Инженер-технолог на корейском промышленном хлебопекарном предприятии потребовал заменить вышедшую из строя деталь. приводная цепь Она взяла паспортные данные двигателя — 7,5 кВт при 1450 об/мин — применила коэффициент запаса прочности ANSI 1,3 для умеренных ударных нагрузок, нашла подходящую цепь в таблице выбора и заказала её. Замена вышла из строя в том же месте после 1100 часов работы, что почти точно совпало со сроком службы оригинальной цепи. Выбор цепи был технически правильным для стандартного применения в условиях умеренных ударных нагрузок. Однако он не учитывал тот факт, что тестомесиль запускается под полной нагрузкой три раза за смену — с холодным, плотным тестом — и каждый запуск достигает пика примерно в 4 раза большего крутящего момента в течение первых 2–3 секунд. Система коэффициентов запаса прочности ANSI применяется к установившимся и умеренным циклическим нагрузкам; она не учитывает инерционные пусковые нагрузки. Проектирование привода с учетом пускового крутящего момента, а не рабочего крутящего момента, потребовало бы цепи на два размера больше или гидравлической муфты перед цепью для ограничения пика пускового момента. Ни один из этих вариантов не рассматривался, поскольку условия запуска не были включены в расчет выбора.
Выбор правильного приводная цепь Это требует последовательного решения четырех различных инженерных вопросов, и необходимо, чтобы на каждый вопрос был дан ответ, соответствующий фактическим условиям эксплуатации, а не паспортным параметрам. В данном руководстве описан метод выполнения каждого шага.
Шаг 1 — Определите скорректированную расчетную мощность
Метод выбора по стандарту ANSI B29.1 начинается со скорректированной расчетной мощности, которая представляет собой номинальную мощность двигателя, умноженную на коэффициент эксплуатации, учитывающий характеристики нагрузки приводимой в движение машины. Опубликованные коэффициенты эксплуатации по стандарту ANSI следующие:
| Тип нагрузки | Загрузить символ | Коэффициент обслуживания ANSI | Типичные примеры оборудования |
|---|---|---|---|
| Гладкий | Стабильный крутящий момент, без пульсаций | 1.0 | Центробежные насосы, вентиляторы, мешалки для жидкостей |
| Умеренный шок | Циклический или пульсирующий, с периодическими пиками. | 1.3–1.5 | Ленточные конвейеры, тестомесильные машины, станки |
| Сильный шок | Резкие, прерывистые пики, развороты | 1.7–2.0 | Дробилки для камня, прессы, компрессоры (поршневые) |
Помимо стандартного коэффициента обслуживания, в отдельных случаях применяются два дополнительных множителя: а) многонитевой фактор (при использовании двух- или трехжильного кабеля номинальная мощность умножается на 1,7 или 2,5 соответственно, а не просто удваивается или утраивается, поскольку нагрузка распределяется не идеально равномерно); и коэффициент промежуточной звездочки (Плоский ролик на ослабленной стороне снижает номинальную мощность примерно на 10–151 ТТ3Т из-за дополнительного цикла усталости при изгибе).
Шаг 2 — Выберите шаг цепи из таблицы номинальной мощности.
Взаимосвязь между передаточным отношением, скоростью вращения вала и крутящим моментом — основополагающий фактор для правильного выбора шага цепи.
Таблицы номинальных значений мощности ANSI B29.1 сопоставляют любую комбинацию скорректированной расчетной мощности (кВт) и частоты вращения малой звездочки (об/мин) с рекомендуемым шагом цепи. Таблица разделена на области — каждая область ограничена минимальным и максимальным значением частоты вращения при номинальной мощности цепи для каждого шага. Правильным шагом считается тот, область которого содержит расчетную точку (пересечение мощности и частоты вращения).
Два правила выбора, которые не отображаются на диаграмме: во-первых, если расчетная точка находится вблизи границы между двумя зонами шага, всегда выбирайте меньший шаг и убедитесь, что двухжильная смазка с меньшим шагом предпочтительнее одножильной смазки с большим шагом. Во-вторых, на низких скоростях (ниже примерно 100 об/мин на малой звездочке) значения мощности, указанные на диаграмме, становятся заниженными, поскольку образование смазочной пленки становится незначительным — на очень низких скоростях правильным подходом является выбор следующего размера из результата, указанного на диаграмме, и указание непрерывной смазки, независимо от границы диаграммы.
