Роликовая цепь - Roller chain

Роликовая цепь и звездочка

Эскиз из роликовой цепи, Леонардо да Винчи

Роликовая цепь или втулочные роликовые цепи является тип цепи привода наиболее часто используется для передачи механической энергии на многие виды бытовых, промышленных и сельскохозяйственных машин, в том числе конвейеров , проволоки - и трубы - рисунок машины, печатные машины , автомобили , мотоциклы , и велосипеды . Он состоит из ряда коротких цилиндрических роликов, скрепленных боковыми звеньями. Он приводится в движение зубчатым колесом, называемым звездочкой . Это простое, надежное и эффективное средство передачи энергии.

На эскизах Леонардо да Винчи XVI века изображена цепь с роликовым подшипником . В 1800 году Джеймс Фассел запатентовал роликовую цепь при разработке своего балансировочного замка, а в 1880 году Ганс Ренольд запатентовал роликовую цепь с втулкой.

Строительство сети

Роликовые цепи двух разных размеров, демонстрирующие конструкцию.

В втулочно- роликовой цепи чередуются два типа звеньев . Первый тип - это внутренние звенья, имеющие две внутренние пластины, удерживаемые вместе двумя втулками или втулками, на которых вращаются два ролика. Внутренние звенья чередуются со вторым типом внешних звеньев, состоящих из двух внешних пластин, удерживаемых вместе пальцами, проходящими через втулки внутренних звеньев. Роликовая цепь «без втулки» похожа по принципу действия, но не по конструкции; Вместо отдельных втулок или втулок, скрепляющих внутренние пластины, пластина имеет штампованную в ней трубку, выступающую из отверстия, которая служит той же цели. Это дает преимущество в том, что при сборке цепи устраняется один этап.

Конструкция роликовой цепи снижает трение по сравнению с более простыми конструкциями, что приводит к более высокой эффективности и меньшему износу. В оригинальных вариантах цепи силовой передачи отсутствовали ролики и втулки, причем как внутренние, так и внешние пластины удерживались штифтами, которые непосредственно контактировали с зубьями звездочки ; однако эта конфигурация демонстрировала чрезвычайно быстрый износ как зубьев звездочки, так и пластин, на которых они поворачивались на штифтах. Эта проблема была частично решена путем разработки цепей с втулками, при которых штифты, удерживающие внешние пластины, проходили через втулки или втулки, соединяющие внутренние пластины. Это распространило износ на большую площадь; однако зубья звездочек по-прежнему изнашиваются быстрее, чем хотелось бы, из-за трения скольжения о втулки. Добавление роликов, окружающих втулки втулки цепи, обеспечило контакт качения с зубьями звездочек, что привело к превосходному сопротивлению износу как звездочек, так и цепи. Даже если цепь достаточно смазана, трение очень низкое. Постоянная чистая смазка роликовых цепей имеет первостепенное значение для эффективной работы, а также для правильного натяжения.

Смазка

Многие приводные цепи (например, в заводском оборудовании или привод распределительного вала в двигателе внутреннего сгорания) работают в чистой среде, и, таким образом, изнашиваемые поверхности (то есть пальцы и втулки) защищены от атмосферных осадков и переносимых по воздуху песка, многие даже в герметичной среде, например в масляной ванне. Некоторые роликовые цепи имеют уплотнительные кольца, встроенные в пространство между пластиной внешнего звена и пластиной внутреннего звена ролика. Производители цепей начали включать эту функцию в 1971 году после того, как приложение было изобретено Джозефом Монтано, когда он работал в Whitney Chain из Хартфорда, Коннектикут. Уплотнительные кольца были добавлены как способ улучшить смазку звеньев цепей силовой передачи, что жизненно важно для продления их срока службы. Эти резиновые фиксаторы образуют барьер, удерживающий заводскую консистентную смазку внутри зон износа пальца и втулки. Кроме того, резиновые уплотнительные кольца предотвращают попадание грязи и других загрязнений внутрь звеньев цепи, где такие частицы в противном случае могли бы вызвать значительный износ.

Также существует множество цепей, которые должны работать в грязных условиях и не могут быть герметизированы по размеру или по эксплуатационным причинам. Примеры включают цепи на сельскохозяйственном оборудовании , велосипедах и цепных пилах . Эти цепи обязательно будут иметь относительно высокий уровень износа, особенно когда операторы готовы мириться с большим трением, меньшей эффективностью, большим шумом и более частой заменой, поскольку они пренебрегают смазкой и регулировкой.

Многие смазочные материалы на масляной основе притягивают грязь и другие частицы, в конечном итоге образуя абразивную пасту, которая усугубляет износ цепей. Эту проблему можно обойти, используя «сухой» спрей PTFE , который после нанесения образует твердую пленку и отталкивает как частицы, так и влагу.

