Роликовая цепь

Роликовая цепь и звездочка

Эскиз . роликовой цепи, Леонардо да Винчи , Атлантический кодекс

Роликовая цепь или втулка с роликовой цепью — это тип цепного привода, наиболее часто используемый для передачи механической энергии на многих видах бытовой, промышленной и сельскохозяйственной техники, включая конвейеры , проволоки и труб , для волочения машины печатные станки , автомобили , мотоциклы и т. д. велосипеды . Он состоит из ряда коротких цилиндрических роликов, скрепленных боковыми звеньями. Он приводится в движение зубчатым колесом, называемым звездочкой . Это простой, надежный и эффективный средства 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 Ханс Ренольд запатентовал втулку роликовой цепи.

Строительство

Роликовые цепи двух разных размеров с указанием конструкции.

имеются чередующиеся звенья В роликовой цепи с втулкой двух типов . Первый тип — внутренние звенья, имеющие две внутренние пластины, скрепленные двумя втулками или втулками, на которых вращаются два ролика. Внутренние звенья чередуются со вторым типом - внешними звеньями, состоящими из двух наружных пластин, скрепленных между собой штифтами, проходящими через втулки внутренних звеньев. «Безвтулочная» роликовая цепь аналогична по работе, но не по конструкции; вместо отдельных втулок или гильз, скрепляющих внутренние пластины вместе, в пластине вштампована трубка, выступающая из отверстия, которая служит той же цели. Преимущество этого заключается в удалении одного этапа сборки цепи.

Конструкция роликовой цепи снижает трение по сравнению с более простыми конструкциями, что приводит к более высокой эффективности и меньшему износу. В первоначальных вариантах цепей приводной передачи отсутствовали ролики и втулки, при этом как внутренние, так и внешние пластины удерживались штифтами, которые непосредственно контактировали с зубьями звездочки ; однако в этой конфигурации наблюдался чрезвычайно быстрый износ как зубьев звездочки, так и пластин там, где они вращались на пальцах. Эта проблема была частично решена путем разработки втулочных цепей, в которых штифты, удерживающие внешние пластины, проходят через втулки или втулки, соединяющие внутренние пластины. Это распределило износ по большей площади; однако зубья звездочек по-прежнему изнашивались быстрее, чем хотелось бы, из-за трения скольжения о втулки. Добавление роликов, окружающих втулки втулки цепи и обеспечивающих контакт качения с зубьями звездочек, приводит к превосходной стойкости к износу как звездочек, так и цепи. Трение очень низкое, если цепь достаточно смазана. Непрерывная и чистая смазка роликовых цепей имеет первостепенное значение для эффективной работы, так же как и правильное натяжение.

Смазка

Многие приводные цепи (например, в заводском оборудовании или привод распределительного вала внутри двигателя внутреннего сгорания) работают в чистых средах, и поэтому изнашиваемые поверхности (то есть пальцы и втулки) защищены от атмосферных осадков и пыли, переносимой по воздуху, многие даже в герметичной среде, например, в масляной ванне. Некоторые роликовые цепи имеют уплотнительные кольца, встроенные в пространство между внешней пластиной звена и внутренними пластинами роликового звена. Производители цепей начали включать эту функцию в 1971 году после того, как приложение было изобретено Джозефом Монтано, когда он работал в компании Whitney Chain из Хартфорда, штат Коннектикут. Уплотнительные кольца были включены как способ улучшить смазку звеньев цепей передачи мощности, услуга, которая жизненно важна для продления их срока службы. Эти резиновые приспособления образуют барьер, удерживающий нанесенную на заводе смазку внутри зон износа штифта и втулки. Кроме того, резиновые уплотнительные кольца предотвращают попадание грязи и других загрязнений внутрь звеньев цепи, где в противном случае такие частицы могли бы вызвать значительный износ.

Существует также множество цепей, которым приходится работать в грязных условиях, и по причине размера или эксплуатации их невозможно герметизировать. Примеры включают цепи на сельскохозяйственном оборудовании , велосипедах и цепных пилах . Эти цепи обязательно будут иметь относительно высокую степень износа.

