ІНЖЕНЕРНА МЕХАНІКА

РОЗРАХУНОК ЛАНЦЮГОВОЇ ПЕРЕДАЧІ

 

Методичні вказівки до практичної роботи №8

 

Мета роботи: Закріплення знань по теорії і розрахунку ланцюгових передач. Практичне оволодіння методикою розрахунку приводної ланцюгової передачі (вибір типу ланцюга і визначення числа зубів зірочок, визначення коефіцієнту експлуатації і кроку ланцюга, геометричний та силовий розрахунок, перевірка передачі на зносостійкість, на допустиму частоту обертання, на розривну міцність, на довговічність – по числу ударів). Закріплення знань по визначенню зусиль, що діють в передачі. Рішення практичних задач по конструюванню зірочок розрахованої ланцюгової передачі.

 

1 ВКАЗІВКИ З САМОПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ

1.1                  Завдання для самостійної підготовки

Під час підготовки до даного практичного заняття проробити матеріали лекцій „Передачі гнучким зв’язком“, засвоїти основні положення рекомендованої навчальної літератури [1-3], звернувши увагу на специфічні риси ланцюгової передачі, що відноситься по типу до передач зачепленням і одночасно до передач гнучким зв’язком. 

З’ясувати переваги ланцюгових передач по відношенню до зубчастих, як представників передач зачепленням, та по відношенню до пасових, як представників передач гнучким зв’язком. Визначити область застосування ланцюгових передач і вияснити, які недоліки обмежують цю область.

Класифікувати передачі по типах стандартизованих приводних ланцюгів і уяснити конструктивні особливості, що дають можливість їх використання в передачах з різними вимогами до них та з різними умовами експлуатації.

Звернути увагу на специфічні особливості роботи ланцюгових передач, такі як мінливість миттєвого передаточного відношення, удари ланок ланцюга об зуби зірочок при вході в зачеплення та ін.

Розглянути характер і причини відмов ланцюгових передач та види розрахунків, за допомогою яких можна запобігти цим відмовам. Переглянути та проаналізувати основні формули, за якими проводяться розрахунки.

Встановити, які сили діють в передачі: колові, відцентрові, від власної ваги ланцюга, формули для їх визначення.

Ознайомитись, яким чином за допомогою коефіцієнту експлуатації враховуються реальні умови роботи передачі, визначитись з основними складовими цього коефіцієнту, порядком їх визначення. Уяснити, які геометричні параметри характеризують приводні зірочки ланцюгової передачі, зокрема роликовим ланцюгом і проаналізувати розрахункові формули для їх визначення.

1.2 Питання для самопідготовки

1.2.1 Типи стандартизованих приводних ланцюгів.

1.2.2 Особливості роботи ланцюгових передач.

1.2.3 Які сили діють в ланцюговій передачі?

1.3 Рекомендована література

1. Деталі машин [Текст] : підручник : затверджено МОН України / А. В. Міняйло [та ін.]. - К. : Агроосвіта, 2013. - 448 с.

2. Павлище В. Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин: Підручник. – Афіша. – С. 560. – ISBN 966-8013-58-1.

3 Конспект лекцій з інженерної механіки (Деталі машин) для здобувачів ступеня вищої освіти «Бакалавр» спеціальності 122 «Комп’ютерні науки» / О. О. Дереза. – Мелітополь. – ВПЦ «Люкс», 2019. – 70 с.

 

2 ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

2.1 Програма роботи                      

– Вибрати тип ланцюга і визначити числа зубів зірочок.

– Визначити тиск у шарнірі та крок ланцюга.

– Виконати геометричний розрахунок передачі.

– Перевірити міцность ланцюга.

– Зробити висновок.

Скласти звіт та захистити роботу.

2.2 Оснащення робочого місця

2.2.1 Методичні вказівки.

2.2.2 Навчальна та наукова література.

2.3 Теоретичні відомості

Ланцюгові передачі – це передачі зачепленням з гнучким зв’язком (ланцюгом). Така передача складається із ведучої та веденої зірочок (рисунок 1), розміщених на відповідних валах, і ланцюга, що знаходиться у зачепленні із зірочками.

