа цепи разрушающей нагрузки. Фактически только этим правилом пользуется подавляющее большинство тех, кто использует цепи при создании вездехода.

Правило второе. Не применяйте для цепных приводов звездочки с числом зубьев менее 15. Довольно неожиданное правило. Обусловлено оно тем, что при создании тягового усилия участвует некоторое число роликов цепи, которые в данный момент контактируют со звездочкой. Производители цепей в соответствии с техническими условиями разрабатывают и производят цепи в соответствии с нагрузкой роликов цепи, при условии использования роликов на цепи с числом зубьев от 15. Если число зубьев менее 15, то необходимы дополнительные расчеты прочности цепи для применения в конкретных условиях. Если нет крайней необходимости, никогда и ни при каких условиях не применяйте звездочки с числом зубьев менее 15. Еще лучше – забудьте о существовании таких звездочек. Все дальнейшие расчеты только для звездочек с числом зубьев 15 и более.

Правило третье. Существует определенное расстояние между осями двух звездочек цепного привода (редуктора), при котором цепи и звездочки служат максимально долго.

Это расстояние вычисляется очень просто по формуле

a = (30…50) х t, где а – межосевое расстояние двух звездочек в мм, t – шаг цепи в мм.

То есть, межосевое расстояние довольно жестко привязано к шагу цепи и оптимальным значением будет расстояние, которое находится в пределах от 30 до 50 шагов цепи.

Для простоты сразу вычислим эти расстояния для цепей, используемых наиболее часто при строительстве легкого вездехода.

Цепь Аналог по ИСО 606 Минимум Максимум

ПР-9,525 06 В-1 286 мм 476 мм

ПР-12,7 08 В-1 381 мм 635 мм

ПР-15,875 10 В-1 476 мм 794 мм

ПР-19,05 12 А-1 572 мм 952 мм

ПР-25,4 16 А-1 762 мм 1270 мм

ПР-31,75 20 А-1 953 мм 1587 мм

Отклонения от этих расстояний возможны в пределах, оговариваемых правилами ниже, но в любом случае такое отклонение обозначает уменьшение срока службы цепи.

Правило четвертое. Для каждого типа цепи существует максимальное расстояние между осями звездочек цепного редуктора, превышение которого запрещено. Связано это с возникновений паразитных колебаний цепи при переменной нагрузке при слишком большой их длине.

Это расстояние вычисляется по формуле.

a = 80 х t, где а – межосевое расстояние двух звездочек в мм, t – шаг цепи в мм.

Для удобства также вычислим это расстояния для наиболее часто употребляемых при строительстве вездехода цепей.

Цепь Аналог по ИСО 606 Максимальное межосевое расстояние

ПР-9,525 06 В-1 762 мм

ПР-12,7 08 В-1 1016 мм

ПР-15,875 10 В-1 1270 мм

ПР-19,05 12 А-1 1524 мм

ПР-25,4 16 А-1 2032 мм

ПР-31,75 20 А-1 2540 мм

Правило пятое. Существует минимальное расстояние между осями звездочек.

Нарушение этого правила, как правило, приводит к ускоренному износу звездочек, особенно малой, и частым порывам цепи.

Это расстояние вычисляется по формуле

a = 0,6 (D1 + D2) + (30…50) мм, где а – межосевое расстояние двух звездочек в мм, D1 и D2 – диаметры звездочек в мм.

Здесь и далее под диаметром звездочек мы будем подразумевать так называемый делительный диаметр звездочек. Длительный диаметр – это расстояние от оси звездочки до центра оси ролика цепи, прилегающей к звездочке.

Правило шестое. По возможности ось ведущей звездочки следует располагать выше оси ведомой звездочки. Не следует без крайней необходимости делать угол между горизонтальной плоскостью и линией между осями звездочек цепного привода более 45 градусов. При большом подъеме (более 45 градусов) цепи установка натяжителя цепи обязательно. Правило не очень жесткое, но его соблюдение самым благоприятным образом сказывается на ресурсе цепи.

Правило седьмое. Линейная скорость цепи не должна превышать 7 м/сек. Очень важное правило.

