2011-05-17

1

Przekładnie łańcuchowe

2011-05-17

2

1. Pojęcia podstawowe

Przekładnia łańcuchowaskłada się z dwóch lub więcej kół uzębionych, opasanych cięgnem - łańcuchem.

Łańcuch składa się z szeregu ogniw połączonych przegubowo.

2. Zalety i wady przekładni łańcuchowych

Przekładnia łańcuchowa pracuje bez poślizgu, zachowując stałe przełożenieprzy stosunkowo dużej sprawności. Łagodzi gwałtowne szarpnięcia i uderzenia.Dzięki temu,że nie wymaga mocnego napięcia wstępnego pasa, mniej obciążawały i łożyska niż przekładnia pasowa.

Do wad przekładni łańcuchowych należy zaliczyć:

• nierównomiemość ruchu spowodowaną osiadaniem łańcucha na wieloboku,

• głośną pracę,

• nieprawidłową współpracę wyciągniętego łańcucha z uzębieniem kół,

• konieczność smarowania ze względu na zużywanie się przegubów,

• wykluczenie możliwości cyklicznych zmian kierunku ruchu ze względu na szarpnięcia przy gwałtownym napinaniu luźnego cięgna.

2011-05-17

3

3. Informacje ogólne

Typowe przełożenia sięgają i = 6, dla przekładni wolnobieżnych dopuszcza się nawet i =15.

Liczba z1 zębów na małym kole nie może być za mała, typowa wartość to z1=12, w wyjątkowych przypadkach to z1=9. Dla przekładni odpowiedzialnych, o wymaganej płynności ruchu na małym kole powinno być minimum 19 zębów.

Im mniejsza liczba zębów, tym większa nierównomiemość biegu i tym większyhałas, gdyż kinematycznie ruch przekładni można sprowadzić do ruchu obrotowegowieloboku opasanego cięgnem. Podziałkę łańcucha należy przyjmować możliwiemałą. Wzrasta wtedy liczba zębów małego koła, ruch staje się bardziejrównomierny, zmniejszają się obciążenia dynamiczne i hałas.

Zalecane liczby zębów podano w PN-73/M-84161 i PN-79/M-84163. Największaliczba zębów nie powinna przekraczać 150.

Uprzywilejowane liczby zębów kół dla łańcuchów tulejkowych i rolkowychwynoszą: 17, 19, 21, 23, 25, 38, 57, 76, 95,114.

Najmniejsza odległość osi kół powinna zapewniać możliwość usunięcia dwóchogniw łańcucha po jego wydłużeniu spowodowanym zużyciem się przegubów.Zalecane są następujące proporcje wymiarowe:

5,12,1

5030

2

÷=

÷=

d

a

p

a

d2

Utrata zdolności użytkowych łańcuchanastępuje najczęściej w wyniku zużyciapowierzchni ślizgowych przegubów.Zwiększa się wtedy podziałka i łańcuchosiada na kole na coraz większejśrednicy,aż wreszcie zeskakuje z niego.Dopuszczalny wzrost podziałki łańcuchawynosi zwykle ok. 2%.

2011-05-17

4

4. Typy łańcuchów

W zależności od budowy i przeznaczenia rozróżnia się łańcuchy:drabinkowe,zębate, kształtowe v pierścieniowe.

Łańcuchy drabinkowe stosowane sąjako cięgna napędowe i dźwigniowe.Rozróżnia się łańcuchy drabinkowesworzniowe, tulejkowe (bezrolkowe)i rolkowe.

Łańcuchy mogą być pojedyncze,podwójne i wielokrotne, jeżeli jedensworzeń łączy w nich jeden, dwa lubwiększą liczbę rzędów równoległychpłytek, tulejek i rolek.

Odpowiadają im pojedyncze, podwójnei wielokrotne koła łańcuchowe.

Łańcuchy sworznioweskładają się z płytek i sworzni (rys. a). Nie znajdują oneobecnie zastosowania w napędach maszyn ze względu na małą trwałość,spowodowaną zużywaniem się przegubów mających zbyt małą powierzchnięroboczą.

Łańcuchy tulejkoweskładają się z płytek, sworzni i tulejek (rys. b). Stosuje się jew maszynach wolnobieżnych lub napędach pomocniczych. Na przykład wniektórych samochodach stosuje sieje do napędu rozrządu (w rozrządzieokrętowych diesli również!). Nie są one stosowane w silnie obciążonychnapędach głównych. Brak rolki powoduje znacznie większe zużywanie siętulejek i zębów na kołach oraz zmniejsza sprawność przekładni. Powszechniestosowanymi łańcuchami napędowymi są obecnie łańcuchy rolkowe i zębate.

Łańcuch rolkowy (rys. c) z płytkamiprostymi składa się z ogniw wewnętrznych izewnętrznych. Elementami łańcucharolkowego są płytki, sworznie, tulejki i rolki.Łańcuchy rolkowe dwu- i więcej rzędowepowstają przez łączenie łańcuchówjednorzędowych odpowiednio wydłużonymisworzniami.

2011-05-17

5

Do wyrobu łańcuchów stosuje się stale konstrukcyjne węglowe 55 lub 65 albostopowe 40H, 45H, 35HM hartowane i odpuszczane do 38-49 HRC.Sworznie sąwykonywane ze stali do nawęglania 10 lub 15 albo stopowych 15H, 15HMutwardzanych do 50-62 HRC. Do wyrobu tulejek i rolek stosujesię stale 10 lub 15nawęglane i utwardzane do 484-60 HRC.

Podziałka łańcuchów jest calowa lub milimetrowa. Łańcuchy są produkowanemasowo przez wyspecjalizowane wytwórnie i są towarem rynkowym. Zadaniemkonstruktora maszyny jest odpowiedni dobór łańcucha na podstawie obliczeń.

