Цепные перед. doc - Камышинский технологический институт

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
КАФЕДРА
«ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ ДИСЦИПЛИНЫ»
РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Методические указания
к курсовому проекту
по дисциплине «Детали машин»
РПК «Политехник»
Волгоград
2005
УДК 621.83 (07)
Р 24
РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ: Методические указания к курсовому
проекту по дисциплине «Детали машин» / Сост. Е. А. Малявин; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2005. – 14 с.
Предназначены в помощь студентам, обучающимся по направлениям 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», 551200 «Технология и проектирование текстильных изделий», при выполнении курсового проекта. Могут быть использованы при проведении практических занятий по дисциплине «Детали
машин», а также при изучении дисциплины «Техническая механика»
(специальности 12101, 1004, 2803) на среднетехническом факультете.
Ил. 1. Табл. 5. Библиогр.: 4 назв.
Рецензент Н. И. Никифоров
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета

2
Волгоградский
государственный
технический
университет, 2005
1.
РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Эти передачи широко используют в качестве понижающих или повышающих для передачи вращения между параллельными валами в значительном диапазоне межосевых расстояний.
В сравнении с ременными они имеют значительно меньшие габариты и нагрузки на валы, более высокий КПД ( = 0,960,98), отсутствие
проскальзывания, возможность передачи движения нескольким звездочкам и легкой замены цепи или ее звеньев.
К недостаткам передачи следует отнести увеличение шага цепи
вследствие износа шарниров и как следствие, необходимость применения
натяжных устройств и сложность ухода при эксплуатации, некоторая неравномерность хода и шум.
Конструирование цепных передач обусловлено в первую очередь
правильным выбором типоразмера цепи. Выбор типоразмера осуществляется путем расчета, исходя из установленных практикой допустимых
величин среднего давления в шарнире звена цепи, зависящих от ряда
факторов, условий и принятого срока службы передачи.
1.1. Основные параметры передачи
Важнейшим параметром цепи является шаг рц, мм. Основные размеры и характеристики приводных цепей зависят от шага и указаны в
ГОСТ 13568 (табл. 1).
Таблица 1
Приводные роликовые цепи
Обозначение цепи
по ГОСТу (выборка)
ПР-12,7-9000-2
ПР-12,7-18000-1
ПР-12,7-18000-2*
ПР-15,875-23000-1
ПР-15875-23000-2*
ПР-19,05-32000*
ПР-25,4-56700*
ПР-31,75-88500*
Пр-38,1-127000
ПР-44,45-172400*
ПР-50,8-226800
Шаг цепи
рц, мм
12,7
12,7
12,7
15,875
15,875
19,05
25,4
31,75
38,1
44,45
50,8
Диаметр
валика, мм
3,66
4,45
4,45
5,08
5,08
5,96
7,95
9,55
11,12
12,72
14,29
Диаметр
ролика, мм
7,75
8,51
8,51
10,16
10,16
11,91
15,88
19,05
22,23
25,40
28,58
Ширина
внутренняя, мм
3,30
5,40
7,75
6,48
9,65
12,70
15,88
19,05
22,23
25,40
31,75
Масса
1 м, кг
0,31
0,62
0,71
0,80
0,96
1,52
2,57
3,80
5,50
7,50
9,70
Примечания: 1. В обозначении цепи кроме шага указаны статическая нагрузка, Н и
габарит по ширине (1 или 2).
2. Цепи отмеченные звездочкой, изготавливают также двухрядными и трехрядными.
3
Передаточное отношение передачи:
n
Z
i 1  2 ,
n 2 Z1
где n1 и n2 – частота вращения ведущей и ведомой звездочек, мин-1;
Z1 и Z2 – число зубьев ведущей и ведомой звездочек.
Предельные значения среднего передаточного отношения:
Z 2max
.
1  i  i max 
Z1min
(1)
(2)
Максимальная величина imax:
для передач общего применения при   2 м/с imax  7;
для передач при полном отсутствии толчков и ударов при   2 м/с imax  10.
Число зубьев ведущей звездочки z1 назначают нечетным и по возможности простым. Рекомендуемое число зубьев z1 с учетом передаточного отношения:
при i  5 z1 = 29 - 2i, при i  5
Z1 = 29 – 1,5 i  Z1 ,
min
где Z1min – минимально допустимое число зубьев;
при   2 м/с Z1min 1719;
при   2 м/с Z1min 1315.
Расчетное число зубьев ведомой звездочки:
Z2 = i · Z1  Zmax.
(3)
Число зубьев Z2 может быть как четным, так и нечетным. Наиболее
предпочтительно принимать его нечетным и простым. Наибольшее число
зубьев Z2 ограничивается увеличением шага вследствие износа.
По условию потери зацепления изношенной цепи максимальное число
зубьев большой звездочки Z2max желательно принимать не более 100120.
Рекомендуемые пределы расстояния между осями звездочек, выраженное в шагах:
а = (3080) · рц.
(4)
Меньшие значения для малых i  12 и большие для больших i  67.
Наименьшее допустимое межосевое расстояние ограничивается:
а) минимальной величиной угла обхвата цепью ведущей звездочки:
угол 120 обеспечивается, если i  5 и удовлетворяются зависимости
(14); в прочих случаях требуется дополнительная проверка наименьшего межосевого расстояния по условию:
Z  Z1
amin  2 Ca, где Ca  2
,
(5)
2
б) по диаметрам выступов звездочек da1 и da2, то есть:
amin  0,5 (da1 + da2) + (3050) мм,
4
(6)
где da1 и da2 наружные диаметры звездочек:

