Расчет звездочки цепной передачи по шагу цепи

Расчет в Excel профиля звездочки

Расчет звездочки цепной передачи выполняется по формулам ГОСТ 591-69. Расчет некоторых дублирующих размеров я не стал выполнять, а оставшиеся, необходимые для прорисовки профиля параметры, расположил в таблице в порядке выполнения построений.

Программа в MS Excel:

Исходных данных — всего два, по ним автоматически определяются все расчетные параметры. Пользователь вводит число зубьев звездочки и выбирает из выпадающего списка цепь по ГОСТ 13568-97, все остальное происходит автоматически!

Проектировочный расчет в Excel роликовой цепной передачи, определяющий исходные данные для рассматриваемой программы, в подробном изложении найдете здесь.

Формулы:

Формулы в программе, как было замечено выше, расположены не в логической последовательности выполнения вычислений, а в порядке потребности в значениях размеров для выполнения геометрических построений.

9. λ = t d1

10. K =f( λ )

при λ ≤1,5 K =0,480

при 1,5 λ ≤1,6 K =0,532

при 1,6 λ ≤1,7 K =0,555

при 1,7 λ ≤1,8 K =0,575

при λ >1,8 K =0,565

Последнее значение K явно выбивается из логической цепи чисел, но соответствует ГОСТ 591-69. Ошибка в ГОСТе? Скорее всего — да. (Никто не удосужился за почти 50 лет ее исправить. ) Однако, ошибка не критическая. Во многих источниках K =0,5 вне зависимости от значения λ .

γ =180/ z

De = t *( K +1/tg ( γ ))

dд = t /sin( γ )

Di = dд -2* r

e /2=0,015* t

В точных кинематических реверсивных передачах следует назначить e =0.

r =0,5025* d1 +0,05

α =55-60/ z

r1 =0,8* d1 + r

β =18-56/ z

FG = d1 *(1,24*sin( φ ) — 0,8*sin( β ))

φ =17-64/ z

r2 = d1 *(1,24*cos ( φ )+0,8*cos ( β ) -1,3025) -0,05

bn =f ( b1 )

при n =1 bn =0,93* b1 -0,15

при n =2 и n =3 bn =0,90* b1 -0,15

при n =4 bn =0,86* b1 -0,3

Bn =( n -1)* A + bn

Dc = t *1/tg ( γ ) -1,3* h

r3 =1,7* d1

h3 =0,8* d1

r4 =f ( t )

при t ≤35 r4 =1,6

при t >35 r4 =2,5

Алгоритм построения профиля зуба:

1. Из центра звездочки проводим вертикальную осевую линию через центр будущей впадины и наклоненную на угол γ осевую линию, которая пройдет через центр зуба.

2. Из того же центра строим три окружности – выступов, с диаметром De ; делительную, с диаметром dд ; и впадин, с диаметром Di .

3. Чертим осевую линию параллельную вертикальной осевой, отступив от нее на расстояние, равное половине смещения — e /2.

4. Из центра O — пересечения делительного диаметра и смещенной осевой линии — строим дугу с радиусом r и углом α .

5. На продолжении отрезка EO находим точку O1 (EO1= r1 ) и проводим дугу радиусом r1 на угол β .

6. Из точки F откладываем отрезок FG под углом φ к наклонной осевой, проходящей через центр зуба.

7. На перпендикуляре к отрезку FG, проведенном из точки G, находим центр O2 (GO2= r2 ) и чертим из точки G дугу радиусом r2 до пересечения с диаметром окружности выступов.

Фронтальный профиль зуба построен. Осталось сделать зеркальную копию профиля вправо от вертикальной оси и размножить по всей окружности.

Построение поперечного профиля зубьев звездочки, думаю, не требует каких-либо дополнительных пояснений

Единственное, на что хотелось бы обратить внимание, это — выполнение диаметра обода Dc. Если его по невнимательности завысить, ролики цепи не «сядут» во впадину, и цепь будет опираться на звездочку торцами боковых пластин. (Недолго будет опираться)

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.

Расчет цепной передачи

Для цепной передачи выбираем открытую приводную роликовую однорядную цепь ГОСТ 13568-97.

Последовательность проектировочного расчета цепных передач.

1. Определяем числа зубьев звездочки.