Правило восьмое. Для каждого типа цепи существует предельная частота вращения малой звездочки цепи. Превышение этого параметра приводит к стремительному сокращению срока службы цепи. Исключительно важное правило, которое нарушается на многих вездеходах.

Для удобства приведем частоты вращения малых звездочек для различных цепей.

Цепь Аналог по ИСО 606 Максимальная частота вращения малой звездочки.

ПР-9,525 06 В-1 2600 об/мин

ПР-12,7 08 В-1 1280 об/мин

ПР-15,875 10 В-1 1180 об/мин

ПР-19,05 12 А-1 900 об/мин

ПР-25,4 16 А-1 800 об/мин

ПР-31,75 20 А-1 600 об/мин

Правило девятое. Число зубьев малой звездочки необходимо выбирать согласно формуле:

z1 = 31 – 2u, где z1 – число зубьев малой звездочки, u – передаточное число редуктора.

Правило десятое. Число зубьев звездочки не должно превышать 120. Несоблюдение этого правило приводит к постоянному соскакиванию цепи.

Правило одиннадцатое. Передаточное число цепного редуктора не должно быть целым числом. Делается это для того, чтобы момент с впадин ведущей звездочки не передавался бы в процессе работы на одни и те же впадины ведомой звездочки. По этой же причине очень желательно, чтобы отношения числа звеньев цепи к числу зубьев звездочек также не являлись бы целыми числами. Правило не очень строгое, но очень полезное для обеспечения максимальной долговечности всех частей цепного редуктора.

Соблюдение всех правил позволяет создать исключительно долговечный и надежный редуктор.

Для удобства приведем значения предельной разрушающей нагрузки для различных цепей.

Цепь Аналог по ИСО 606 Разрушающая нагрузка в килоНьютонах.

ПР-9,525 06 В-1 9,1 кН

ПР-12,7 08 В-1 18,2 кН

ПР-15,875 10 В-1 22,7 кН

ПР-19,05 12 А-1 31,8 кН

ПР-25,4 16 А-1 60 кН

ПР-31,75 20 А-1 88,5 кН

Проверим, насколько эти достаточно несложные правила применяются в реальных вездеходах.

Возьмем для примера популярный колесный вездеход ДИФ-4 Алексея Грагашьяна.

Согласно авторской информации

в вездеходе применяется дизельный двигатель Kubota V1505-T, который соединяется с коробкой переключения передач ВАЗ-2110, у которой главная передача имеет передаточное число 3,9. От коробки переключения передач крутящий момент передается цепью 16 В-1.

При худшем сценарии на пятой передаче КПП ВАЗ 2110 имеет коэффициент передачи 0,74.

При числе оборотов двигателя 3000 в минуту скорость вращения на выходе главной передачи коробки передач составит 1040 об/мин. Однако цепь 16 В-1 рассчитана только на 800 об/мин. Фактически это катастрофа для трансмиссии.

Цепь 16В-1 будет разрушать трансмиссию, причем не в тяжелых условиях движения, а при движении по хорошей дороге с максимальной скоростью.

В качестве примера произведем расчет цепного бортового редуктора для схемы трансмиссии на рис.1 со страницы viewtopic.php?p=485933#p485933

То есть попробуем вместо бортового редуктора ГАЗ-71 создать свой более легкий и, возможно, даже более дешевый редуктор.

По расчетам получили максимальную суммарную тягу вездехода 4000 кгс, или 1000 кгс на каждое колесо. Уже из этого понятно, что цепь будет достаточно мощной.

Передаточное число редуктора берем равное 3,9. Согласно правилу девять нам необходимо применить ведущую звездочку с числом зубьев 23. Тогда число зубьев большой звездочки будет более 80. Звездочки для мощных цепей с большим количеством зубьев весьма и весьма дороги. По экономическим соображениям мы сознательно нарушим правило девять и возьмем ведущую звездочку с минимально возможным количеством зубьев — 15. Тогда большая звездочка будет иметь 15 х 3,9 = 59 зубьев.

Это тоже большое количество зубьев. На конечных цепных редукторах следует избегать больших передаточных чисел.