 180  
d a  p ц  0,5  ctg
  .
 Z 

1.2. Практический расчет цепной передачи
Практический расчет цепной передачи сводится к тому, чтобы по заданным значениям мощности Р, частоты вращения ведущей звездочки n1
и передаточного отношения i определить шаг цепи рц, число зубьев звездочки Z и межосевое расстояние а, исходя из допускаемой величины среднего давления в шарнире звена и принятого значения межосевого расстояния передачи. Стандартные цепи построены так, что с увеличением шага
цепи увеличивается ее статическая прочность и площадь опорной поверхности шарнира, а следовательно и нагрузочная способность по давлению в
шарнирах. Таким образом, шаг цепи связан с нагрузкой передачи.
Для удобства практических расчетов составлена табл. 4 допускаемых значений расчетной мощности типовой передачи [Рр] в зависимости
от шага цепей. Для типовой передачи принято: число зубьев Z01 – 25, частота вращения n01 принимается ближайшая к расчетной частоте вращения из ряда в табл. 4:
n01 = 50, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1600 мин-1.
1.2.1. Расчетная мощность проектируемой передачи может быть
определена по формуле:
Рр = Р1 · Кэ · КZ · Кn  [Pp],
где Р1 – мощность на ведущей звездочке, кВт;
Кэ – коэффициент эксплуатации;
Z 01
КZ 
– коэффициент числа зубьев;
Z1
Кn 
n 01
(7)
– коэффициент частоты вращения.
n1
Коэффициент эксплуатации Кэ учитывает влияние различий в условиях работы рассчитываемой и типовой передач и определяется по формуле:
Кэ = Кд · Ка · Кн · Крег · Кс · Креж,
(8)
где Кд – коэффициент динамической нагрузки;
Ка – коэффициент межосевого расстояния;
Кн – коэффициент наклона передачи горизонту;
Крег – коэффициент способа регулировки натяжения цепи;
5
Кс – коэффициент смазки и загрязнения передачи;
Креж – коэффициент режима или продолжительности работы передачи в течение суток.
Величина коэффициентов и рекомендации по выбору смазки цепных
передач приведена в табл. 2 и 3.
Таблица 2
Условие работы
Нагрузка равномерная или близкая к ней
Нагрузка переменная
а =(3050)рz
а  25рz
а  (6080)рz
Линия центров звездочек наклона к горизонту
до 60
более 60
Положение оси регулируется:
одной из звездочек
оттяжными звездочками или роликами
не регулируется
Производство:
Смазка без пыли (см. табл. 1.3)
без пыли
I
II
запыленное
II
III
грязное
III
IV
односменное
двухсменное
трехсменное
Значения коэффициентов
Кд  1
Кд  1,21,5
Ка = 1
Ка = 1,25
Ка = 0,8
Кн  1
Кн  1,25
Крег  1
Крег  1,1
Крег  1,25
Кс  0,8
Кс  1,0
Кс  1,3
Кс  1,8 до  = 4 м/с
Кс  3 до  = 7 м/с
Кс  3 до  = 4 м/с
Кс  6 до  = 7 м/с
Кс  6 до  = 4 м/с
Креж = 1
Креж = 1,25
Креж = 1,45
Таблица 3
Качество
смазки
I – хорошая
Смазка цепных передач при окружной скорости , м/с
4
7
 12
 12
Капельная
410 кап/мин
В
масляной
ванне
Капельная
20 кап/мин
Циркуляционная
под давлением
Разбрызгиванием
В масляной
ванне
Циркуляционная
под давлением
Густая внутри
Шарнирная
II –
удовлетворительная Пропитка цепи
через 120180
часов
III – недостаточная
IV – работа
без смазки
Периодическая через 68 часов
Допускается при  до 0,07 м/с
6
После определения расчетной мощности для проектируемой передачи по табл. 4 назначают шаг цепи Рц. При этом частота вращения ведущей звездочки не должна превышать предельно допустимую частоту
вращения n1. указанную в табл. 5, для выбранного шага цепи и принятого
числа зубьев звездочки.
Если однородная цепь недостаточна или имеет слишком большой
шаг, то применяют многорядную цепь. При этом:
Pp 
Pp
К ряд
 