2. Выбираем ориентировочный шаг цепи tпр по частоте ее вращения n1

Таблица 5.1 Значения шага роликовой цепи в зависимости от частоты вращения малой звездочки при Z1≥15

Частота вращения n1max , мин-1 1000 900 800 630 500 400 300
Шаг цепи tпр, мм 15,88 19,05 25,40 31,75 38,10 44,45 50,80

3. Принимаем по табл. 5.2 ориентировочное значение допускаемого среднего давления в шарнирах

Допускаемое удельное давление в шарнирах для втулочных и роликовых цепей при Z1=15..30

Шаг цепи t, мм [р] МПа при n (мин-1)
50 200 400 600 800 1000 1200
12,7…15,88 35 31,5 28,7 26,2 24,2 22,4 21,0
19,05…25,4 35 30 26,2 23,4 21,0 19,0 17,5
31,75…38,1 35 28,7 24,2 21,0 18,5 1,0, 10
44,45…50,8 35 26,2 21,0 17,5 10

 

4. Определяем коэффициент нагрузки, учитывающий условия эксплуатации.

5. Определяем расчетный шаг t однорядной цепи, m = 1; для двухрядной m = 2. Полученное значение шага t округляем до стандартного. По расчетному шагу принимаем цепь ПР по ГОСТ 13568-97

6. Рассчитаем среднюю скорость цепи v и окружную силу Рt, после чего проверим износостойкость цепи. При несоблюдении условия р< необходимо увеличить шаг цепи или принять двухрядную цепь и расчет повторить.

Эксплуатационные коэффициенты

Условия работы передачи
Характер нагрузки:
– спокойная, слабые толчки KД = 1
– с толчками или переменная KД = 1,25…1,5
Способ регулировки межосевого расстояния:
– оттяжная звездочка или нажимной ролик Kp = 1,1
– передвигающиеся опоры Kp = 1
– нерегулируемое (постоянное) расстояние Kp 2 = 1,25
Межосевое расстояние:
– а≤25 t Ка = 1,25
– а= (30 … 50) t Ка = 1
– а=(60 … 80) t Ка = 0.9
Положение передачи в пространстве:
– наклон линии центров звездочек к горизонту до 70° КН = 1
– наклон линии центров звездочек к горизонту более 70° КН = 1,25
Способ смазки:
– непрерывная (масляная ванна или от насоса) Кс = 0,8
-капельная или внутришарнирная(регулярная) Кс = 1
– периодическая (нерегулярная) Кс = 1,5
Продолжительность работы:
– односменная КП =1
– двухсменная КП =1,25
– непрерывная КП =1,5
Примечание. При условии >3 необходимо изменить условия работы передачи

7. Проверим выбранную цепь по коэффициенту запаса прочности. При несоблюдении условия > необходимо увеличить шаг цепи или принять двухрядную цепь и расчет повторить.

8. Определим геометрические размеры передачи.

Цепи приводные роликовые однорядные типа ПР ГОСТ 13568-97

1 – внутреннее звено; 2 – наружное звено; 3 – соединительное звено; 2 – переходное звено; 5 – двойное переходное звено

Типоразмер цепи t b1, d2 d1, d4 h, е b7, b, Разруш. нагрузка, кН, Масса 1 м цепи, кг F, мм2
ПР-9,525-9,1 9,525 5,72 3,28 6,35 8,5 17 10 9,1 0,45 28,1
ПР-12,7-18,2 12,7 7,75 4,45 8,51 11,8 21 11 18,2 0,75 39,6
ПР-15,875-23 15,875 9,65 5,08 10,16 14,8 24 13 23,0 1,00 54,8
ПР-19,05-31,8 19,05 12,70 5,94 11,91 18,2 33 18 31,8 1,90 15,8
ПР-25,4-60 25,4 15,88 7,92 15,88 24,2 39 22 60,0 2,60 179,7
ПР-31,75-89 31,75 19,05 9,53 19,05 30,2 46 24 89,0 3,80 262
ПР-38,1-127 38,1 25,40 11,10 22,23 36,2 58 30 127,0 5,50 394
ПР-44,45-172,4 44,45 25,40 12,70 25,40 42,4 62 34 172,4 7,50 473
ПР-50,8-227 50,8 31,75 14,27 28,58 48,3 72 38 227,0 9,7 646
ПР-63,5-354 63,5 38,10 19,84 39,68 60,4 89 48 354,0 16,0 538

Примеры условных обозначений цепей:

Цепь приводная роликовая однорядная с шагом 12,7 мм и разрушающей нагрузкой 18,2 кН:

Цепь ПР-12,7-18,2 ГОСТ 13568-97.

Цепь приводная роликовая двухрядная шага 25,4 мм с разрушающей нагрузкой 171 кН:

Цепь 2ПР-25,4-171 ГОСТ 13568-97.

