Výrobní inženýr v korejské průmyslové pekárně specifikoval náhradu za neúspěšný hnací řetěz na pohonu hnětače těsta. Vzala si štítek motoru – 7,5 kW při 1 450 ot./min – použila servisní faktor ANSI 1,3 pro mírné rázy, našla vhodný řetěz v tabulce pro výběr a objednala ho. Náhrada selhala na stejném místě po 1 100 hodinách, což téměř přesně odpovídá životnosti originálu. Výběr řetězu byl technicky správný pro standardní aplikaci se mírnými rázy. Nezohledňoval však, že hnětač těsta se třikrát za směnu spouští při plném zatížení – studené, tuhé těsto – a každý spouštěcí moment dosahuje vrcholu přibližně 4násobku provozního momentu po dobu prvních 2–3 sekund. Systém servisních faktorů ANSI se vztahuje na ustálené a mírné cyklické zatížení; nezahrnuje setrvačné rozběhové zatížení. Navržení pohonu pro rozběhový moment spíše než pro provozní moment by vyžadovalo řetěz o dvě velikosti větší nebo hydraulickou spojku před motorem, aby se omezil rozběhový špičkový moment. Ani jedna z možností nebyla zvažována, protože rozběhová podmínka nebyla zahrnuta do výběrového výpočtu.
Výběr správného hnací řetěz vyžaduje postupné zpracování čtyř odlišných technických otázek a vyžaduje, aby na každou otázku bylo odpovězeno pro skutečný provozní stav – nikoli pro stav uvedený na typovém štítku. Tato příručka poskytuje metodu pro každý krok.
Krok 1 – Určení korigovaného návrhového výkonu
Metoda výběru dle ANSI B29.1 začíná korigovaným návrhovým výkonem, což je výkon motoru vynásobený štítkovým výkonem a provozním faktorem, který zohledňuje charakter zatížení poháněného stroje. Publikované provozní faktory ANSI jsou:
| Typ zatížení | Načíst znak | Faktor služby ANSI | Typické příklady zařízení |
|---|---|---|---|
| Hladký | Stabilní točivý moment, žádné pulzy | 1.0 | Odstředivá čerpadla, ventilátory, míchadla kapalin |
| Mírný šok | Cyklické nebo pulzující, občasné vrcholy | 1,3–1,5 | Pásové dopravníky, míchačky těsta, obráběcí stroje |
| Silný šok | Silné přerušované vrcholy, zvraty | 1,7–2,0 | Drtiče hornin, lisy, kompresory (pístové) |
Kromě standardního servisního faktoru se ve specifických případech uplatňují dva další multiplikátory: a vícevláknový faktor (při použití duplexního nebo triplexního řetězce se jmenovitý výkon vynásobí 1,7, respektive 2,5, nikoli jednoduše zdvojnásobí nebo ztrojnásobí, protože prameny nerozdělují zátěž dokonale rovnoměrně); a faktor napínacího ozubeného kola (prostá napínací kolo na vůli snižuje jmenovitý výkon přibližně o 10–151 TP3T v důsledku dodatečného cyklu únavy v ohybu).
Krok 2 – Vyberte rozteč řetězu z tabulky jmenovitých výkonů
Vztah mezi převodovým poměrem, otáčkami hřídele a točivým momentem – zásadní pro správný výběr rozteče řetězu.
Tabulky jmenovitých výkonů dle normy ANSI B29.1 mapují jakoukoli kombinaci korigovaného konstrukčního výkonu (kW) a otáček malého řetězového kola (ot./min.) na doporučenou rozteč řetězu. Tabulka je rozdělena do oblastí – každá oblast je ohraničena minimálními a maximálními otáčkami při jmenovitém výkonu řetězu pro každou rozteč. Správná rozteč je ta, jejíž oblast obsahuje konstrukční bod (průsečík výkonu × otáček).
Dvě pravidla výběru, která samotný graf nesděluje: zaprvé, když se konstrukční bod nachází blízko hranice mezi dvěma zónami rozteče, vždy zvolte menší rozteč a ověřte, zda je dvoupramenné mazání v menší rozteči vhodnější než jednopramenné mazání ve větší. Zadruhé, při nízkých otáčkách (pod přibližně 100 ot./min. na malém řetězovém kole) se výkonové údaje v grafu stávají konzervativními, protože tvorba mazacího filmu se stává marginální – při velmi nízkých otáčkách je správným přístupem bez ohledu na hranici grafu výběr další větší velikosti z výsledku grafu a specifikace nepřetržitého mazání.