 Рр ,
(9)
где Кряд – коэффициент числа рядов, учитывающий неравномерность
распределения нагрузки по рядам цепи:
Число рядов
Кряд
1
1
2
1,7
3
2,5
4
3
Таблица 4
Обозначение цепи
по ГОСТу
Шаг
Рц, мм
ПР-12,7-9000-2
12,7
ПР-12,7-18000-1
12,7
ПР-12,7-18000-2*
12,7
ПР-15,875-23000-1 15,875
ПР-15875-23000-2* 15,875
ПР-19,05-32000*
19,05
ПР-25,4-56700*
25,4
ПР-31,75-88500*
31,75
Пр-38,1-127000
38,1
ПР-44,45-172400*
44,45
ПР-50,8-226800
50,8
[Рр], кВт; при частоте вращения малой
звездочки n01, мин-1 и Z01, = 25
50
200
400
600
800
1000
1200
1600
0,19
0,35
0,45
0,57
0,75
1,41
3,20
5,83
10,5
14,7
22,9
0,68
1,27
1,61
2,06
2,70
4,80
11,0
19,3
34,8
43,7
68,1
1,23
2,29
2,91
3,72
4,88
8,38
19,0
32,0
57,7
70,6
110
1,68
3,13
3,98
5,08
6,67
11,4
25,7
42,0
75,7
88,3
138
2,06
3,86
4,90
6,26
8,22
13,5
30,7
49,3
88,9
101
157
2,42
4,52
5,74
7,34
9,63
15,3
34,7
54,9
99,2
-
2,72
5,06
6,43
8,22
10,8
16,9
38,3
60,0
108
-
3,20
5,95
7,55
9,65
12,7
19,3
43,8
-
Таблица 5
Предельные частоты вращения малой звездочки, мин
Z1
20
25
30
12,7
2780
2900
3000
-1
Значения частоты вращения звездочки n1 пред, мин-1, при шаге Рц, мм
15,875
19,05
25,4
31,75
38,1
44,45
2000
1520
1000
725
540
430
2070
1580
1030
750
560
445
2150
1640
1070
780
580
460
50,8
350
365
375
1.2.2. После определения шага цепи определяем скорость цепи ,
м/с, по формуле:
Z1  n1  Pц

,
(10)
60
7
и назначаем по табл. 3 способ смазки для принятого качества смазки.
1.2.3. Установив шаг цепи Рц и располагая принятым межосевым
расстоянием а определяют число звеньев цепи или длину цепи в шагах:
Lp 
2
2a Z1  Z 2  Z 2  Z1  Pц


.
 