Таблица 5.5 Запас прочности цепи по износостойкости и усталостной выносливости

Тип цепи Срок службы, ч Значения [n] ( при скорости цепи v, м/с)
0,4 l 4 8 10 12
ПР—12,7—900 2000 8,6 9,0 10,8 11,2 12,7 13,5
ПР—12,7—1820 4000 10,2 10,7 15,0 18,9 20,3 21,6
ПР—12,7—1820 2000 7,0 7,2 8,0 9,0 10,0 10,5
ПР—15,875—270 4000 7,8 8,3 11,5 14,5 15,6 16,6
ПР—19,05—3180 2000 6,0 6,5 7,0 8,0 9,0 9,0
ПР—25,4—5670 2000 6,0 6,5 7,0 8,0 9,0 9,0
ПР—31,75—8850 4000 7.5 8,0 8,4 10,6 11,3 12,1
ПР—38,1—12760 8000 9,8 12,6 16,8 21,1 22,7 24,2
ПР—44,45-17240 10000 10,8 15,0 21,0 26,4 28,4 30,0

Параметры выбора звездочек

Приведенная выше информация определяет то, что звездочка цепной передачи характеризуется довольно большим количеством различных свойств, которые должны учитываться при выборе наиболее подходящего варианта исполнения. Рекомендациями по выбору назовем следующее:

Наружный диаметр. Этот параметр определяет то, какой длины устанавливается приводная цепь и какое усилие может передаваться. Показатель наружного диаметра варьирует в достаточно большом диапазоне. Кроме этого, слишком большой диаметр не позволяет проводить установку в конкретном случае. При различных диаметрах звездочки проводится понижение или повышение количества передаваемых оборотов.
Оптимальное передаточное отношение. Довольно большое распространение получило понятие передаточного отношения звездочки. Это значение определяет то, сколько зубьев ведущего элемента приходится на зубья ведомого. Для определения подобного показателя применяются специальные формулы.
Диаметр внутреннего посадочного отверстия также имеет значение. Этот показатель во многом зависит от наружного диаметра, также варьирует в достаточно большом диапазоне

При выборе рекомендуется уделять внимание и размерам шпоночной выемки.
Тип применяемого материала при изготовлении изделия может оказывать влияние на эксплуатационные характеристики. В большинстве случаев применяется углеродистая сталь, которая обладает достаточной прочностью и износоустойчивостью

В последнее время большое распространение получили изделия из легированных сплавов, так как они более устойчивы к воздействию повышенной влажности. В большинстве случаев проводится термическая обработка для существенного повышения эксплуатационных характеристик.
Форма зуба в большинстве случаев стандартная. По этому признаку выбирается изделие крайне редко.

В продаже встречается просто огромное количество различных вариантов исполнения звездочек для приводных цепей. При выборе проводится визуальный осмотр, в ходе которого выявляют:

  1. Отсутствие дефектов. Есть вероятность того, что при производстве были допущены ошибки, которые становятся причиной появления трещин, выемок и других дефектов. Они могут негативно отразиться на прочности и других эксплуатационных характеристиках.
  2. Точность геометрической формы. Этот момент проверить достаточно сложно, так как даже отклонение в несколько миллиметров может стать причиной возникновения биения и других проблем. Визуально подобный дефект практически не выявить.
  3. Неравномерность оттенка металла указывает на то, что термическая или другая обработка была проведена с нарушениями. Именно поэтому рекомендуется отдавать предпочтение вариантам исполнения с однородным цветом.

В целом можно сказать, что заусенцы и другие дефекты указывают на низкое качество детали

Именно поэтому следует уделять внимание другим приводным звездочкам, которые на вид выглядят идеально. Основные параметры звездочек во многом определяют эксплуатационные характеристики механизма

Звездочки для цепей

Звездочки для приводных цепей представлены профилированными колесами, которые на поверхности имеют зубья. Эти элементы изделия предназначены для зацепления с приводной цепью на момент ее эксплуатации. Особенности заключаются в нижеприведенных моментах:

  1. Изделие отличается от стандартных зубчатых колес и шкивов. При этом отличия заметны визуально.
  2. Форма зуба характеризуется тем, что она не предназначена для непосредственного зацепления и контакта на момент эксплуатации.
  3. При изготовлении звездочек применяется металл, характеризующийся повышенной устойчивостью к износу.
  4. Основной характеристикой можно назвать количество зубьев. При этом производятся однорядные и многорядные варианты исполнения.

Подобное изделие сегодня получило широкое распространение, применяется в качестве основного элемента при создании различных механизмов.

