Výrobce průmyslových čerpadel v Ulsanu se potýkal s předčasným selháním řetězu pohonu čerpadla chladicí vody – duplexní řetěz ANSI #80 dosáhl prodloužení 3% za 11 měsíců, oproti specifikované životnosti 30+ měsíců. Motor měl výkon 18,5 kW při 1 450 ot./min s redukcí 3:1. Při kontrole původního výběru řetězu se ukázalo, že technik vybral řetěz z tabulky ANSI B29.1 přímo s použitím jmenovitého výkonu motoru. Tabulka ukazovala, že simplexní řetěz #80 při 1 450 ot./min má jmenovitý výkon 21,4 kW – což je dostatečné pro motor o výkonu 18,5 kW s rezervou 15%. Co technik nepoužil, byl provozní faktor pro typ aplikace (střední rázový pohon – pohon čerpadla s přerušovaným rozběhem při vysokém zatížení: K_s = 1,4), korekce mazání pro instalovaný typ s kapacím mazáním (typ 2 – faktor 0,9 pro jmenovitý výkon) a korekce malého řetězového kola pro unašeč řetězového kola 15T (faktor 0,9 pod referenční hodnotou 17T). Korigovaný jmenovitý výkon pro tuto konkrétní instalaci byl 21,4 × 0,9 × 0,9 = 17,3 kW – méně než aplikované zatížení 18,5 kW. Řetěz běžel nepřetržitě nad svým korigovaným jmenovitým výkonem o 7%, což je více než dostatečné k vysvětlení zkrácené životnosti.
Tabulky jmenovitých hodnot řetězce ANSI nenahrazují kompletní výpočet jmenovitých hodnot měniče. Jsou to pouze jeden vstup – maximální jmenovitý výkon za referenčních podmínek. Referenční podmínky se v reálných průmyslových aplikacích opakují jen zřídka. Níže uvedený výpočet poskytuje kompletní postup.
Postup šestistupňového hodnocení výkonu řetězového pohonu
1
Určete konstrukční výkon
P_návrh = P_motor × K_s
P_motor je jmenovitý výstupní výkon motoru v kW. K_s je servisní faktor z tabulky v kroku 2. Jedná se o výkon, který musí být řetěz jmenovitě přenášen – nikoli výkon uvedený na štítku motoru. U pohonů se značnou setrvačností (setrvačníky, velké rotory, rozběhové zatížení) použijte jako základ pro návrh P špičkový rozběhový moment, nikoli jmenovitý provozní výkon.
2
Určete servisní faktor K_s
| Typ zatížení |
10 h/den (K_s) |
16 h/den (K_s) |
24 hodin denně (K_s) |
Příklady aplikací |
| Hladký (bez rázů) |
1.0 |
1.1 |
1.2 |
Odstředivá čerpadla, ventilátory, lehké dopravníky |
| Mírný šok |
1.3 |
1.4 |
1.5 |
Pístová čerpadla, kompresory, obráběcí stroje |
| Silný šok |
1.5 |
1.7 |
1.9 |
Drtiče, lisy, dopravníky s rázovým zatížením |
Faktor provozních hodin zohledňuje akumulaci tepelné únavy. Pohony pracující 24 hodin denně nikdy nedosáhnou tepelné rovnováhy – teplota řetězu zůstává po celou dobu zvýšená, což zvyšuje rychlost protažení. Faktor 24 hodin/den je kvůli tomuto tepelnému efektu vyšší než úměrný počtu hodin.
3
Vyberte stoupání z tabulky jmenovitých výkonů ANSI B29.1 při otáčkách hřídele pohonu
Vyhledejte si tabulku jmenovitého výkonu řetězu ANSI při otáčkách hřídele unašeče (n₁). Najděte první rozteč řetězu, kde jmenovitý výkon (u unašeče 17T, mazání olejovou lázní typu 3 – referenční podmínky) překračuje P_design. Tím získáte prozatímní rozteč. Pokud žádný jednopramenný řetěz nesplňuje P_design, zvažte varianty s duplexním nebo třípramenným řetězem (jmenovitý výkon se vynásobí přibližně 1,7 pro duplexní řetěz, 2,5 pro třípramenný řetěz při stejné rozteči).
| Rozteč řetězu |
400 ot./min (kW) |
700 ot./min (kW) |
1 000 ot./min (kW) |
1 450 ot./min (kW) |
2 000 ot./min (kW) |
| #40 (12,7 mm) |
1.4 |
2.1 |
2.7 |
3.3 |
3.9 |
| #50 (15,9 mm) |
2.8 |
4.4 |
5.7 |
7.3 |
8.5 |
| #60 (19,05 mm) |
5.0 |
7.9 |
10.4 |
13.7 |
16.2 |
| #80 (25,4 mm) |
9.4 |
15.2 |
20.1 |
21.4 |
22.8 |
| #100 (31,75 mm) |
15.8 |
25.6 |
34.0 |
36.2 |
38.4 |
| #120 (38,1 mm) |
24.6 |
39.9 |
51.5 |
54.7 |
56.1 |
Referenční podmínky: 17T měnič, mazání typu 3 (olejová lázeň), jednovláknový. Skutečný jmenovitý výkon ve vaší aplikaci vyžaduje korekční faktory z kroků 4–5.