Швидкість ланцюга і частоти обертання зірочок обмежуються спрацюванням ланцюгів і ударною стійкістю роликів і не перевищують 15 м/с.

Частоти обертання n залежать від кроку ланцюга. Звичайно n = 3000 (6000)...800 (1200) об/хв.

Такі передачі можуть передавати потужність до 100 кВт.

Ланцюгові передачі широко використовуються у транспортному машинобудуванні (мотоцикли, велосипеди, автомобілі, транспортери), у сільськогосподарському машинобудуванні, нафтобурових установках.

У машинах застосовують тягові ланцюги – для переміщення вантажів у транспортуючих машинах; вантажні – для підвішування вантажів; приводні – для використання у ланцюгових передачах. Найбільш поширені типи приводних ланцюгів: роликові, втулкові та зубчасті.

Умовне позначення стандартних приводних роликових ланцюгів: букви ПР, цифри перед буквами позначають кількість рядів (однорядні не позначаються), числа після букв позначають крок ланцюга в мм і руйнівне навантаження. Наприклад:

Однорядний приводний роликовий ланцюг, крок 25,4 мм, руйнівне навантаження 56700 Н:

ПР-25,4-5670 ДСТУ ГОСТ 13568:2006

Дворядний приводний роликовий ланцюг, крок 19,05 мм, руйнівне навантаження 72000 Н:

2ПР-19,05-7200 ДСТУ ГОСТ 13568:2006

Пластини ланцюгів виготовляють із вуглецевих і легованих сталей (сталі 40, 45, 50, 40Х, 40ХН, 30ХН3А) із гартуванням до твердості Н=(32…44)HRC, валики, втулки і ролики – із цементованих сталей (сталі 10, 15, 20, 12ХНЗА, 20ХНЗА, 40ХН) з термообробкою до твердості 45…65 HRC.

Для нормального з’єднання ланцюгового контуру передачі необхідно, щоб число його ланок було парним. Для зменшення вібрацій гілок ланцюга число зубів ведучої зірочки приймається непарним.

 

Завдання та вихідні дані для розрахунків

Розрахунок приводної ланцюгової передачі загального призначення

-          потужність на ведучому валу                    Р₁ = 5,9 кВт;

-          обертаючий момент на ведучому валу     Т₁ = 590 Н·м;

-          частота обертання ведучої зірочки                       n₁ = 100 об/хв.;

-          передаточне число передачі                       U = 3,1;

-          кут нахилу передачі до горизонту                        Θ = 30°;

-          режим роботи (пускові навантаження)    П = 120%;

число змін роботи                                         К_зм = 2.

1 Вибір типу ланцюга і визначення числа зубів зірочок

Тип ланцюга вибирають у залежності від призначення, величини потужності, яку потрібно буде передати, та частоти обертання ведучого вала. При проведенні даного практичного заняття доцільно розглянути приклад розрахунку передачі роликовим приводним ланцюгом, як найбільш поширеної у машинах сільськогосподарського та переробного призначення (таблиця А.1).

Рекомендоване мінімальне число зубів ведучої зірочки визначається у залежності від передаточного числа передачі.

З метою мінімізації габаритів передачі можна вибирати число зубів ведучої зірочки меншим за рекомендоване, але граничним є число 7 для роликових та число 13 для зубчастих ланцюгів (таблиця А.3).

Після визначення і прийняття числа зубів веденої зірочки обчислюється фактичне передаточне число передачі та на разі відмінності його від номінального вичислюють відсоток відхилення (не більший за ± 5%).

2 Коефіцієнт експлуатації передачі

Коефіцієнт експлуатації kе може бути представлений у виді добутку окремих коефіцієнтів

де k₁ – коефіцієнт, який враховує динамічність

навантаження; при спокійному навантаженні k₁= 1;

            при навантаженні з поштовхами: k₁ = 1,2…1,5;

            при сильних  ударах k₁ = 1,6.

     k₂ – коефіцієнт, який враховує довжину ланцюга;

чим  довше  ланцюг, тим рідше за інших рівних

умов кожна ланка входить у зачеплення з

зірочкою і тим менше знос у шарнірах:

   при а = (30…50)·t , приймають k₂ = 1;

   при а < 25 · t  приймають k₂ = 1,25;

   при а = (60…80)·t приймають k₂ = 0,9;

k₃ – коефіцієнт, який враховує кут нахилу передачі;

чим більше кут нахилу передачі до горизонту,

тим менше припустимий сумарний знос ланцюга.

