Роликовая цепь - Roller chain

Роликовая цепь и звездочка

В эскиз роликовой цепи, Леонардо да Винчи

Роликовая цепь или же втулочная роликовая цепь это тип цепной привод чаще всего используется для передачи механическая сила на многие виды бытовой, промышленный и сельскохозяйственная техника, в том числе конвейеры, провод - и трубка -Рисование машины, печатные машины, легковые автомобили, мотоциклы, и велосипеды. Он состоит из ряда коротких цилиндрических роликов, скрепленных боковыми звеньями. Он приводится в движение зубчатым колесом, называемым звездочка. Это простой, надежный и эффективный^[1] средства передачи энергии.

Хотя Ганс Ренольд приписывают изобретение роликовой цепи в 1880 году, по эскизам Леонардо да Винчи в 16 веке показывают цепь с роликовый подшипник.^[2]

Строительство сети

Роликовые цепи двух разных размеров, демонстрирующие конструкцию.

Есть два типа ссылки чередование в куст роликовая цепь. 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 то преимущество, 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 напрямую контактировали с звездочка зубы; 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 все еще 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. Трение очень низкое, если цепь достаточно смазана. Непрерывная чистая смазка роликовых цепей имеет первостепенное значение для эффективной работы, а также для правильного натяжения.^{[нужна цитата ]}

Смазка

Многие приводные цепи (например, в заводском оборудовании или привод распределительного вала в двигателе внутреннего сгорания) работают в чистых условиях, и, таким образом, изнашиваемые поверхности (то есть пальцы и втулки) защищены от атмосферных осадков и переносимых по воздуху частиц, многие даже в герметичной среде, такой как масляная ванна. Некоторые роликовые цепи имеют уплотнительные кольца, встроенные в пространство между пластиной внешнего звена и пластиной внутреннего звена. 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 включены как способ улучшить смазку звеньев цепей силовой передачи, что жизненно важно для продления их срока службы. Эти резиновые фиксаторы образуют барьер, удерживающий заводскую смазку внутри зон износа пальца 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.^{[нужна цитата ]}

Также существует множество цепей, которые должны работать в грязных условиях, и по причинам размера или эксплуатации не могут быть герметизированы. Примеры включают цепи на сельхозтехника, велосипеды и цепные пилы. Эти цепи обязательно будут иметь относительно высокий уровень износа, особенно когда операторы готовы допустить большее трение, меньшую эффективность, больше шума и более частую замену, 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.^[3]

Смазка цепи мотоцикла

Цепи, работающие на высоких скоростях, сопоставимых с таковыми на мотоциклах, следует использовать вместе с масляной ванной.^[4] Для современных мотоциклов это невозможно, и большинство мотоциклетных цепей работают без защиты. Таким образом, цепи мотоциклов изнашиваются очень быстро по сравнению с другими устройствами. 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 трансмиссии 98% или больше. Цепи без смазки значительно снизят производительность и увеличат износ цепи и звездочки.^[1]

Для мотоциклетных цепей доступны два типа смазочных материалов на вторичном рынке: спрей для смазочных материалов и системы капельной подачи масла.

• Смазочные материалы в виде спреев могут содержать воск или PTFE. Хотя в этих смазочных материалах используются добавки, повышающие клейкость, чтобы оставаться на цепи, они также могут притягивать грязь и песок с дороги и со временем образовывать шлифовальную пасту, которая ускоряет износ компонентов.^{[нужна цитата ]}
• 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.^[5]

Варианты дизайна

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 управляющему валу 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 привода ГРМ на автомобильных двигателях, например, обычно имеют несколько рядов пластин, называемых прядями.

Роликовая цепь изготавливается нескольких размеров, самые распространенные: Американский национальный институт стандартов (ANSI) стандарты: 40, 50, 60 и 80. Первая цифра (и) указывает шаг цепи в восьмых долях. дюйм, причем последняя цифра - 0 для стандартной цепи, 1 для легкой цепи и 5 для цепи с втулкой 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, и нейлон или латунь иногда встречаются по той же причине.