| Цепной шаг | Практический диапазон скоростей (об/мин) | Номинальная мощность при 500 об/мин (кВт, 17T) | Номинальная мощность при 1450 об/мин (кВт, 17T) | Рекомендуемая максимальная скорость (об/мин, 17T) |
|---|---|---|---|---|
| #35 (9,525 мм) | 400–3000+ | 0.37 | 0.82 | 4,800 |
| #40 (12,70 мм) | 200–2500 | 1.20 | 2.90 | 3,200 |
| #50 (15,875 мм) | 150–2000 | 2.30 | 5.20 | 2,500 |
| #60 (19,05 мм) | 100–1800 | 4.20 | 9.10 | 2,000 |
| #80 (25,40 мм) | 60–1200 | 9.50 | 19.5 | 1,400 |
| #100 (31,75 мм) | 40–900 | 18.0 | 35.5 | 1,100 |
| #120 (38,10 мм) | 30–700 | 30.0 | 57.0 | 800 |
Все указанные в таблице показатели мощности относятся к однорядной цепи с 17 зубьями и капельной смазкой типа 2. Фактическая номинальная мощность увеличивается с увеличением количества зубьев (17T → 21T добавляет примерно 18% грузоподъемности) и уменьшается при недостаточной смазке (ручная смазка на номинальной скорости снижает эффективную грузоподъемность на 30–40% по сравнению со значением для типа 2). Таблица является отправной точкой для выбора цепи, а не конечной — всегда сверяйте данные с опубликованной производителем таблицей выбора для конкретного рассматриваемого класса цепи.
Шаг 3 — Выберите количество зубьев на звездочке и подтвердите передаточное число.
После подтверждения шага цепи количество зубьев на звездочке выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемое передаточное число. Формула передаточного числа является точной для цепных передач благодаря надежному зацеплению:
Три правила подсчета зубьев, влияющие на качество привода помимо передаточного отношения:
Стандарт ANSI B29.1 определяет 17 зубьев как практический минимум для плавной и бесшумной работы. При количестве зубьев меньше 17, изменение скорости, вызванное эффектом многоугольника, превышает ±1,7%, что приводит к слышимому шуму и измеримым пульсациям скорости вращения вала. При количестве зубьев меньше 13, угол обхвата малой звездочки падает ниже 120°, уменьшая количество зубьев в зацеплении и требуя снижения заявленной мощности. Используйте минимум 17 зубьев на приводе; 21 зуб или более для прецизионных индексирующих и сервоприводных систем.
Использование нечетного количества зубьев на одной звездочке и четного на другой гарантирует, что каждый ролик будет контактировать со всеми зубьями своей звездочки, а не многократно соприкасаться с одним и тем же зубом. Это распределяет износ по всей окружности звездочки, а не концентрирует его на той части зубьев, которая многократно соприкасалась бы с одними и теми же роликами. Эффект наиболее выражен, когда длина цепи является целым кратным шагу — избегание такого «перескакивающего зуба» за счет использования количества зубьев с общим множителем 1 обеспечивает заметно более равномерное распределение износа.
Стандарт ANSI B29.1 рекомендует максимальное передаточное отношение одноступенчатой передачи 7:1. При передаточном отношении больше этого значения угол обхвата малой звездочки падает до такой степени, что надежное натяжение цепи невозможно поддерживать без натяжителя. На практике передаточные отношения выше 5:1 в одноступенчатой передаче обычно лучше обеспечиваются двухступенчатой цепной передачей или комбинированной цепно-редукторной системой — большая ведомая звездочка, необходимая для передаточного отношения 7:1 при обычных скоростях вращения вала, становится физически нецелесообразной при средних и больших шагах цепи.
Шаг 4 — Межосевое расстояние, длина цепи и регулировка провисания
Рекомендуемое межосевое расстояние для стандартных горизонтальных цепных передач составляет 30–50 раз больше шага цепи. Для цепи ANSI #60 с шагом 19,05 мм это дает рекомендуемый диапазон 571–952 мм. Расстояние меньше 30 шагов уменьшает угол обхвата малой звездочки; расстояние больше 50 шагов создает большой свободный пролет на провисшей стороне, что приводит к возникновению резонансной вибрации в определенных диапазонах оборотов. Оба крайних случая требуют дополнительных мер — натяжителя на коротких межосевых расстояниях, направляющей межосевого расстояния или демпфера вибрации на длинных пролетах.
Длина цепи в звеньях (шагах) рассчитывается по формуле:
Округлите результат до ближайшего четного числа, чтобы учесть стандартное полное соединительное звено (половинные или смещенные звенья слабее и их следует избегать во всех случаях, кроме легких нагрузок). Затем межосевое расстояние слегка корректируется для размещения цепи из целых звеньев — уменьшите межосевое расстояние при округлении в меньшую сторону, увеличьте при округлении в большую сторону.