При нахилі лінії центрів зірочок під кутом до

горизонту до 60° приймається  k₃ = 1, більш 60°

– k₃ приймається рівним до 1,25;

k₄ – коефіцієнт, який враховує регулювання передачі;

для передач з регульованим положенням осі однієї

з зірочок k₄ =1; для передач з відтяжними

зірочками або натискними роликами k₄ = 1,1;

для передач з нерегульованими осями

зірочок k₄ = 1,25;

k₅  – коефіцієнт, що враховує характер змащення; при

безперервному змащенні в масляній ванні або від

насоса (циркуляційне) k₅ = 0,8; при регулярному

краплинному або внутрішарнірному змащенні

k₅ = 1; при періодичному змащенні k₅ = 1,5;

k₆ – коефіцієнт, що враховує змінність роботи. При

Якщо визначене значення коефіцієнту експлуатації перевищує число 3, потрібно прийняти рішення конструктивного характеру по його зменшенню, тобто поліпшенню роботи передачі (змінити принцип змащення, тип регулювального пристрою, збільшити довжину ланцюга).

 

3 Визначення тиску у шарнірі та кроку ланцюга

З умови забезпечення зносостійкості шарнірів ланцюга і тим самим зменшення інтенсивності його подовження, тиск у шарнірі не повинен перевищувати допустимого значення. Допустимий тиск в шарнірі наведений у таблиці А.4 і визначається в залежності від частоти обертання малої зірочки та кроку ланцюга з урахуванням числа зубів малої зірочки.

Одержані значення тиску порівнюються з нормативними, після чого приймається розрахункове значення допустимого тиску і по формулі 3 визначається крок ланцюга.

Слід відмітити, що формула 3 враховує зменшення кроку за рахунок коефіцієнту рядності, тобто прийняття багаторядного (до 4-х рядів) ланцюга. Якщо передача не має конструктивних обмежень з габаритів по ширині, то для неї доцільне застосування двохрядного або з більшим числом рядів ланцюга.

З метою прийняття раціонального рішення проводиться варіантний розрахунок тиску в шарнірі для кількох стандартних значень кроку ланцюга по формулі 4

де Т₁ – момент на ведучій зірочці, Н·мм;

     Z₁ – число зубів ведучої зірочки.

Стандартний ланцюг приймається згідно таблиці А.1, після чого записується його умовне позначення та наводяться основні розміри ланки, розривне зусилля та погонна маса.

 

4 Швидкість ланцюга та колове зусилля в передачі

Для проєктного розрахунку ланцюгової передачі швидкість ланцюга вичислюють за формулою 5, колове зусилля за формулою 6.

Уточнене значення середнього тиску в шарнірі ланцюга визначається по значенню колового зусилля і площі опорної поверхні шарніра, розрахованої за формулою 7.

Слід відмітити, що при великій різниці (у меншу сторону) між значеннями уточненого і допустимого тиску можна прийняти ланцюг меншого стандартного кроку і заново перерахувати значення швидкості, зусилля та тиску в шарнірі. Це дасть можливість суттєво зменшити розміри передачі.

 

5 Перевірка передачі по допустимій частоті обертання

Перевірка проводиться у порівнянні допустимої частоти обертання малої зірочки для прийнятого кроку ланцюга і числа її зубів з дійсною частотою обертання. Допустима частота прямопропорційно залежить від числа зубів ведучої зірочки та оберненопропорційно від кроку ланцюга і визначається за формулою 8.