| Rozteč řetězu | Praktický rozsah otáček (ot./min.) | Jmenovitý výkon při 500 ot./min (kW, 17T) | Jmenovitý výkon při 1450 ot./min (kW, 17T) | Maximální doporučená rychlost (ot./min., 17T) |
|---|---|---|---|---|
| #35 (9,525 mm) | 400–3 000+ | 0.37 | 0.82 | 4,800 |
| #40 (12,70 mm) | 200–2 500 | 1.20 | 2.90 | 3,200 |
| #50 (15,875 mm) | 150–2 000 | 2.30 | 5.20 | 2,500 |
| #60 (19,05 mm) | 100–1 800 | 4.20 | 9.10 | 2,000 |
| #80 (25,40 mm) | 60–1 200 | 9.50 | 19.5 | 1,400 |
| #100 (31,75 mm) | 40–900 | 18.0 | 35.5 | 1,100 |
| #120 (38,10 mm) | 30–700 | 30.0 | 57.0 | 800 |
Všechny jmenovité výkony v této tabulce platí pro jednopramenný řetěz na 17 zubech s kapkovým mazáním typu 2. Skutečný jmenovitý výkon se zvyšuje s počtem zubů (17T → 21T přidává přibližně 181 TP3T kapacity) a klesá s nedostatečným mazáním (ruční mazání při jmenovitých otáčkách snižuje efektivní kapacitu o 30–401 TP3T oproti hodnotě typu 2). Tabulka je výchozím bodem pro výběr řetězu, nikoli koncovým bodem – vždy porovnejte s tabulkou výběru zveřejněnou výrobcem pro konkrétní třídu řetězu, která je zvažována.
Krok 3 – Vyberte počet zubů ozubeného kola a potvrďte převodový poměr
Jakmile je potvrzena rozteč řetězu, zvolí se počet zubů řetězového kola tak, aby se dosáhlo požadovaného převodového poměru. Vzorec pro převodový poměr je u řetězových pohonů přesný kvůli pozitivnímu záběru:
Tři pravidla pro počet zubů, která ovlivňují kvalitu pohonu i mimo převodový poměr:
Norma ANSI B29.1 specifikuje 17 zubů jako praktické minimum pro plynulý a tichý provoz. Pod 17 zuby přesahuje kolísání rychlosti v důsledku polygonového efektu ±1,71 TP3T, což vede k slyšitelnému hluku a měřitelnému zvlnění otáček hřídele. Pod 13 zuby klesá úhel opásání malého ozubeného kola pod 120°, což snižuje počet zubů v záběru a vyžaduje snížení publikovaného výkonu. Na unašeči použijte minimálně 17T; pro přesné indexovací a servopohony 21T nebo více.
Použití lichého počtu zubů na jednom ozubeném kole a sudého počtu na druhém zajišťuje, že se každá kladka dotýká každého zubu na svém ozubeném kole, spíše než aby se opakovaně dotýkala stejného zubu. Tím se opotřebení rozloží po celém obvodu ozubeného kola, spíše než aby se koncentrovalo na zlomek zubů, které by se opakovaně dotýkaly stejných kladek. Tento efekt je nejvýraznější, když je délka řetězu celý násobek rozteče – zamezení tomuto vztahu „lovících zubů“ použitím počtu zubů se společným faktorem 1 vede k měřitelně rovnoměrnějšímu rozložení opotřebení.
Norma ANSI B29.1 doporučuje maximální jednostupňový převodový poměr 7:1. Nad tímto poměrem úhel opásání malého řetězového kola klesá natolik, že napnutí řetězu nelze spolehlivě udržovat bez napínače. V praxi se poměry nad 5:1 v jednom stupni obvykle lépe řeší dvoustupňovým řetězovým pohonem nebo kombinovaným uspořádáním řetězu a převodovky – velké poháněné řetězové kolo potřebné pro poměr 7:1 při běžných otáčkách hřídele se stává fyzicky nepraktickým při středních a velkých roztečích řetězu.
Krok 4 – Vzdálenost mezi středy, délka řetězu a nastavení prověšení
Doporučená rozteč mezi středy pro standardní horizontální řetězové pohony je 30–50násobek rozteče řetězu. Pro řetěz ANSI #60 s roztečí 19,05 mm to dává doporučený rozsah 571–952 mm. Rozteč kratší než 30 závitů snižuje úhel opásání malého řetězového kola; rozteč větší než 50 závitů vytváří na vůli dlouhý volný rozsah, který v určitých rozsazích otáček vytváří rezonanční vibrace. Oba extrémy vyžadují další opatření – napínač v krátkých roztečích, vodítko ve středovém rozteči nebo tlumič vibrací v dlouhých roztečích.