Параметры и режимы ускоренных стендовых испытаний цепей на надежность

Установлены следующие группы испытаний цепей:

А – для цепей, работающих преимущественно в передачах мотоциклов, мотороллеров, в масляной ванне или при периодической смазке;

Б – для цепей, работающих преимущественно в открытых тихоходных передачах при периодической смазке (передачи сельскохозяйственных и им подобных машин);

В – для цепей, работающих в приводах машин общепромышленного назначения в условиях периодической смазки;

Г – для цепей, работающих преимущественно в быстроходных передачах в масляной ванне.

Условия стендовых испытаний цепей на надежность должны соответствовать.

Расчетную нагрузку для многорядных цепей типов 2ПР, 3ПР и 4ПР, определяют путем умножения расчетной нагрузки для соответствующих однорядных цепей на коэффициент, равный:

1,8 – для двухрядной цепи;

2,5 – для трехрядной цепи;

3,0 – для четырехрядной цепи.

Продолжительность испытания указана с учетом времени периода приработки.

Для многорядных цепей типов 2ПР, 3ПР и 4ПР нормы средней наработки до отказа и установленной безотказной наработки определяют умножением средней наработки до отказа и установленной безотказной наработки для соответствующих однорядных цепей на коэффициент, равный соответственно 0,8; 0,6; 0,5.

Предельное увеличение длины отрезка цепи от его начального значения с числом звеньев по таблице 8 дано без учета износа в период приработки.

Группа испытания А

Типоразмер цепи Параметры базового корпуса Режимы и результаты испытаний Предельное увеличение длины измеряемого отрезка, мм
Количество звеньев в контуре Число зубьев звездочки Частота вращения
ведущей звездочки, мин-1
Передаваемая нагрузка, даН Период приработки Средняя наработка

до отказа, не менее

Установленная безотказная наработка, не менее
ведущей ведомой ч
ПР-8-4,6 120 21 21 3200 25 10 1000 660 1,2
ПР-9,525-9,1 120 21 21 3000 60 15 1100 700 1,4
ПВ-9,525-11,5 44 15 31 2600 36 40 1100 700 2,0
ПВ-9,525-13 66 24 52 2600 53 40 1100 700 2,0
2ПВ-9.525-20 66 24 52 2600 65 40 1100 700 3,0
ПР-12,7-10-1 112 19 48 1200 40 20 950 600 1,9
ПР-12,7-9 112 19 48 1200 50 20 950 600 1,9
ПР-12,7-18,2-1 110 17 40 1200 125 60 1100 700 2,5
ПР-12,7-18,2 110 17 44 1280 140 60 1100 700 2,5
ПР-15,875-23-1 100 16 42 1180 175 60 1100 700 3,1
ПР-15,875-23 100 16 42 1180 220 60 1100 700 3,1

Группа испытания Б

Типоразмер цепи Параметры базового контура Режимы и результаты испытаний
Количество звеньев в контуре Число зубьев звездочки Частота вращения ведущей звездочки, мин-1 Передаваемая нагрузка, даН Период приработки Средняя наработка до отказа, не менее Установленная безотказная наработка, не менее Предельное увеличение длины измеряемого отрезка
цепи, мм
ведущей ведомой ч
ПР-19,05-31,8 110 19 19 1200 200 40 1200 760 1,9
ПР-25,4-60 110 19 19 800 400 65 900 570 1,9
ПР-31,75-89 100 17 17 600 605 100 850 540 2,4
ПР-38,1-127 100 17 17 450 945 150 850 540 2,3
ПР-44,45-172,4 100 17 17 350 1025 200 800 500 1,8
ПР-50,8-127 94 17 17 280 1470 250 750 460 1,8
ПР-63,5-354 94 17 17 220 2320 300 650 410 1,5

 

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.

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.

Заключение.

Расчет звездочки цепной передачи был выполнен в разрезе определения геометрических размеров профиля зубьев, достаточных для выполнения чертежа венца. Допуски на изготовление звездочки следует назначать по Таблице 3 ГОСТ591-69. В справочном приложении к этому ГОСТу есть обширные таблицы с рассчитанными параметрами звездочек для конкретных марок цепей. Часть данных из этих таблиц вы можете использовать для проверки выдаваемых программой в Excel результатов.

Уважающих труд автора прошу скачать файл с расчетной программой после подписки на анонсы статей в окне, размещенном в конце статьи или в окне наверху страницы!

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteEmailWhatsApp
Напишите комментарий

Adblock
detector