Перспективная передача пластинчатой цепью

Введение. В сельскохозяйственном машиностроении в приводах рабочих органов широкое распространение получили цепные передачи [1]. В качестве передающего элемента цепных передач чаще всего используют роликовые цепи. Хотя они имеют наибольшее распространение, но им присущ ряд недостатков. Основным из них является относительно не высокая долговечность цепи. Это объясняется тем, что сельскохозяйственные цепи работают в условиях отсутствия или недостатка смазки, а также сильного абразивного загрязнения. Отсутствие смазки и наличие абразивных частиц приводит к интенсивному увеличению шага цепи. Увеличение шага цепи наблюдается в основном по наружным звеньям, что влечет за собой не только снижение долговечности, но и ухудшение кинематики передачи [2-5].

С целью устранения указанных недостатков возникает необходимость в разработке новых конструкций приводной цепи, имеющих большую долговечность по сравнению со стандартной роликовой цепью.

Предлагаемое компоновочное решение приводной цепи сельскохозяйственного назначения. Для повышения долговечности цепных передач нами была разработана разборная базовая конструкция шарнира приводной цепи [6, 7]. В разработанной конструкции цепи, шарниры вы полнены из пластин, свободно установленных на валики.

Достоинством данной конструкции шарнира является то, что в процессе работы валики проворачиваются в пластинах. Вследствие поворота пластин относительно валиков происходит круговой износ рабочих поверхностей. Это позволяет увеличить долговечность цепи, за счет уменьшения темпов приращения шага от износа валиков. Кроме того, данная конструкция позволяет обеспечить равношаговость цепи в процессе её работы.

Однако в предложенных ранее решениях износ проушин пластин происходит радиально, в результате чего проушины получают большее приращение шага, чем валики, что и лимитирует долговечность цепи.

На рисунке 1 а изображена расчётная схема шарнира цепи при одностороннем износе рабочих поверхностей, характерной для износов шарниров стандартной цепной передачи. На рисунке 1 б показана расчетная схема при круговом износе рабочих поверхностей шарнира.

Рассмотрим влияние характера износа валиков на параметры цепи, считая, что в процессе работы массовые доли износов равны. Тогда площади сектора (рисунок 1 я) и кольца (рисунок 1 б^ будут равны.

а - одностороннего; б - кругового Рисунок 1 - Схема износа поверхности пальца 31

На рисунке 1 площади изношенных частей сечения валиков заштрихованы.

Площадь сечения изношенного валика стандартной цепной передачи может быть представлена в виде сектора АВСО] с дугой вп градусов:

360°

Длина дуги п в градусах, соответствующая углу Д определится из треугольника АО1С по формуле

л0 = Д = 2(90 - arcsin ~~)-

Площадь треугольника АО] С равна:

^mp = 0,56//?cos(arcsin-^^).

Тогда площадь сегмента АВС, определится как:

5 =5 -5 .

сег сек nip

Площадь поперечного сечения при одностороннем износе валика будет равна:

В предложенной конструкции шарнира вследствие вращения валика износ рабочих поверхностей происходит равномерно. Тогда при прочих равных условиях.

площадь износа $аз,ь равномерно распределится по всей поверхности валика и в поперечном сечении будет представлять собой кольцо (рисунок 1 б), площадью:

Приравнивая (1) и (2), и выполнив несложные преобразования, получим радиальный износ валика И_бт, равный:

И_=К-

Расчёты позволяют заключить, что при любых числовых значениях диаметров валиков, имеет место выражение а-'И^л « 3.

Следовательно, при выбраковке цепи, лишь 25% удлинения шага будет происходить за счет износа валиков, и 75% из-за износа проушин.

Таким образом, для увеличения срока службы цепей необходимо разработать мероприятия по снижению темпов износа проушин.

Для уменьшения темпов приращения шага от износа проушин нами предлагается следующая конструкция приводной цепи (рисунок 2).

Предлагаемая цепь состоит из одинаковых внутренних и наружных пластин 1, разобщенных дистанционными втулками 5 и валиков 3 снабженных, неподвижно установленными на них фиксирующими шайбами 4. В пластины цепи неподвижно установлены втулки 2 из износостойкого материала, в которые свободно устанавливаются валики, проворачивающиеся в процессе работы.