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

Смазка цепи мотоцикла

Цепи, работающие на высоких скоростях, сравнимых с мотоциклетными, следует использовать в масляной ванне. Для современных мотоциклов это невозможно, и большинство мотоциклетных цепей работают без защиты. Таким образом, цепи мотоциклов имеют тенденцию изнашиваться очень быстро по сравнению с другими видами применения. Они подвержены экстремальным нагрузкам и воздействию дождя, грязи, песка и дорожной соли.

Цепи мотоцикла являются частью трансмиссии, передающей мощность двигателя на заднее колесо. Правильно смазанные цепи могут достичь КПД трансмиссии 98% и более. Несмазанные цепи значительно снижают производительность и увеличивают износ цепи и звездочки.

Для мотоциклетных цепей доступны два типа смазочных материалов послепродажного обслуживания: смазочные материалы в виде распыления и системы капельной подачи масла.

• Аэрозольные смазочные материалы могут содержать воск или ПТФЭ . Хотя в этих смазочных материалах используются липкие присадки, которые удерживают цепь 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

Схема роликовой цепи: 1. Наружная пластина, 2. Внутренняя пластина, 3. Палец, 4. Втулка, 5. Ролик.

Если цепь не используется в условиях повышенного износа (например, если она просто передает движение от ручного рычага к управляющему валу машины или раздвижной дверце в духовке), то используется один из более простых типов. цепи все еще можно использовать. И наоборот, если требуется дополнительная прочность, но плавный привод с меньшим шагом, цепь может быть «сиамской»; 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 соседней парой, и одинаковое количество рядов зубьев, идущих параллельно на звездочках, чтобы совпадать. Например, цепи ГРМ на автомобильных двигателях обычно имеют несколько рядов пластин, называемых нитями.

Роликовые цепи производятся в нескольких размерах, наиболее распространенными стандартами Американского национального института стандартов (ANSI) являются 40, 50, 60 и 80. Первые цифры обозначают шаг цепи в восьмых долях дюйма , а последняя цифра — 0. для стандартной цепи, 1 для облегченной цепи и 5 для цепи с втулкой без роликов. Так, цепь с шагом в полдюйма представляет собой цепь № 40, а звездочка № 160 имеет расстояние между зубцами 2 дюйма и т. д. Метрический шаг выражается в шестнадцатых долях дюйма; таким образом, метрическая цепь № 8 (08B-1) эквивалентна ANSI № 40. Большая часть роликовых цепей изготавливается из простой углеродистой или легированной стали, но нержавеющая сталь используется в оборудовании пищевой промышленности или в других местах, где смазка является проблемой. По той же причине иногда встречаются нейлон или латунь.

Роликовая цепь обычно подключается с помощью главного звена (также известного как «соединительное звено»), которое обычно имеет 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 со шплинтами», что позволяет регулировать длину цепи. Доступны полузвенья (также известные как «смещенные»), которые используются для увеличения длины цепи на один ролик. Клепаная роликовая цепь имеет главное звено (также известное как «соединительное звено»), «заклепанное» или сплющенное на концах. Эти штифты прочны и не снимаются.

Подковообразный зажим

Подковообразный зажим — это U-образный пружинный стальной фитинг, который удерживает боковую пластину соединительного (или «главного») звена, ранее использовавшегося для замыкания петли роликовой цепи. Метод зажима теряет популярность, поскольку все больше и больше цепей изготавливаются в виде бесконечных петель, не предназначенных для технического обслуживания. Современные мотоциклы часто оснащаются бесконечной цепью, но во все более редких случаях, когда цепь изнашивается и ее необходимо заменить, в качестве запасной части предоставляются отрезок цепи и соединительное звено (с подковообразным зажимом). Изменения в подвеске мотоцикла, как правило, делают это использование менее распространенным.

Этот метод зажима, распространенный на старых мотоциклах и старых велосипедах (например, со ступичными шестернями ), нельзя использовать на велосипедах, оснащенных переключателями передач, поскольку зажим будет иметь тенденцию зацепляться за переключатели передач.