Роликовая цепь обычно подключается с помощью главного звена (также известного как соединительное звено), у которого обычно один штифт удерживается зажим для подковы вместо фрикционной посадки, 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), «склепанное» на концах. Эти штифты сделаны прочными и не снимаются.^[6]

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 обычно используются из-за износа и шума.
• А велосипедная цепь представляет собой форму роликовой цепи. Велосипедные цепи могут иметь основное звено или могут потребоваться цепной инструмент для снятия и установки. Подобная, но более крупная и, следовательно, более прочная цепь используется на большинстве мотоциклы хотя иногда его заменяют либо зубчатый ремень или Приводной вал, которые предлагают более низкий уровень шума и меньшие требования к техническому обслуживанию.
• Подавляющее большинство автомобиль двигатели используйте роликовые цепи для привода распредвал (s). В очень мощных двигателях часто используется зубчатая передача, и начиная с начала 1960-х гг. зубчатые ремни использовались некоторыми производителями.
• Цепи также используются в погрузчики использование гидроцилиндров в качестве шкива для подъема и опускания каретки; однако эти цепи не считаются роликовыми цепями, а классифицируются как подъемные или листовые цепи.
• Бензопила режущие цепи внешне напоминают роликовые цепи, но более близки к листовым цепям. Они приводятся в движение выступающими звеньями привода, которые также служат для фиксации цепи на шине.

Морской лунь FA.2 ZA195 переднее (холодное) сопло векторной тяги - сопло приводится во вращение цепным приводом от пневмодвигателя

• Возможно необычное использование пары мотоциклетных цепей в Харриер Джамп Джет, где цепной привод от пневмодвигателя используется для вращения подвижных сопел двигателя, позволяя им быть направленными вниз для полета в режиме зависания или назад для нормального полета вперед, система, известная как Вектор тяги.

Носить

Износ роликовой цепи приводит к увеличению шага (расстояния между звеньями), что приводит к удлинению цепи. Обратите внимание, что это происходит из-за износа шарнирных 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, что цепь (кроме велосипедной) изнашивается до разрыва, поскольку изношенная цепь приводит к быстрому износу зубьев звездочек, а окончательный выход из строя - 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 момента зажигания, наблюдаемого с помощью индикатор времени. 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 ненадлежащего 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, - 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 приведет к повреждению звездочки. Износ звездочки устраняет этот эффект и может маскировать износ цепи.

Износ велосипедной цепи

Легкая цепь велосипеда с переключатели передач может сломаться (или, точнее, развалиться на боковых пластинах, поскольку это нормально, что «клепка» выходит из строя первой), 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, в конечном итоге вызывая разрыв цепи. Такая конструкция необходима, потому что переключение передач этой формы трансмиссии требует, чтобы цепь как изгибалась вбок, 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, контактирующую со втулкой. Система ступицы-шестерни также обеспечивает полное закрытие, что является отличным помощником для смазки и защиты от песка.

Прочность цепи

Наиболее распространенным показателем прочности роликовой цепи является предел прочности. 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 с непрерывным приводом, 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 скольжение -поместиться)^{[нужна цитата ]}. 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. X-кольцо и Уплотнительное кольцо Цепи значительно уменьшают износ благодаря внутренней смазке, увеличивая срок службы цепи. Внутренняя смазка вводится с помощью вакуума при склепывании цепи.

Стандарты сети

Организации по стандартизации (Такие как ANSI и ISO ) поддерживать стандарты дизайна, размеров и взаимозаменяемость цепей передачи. Например, в следующей таблице показаны данные стандарта ANSI B29.1-2011 (роликовые цепи, навесное оборудование и звездочки для высокоточной передачи энергии).^[7] разработан Американское общество инженеров-механиков (КАК Я). См. Ссылки^[8][9][10] для дополнительной информации.

Для мнемонических целей ниже еще одно представление основных размеров из того же стандарта, выраженных в долях дюйма (что было частью мышления, лежащего в основе выбора предпочтительные числа в стандарте ANSI):

В типичной велосипедной цепи (для передач переключателя) используется узкая¹⁄₂-дюймовая цепь. Ширина цепи варьируется и не влияет на грузоподъемность. Чем больше звездочек на заднем колесе (исторически 3–6, сегодня 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 "означает 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 звездочками; с другой стороны, такая цепочка обычно не такая прочная.

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

Смотрите также

• Самосмазывающаяся цепь

Рекомендации

Библиография

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

внешняя ссылка

• Полное руководство по цепочке