Pц
2
 2  а
(11)
Полученное значение Lp округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных
звеньев. Для принятого значения Lp уточняют значение межосевого расстояния а (без учета провисания):

2
2
Pц 
Z  Z2
Z  Z2 

 Z  Z1  
(12)
 Lp  1
  Lp  1
  8 2
 .
4 
2
2


 2  


Передача работает лучше при небольшом провисании холостой ветви цепи. Поэтому расчетное межосевое расстояние рекомендуется
уменьшать примерно на (0,0020,004) а, а в конструкции передачи
предусмотреть специальные устройства для регулирования провисания
цепи.
1.2.4. Делительные окружности звездочек проходят через центры
шарниров цепи. Диаметры этих окружностей определяются равенством и
измеряются в мм:
Pц
.
(13)
d
 180 
sin

 Z 
a
1.3. Определение усилий, действующих в цепной передаче
F1
F1
T1
n1
Z1
2
1
F2
F2
a
Рис. 1. Усилия в цепной передаче
8
T2
n2
Z2
Силовая схема цепной передачи аналогична силовой схеме ременной передачи. Здесь также можно различать:
F1 и F2 – натяжение ведущей и ведомой ветви цепи;
F0 – силу предварительного натяжения;
F – натяжение от центробежных сил.
По этой же аналогии окружное усилие Ft определяется по формуле:
Ft = F1 – F2,
(14)
F = q 2,
(15)
где q – масса единицы длины цепи, кг/м (табл. 1);
 – окружная скорость, м/с.
Значение силы F0 определяется как натяжение от силы тяжести свободной ветви цепи:
F0 = К a  g  q,
(16)
где а – длина свободной ветви цепи, приближенно равна межосевому
расстоянию, м; g – ускорение силы тяжести, м/с2;
К – коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и
стрелы провисания цепи f.
Для рекомендуемых значений  = (0,010,02)  а принимают:
при горизонтальном расположении К = 6;
под углом 40 к горизонту К = 3;
при вертикальном расположении К = 1.
Натяжение ведомой ветви F2 равно большему из натяжений F0 и F.
Для распространенных на практике тихоходных и среднескоростных
передач (  10 м/c) значение сил F0 и F невелико по сравнению с силой
Ft, поэтому для практических расчетов можно принимать:
F1 = Ft, F2  0,
где Ft определяется по формуле (14) и измеряется в (Н):
P
Ft  1 ,

(17)
(18)
где Р1 – передаваемая мощность в (Вт);  – окружная скорость (м/с).
1.4. Оценка возможности резонансных колебаний цепи
Критическая частота вращения определяется по формуле, (мин-1):
F1
q
n1K 
,
(19)
Z1  a
где а – межосевое расстояния, м; F1 – натяжение ведущей ветви, Н;
30 
9
q – масса 1 м длины цепи, кг/м.
1.5. Звездочки передач
Размеры, необходимые для изображения звездочки на сборочных чертежах, конструкция профиля зуба в поперечном сечении и конструктивное
исполнение звездочки приведены в справочной литературе [1], [2], [3].
Профиль зуба звездочки выполняется в соответствии с ГОС 591.
1.6. Пример расчета цепной передачи
Рассчитать горизонтальную цепную передачу в приводе цепного
конвейера: передаваемая мощность Р1 = 10 кВт, частота вращения ведущей звездочки
n1 = 160 мин-1, ведомой звездочки n2 = 50 мин-1, передача открытая, работает в пыльном помещении в одну смену, натяжении цепи регулируется нажимным роликом.
1.6.1. Передаточное отношение передачи определяем по формуле (1):
160
i
 3,2 .
50
1.6.2. По рекомендациям (см. п. 1.1) при i  5 определяем число
зубьев ведущей звездочки:
Z1 = 29 – 2  3,2 = 22,6.
Принимаем Z1 = 23.
Тогда число зубьев ведомой звездочки:
Z2 = 3,2  23 = 73,6.
Принимаем Z2 = 74, что меньше Z2max.
1.6.3. По рекомендации (см. п. 1.1) назначаем межосевое расстояние:
а = 40рц.
1.6.4. По формулам (7) и (8) определим расчетную мощность, принимая
Z01 = 25, n01 = 200 мин-1, а значения коэффициентов по табл. 2: Кд = 1,
(нагрузка близка к равномерной), Ка = 1, Кн = 1, Крег = 1,1, Ко = 1,3 (производство запыленное, смазка II), Креж = 1, КZ = 25/23 = 1,09. Кn = 200/160 = 1,25:
Рр = 10  1  1  1  1,1  1,3  1  1,09  1,25 = 19,48 кВт.
10
1.6.5. По табл. 4 для принятых n01 = 200 мин-1 и Рр = 19,48 кВт
назначаем однорядную цепь ПР – 31,75 – 88500 с шагом Рц = 31,75 мм
[Pp] = 19,3 кВт. При этом а = 40  31,75 = 1270 мм.
По табл. 5 убеждаемся, что для выбранного шага цепи n1  n1 пред.
1.6.6. По формуле (10) определяем окружную скорость цепи:

23  160  31,75  103
 1,95 м/с.
60
1.6.7. Число звеньев цепи или длина цепи в шагах, по формуле (11):
2
Lp 
2  1270 23  74  74  23  31,75


 130,15 .
 
31,75
2
 2  1270
Округляя до целого четного числа, принимаем Lp = 130.
Уточняем величину межосевого расстояния а по формуле (12):
a

2
2
31,75 
23  74
23  74 

 74  23  
. 130 
  130 

8
.


  1268 мм.
4 
2
2 
2  




Учитывая рекомендации по уменьшению межосевого расстояния
(см. примечание к формуле 12) на ∆а = 0,003  1268  4 мм, окончательно
принимаем а = 1264 мм.
1.6.8. Диаметры звездочек определяем по формуле (13):
d1 
31,75
31,75
 233,17 мм d 2 
 748,10 мм.
 180 
 180 
sin
sin


 23 
 74 
1.6.9. Минимально допустимое межосевое расстояние определяем по
формуле (6), предварительно определив наружный диаметр звездочек:

 180  
d a1  31,75   0,5  ctg
   246,87 мм,
 23  


 180  
d a 2  31,75   0,5  ctg
   763,29 мм,
 74  

аmin = 0,5  (246,87 + 763,29) + (3050) = 535555 мм.
Принятое межосевое расстояние а = 1264 мм больше аmin.
1.6.10. Определение усилий, действующих в цепной передаче.
11
1.6.10.1. Окружную силу определяем по формуле (18):
Ft 
10  10 3
 5128 Н.
1,95
1.6.10.2. Натяжение от центробежных сил и сил тяжести определяем
по формулам (15) и (16), в которых q = 3,8 кг/м (см. табл. 1); К = 6, так
как согласно задания передача горизонтальная g = 9,81 м/с2:
F = 3,8  1,952 = 14,45 н, F0 = 6  1,264  9,81  3,8  283 Н
обе эти силы малы по сравнению с Ft.
Поэтому оценивая возможность резонансных колебаний принимаем
F1 = Ft. Критическую частоту вращения определяем по формуле (19):
5128
3,8
n1K 
 38 мин-1  n1 = 160 мин-1. Резонанса нет.
23  1,264
30 
12
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
Жуков К. П., Гуревич Ю. Е. Проектирование деталей и узлов машин. – М:, изд-во
«Станки», 1999 г – 615 с.
Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. – М:, Машиностроение, т. 2, 1982 г. – 559 с.
Длоугий В. В., Муха Т. М. и др. Под общ. ред. Длоугого. Приводы машин: Справочник, 2-е изд., перераб. и доп. – Л:, Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982 г.
– 383 с., ил.
Иванов М. Н. Детали машин. Учебник для машиностроительных специальностей
вузов – 7е изд-ние, перераб. и доп. – М:, Высшая школа, 2002 г. – 408 с., ил.
13
Составитель ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ МАЛЯВИН
РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Методические указания к курсовому проекту
по дисциплине «Детали машин»
Под редакцией автора
Темплан 2005 г., поз. № 58.
Подписано в печать 22. 03. 2005 г. Формат 60×84 1/16.
Бумага потребительская. Гарнитура ”Times“.
Усл. печ. л. 0,88. Усл. авт. л. 0,69.
Тираж 100 экз. Заказ
Волгоградский государственный технический университет
400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.
РПК «Политехник»
Волгоградского государственного технического университета
400131 Волгоград, ул. Советская, 35.
14