Во многих случаях бесконечную цепь невозможно легко заменить, поскольку она прикреплена к раме машины (это относится, среди прочего, к традиционному велосипеду). Однако в некоторых случаях соединительное звено с подковообразным зажимом не может использоваться или не является предпочтительным в данном приложении. В этом случае используется «мягкое звено», размещаемое цепным заклепочником и опирающееся исключительно на трение. Благодаря современным материалам, инструментам и квалифицированному применению это постоянный ремонт, имеющий почти такую ​​же прочность и срок службы, что и непрерывная цепь.

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, клиновые ремни из- за проблем с износом и шумом. обычно используются
• Велосипедная цепь представляет собой разновидность роликовой цепи. Велосипедные цепи могут иметь главное звено или может потребоваться цепной инструмент для снятия и установки . Похожая, но более крупная и, следовательно, более прочная цепь используется на большинстве мотоциклов, хотя иногда ее заменяют зубчатым ремнем или карданной передачей , которые обеспечивают более низкий уровень шума и меньшие требования к техническому обслуживанию.
• В некоторых автомобильных двигателях используются роликовые цепи для привода распределительных валов . В двигателях с очень высокими характеристиками часто используется зубчатая передача, а с начала 1960-х годов зубчатые ремни . некоторые производители использовали
• 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 лепестковые цепи .
• бензопилы Режущие цепи внешне напоминают роликовые цепи, но более тесно связаны с пластинчатыми цепями. Они приводятся в движение выступающими приводными звеньями, которые также служат для фиксации цепи на шине.

Sea Harrier FA.2 ZA195 сопло переднего (холодного) вектора тяги - вращение сопла осуществляется цепным приводом от пневмодвигателя

• Возможно, необычное использование пары мотоциклетных цепей - в прыжковом самолете Harrier , где цепной привод от пневматического двигателя используется для вращения подвижных сопел двигателя, что позволяет направлять их вниз для полета в режиме зависания или назад для обычного полета. полет вперед, система, известная как « вектор тяги ».

Носить

Износ роликовой цепи приводит к увеличению шага (расстояния между звеньями), что приводит к увеличению длины цепи. Обратите внимание, что это происходит из-за износа шарнирных пальцев 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 не порвется, поскольку изношенная цепь приводит к быстрому началу износа зубьев звездочек, при этом окончательный выход из строя приводит к потере всех зубья на звездочке. Звездочки (особенно меньшая из двух) испытывают шлифовальное движение, в результате которого ведомая поверхность зубьев приобретает характерную форму крючка. (Этот эффект усугубляется неправильно натянутой цепью, но он неизбежен, несмотря на все меры предосторожности). Изношенные зубья (и цепь) больше не обеспечивают плавную передачу мощности, и это может проявляться по шуму, вибрации или (в автомобильных двигателях, использующих цепь ГРМ) по изменению угла опережения зажигания, наблюдаемому с помощью индикатора времени . В этих случаях следует заменить и звездочки, и цепь, так как новая цепь на изношенных звездочках долго не прослужит. Однако в менее серьезных случаях можно сохранить большую из двух звездочек, поскольку наибольшая изнашивается всегда меньшая. Только в очень легких автомобилях, таких как велосипед, или в крайних случаях неправильного натяжения цепь нормально соскакивает со звездочек.

Удлинение из-за износа цепи рассчитывается по следующей формуле:

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

M = длина измеренного количества звеньев

S = количество измеренных ссылок

P = шаг

В промышленности обычно контролируют движение натяжителя цепи (ручного или автоматического) или точную длину приводной цепи (одним из практических правил является замена роликовой цепи, удлиненной на 3%, на регулируемую приводную цепь или на 1,5%). % на приводе с фиксированным центром). Более простой метод, особенно подходящий для пользователей велосипедов или мотоциклов, состоит в том, чтобы попытаться оттянуть цепь от большей из двух звездочек, обеспечивая при этом натяжение цепи. Любое значительное движение (например, позволяющее видеть сквозь зазор), вероятно, указывает на то, что цепь изношена до предела и сверх него. Если игнорировать проблему, произойдет повреждение звездочки. Износ звездочек отменяет этот эффект и может маскировать износ цепи.