Fragment tabeli zwykazem typowychłańcuchów rolkowych

PN-77/M-84168

PN-17/M-84167

Łańcuchy do pracy wtrudnych warunkach(dużezanieczyszczenia):

PN-77/M-84165

5. Charakter obciążenia ogniw łańcucha

Napięcie w ogniwie zmienia się w czasie obiegu łańcucha. Ogólny charakter tej cyklicznej zmiany napięcia przedstawiono na rysunku poniżej. Najwyższy punkt wykresu odpowiada wejściu ogniwa na ząb koła napędzającego. Występuje wtedy uderzenie ogniwa o ząb i szarpnięcie.

2011-05-17

6

Napięcie w ogniwie łańcucha w czasie zazębiania się z kołami łańcuchowymi jestrównież zmienne. Zmiany te odbywają się skokami. Pierwszy ząb kołanapędzającego wchodzący we współpracę z ogniwem obciążony jest najbardziej,każdy następny coraz mniej. Oczywiście, identycznie są obciążone ogniwa. Wprzybliżeniu te skokowe zmiany odbywają się według ciągu geometrycznego.

6. Nierównomierność biegu łańcucha

Przyczyną nierównomiemości ruchu jest osiadanie łańcucha na wieloboku(rysunek). Ogniwo łańcucha przemieszczając się od położenia a-b do położeniaa’-b’ osiada na boku wielokąta. Cięgno zmienia wtedy swoje położenie o wartośćw. W wyniku tej cyklicznej zmiany położenia cięgna występują zmiany prędkościoraz związane z tym przyspieszenia i drgania przekładni (co jest niewątpliwąwadą).

2011-05-17

7

7. Obciążalność łańcucha

Obciążalność łańcucha zależy od nacisków jednostkowych w przegubach i odnaprężeń rozciągających w płytkach łańcucha.

Od wartości nacisków jednostkowych w przegubach w dużym stopniu zależytrwałość łańcucha, która dla różnych napędów przyjmowana jest w granicach od2000 do 15000 h. Naciski powinny być na tyle małe, aby nie był wyciskany smarspomiędzy powierzchni współpracujących sworznia i tulejki oraz tulejki i rolki.

Wartość nacisku jednostkowego p1 między sworzniem a tulejką i wartość naciskujednostkowego p2 między tulejką a rolką można wyznaczyć z następującychwzorów:

Cpbjd

Sp

Cpajd

Sp

dt

u

ds

u

≤=

≤=

2

1

Su – siła użyteczna przenoszona przez łańcuch, j – liczba rzędów łańcucha, ds – średnica sworznia, dt – średnica tulejki, a – długość tulejki, b – szerokość rolki, pd – dop. nacisk jednostkowy (dla łańcucha rolkowego 20 MPa), c – wsp. warunków pracy

8. Dobór współczynnika „c”

2011-05-17

8

9. Obciążenie użyteczne, wsp. bezp. na zerwanie

Ponieważ w przegubach łańcucha występują małe poślizgi współpracującychpowierzchni oraz duże naciski, nie można tam uzyskać tarcia płynnego. Zużyciepolegające naścieraniu się powierzchniślizgowych jest tym większe, im większesą naciski i poślizgi. Najbardziej zużywa się sworzeń oraz wewnętrznapowierzchnia tulejki. Miarą zużycia przegubów jest wzrost podziałki łańcucha.

Obciążenie użyteczne można obliczyć ze wzoru:

=

1

1 180sin

2

zp

MSu

M1 – moment na małym kole

10. Współczynnik wytrzymałości na zerwanie (xR)

qagS

qvS

xSS

CS

Px

f

v

Rwym

fvu

rr

ξ==

≥++

=

2

2

Pr – obciążenie zrywające łańcuch,

C2 – współczynnik statyczności obciążenia,

Su – obciążenie użyteczne łańcucha,

Sv – napięcie łańcucha od siły odśrodkowej,

Sf – napięcie łańcucha od jego ciężaru,

q – masa metra łańcucha [kg/m],

v – liniowa prędkość łańcucha [m/s],

ξ - wsp. Nachylenia płaszczyzny osi kół względem poziomu,

g – przyśpieszenie ziemskie;

2011-05-17

9

Wymagany współczynnik bezpieczeństwa xRwym

Przy wchodzeniu łańcucha na koło następuje uderzenie. Liczba uderzeń łańcucha ozęby koła na jednostkę czasu nie może być zbyt duża. Dlatego istotna jest liczbaobiegów łańcucha na sekundę v /L i prędkość obrotowa małego koła n1. Stądwarunki ograniczające, które można wyrazić następująco:

dopL

v

m

nz

L

v

≤=60

11L – długość łańcucha, m –liczba ogniw łańcucha,

2011-05-17

10

11. Obliczanie łańcucha według PN-81/M-84100

Pierwszym krokiem jest obliczenie mocy skorygowanej (powiększonej o współczynnik bezpieczeństwa wynikający z warunków pracy).

21 ffNNs ⋅⋅=

f1 warunki pracy

1urządzenie obciążone równomiernie jak: mieszalnuiki, pompy, dmuchawy

1,5

urządzenia obciążone nierówomiernie, ze ancznymi nadwyżkami dynamicznymi np.: betoniarki, młyny kulowe, prasy mimośrodowe, podnosniki czerpakowe

2

napędy pracujące z przerwami, często włączanych jak urządzenia dźwigowe oraz innych jak łamacze szczękowe

Wykres doboru łańcucha ( łańcuchy uprzywilejowane „B”)

2011-05-17

11