Критерии работоспособности и виды повреждений

Ключевой задачей при выборе цепной передачи выступает правильное определение ее основных параметров, обеспечивающих эффективность последующей эксплуатации и оптимальную работоспособность. При этом необходимо учитывать наиболее частые причины повреждений конструкции, в число которых входят:

• износ шарниров. Он происходит из-за высокого уровня трения, а также постоянных ударных воздействий, которые неизбежны в момент контакта цепи и зубьев звездочки. В результате, из-за удлинения цепи (граничный показатель – 3%) нарушается зацепление элементов передачи, что выступает важным критерием ее работоспособности;
• постепенное разрушение пластин, расположенных по проушинам. Особенно серьезное значение этот фактор имеет для роликовых цепей, которые относятся к тяжелонагруженным и быстроходным, а эксплуатируются в картерах, имеющих закрытую конструкцию;
• проворачивание втулок и валиков. Частая причина выхода цепной передачи из строя, которая вызвана использованием некачественных материалов;
• потеря целостности и разрушение роликов;
• предельное провисание холостой ветви. Эта причина неработоспособности является актуальной для цепных передач, конструкция которых не предусматривает возможность регулировки межосевого расстояния;
• износ зубьев, расположенных на звездочках.

Приведенный перечень основных видов повреждений наглядно показывает, что наиболее слабым местом цепной передачи в большинстве случаев выступает цепь. Именно ее долговечность, как правило, определяет нормативный срок эксплуатации всей конструкции.

В свою очередь, на надежность цепи наибольшее влияние оказывает устойчивость к износу, которой обладают шарниры.

Параметр их износостойкости является ключевым при проектировании и выполнении расчета на прочность любой цепной передачи.

Материалы цепей

Долговечность цепи в значительной степени зависит от материала, из которого она изготовлена, и методов термической обработки, используемых при этом. Сегодня разработаны рекомендации и стандарты по подбору материалов для каждого элемента и детали цепной передачи:

• при изготовлении пластин применяются легированные или среднеуглеродистые стали следующих марок: 40Х, 40ХН, 45, 50, 30ХНЗА. При этом твердость металла обычно равняется от 40 до 50 HRCэ;
• при производстве пластин для зубчатых цепей используется сталь марки 50;
• для пластин изогнутой формы рекомендуется применять легированные стали. Они, как и описанные выше детали, необходимо термически обрабатывать, закаливая до показателя твердости, равного 40-50 HRCэ;
• цементуемые стали следующих марок – 15, 15Х, 20, 20Х, 12ХНЗ и схожие по параметрам – используются при изготовлении деталей шарниров валиков, призм и втулок. Термическая обработка указанных элементов цепной передачи заключается в закалке до достижения твердости, равной 55-65 HRCэ.

Учитывая повышенные требования к прочности и долговечности цепных передач, рекомендуется применять в процессе их изготовления легированные марки стали. Кроме того, целесообразно повышать эксплуатационные характеристики путем использования современных методов и технологий обработки металлов, например, газового цианирования или диффузионного хромирования.

Аналогичного эффекта можно добиться также дробеструйной обработкой или обжатием краев отверстий, которое применяется при изготовлении пластин, используемых в роликовых цепях. В случае, если цепная передача эксплуатируется без смазки или в условиях минимального поступления смазочного материала, целесообразно применять пластины, изготовленные из пластмассы. Выполнение перечисленных выше рекомендаций позволяет добиться требуемой величины ресурса цепной передачи, используемой в стационарной машине. Значение этого параметра составляет 10-15 тыс. часов полноценной работы.

Потери на трение. Конструирование передач

На эффективность использования цепной передачи серьезное влияние оказывают потери на трение. Они происходят в нескольких местах конструкции, в частности:

• в шарнирах;
• в опорах;
• между пластинами;
• между звеньями и звездочкой (если предусмотрена роликовая конструкция – между втулкой передачи и роликом);
• на разбрызгивание масла.

Наиболее серьезные потери происходят в первых двух пунктах списка. Естественно, снижение из величины выступает одной из ключевых задач при конструировании цепных передач. Для этого используется несколько мероприятий:

• цепь должна двигаться в вертикальной плоскости;
• оптимальное положение передачи – горизонтальное или наклонное (угол наклона равен 45 градусам);
• для вертикально расположенных передач предусматривается механизм, позволяющий регулировать натяжение цепи.

В некоторых случаях важное значение для КПД цепной передачи имеет расположение ведущей ветви. Таковой выступает верхняя ветвь, если:

• конструкция передачи предусматривает малую величину межосевого расстояния;
• положение передачи вертикальное или близко к нему;
• при горизонтальном размещении передачи, имеющей серьезный размер межосевого расстояния при небольшом количестве зубьев.