Износ велосипедной цепи

Основная статья: Велосипедная цепь

Легкая цепь велосипеда с переключателями передач может сломаться (точнее, развалиться по боковым пластинам, так как первыми выходит из строя «клепка»), потому что штифты внутри не цилиндрические, а бочкообразные. Контакт между штифтом и втулкой - это не обычная линия, а точка, которая позволяет пальцам цепи проходить через втулку и, наконец, через ролик, что в конечном итоге приводит к разрыву цепи. Такая форма конструкции необходима, поскольку для переключения передач в этой форме трансмиссии требуется, чтобы цепь как сгибалась вбок, так и скручивалась, но это может произойти при гибкости такой узкой цепи и относительно больших свободных длинах на велосипеде.

Поломка цепи представляет собой гораздо меньшую проблему в системах со ступичными зубчатыми передачами, поскольку линия цепи не изгибается, поэтому параллельные пальцы имеют гораздо большую поверхность износа, контактирующую с втулкой. Система ступица-шестерня также обеспечивает полную герметичность, что значительно облегчает смазку и защиту от песка.

Прочность цепи

Наиболее распространенным показателем прочности роликовой цепи является предел прочности на разрыв . Прочность на растяжение показывает, какую нагрузку может выдержать цепь при одноразовой нагрузке, прежде чем она порвется. Усталостная прочность цепи не менее важна, чем прочность на разрыв. Критическими факторами усталостной прочности цепи являются качество стали, используемой для изготовления цепи, термообработка компонентов цепи, качество изготовления шаговых отверстий соединительных пластин, а также тип дроби плюс интенсивность покрытия дробеструйной обработкой. на соединительных пластинах. Другие факторы могут включать толщину соединительных пластин и конструкцию (контур) соединительных пластин. Эмпирическое правило для роликовых цепей, работающих с непрерывным приводом, заключается в том, что нагрузка на цепь не должна превышать всего лишь 1/6 или 1/9 предела прочности цепи на растяжение, в зависимости от типа используемых главных звеньев (нажимное или скользящее). -соответствовать) . Роликовые цепи, работающие на непрерывном приводе за пределами этих пороговых значений, могут и обычно выходят из строя преждевременно из-за усталостного разрушения соединительной пластины.

Стандартный минимальный предел прочности стальной цепи ANSI 29.1 составляет 12 500 x (шаг в дюймах). ² . Цепи с X-образными и уплотнительными кольцами значительно снижают износ за счет внутренней смазки, увеличивая срок службы цепи. Внутренняя смазка вводится посредством вакуума при скреплении цепи.

Стандарты цепей

Организации по стандартизации (такие как ANSI и ISO ) поддерживают стандарты конструкции, размеров и взаимозаменяемости передающих цепей. Например, в следующей таблице показаны данные стандарта ANSI B29.1-2011 (прецизионные роликовые цепи для передачи мощности, навесное оборудование и звездочки). разработан Американским обществом инженеров-механиков (ASME). Посмотреть ссылки для получения дополнительной информации.

ASME/ANSI B29.1-2011 Стандартные размеры роликовых цепей
Размер	Подача	Максимальный диаметр ролика	Минимальная предельная прочность на разрыв	Измерение нагрузки
25	0,250 дюйма (6,35 мм )	0,130 дюйма (3,30 мм)	780 фунтов (350 кг )	18 фунтов (8,2 кг)
35	0,375 дюйма (9,53 мм)	0,200 дюйма (5,08 мм)	1760 фунтов (800 кг)	18 фунтов (8,2 кг)
41	0,500 дюйма (12,70 мм)	0,306 дюйма (7,77 мм)	1500 фунтов (680 кг)	18 фунтов (8,2 кг)
40	0,500 дюйма (12,70 мм)	0,312 дюйма (7,92 мм)	3125 фунтов (1417 кг)	31 фунт (14 кг)
50	0,625 дюйма (15,88 мм)	0,400 дюйма (10,16 мм)	4880 фунтов (2210 кг)	49 фунтов (22 кг)
60	0,750 дюйма (19,05 мм)	0,469 дюйма (11,91 мм)	7030 фунтов (3190 кг)	70 фунтов (32 кг)
80	1000 дюймов (25,40 мм)	0,625 дюйма (15,88 мм)	12 500 фунтов (5700 кг)	125 фунтов (57 кг)
100	1,250 дюйма (31,75 мм)	0,750 дюйма (19,05 мм)	19 531 фунт (8 859 кг)	195 фунтов (88 кг)
120	1500 дюймов (38,10 мм)	0,875 дюйма (22,23 мм)	28 125 фунтов (12 757 кг)	281 фунт (127 кг)
140	1,750 дюйма (44,45 мм)	1000 дюймов (25,40 мм)	38 280 фунтов (17 360 кг)	383 фунта (174 кг)
160	2000 дюймов (50,80 мм)	1,125 дюйма (28,58 мм)	50 000 фунтов (23 000 кг)	500 фунтов (230 кг)
180	2,250 дюйма (57,15 мм)	1,460 дюйма (37,08 мм)	63 280 фунтов (28 700 кг)	633 фунта (287 кг)
200	2,500 дюйма (63,50 мм)	1,562 дюйма (39,67 мм)	78 175 фунтов (35 460 кг)	781 фунт (354 кг)
240	3000 дюймов (76,20 мм)	1,875 дюйма (47,63 мм)	112 500 фунтов (51 000 кг)	1000 фунтов (450 кг)