4
Použijte korekční faktor mazání K_L
Tabulka ANSI B29.1 předpokládá mazání typu 3 (olejová lázeň nebo nucený oběh). Pokud je skutečné mazání méně účinné, použijte k výkonu stolu faktor snížení výkonu:
Typ 1 – Ruční/kapkové olejování
K_L = 0,7–0,8
Ruční aplikace ≥ každých 8 hodin; kapkový olej
Typ 2 – Kapací nebo kotoučový olejovač
K_L = 0,85–0,95
Správně nastavené kapkové podávání; nepřetržité podávání
Typ 3 – Olejová lázeň / cirkulace
K_L = 1,0
Referenční podmínka – platí plné hodnocení tabulky
Korigovaný jmenovitý výkon = Tabulkový jmenovitý výkon × K_L. Pokud tato korigovaná hodnota překročí P_design, je řetěz pro mazací systém vhodný. Pokud ne, buď vylepšete mazací systém, nebo přejděte na nejbližší větší rozteč.
5
Použijte korekční faktor pro malé ozubené kolo K_T
Referenční podmínkou tabulky je unašeč 17T. Pokud se počet zubů unašeče liší od 17T, použijte K_T:
| Zuby unašeče (N₁) |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
17 |
19 |
21+ |
| K_T |
0.53 |
0.62 |
0.70 |
0.78 |
0.85 |
1.00 |
1.08 |
1.15 |
Korigovaný jmenovitý výkon = Tabulkový jmenovitý výkon × K_L × K_T. Jedná se o výkon, který může řetězec přenášet ve skutečné instalaci. Porovnejte s P_design pro určení dostatečnosti.
6
Ověřte bezpečnostní faktor napnutí řetězu
F_těsnost = (P_návrh × 1000) / v_řetěz [N]
SF = F_break / F_tight
Vypočítejte napětí na těsné straně z P_design a rychlosti řetězu v m/s. Vydělte minimální mezní zatížení řetězu (z tabulky výrobce) napětím na těsné straně, abyste získali bezpečnostní faktor. ANSI B29.1 vyžaduje pro řetězové pohony za normálních podmínek SF ≥ 5,0. Pokud SF < 5, zvolte buď další větší rozteč, nebo přidejte druhý pramen. Rychlost řetězu: v_chain = (n₁ × N₁ × p) / 60 000, kde p = rozteč v mm a n₁ = otáčky řetězu za minutu.
Příklad výpočtu: Kompletní výpočet jmenovitého výkonu pro dopravník drtiče
Dané podmínky
Otáčky hřídele hnacího hřídele
960 ot./min
Aplikace
Pohon řemenem drtiče – silný ráz
Operace
16 hodin denně nepřetržitě
Mazání
Kapkový olejovač (typ 2)
Řešení krok za krokem
- K_s: Silný šok, 16 h/den → K_s = 1.7
- P_design = 22 × 1,7 = 37,4 kW
- Výběr výšky tónu při 960 ot./min z tabulky: interpolace mezi hodnotami 700 a 1 000 ot./min — výkon #100 ≈ 31,0 kW při 960 ot./min (příliš nízký). výkon #120 ≈ 47,5 kW při 960 ot./min → provizorní stoupání = #120
- K_L (Kapací olejnička typu 2) = 0.90Korigovaný výkon = 47,5 × 0,90 = 42,8 kW
- K_T (ovladač 15T) = 0.85Konečné korigované hodnocení = 42,8 × 0,85 = 36,4 kW
- Porovnat: 36,4 kW < 37,4 kW (P_design). Rezerva je −2,7%. Jednovláknový vodič #120 SELHÁ s malým rozdílem.
- Možnosti: (a) Přechod na mazání v olejové lázni (K_L = 1,0) → 42,8 × 1,0 × 0,85 = 36,4 stále marginální. (b) Zvýšení výkonu měniče na 17T → K_T = 1,0; jmenovitý výkon se zvýší na 47,5 × 0,90 × 1,0 = 42,8 kW. PROŠLO s náskokem 14%. ✓ (c) Použijte duplexní zdroj #100: 31,0 × 1,7 × 0,90 × 0,85 = 40,3 kW. PROŠLO s náskokem 8%. ✓
- Kontrola bezpečnostního faktoru (ovladač 17T, #120, kapkový olej): v_řetěz = (960 × 17 × 38,1) / 60 000 = 10,3 m/s. F_těsnost = (37 400 W) / 10,3 = 3 631 N. SF = 124 500 / 3 631 = 34.3Výrazně nad minimem 5,0 – řetěz je konstrukčně adekvátní; určujícím kritériem pro tento výběr je kontrola jmenovitého výkonu.