Теперь нам потребуется рассчитать делительный диаметр звездочки. Предположим, что мы будем использовать цепь ПР-25,4. Шаг звеньев цепи – 25,4 мм.

Делительный диаметр звездочки высчитывается по формуле

D = t / sin (180 град / z), где z – число зубьев звездочки, t – шаг цепи в мм.

При числе зубьев 59 делительный диаметр звездочки составит 477 мм. Много, поэтому и дорого.

Считаем крутящий момент на оси колеса. Для этого тягу колеса умножаем на радиус колеса.

1000 кгс х 0,85 х 9,8 = 8330 Нм.

Теперь из крутящего момента колеса вычисляем тягу цепи. Для этого делим крутящий момент на делительный радиус звездочки.

8330 Нм / 0,239 м = 34854 Н.

Это максимальная тяга, которую должна развить цепь. Убеждаемся, что эта величина меньше разрушающей нагрузки такой цепи. Если бы расчет показал, что разрушающая нагрузка меньше максимальной тяги цепи, то нам пришлось бы взять более мощную цепь. Если разрушающая нагрузка цепи было бы в несколько раз больше максимальной тяги цепи, то следовало бы взять цепь менее мощную и снова произвести весь расчет. Это называется подбором цепи под техническое задание.

В обязательном порядке проверяем выбор цепи на соответствие правилу восемь.

Выбираем стандартный вариант КПП ВАЗ-21083, у которой передаточное число пятой передачи равно 0,784.

Считаем обороты на входе цепного редуктора.

5600 об/мин (двигатель) / 0,784 (5 ПЧ КПП ВАЗ-21083) / 4,3 (ПЧ ГП КПП ВАЗ-21083) / 5,13 (ПЧ ГП моста) = 324 об/мин.

Цепь ПР-25,4 выдерживает 800 об/мин. Правило восемь соблюдено.

Считаем линейную скорость цепи.

Для этого нам потребуется делительный диаметр звездочки на 15 зубьев. Считаем по приведенной выше формуле и получаем

Линейная скорость цепи V = 324 об/мин х 0,122 м х 3,14 = 124 м/мин = 2,1 м/сек.

Эта скорость полностью соответствует требованиям правила седьмого.

Расчет показал, что в данном конкретном примере можно (и нужно) для создания цепного бортового редуктора использовать цепь ПР-25,4 или ее европейский аналог 16 А-1.

Ниже приводится достаточно удобная таблица, которая для семи наиболее употребляемых типоразмеров цепей позволяет в зависимости от числа зубьев звездочки определить максимальный крутящий момент, который можно подавать на ось звездочки без риска повредить применяемую цепь.

Такая таблица позволяет без расчетов быстро оценить схему трансмиссии вездехода, в которой применяются цепи и (или) цепные редукторы.

Расчет звездочки цепной передачи по шагу цепи

Изделия с зубчатой передачей находят даже в раскопках древнегреческих и древнеримских городов. Леонардо да Винчи не только написал «Мону Лизу», но и первым описал механизм передачи механической энергии на значительные расстояния при помощи двух валов (звездочек в современной интерпретации) и цепи. Но его изобретение еще долго оставалось невостребованным. Только на рубеже 18-го и 19-го начался этап бурного развития промышленности. И именно тогда зубчатой передаче нашли достойное применение.

За два столетия ее механизм существенно усовершенствовали. Для цепей разработали стандарты, регламентирующие шаг, диаметр и прочие параметры. Но проблема правильного построения звездочек остается неизменно актуальной.

Это связано с тем, что при проектировании валов необходимо одновременно учитывать несколько требований:

• вращательный момент с минимальной задержкой должен передаваться от ведущей звездочки на ведомую;
• движение цепи должно быть непрерывным и плавным;
• вся цепная передача в процессе работы должна оставаться в заданной плоскости.

Чтобы выполнить все перечисленные условия, звездочки следует подбирать строго в соответствии с предварительно проведенными расчетами.