Смазка цепи мотоцикла

Цепи, работающие на высоких скоростях, сравнимых с таковыми на мотоциклах, следует использовать вместе с масляной ванной. Для современных мотоциклов это невозможно, и большинство мотоциклетных цепей работают без защиты. Таким образом, мотоциклетные цепи имеют тенденцию изнашиваться очень быстро по сравнению с другими приложениями. Они подвержены воздействию экстремальных сил и дождя, грязи, песка и дорожной соли.

Цепи мотоцикла являются частью трансмиссии и передают мощность двигателя на заднее колесо. Правильно смазанные цепи могут достичь КПД передачи 98% или больше. Цепи без смазки значительно снизят производительность и увеличат износ цепи и звездочки.

Для мотоциклетных цепей доступны два типа смазочных материалов вторичного рынка: спрей для смазочных материалов и системы капельной подачи масла.

• Смазочные материалы в виде спреев могут содержать воск или ПТФЭ . Хотя в этих смазках используются добавки, повышающие липкость, чтобы оставаться на цепи, они также могут притягивать грязь и песок с дороги и со временем образовывать шлифовальную пасту, которая ускоряет износ компонентов.
• Системы капельной подачи масла непрерывно смазывают цепь и используют легкое масло, которое не прилипает к цепи. Исследования показали, что системы капельной подачи масла обеспечивают максимальную защиту от износа и максимальную экономию энергии.

Варианты в дизайне

Расположение роликовой цепи: 1. Наружная пластина, 2. Внутренняя пластина, 3. Штифт, 4. Втулка, 5. Ролик.

Если цепь не используется в условиях сильного износа (например, если она просто передает движение от ручного рычага к валу управления на машине или раздвижной дверце духовки), тогда один из более простых типов цепи все еще можно использовать. И наоборот, там, где требуется дополнительная прочность, но плавный привод меньшего шага, цепь может быть «сиамерной»; вместо двух рядов пластин на внешних сторонах цепи может быть три («дуплекс»), четыре («триплекс») или более рядов пластин, идущих параллельно, с втулками и роликами между каждой смежной парой, и одинаковое количество рядов зубьев, идущих параллельно на звездочках. Цепи ГРМ на автомобильных двигателях, например, обычно имеют несколько рядов пластин, называемых прядями.

Роликовая цепь изготавливается нескольких размеров, наиболее распространенными стандартами Американского национального института стандартов (ANSI) являются 40, 50, 60 и 80. Первые цифры указывают шаг цепи в восьмых долях дюйма , а последняя цифра цифра 0 для стандартной цепи, 1 для легкой цепи и 5 для цепи с втулками без роликов. Таким образом, цепь с шагом в полдюйма будет №40, в то время как звездочка №160 будет иметь зубцы, расположенные на расстоянии 2 дюймов друг от друга, и т. Д. Метрические шаги выражаются в шестнадцатых долях дюйма; таким образом, цепочка метрики # 8 (08B-1) будет эквивалентна ANSI # 40. Большинство роликовых цепей изготавливается из простой углеродистой или легированной стали, но нержавеющая сталь используется в оборудовании для пищевой промышленности или в других местах, где есть проблемы со смазкой, а нейлон или латунь иногда встречаются по той же причине.

Роликовая цепь обычно соединяется с помощью главного звена (также известного как соединительное звено), у которого обычно есть один штифт, удерживаемый подковообразным зажимом, а не фрикционной посадкой, что позволяет вставлять или снимать его с помощью простых инструментов. Цепь со съемным звеном или штифтом также известна как цепь с чекой, которая позволяет регулировать длину цепи. Доступны половинные звенья (также известные как смещения), которые используются для увеличения длины цепи с помощью одного ролика. Клепанная роликовая цепь имеет основное звено (также известное как соединительное звено), «заклепанное» или размазанное на концах. Эти штифты сделаны прочными и не снимаются.

Зажим-подкова

Подкова клип представляет собой U-образной пружину стальной арматуры , который содержит боковую пластину звена присоединения (или «мастер») , ранее существенного , чтобы завершить петлю роликовой цепи. Метод зажима теряет популярность, поскольку все больше и больше цепей изготавливаются в виде бесконечных петель, не предназначенных для обслуживания. Современные мотоциклы часто оснащены бесконечной цепью, но во все более редких случаях, когда цепь изнашивается и нуждается в замене, длина цепи и соединительное звено (с подковообразным зажимом) будут предоставлены в качестве запасных. Изменения в подвеске мотоцикла делают это использование менее распространенным.

Распространенный на старых мотоциклах и старых велосипедах (например, с шестернями ступицы ), этот метод зажима не может использоваться на велосипедах, оснащенных переключателями передач, поскольку зажим будет иметь тенденцию цепляться за переключатели передач.