Protiintuitivní: u většiny řetězových pohonů při středních úrovních výkonu je součinitel bezpečnosti proti statickému zatížení velmi vysoký (20–50×) a nehraje žádnou roli při rozhodování o výběru řetězu. Závazným omezením je únavová pevnost – cyklická únosnost omezená únavou článkové desky a čepu, nikoli statickou mezí kluzu. Tabulky jmenovitého výkonu ANSI uvádějí mez únavy, nikoli statickou únosnost. Proto výpočet bezpečnostního faktoru (krok 6) zřídka vybere řetěz větší než kroky jmenovitého výkonu – řetěz, který projde kontrolou jmenovitého výkonu, má obvykle bezpečnostní faktor při přetržení 20–50, což je výrazně více než požadovaných 5,0. Naopak aplikace s velmi nízkou rychlostí, ale velmi vysokým krouticím momentem, mohou způsobit napětí na těsné straně, které se blíží minimálnímu přetržení řetězu – v tomto případě se krok 6 stává určujícím omezením. Vždy zkontrolujte obojí.
Kdy zvolit vícevláknový kabel místo větší rozteče
Pokud je jmenovitý výkon jednoho řetězového kola při dané rozteči nedostatečný, má konstruktér dvě možnosti: zvětšit rozteč nebo zvýšit počet řetězových kol. Volba mezi nimi závisí na omezeních průměru řetězového kola, dostupnosti a ceně.
| Rozhodovací faktor |
Zvýšit výšku tónu (např. #80 → #100) |
Přidat lanko (např. #80 simplex → duplex) |
| Vnější průměr ozubeného kola, náraz |
Větší vnější průměr – může překročit obálku |
Stejný vnější průměr – pouze širší čelo řetězového kola |
| Zvýšení výkonu |
#80→#100: +80% kapacita při stejných otáčkách |
Jednostranný→oboustranný tisk: kapacita ×1,7 |
| Šířka řetězu |
Užší než vícevláknový |
Širší – ovlivňuje požadavky na seřízení geometrie hřídelí |
| Vysokorychlostní výkon |
Horší (větší rozteč = větší polygonový efekt) |
Stejné jako jednovláknové se stejnou roztečí |
| Náklady |
Mírný nárůst |
Proporcionální nárůst (×1,7 pro duplex) |
| Preferováno, když: |
Vnější průměr ozubeného kola není omezen; nižší rychlost |
Vnější průměr ozubeného kola musí zůstat malý; vyšší rychlost |
Časté chyby ve výpočtech a jak se jim vyhnout
Využití výkonu motoru bez servisního faktoru. Nejčastější chyba – výběr řetězu na základě výkonu motoru uvedeného na štítku bez vynásobení K_s. Pro motor o výkonu 22 kW v aplikaci pro napájení drtiče (K_s = 1,7) je konstrukční výkon 37,4 kW. Řetěz s jmenovitým výkonem 22 kW při těchto otáčkách je výrazně poddimenzovaný. Před vyhledáním tabulky výkonu použijte servisní faktor. Technické specifikace řetězů pro všechny standardní rozteče ANSI jsou k dispozici u našeho produktového týmu.
Ignorování korekce malého ozubeného kola pod 17T. Pohony s omezeným prostorem často používají malá ozubená kola s 12–15 zuby. Unašeč 13T při 1 000 ot./min snižuje efektivní jmenovitý výkon řetězu na 701 TP3T tabulkové hodnoty. Tato korekce je uvedena v normě ANSI B29.1, ale inženýři používající zjednodušené tabulky ji často nepoužijí. Jediným řešením pro pohon, který je již nainstalován s malým unašečem, je zvětšení počtu zubů ozubeného kola – výměna rozteče řetězu nevyřeší nedostatek K_T, pokud počet ozubených kol zůstane pod 17T.
Zanedbání omezení rychlosti řetězu při velkém stoupání a vysokých otáčkách. Tabulka jmenovitých výkonů ANSI ukazuje špičkový výkon při optimální rychlosti řetězu pro každou rozteč, poté se nad touto rychlostí výkon snižuje. Řetěz #120 při 1 450 ot./min na unašeči 17T má rychlost řetězu (1 450 × 17 × 38,1) / 60 000 = 15,6 m/s – nad optimální rychlostí pro tuto rozteč. Jmenovitý výkon v tabulce za těchto podmínek odráží snížený výkon, ale inženýři čtoucí zkrácenou tabulku mohou špičkový výkon použít nesprávně. Vždy používejte sloupec specifický pro otáčky, nikoli maximální hodnotu v řádku rozteče.