6 Міжосьова відстань передачі

Величина міжосьової відстані ланцюгової передачі при її попередньому визначенні може залежати від таких двох умов:

а) ланцюгову передачу потрібно „вписувати“ у вже існуючу конструкцію (при її модернізації), або ж в конструкцію, що проєктується (для нової машини, положення валів якої в просторі визначені специфічними для даної машини (технологічними, конструктивними, тощо) умовами, закріпленими за допомогою попереднього ескізного компонування);

б) розміри ланцюгової передачі ніякими умовами особливо не лімітуються.

У першому випадку необхідно взяти у якості попереднього значення міжосьової відстані конкретне значення розміру між осями валів, а для другого випадку керуватись умовами раціональної роботи передачі і призначати міжосьову відстань у межах 30…50 кроків ланцюга.

 

7 Довжина ланцюга і уточнена міжосьова відстань

Попереднє значення розрахункової довжини визначається по формулі 9.

Потім визначається число ланок ланцюга і з метою зручності з’єднання (без додаткової сполучної ланки) приймається парне число ланок ланцюга.

Після вибору уточнюється значення міжосьової відстані, яке зменшується для забезпечення провисання ланцюга на 0,0002…0,0004 від його значення.

 

8 Перевірка міцності ланцюга

Перевірка проводиться по порівнянню дійсного коефіцієнту запасу міцності ланцюга з нормативним (таблиця А.7). Коефіцієнт запасу міцності визначається за формулою 11, як відношення розривного зусилля ланцюга до суми зусиль, що діють на його ведучу гілку (колового, відцентрового та зусилля від власної ваги).

Отримане значення коефіцієнта запасу міцності n повинне бути не менше приведеного в таблиці А.7. 

9 Перевірка ланцюга на довговічність

Довговічність ланцюга оцінюється по числу ударів ланцюга при набіганні його на зуби зірочок та збіганні з них, яке визначається за формулою 14 і порівнюється з допустимими (таблиця А.5).

10 Зусилля тиску на вали

Зусилля, що діє на вали передачі, складається з суми колового зусилля та подвоєного зусилля від власної ваги, відцентрові зусилля на вали не діють.

11 Геометричні параметри зірочок

При визначенні геометричних параметрів ланцюгової передачі, що проєктується, рекомендується дотримуватись такої послідовності:

- визначити діаметри ділильних кіл зірочок;

- розрахувати діаметри виступів, радіус западин і діаметр западин зірочок;

- вичислити ширину зубчастого вінця зірочок;

- визначити радіус закруглення зуба зірочки;

- вичислити відстань від вершини зуба до лінії центрів дуг заокруглень;

- вичислити і прийняти діаметр і довжину маточини, діаметр ободу.

Геометричні параметри зірочок оформити у вигляді таблиці (таблиця 1).

По результатах розрахунку формулюються висновки, в яких коротко і ясно констатується хід розрахунку, наводиться позначення ланцюга, який вибрано для передачі і позитивні якості розрахованої передачі.

Контрольні запитання

1 Які типи приводних ланцюгів найбільш поширені в механічних приводах?

2 Які достоїнства ланцюгової передачі забезпечують їй широке застосування і в яких областях?

3 Чому в багатоступінчастих приводах ланцюгова передача, як правило, займає місце тихохідної ступені?

4 З чим пов’язані нерівномірність руху ланцюгової передачі, удари шарнірів ланцюга по зубах зірочки і коливання гілок ланцюга?

5 Чому при великих швидкостях доцільно використовувати приводні ланцюги з малим кроком?

6 Для яких випадків застосовують багаторядні ланцюги?

7 Які зусилля виникають у гілках ланцюга при його роботі?

8 Основні причини виходу з ладу елементів ланцюгової передачі, заходи по запобіганню відмов передачі.

9 Від яких чинників залежить інтенсивність зносу ланцюга?

10 Чим обумовлені обмеження мінімального числа зубів малої зірочки передачі?

11 Чому зношений ланцюг втрачає зачеплення з зірочкою (спадає з зірочки) і як це враховують при виборі числа зубів великої зірочки?

12 Які умови роботи передачі враховує коефіцієнт експлуатації?

13 Який основний вид розрахунку застосовують при проєктуванні ланцюгової передачі?

14 Які види розрахунків використовують для ланцюгової передачі у якості перевірочних?