Во многих случаях бесконечная цепь не может быть легко заменена, поскольку она прикреплена к раме машины (среди прочего, это относится к традиционному велосипеду). Однако в некоторых случаях соединительное звено с подковообразным зажимом не может использоваться или не является предпочтительным в приложении. В этом случае используется «мягкое звено», устанавливаемое цепным заклепочником и полагающееся исключительно на трение. С использованием современных материалов и инструментов и квалифицированного применения это постоянный ремонт, имеющий почти такую ​​же прочность и срок службы непрерывной цепи.

Использовать

Пример двух «призрачных» звездочек, натягивающих систему тройной роликовой цепи.

• Роликовые цепи используются в приводах с низкой и средней скоростью со скоростью от 600 до 800 футов в минуту; однако на более высоких скоростях, от 2000 до 3000 футов в минуту, обычно используются клиновые ремни из-за износа и проблем с шумом.
• Велосипедная цепь представляет собой форму роликовой цепи. Велосипедные цепи могут иметь главное звено или для снятия и установки может потребоваться цепной инструмент . Аналогичная, но более крупная и, следовательно, более прочная цепь используется на большинстве мотоциклов, хотя иногда ее заменяют либо зубчатым ремнем, либо приводом вала , которые обеспечивают более низкий уровень шума и меньшие требования к техническому обслуживанию.
• В подавляющем большинстве автомобильных двигателей используются роликовые цепи для привода распредвала (ов). В очень мощных двигателях часто используется зубчатая передача, а с начала 1960-х годов некоторые производители использовали зубчатые ремни .
• Цепи также используются в вилочных погрузчиках, использующих гидроцилиндры в качестве шкива для подъема и опускания каретки; однако эти цепи не считаются роликовыми, а классифицируются как подъемные или листовые .
• Режущие цепи бензопилы внешне напоминают роликовые цепи, но более тесно связаны с листовыми цепями. Они приводятся в движение выступающими звеньями привода, которые также служат для фиксации цепи на шине.

Форсунка передняя (холодная) векторной тяги Sea Harrier FA.2 ZA195 - форсунка приводится во вращение цепным приводом от пневмодвигателя.

• Возможно, необычное использование пары мотоциклетных цепей - в Harrier Jump Jet , где цепной привод от пневмодвигателя используется для вращения подвижных форсунок двигателя, позволяя им быть направленными вниз для парящего полета или назад для нормального прямой полет, система, известная как вектор тяги .

Носить

Эффект износа роликовой цепи заключается в увеличении шага (расстояния между звеньями), в результате чего цепь становится длиннее. Обратите внимание, что это происходит из-за износа поворотных штифтов и втулок, а не из-за фактического растяжения металла (как это происходит с некоторыми гибкими стальными компонентами, такими как трос ручного тормоза автомобиля).

В современных цепях необычно, чтобы цепь (кроме велосипедной) изнашивалась до тех пор, пока она не порвалась, поскольку изношенная цепь приводит к быстрому износу зубьев звездочек, а окончательный отказ - это потеря всей цепи. зубья на звездочке. Звездочки (в частности, меньшая из двух) подвергаются шлифовальному движению, которое придает характерную форму крюка на ведомой поверхности зубьев. (Этот эффект усугубляется неправильным натяжением цепи, но он неизбежен, независимо от того, какие меры принимаются). Изношенные зубья (и цепь) больше не обеспечивают плавную передачу мощности, и это может стать очевидным из-за шума, вибрации или (в автомобильных двигателях, использующих цепь привода ГРМ) изменения угла опережения зажигания, наблюдаемого с помощью индикатора синхронизации . В этих случаях следует заменить как звездочки, так и цепь, поскольку новая цепь на изношенных звездочках прослужит недолго. Однако в менее тяжелых случаях можно сохранить большую из двух звездочек, поскольку именно меньшая из них всегда подвергается наибольшему износу. Только в очень легких приложениях, таких как велосипед, или в крайних случаях неправильного натяжения цепь обычно соскакивает со звездочек.

Удлинение цепи из-за износа рассчитывается по следующей формуле:

${\ Displaystyle \% = ((M- (S * P)) / (S * P)) * 100}$

M = длина ряда измеренных звеньев

S = количество измеренных звеньев

P = Шаг

В промышленности обычно отслеживают движение натяжителя цепи (ручное или автоматическое) или точную длину приводной цепи (одно практическое правило - заменить роликовую цепь, удлинение которой составляет 3% на регулируемом приводе или 1,5 мм). % на приводе с фиксированным центром). Более простой метод, особенно подходящий для пользователей велосипеда или мотоцикла, состоит в том, чтобы попытаться оттянуть цепь от большей из двух звездочек, при этом обеспечивая натяжение цепи. Любое значительное движение (например, позволяющее видеть сквозь щель), вероятно, указывает на износ цепи до предела и за его пределами. Если игнорировать проблему, это может привести к повреждению звездочки. Износ звездочки устраняет этот эффект и может маскировать износ цепи.