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

Шаг (дюймы)	Высота выражена в восьмых	стандарт ANSI номер цепи	Ширина (дюймы)
1 ⁄ 4	2 ⁄ 8	2 5	1 ⁄ 8
3 ⁄ 8	3 ⁄ 8	3 5	3 ⁄ 16
1 ⁄ 2	4 ⁄ 8	4 1	1 ⁄ 4
1 ⁄ 2	4 ⁄ 8	4 0	5 ⁄ 16
5 ⁄ 8	5 ⁄ 8	5 0	3 ⁄ 8
3 ⁄ 4	6 ⁄ 8	6 0	1 ⁄ 2
1	8 ⁄ 8	8 0	5 ⁄ 8
Примечания: *Шаг — это расстояние между центрами роликов. Ширина – это расстояние между соединительными пластинами (т.е. немного больше ширины ролика, чтобы обеспечить зазор). *Правая цифра стандарта обозначает 0 = обычная цепь, 1 = облегченная цепь, 5 = безроликовая цепь с втулкой. *Левая цифра обозначает количество восьмых дюйма, составляющих высоту звука. * Буква «H» после стандартного номера обозначает тяжелую цепь. Номер через дефис, следующий за стандартным номером, обозначает двухцепочечный (2), трехцепочечный (3) и т. д. Таким образом, 60H-3 обозначает тяжелую трехцепочечную цепь с шагом 3/4 дюйма.

Типичная велосипедная цепь (для передач переключателя ) использует узкую 1 ⁄ дюйма Цепь с шагом . Ширина цепи варьируется и не влияет на грузоподъемность. Чем больше звездочек на заднем колесе (исторически 3–6, сейчас 7–12 звездочек), тем уже цепь. Цепи продаются в зависимости от количества скоростей, на которые они рассчитаны, например, «10-скоростная цепь». В ступичных или односкоростных велосипедах используются цепи размером 1/2 x 1/8 дюйма, где 1/8 дюйма относится к максимальной толщине звездочки, которую можно использовать с цепью.

Обычно цепи со звеньями параллельной формы имеют четное количество звеньев, причем за каждым узким звеном следует широкое. Цепи, состоящие из звеньев одинакового типа, узких на одном и широких на другом конце, могут быть изготовлены с нечетным количеством звеньев, что может быть преимуществом при адаптации к особому расстоянию между звездочками; с другой стороны, такая цепочка, как правило, не столь прочна.

Роликовые цепи, изготовленные по стандарту ISO, иногда называют «изоцепями».

См. также

• Самосмазывающаяся цепь

Библиография

• Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д.; Хортон, Холбрук Л.; Райффель, Генри Х. (1996), Грин, Роберт Э.; Макколи, Кристофер Дж. (ред.), Справочник машинного оборудования (25-е изд.), Нью-Йорк: Industrial Press , ISBN  978-0-8311-2575-2 , OCLC   473691581 .

Внешние ссылки

https://www.leonardodigitale.com/en/browse/Codex-atlanticus/0987-r/

• Полное руководство по цепочке