Pro zakázkové sady řetězů a řetězových kol kde výpočet vede k neobvyklé rozteči řetězu nebo počtu zubů, zašlete šest vstupních hodnot (výkon motoru, otáčky, typ služby, provozní hodiny, typ mazání, počet zubů unašeče) našemu technickému týmu – my ověříme celý šestistupňový výpočet a potvrdíme specifikaci před zadáním jakékoli objednávky.
Často kladené otázky
Jak ANSI zohledňuje jmenovitý výkon s roztečí středů a délkou řetězu?
Jmenovité výkony dle ANSI B29.1 jsou založeny na referenční osové vzdálenosti, která dává přibližně 120 článků v hnací smyčce – střední rozsah, který představuje typické provozní podmínky. Pro velmi krátké osové vzdálenosti (pod roztečí 20×) je počet článků v kontaktu na hnacím řetězovém kole nižší než v referenčním stavu a zatížení na článek je vyšší, což mírně snižuje efektivní jmenovitý výkon. Pro velmi dlouhé osové vzdálenosti (nad roztečí 80×) se významnými faktory stávají prověšení řetězu a vibrace. Standardní korekcí je udržovat osové vzdálenosti mezi 30 a 50násobkem rozteče řetězu pro optimální výkon pohonu. Pohony mimo tento rozsah by měly používat korekční tabulky ANSI B29.1 pro vlivy osové vzdálenosti nebo by měly být ověřeny výpočtem oproti skutečnému napnutí řetězu při specifické geometrii.
Lze postup pro stanovení výkonu použít pro vysokopevnostní řetězy řady SP?
Ano – Řetěz řady SP používá stejný postup pro stanovení výkonu s jednou úpravou: jmenovitý výkon z tabulky ANSI B29.1 platí pro standardní řetěz. U řady SP je mez únavy přibližně o 751 TP3T vyšší než u standardního řetězu při stejné rozteči, což se odráží v tabulkách jmenovitého výkonu řady SP publikovaných výrobci řady SP. V praxi to znamená, že pokud šestikrokový postup vede k hraničnímu výsledku se standardním řetězem (konstrukční výkon v rozmezí 20–301 TP3T korigovaného jmenovitého výkonu), může řetěz řady SP poskytnout dostatečnou rezervu bez změny rozteče nebo počtu pramenů. Pro aplikace, kde standardní řetěz splňuje požadavky na pohodlnou rezervu (konstrukční výkon menší než 701 TP3T korigovaného jmenovitého výkonu), řada SP neposkytuje žádnou další výhodu – řetěz není provozován na úrovni zatížení, kde je vylepšená mez únavy relevantní.
Jaký je správný servisní faktor pro pohon dopravníku, který se spouští 4–6krát za hodinu s vysokým setrvačným zatížením?
Časté spouštění s vysokou setrvačností spadá do kategorie „těžké rázy“ – K_s = 1,5 (10 h/den), 1,7 (16 h/den) nebo 1,9 (24 h/den). U pohonů dopravníků se setrvačností výrazně větší než provozní zatížení však může být samotný provozní faktor ANSI B29.1 nedostatečný. V těchto případech vypočítejte špičkový rozběhový moment z křivky momentu motoru a otáček a připojené setrvačnosti, převeďte jej na napnutí řetězu pomocí poloměru řetězového kola a ověřte bezpečnostní faktor (krok 6) vůči tomuto špičkovému napětí, nikoli vůči ustálenému provoznímu napětí. Bezpečnostní faktor řetězu musí zůstat nad 5,0 při špičkovém rozběhovém stavu, nejen při jmenovitém provozním stavu. U pohonů s velmi vysokou frekvencí rozběhů nebo velmi velkými poměry setrvačnosti (rotační setrvačnost větší než 5× setrvačnost rotoru motoru) může být nutné řetěz dimenzovat pouze na základě rozběhového momentu, přičemž provozní zatížení musí být v rámci nosnosti.
P_design → Hodnocení tabulky × K_L × K_T → Kontrola SF → Potvrzení řetězce
Potřebujete si před objednáním ověřit výběr řetězu?
Odešlete výkon motoru (kW), otáčky hnacího hřídele, otáčky hnaného hřídele, typ aplikace, provozní hodiny a typ mazání. Naši technici provedou šestistupňový výpočet dle normy ANSI B29.1 a před výrobou ověří správnou rozteč, počet pramenů a počet zubů řetězového kola.