Délka řetězu v roztečích (článkech) se vypočítá z:
Výsledek zaokrouhlete na nejbližší sudé číslo, abyste získali standardní plný spojovací článek (poloviční články nebo odsazené články jsou slabší a je třeba se jim vyhnout ve všech aplikacích kromě lehkých). Osová vzdálenost se poté mírně upraví tak, aby se přizpůsobila celočlánkovému řetězu – při zaokrouhlení dolů osovou vzdálenost zmenšete, při zaokrouhlení nahoru ji zvětšete.
Průvěs na vůli u horizontálního pohonu by měl být nastaven přibližně na 2% osové vzdálenosti. Pro pohon s osovou vzdáleností 600 mm je správný průvěs – měřený ve středu spodní větve řetězu s klidovým pohonem – přibližně 12 mm. Příliš napnutý řetěz zvyšuje zatížení ložiska a více se zahřívá; nedostatečné napnutí umožňuje třepotání volné strany a zvyšuje rychlost nárazu válečků na hnací řetězové kolo. U pohonů se svislými nebo šikmými větvemi řetězu se požadavek na průvěs snižuje na 0–1% osové vzdálenosti, protože gravitace pomáhá napínání řetězu na spodní části řetězu.
Krok 5 – Výběr mazacího systému odpovídajícího jmenovitému výkonu
Tabulky jmenovitého výkonu ANSI jsou publikovány pro konkrétní typy mazání. Použití metody mazání nižší kvality, než je jmenovitý typ mazání, snižuje efektivní výkonovou kapacitu oproti tabulkové hodnotě. Toto je nejčastěji ignorovaný aspekt výběru řetězového pohonu, protože rozhodnutí o mazání se často provádí nezávisle na dimenzování řetězu – údržbářským inženýrstvím po dokončení mechanického návrhu.
Systémy hnacích řetězů instalované v kontrolovaném průmyslovém prostředí – výběr mazacího systému je stejně důležitý jako výběr velikosti řetězu.
| Typ mazání | Metoda | Použitelné otáčky (ot./min, malé ozubené kolo) | Výkon vs. jmenovitý výkon |
|---|---|---|---|
| Typ 1 – Manuální | Pravidelně kartáčujte nebo mačkejte láhev do volné strany | Pod 200 ot./min. | 60–70% jmenovitého |
| Typ 2 – Kapání | Dávkovaný olej kape z nádržky do řetězu uvnitř | 200–1 000 ot./min | 100% jmenovitého výkonu (na základě grafu) |
| Typ 3 – Koupel / Slinger | Řetěz se prohýbá v olejové vaně nebo kotouči, což vede k usazování oleje na řetěz | Až 2 000 ot./min | 130–150% jmenovitého |
| Typ 4 – Nucený proud | Olejové čerpadlo zajišťuje nepřetržitý proud; filtr + chladič | Všechny rychlosti včetně 2 000+ ot./min. | 150–175% jmenovitého |
Důsledky této tabulky jsou významné pro návrh pohonu. Řetěz vybraný na hranici své jmenovité kapacity s kapkovým mazáním typu 2 a poté instalovaný pouze s ručním mazáním efektivně běží při 140–1671 TP3T své kapacity – což je stav, který způsobí únavové selhání před uplynutím konstrukční životnosti bez ohledu na kvalitu řetězu. Naopak, přechod z kapkového mazání na mazání olejovou lázní u stávajícího pohonu může efektivně zvýšit výkonovou kapacitu o 30–501 TP3T, což někdy zcela odloží projekt zvětšení řetězu.
Šest chyb při výběru hnacího řetězu, které jsou příčinou většiny předčasných poruch
Výkon motoru uvedený na štítku motoru je maximální trvalý výkon, nikoli průměrný provozní výkon. Motor o výkonu 7,5 kW pohánějící napůl zatížený dopravník s efektivním zatížením 3,8 kW by měl pro výběr použít efektivní zatížení, nikoli typový štítek – tato chyba může nadhodnotit řetězec o 50–100%, což sice sice plýtvá náklady, ale je to neškodné. Nebezpečným směrem je použití servisního faktoru na typový štítek, když pohon během spouštění nebo přechodových stavů pravidelně překračuje hodnotu na typovém štítku.
Přímý start motoru (DOL) vytváří 5–7násobek jmenovitého točivého momentu po dobu 0,5–2 sekund. U řetězového pohonu přímo spojeného s motorem (bez řemenu nebo kapalinové spojky pro absorpci spouštěcí špičky) se tento špičkový točivý moment přenáší výhradně přes řetěz. Při 6násobku jmenovitého točivého momentu se řetěz správně dimenzovaný pro ustálený stav s bezpečnostním faktorem 7:1 nachází v okamžiku s bezpečnostním faktorem 1,2:1 – pod prahem jednorázového selhání pro akumulaci únavového poškození.