Износ велосипедной цепи

Легкая цепь велосипеда с переключателями передач может порваться (или, скорее, развалиться на боковых пластинах, поскольку «клепка» сначала выходит из строя), потому что штифты внутри не цилиндрические, а бочкообразные. Контакт между штифтом и втулкой - это не обычная линия, а точка, которая позволяет штифтам цепи проходить через втулку и, наконец, ролик, что в конечном итоге приводит к разрыву цепи. Такая конструкция необходима, потому что переключение передач этой формы трансмиссии требует, чтобы цепь как изгибалась в сторону, так и скручивалась, но это может происходить из-за гибкости такой узкой цепи и относительно больших свободных длин на велосипеде.

Отказ цепи представляет собой гораздо меньшую проблему для систем со ступичной зубчатой ​​передачей (например, двухскоростная Bendix, Sturmey-Archer AW), поскольку параллельные пальцы имеют гораздо большую поверхность износа при контакте со втулкой. Система ступица-шестерня также обеспечивает полное закрытие, что является отличным подспорьем для смазки и защиты от песка.

Прочность цепи

Наиболее распространенным показателем прочности роликовой цепи является предел прочности на разрыв . Прочность на растяжение показывает, какую нагрузку цепь может выдержать при одноразовой нагрузке перед разрывом. Усталостная прочность цепи не менее важна, чем прочность на разрыв. Критическими факторами усталостной прочности цепи являются качество стали, используемой для изготовления цепи, термическая обработка компонентов цепи, качество изготовления промежуточных отверстий в соединительных пластинах, а также тип дроби плюс интенсивность покрытия дробеструйным упрочнением. на ссылочных панелях. Другие факторы могут включать толщину соединительных пластин и дизайн (контур) соединительных пластин. Практическое правило для роликовой цепи, работающей на непрерывном приводе, заключается в том, что нагрузка на цепь не должна превышать 1/6 или 1/9 прочности цепи на разрыв, в зависимости от типа используемых главных звеньев (запрессовка или проскальзывание). -соответствовать). Роликовые цепи, работающие в непрерывном режиме за пределами этих пороговых значений, могут и обычно преждевременно выходят из строя из-за усталостного разрушения соединительной пластины.

Стандартный минимальный предел прочности стальной цепи ANSI 29.1 составляет 12500 x (шаг в дюймах) ² . Цепи с X-образным кольцом и кольцевым уплотнением значительно уменьшают износ за счет внутренней смазки, увеличивая срок службы цепи. Внутренняя смазка вводится с помощью вакуума при склепывании цепи.

Стандарты сети

Организации по стандартизации (такие как ANSI и ISO ) поддерживают стандарты для конструкции, размеров и взаимозаменяемости цепей передачи. Например, в следующей таблице показаны данные стандарта ANSI B29.1-2011 (Роликовые цепи, приспособления и звездочки для высокоточной передачи энергии), разработанного Американским обществом инженеров-механиков (ASME). См. Ссылки для получения дополнительной информации.

Для мнемонических целей ниже представлено еще одно представление основных размеров из того же стандарта, выраженных в долях дюйма (что было частью идеи выбора предпочтительных чисел в стандарте ANSI):

Типичная велосипедная цепь (для переключателя передач ) использует узкие 1 / 2 - дюймовый шаг цепь. Ширина цепи варьируется и не влияет на грузоподъемность. Чем больше звездочек на заднем колесе (исторически 3–6, в настоящее время 7–12 звездочек), тем уже цепь. Цепи продаются в соответствии с количеством скоростей, на которые они рассчитаны, например, «10-скоростная цепь». В ступичных передачах или односкоростных велосипедах используются цепи 1/2 "x 1/8", где 1/8 "обозначает максимальную толщину звездочки, которая может использоваться с цепью.

Обычно цепи с параллельными звеньями имеют четное количество звеньев, за каждым узким звеном следует широкое. Цепи, состоящие из звеньев однородного типа, узких на одном конце и широких на другом конце, могут быть изготовлены с нечетным числом звеньев, что может быть преимуществом при адаптации к особому расстоянию между ведущими колесами; с другой стороны, такая цепочка обычно не такая прочная.

Роликовые цепи, изготовленные по стандарту ISO, иногда называют изоциями.

Смотрите также

• Самосмазывающаяся цепь

использованная литература

Библиография

• Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д .; Horton, Holbrook L .; Райффель, Генри Х. (1996), Грин, Роберт Э .; Макколи, Кристофер Дж. (Ред.), Справочник по машинному оборудованию (25-е изд.), Нью-Йорк: Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2575-2, OCLC  473691581 .

внешние ссылки

• Полное руководство по цепочке