Рисунок 2 - Предлагаемая конструкция приводной цепи

Материал, из которого изготовлены износостойкие втулки, должен обладать достаточной прочностью, для установки этих втулок с натягом в пластины цепи, и при этом быть относительно недорогим. Исследования по сравнению износостойко сти сталей различных марок [8, 9] показывают, что нержавеющая сталь марки 38Х2МЮА имеет износ в 1,5-2 раза меньше (рисунок 3) чем сталь 45, применяемая при изготовлении шарниров стандартных цепей.

Рисунок 3 - Износы сталей различных марок

На рисунке 3 кривая 1 соответствует стали 45 после улучшения, кривая 2 - стали 45 после карбонитрации, кривая 3 - стали 38Х2МЮА после улучшения.

Применение данных материалов позволит реализовать преимущества, заложенные в предлагаемую конструкцию це пи. Повышенная износостойкость проушин пластин позволит увеличить срок при равных весовых и размерных характеристиках серийным роликовым цепям. Кроме того данные материалы являются относительно недорогими, что позволяет получить положительный экономический эффект от уве- личения долговечности. При этом сохраняется возможность их использования стандартных звездочек.

Обоснование размерных параметров профиля зубьев звездочек. Одной из особенностей конструкции, предлагаемой цепи является увеличенное пространство между двумя соседними шарнирами. Это достигается за счет исключения втулок и роликов в конструкции шарнира, и заменой их на распорные втулки. Очевидно, что высвободившееся пространство можно использовать для работы с зубьями, размеры которых превышают стандартные для звездочек данного шага, что позволит увеличить срок службы звездочек.

Данное обстоятельство создает возможности для разработки новой конструкции звездочек, для согласования их возможностей по компенсации предельного удлинения шага цепи от износа с возможным удлинением шага самой цепи [10].

При проектировании профиля зуба звездочки по ГОСТ 591-87 основополагающими являются: число зубьев звездочки Z, радиус шарнира г и шаг цепи /.

При этом необходимо учитывать, что зуб проектируется таким образом, чтобы его размеры не препятствовали монтажу цепи на звездочку.

Зависимость формы профиля зуба от шага цепи и радиуса шарнира представляется очевидной. Однако зависимость профиля зуба от числа Z зубьев звездочки является спорной. Из формул, которые предлагает ГОСТ 591-87 следует, что число зубьев Z звездочки влияет на высоту зуба, угол заострения, и параметры нескольких кривых описывающих его профиль. На практике это означает, что для каждой звездочки необходимо иметь свой комплект зубонарезных инструментов, что влечет за собой серьезные экономические издержки. При этом отсутствуют какие-либо обоснования, для проектирования и изготовления зубьев данной конструкции. На практике, чаще всего, зубья звездочек изготавливают с одинаковым углом заострения.

Фактический зуб, профиль которого описан в соответствие с ГОСТ 591-87, имеет криволинейное очертание и должен иметь переменное значение угла заострения. Следует учитывать, что предложенные в ГОСТ 591-87 формулы по определению параметров звездочек являются эмпирическими, особенно формула для расчета угла заострения зуба.

Желательно чтобы для предложенной конструкции цепи профиль зуба имел аналитическое обоснование, при этом он должен быть максимально простым, то есть описываться наименьшим количеством кривых.

Из условий работы цепной передачи следует, что профиль зуба должен описываться траекториями движения шарниров при входе и выходе их из зацепления, с уменьшением радиусов этих траекторий для учета возможных погрешностей при изготовлении и работе передачи.

Параметры профиля можно установить на основании схемы, приведенной на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема к определению нового профиля зуба

На рисунке 4 окружности меньшего диаметра с центрами в точках А и С соответствуют диаметрам шарниров, соответственно 1 и 2, линия АС - шаг цепи. Траектории шарниров I и 2 (окружности боль-

R = т где / - шаг цепи (отрезок АС);

г - радиус шарнира (отрезок СВ).

Необходимо отметить, что в целях учета погрешностей при изготовлении цепной передачи, а также во время ее работы, требуется сместить центры траекторий шего диаметра) при входе и выходе из зацепления пересекаются в точке D, образуя кривые DB1 и DB, которые описывают новый профиль зуба. Радиус траектории Rm, определится по формуле вниз, относительно главной хорды зуба, для уменьшения его размеров. Определение величины смещения является темой отдельных исследований, поэтому в данном случае мы ограничимся эмпирической формулой