Výběr řetězu a výběr mazání musí být provedeny současně. Řetěz vybraný na horní hranici svého jmenovitého výkonu kapkového mazání typu 2 a poté instalovaný bez kapkového mazání – spoléhající se na měsíční ruční mazání – pracuje s výkonem 40–501 TP3T nad svou skutečnou kapacitu za podmínek instalovaného mazání.
Použití 13 nebo 15 zubů pro úsporu místa zavádí výše popsaný polygonový efekt zvlnění rychlosti. Jedná se o konstrukční kompromis, nikoli o technickou optimalizaci. Pokud prostor skutečně nestačí k umístění 17zubého řetězového kola v požadované osové vzdálenosti, správnou reakcí je změna rozteče řetězu, nikoli minimálního počtu zubů.
Odsazený článek (poloviční článek) snižuje lokální únavovou trvanlivost v daném spoji o 20–351 TP3T ve srovnání s lisovaným spojovacím článkem. U standardních lehkých aplikací je to přijatelné. U těžkých nebo silně rázově namáhaných pohonů je správným přístupem upravit osovou vzdálenost tak, aby se do ní vešel sudý počet článků, a použít lisovaný spojovací článek nýtového typu.
Řetězové kolo, které se otáčelo proti prodlouženému řetězu, mělo upravenou geometrii zubů tak, aby odpovídala prodloužené rozteči. Instalace nového řetězu na upravenou geometrii zubů vede k urychlenému předčasnému prodloužení – nový řetěz dosáhne prahové hodnoty pro výměnu za zlomek běžné životnosti. Vyměňte řetěz i řetězová kola při dosažení prahové hodnoty prodloužení.
Aplikace, kde má správný výběr hnacího řetězu největší důsledek
Servopohonem řízené indexovací systémy. Servomotory pracující v aplikacích přesného polohování tolerují velmi malé kolísání rychlosti v řetězovém pohonu. Polygonový efekt z nízkého počtu zubů se projevuje jako sinusová chyba polohy na hnané hřídeli – 17zubý unašeč vytváří kolísání rychlosti ±1,71 TP3T, což odpovídá chybě polohy přibližně ±0,3 mm při poloměru roztečné kružnice 100 mm. Pro vysoce přesné indexování poskytuje minimálně 21 zubů na unašeči s pevnou osovou vzdáleností (bez nastavitelné vůle napínače) a mazáním v olejové lázni nejlepší kombinaci přesnosti polohování a životnosti. Prohlédněte si naši nabídku ozubená kola s hotovým otvorem pro přesné pohony pro kompatibilní konfigurace.
Pohony zemědělské techniky. Pohony vkládacího komína, mlátičky a dopravníku sklízecí mlátičky pracují s velmi proměnlivým zatížením v abrazivním prostředí. Principem výběru je dimenzovat hnací řetěz pro nejhorší možný scénář zatížení – nikoli průměr – a specifikovat řetěz s těsněním O-kroužkem pro kritické pohony, kde je omezený přístup k mazivu. Utěsněný řetěz ANSI #80 nebo #100 ve vkládacím komíně sklízecí mlátičky vydrží v korejských polních podmínkách 4–6krát déle než otevřený řetěz srovnatelné jmenovité hodnoty. Utěsněný varianty válečkových řetězů pro zemědělské aplikace jsou skladem v roztečích od #60 do #120.
Nepřetržité pohony v zpracovatelském průmyslu. Papírny, cementárny a ocelářské servisní střediska často provozují řetězové pohony nepřetržitě po celé týdny mezi plánovanými intervaly údržby. Pro tyto aplikace by měl být výběr založen na minimální životnosti 10 000 hodin, což vyžaduje výběr řetězu s provozním zatížením ne větším než 8–10% minimální nosnosti při mazání s kontinuálním oběhem oleje. Toto se jeví jako velmi konzervativní – a je to záměrně – protože neplánované prostoje v průmyslových odvětvích s kontinuálním zpracováním obvykle stojí 10–30násobek ceny samotného řetězu na jeden incident.
Často kladené otázky
Nechte si od našich techniků ověřit váš výběr hnacího řetězu
Zašlete nám data o vaší aplikaci – výkon motoru, otáčky, typ zatížení, přístup k mazivu a prostředí – a my vám před zasláním jakýchkoli dílů potvrdíme rozteč řetězu, servisní faktor, počet zubů řetězových kol a specifikaci mazání. Nezávazné posouzení specifikace do jednoho pracovního dne.
Střihač: Cxm