Базовые параметры звездочек

В России производители звездочек обязаны работать по ГОСТ 591-69. В соответствии с ним для начала проектирования звездочки нужны следующие данные:

1. Шаг цепи (t).
2. Необходимое число зубцов на звездочке (z).
3. Диаметр окружности зацепления (d1).

Геометрическая форма готового изделия зависит от следующих параметров:

1. Диаметр делительной окружности (D дел).
2. Диаметр окружности выступов (D выст).
3. Радиус впадин (r).

Построение звездочки: как рассчитать необходимые параметры?

Чтобы получить звездочку, идеально соответствующую всем предъявляемым требованиям, расчеты проводят в соответствии с формулами, приведенными ниже:

Оси шарниров цепных звеньев в процессе работы прилегают к делительной окружности. Чтобы рассчитать ее диаметр, потребуется формула:

Для D выст допустимая погрешность не превышает 0,1 мм. Для всех иных параметров отклонение не может превышать 0,01 мм.

Конструктивные особенности ступицы и диска применительно к звездочкам цепных передач

Чтобы избежать деформаций диска, его неравномерного крепления и последующего биения в процессе вращения, его в большинстве случаев отливают вместе со ступицей. Как вариант, изготовление ведется на фрезерном станке.

Задача ступицы в данном случае — крепление диска к передающему или принимающему узлу оборудования с цепной передачей. Если в процессе изготовления и сборки вала соблюдены требования ГОСТ, при вращении диска не будет ни осевых, ни радиальных биений.

На практике при построении звездочки применяют следующие способы крепления вала:

• на шлицу. Этот актуально для цепных приводов, работающих на повышенных скоростях и/или под значительными нагрузками;
• на шпонки. Этот вариант используют, если скорость вращения вала невелика.

Диаметр ступицы подбирают так, чтобы она позволяла решать поставленную задачу, но сама не создавала избыточную нагрузку на механизм.

Если ступица требуется для узла из чугуна, ее диаметр стандартно равен диаметру вала * 1,65. Если же узел стальной, диаметр вала умножают на 1,55.

Другой важный параметр — длина ступицы. Стандартно для ее расчета диаметр вала умножают на числа из диапазона 1,2–1,5.

Из какого материала производят звездочки для цепных передач?

Механическая нагрузка — не единственный негативный фактор, влияющий на работоспособность цепей и звездочек. Есть еще кислоты, щелочи, конденсат и т. д. Это приводит к тому, что все узлы цепной передачи надлежит изготавливать из материалов, устойчивых к коррозии, нагрузкам: ударным, на разрыв и т. д.

Предпочтение отдают среднеуглеродистым сталям. Если изделие должно соответствовать особым требованиям, работать в особо сложных условиях, в состав вводят особые легирующие добавки. Уже готовую звездочку (отлитую или выточенную) дополнительно:

• пропускают через термическую обработку. Требуемая твердость — 45–55 ед.;
• либо подвергают цементированию. Глубина слоя составляет 1–1,5 мм. И только после этого помещают в печь ТВЧ. Твердость в этом случае должна составлять 55–60 ед.

Для особых случаев используют цепи и звездочки не стальные, а из особых композитных материалов: текстолита, полиамидов, полиформальдегидов. В этом случае вся система работает с минимальным шумом и вибрацией. Звенья цепей практически не ударяются о зубья цепи. Но их используют в малоответственных транспортных системах, не находящихся постоянно под нагрузкой.

Чугун — еще один материал для построения и изготовления звездочек цепной передачи. Но сфера его применения ограничена. Такие изделия не предназначены для работы на больших скоростях. Разрешенный максимум — 2 м/с. Ограничения затрагивают и динамические нагрузки. Они должны быть минимальными.

Для повышения твердости чугунные цепные передачи проводят через закалку. Рекомендованное значение на выходе — 330–430 ед. по HB.

Цепи из чугуна часто устанавливают на тракторах, комбайнах, дорожной и строительной спецтехнике. В этом случае выбирают упрочненные чугуны, что позволяет снизить коэффициент трения. Если же вся система должна работать в условиях повышенных динамических нагрузок, звенья цепи и собственно звездочки покрывают тонким слоем тефлона.