Провисание на слабине цепи для горизонтального привода следует устанавливать примерно на 21 TP3T от межосевого расстояния. Для привода с межосевым расстоянием 600 мм правильное провисание — измеренное в центре нижнего участка цепи при неподвижном приводе — составляет около 12 мм. Слишком сильное натяжение цепи увеличивает нагрузку на подшипники и приводит к перегреву; недостаточное натяжение позволяет слабине цепи болтаться и увеличивает скорость удара при зацеплении роликов с ведущей звездочкой. В приводах с вертикальными или наклонными участками цепи требование к провисанию снижается до 0–11 TP3T от межосевого расстояния, поскольку сила тяжести способствует натяжению цепи на нижнем участке.
Шаг 5 — Выбор системы смазки, соответствующей номинальной мощности.
Таблицы номинальных мощностей ANSI публикуются для конкретных типов смазки. Использование смазки более низкого качества, чем номинальный тип смазки, снижает эффективную мощность по сравнению с табличным значением. Это наиболее часто игнорируемый аспект при выборе цепной передачи, поскольку решение о смазке часто принимается независимо от размера цепи — инженерами по техническому обслуживанию, после завершения проектирования механизма.
При установке цепных приводов в контролируемых промышленных условиях выбор системы смазки так же важен, как и выбор размера цепи.
| Тип смазки | Метод | Применимая скорость (об/мин, малая звездочка) | Мощность против номинальной мощности |
|---|---|---|---|
| Тип 1 — Ручной | Периодически протирайте щеткой или используйте тюбик с дозатором, чтобы очистить свободную сторону. | Ниже 200 об/мин | 60–70% номинального значения |
| Тип 2 — Капельный | Дозированная масляная жидкость капает из резервуара в цепь внутри. | 200–1000 об/мин | 100% номинальных характеристик (на основе таблицы) |
| Тип 3 — Ванна / Слингер | Попадание цепи в масляный поддон или диск приводит к разбрызгиванию масла на цепь. | До 2000 об/мин | 130–150% номинального значения |
| Тип 4 — Принудительный поток | Масляный насос обеспечивает непрерывный поток; фильтр + охладитель. | Все скорости, включая 2000+ об/мин. | 150–175% номинального значения |
Значения этой таблицы имеют важное значение для проектирования привода. Цепь, выбранная на границе своей номинальной грузоподъемности при капельной смазке типа 2 и установленная только с ручной смазкой, фактически работает с нагрузкой 140–1671 тонн от своей грузоподъемности — состояние, которое приведет к усталостному разрушению до истечения расчетного срока службы независимо от качества цепи. И наоборот, переход от капельной смазки к масляной ванне на существующем приводе может эффективно увеличить мощность на 30–501 тонну, иногда полностью откладывая проект по увеличению размера цепи.
Шесть ошибок при выборе приводной цепи, которые приводят к большинству преждевременных поломок.
Номинальная мощность двигателя, указанная на паспортной табличке, — это максимальная номинальная мощность в непрерывном режиме, а не средняя рабочая мощность. Для двигателя мощностью 7,5 кВт, приводящего в движение наполовину загруженный конвейер при эффективной нагрузке 3,8 кВт, следует использовать эффективную нагрузку для выбора режима работы, а не номинальную — эта ошибка может привести к завышению параметров цепи на 50–100%, что влечет за собой дополнительные затраты, но является безопасным. Опасным направлением является применение коэффициента запаса прочности к номинальной мощности, указанной на паспортной табличке, когда мощность привода регулярно превышает номинальную во время запуска или переходных процессов.
При прямом пуске двигателя (DOL) крутящий момент в 5–7 раз превышает номинальный в течение 0,5–2 секунд. При цепном приводе, напрямую соединенном с двигателем (без ремня или гидравлической муфты для поглощения пикового момента при запуске), этот пиковый крутящий момент передается исключительно через цепь. При 6-кратном превышении номинального крутящего момента цепь, правильно подобранная для установившегося режима с коэффициентом запаса прочности 7:1, на мгновение достигает коэффициента запаса прочности 1,2:1 — ниже порога отказа при однократном возникновении усталостного повреждения.
Выбор цепи и выбор смазки должны производиться одновременно. Цепь, выбранная на верхнем пределе своего номинального давления капельной смазки типа 2 и установленная без капельного маслонасоса — с ежемесячной ручной смазкой — будет работать с нагрузкой на 40–501 тонну больше своей фактической грузоподъемности при установленных условиях смазки.
Использование 13 или 15 зубьев для экономии места приводит к возникновению эффекта многоугольника и пульсаций скорости, описанных выше. Это компромисс в конструкции, а не инженерная оптимизация. Если пространство действительно не позволяет разместить 17-зубчатую звездочку на требуемом межосевом расстоянии, правильным решением будет изменить шаг цепи, а не минимальное количество зубьев.
Смещенное звено (половинное звено) снижает локальный ресурс усталости в этом соединении на 20–351 Тл по сравнению с соединительным звеном, установленным методом запрессовки. В стандартных легких условиях эксплуатации это приемлемо. В тяжелых или подверженных сильным ударам приводах правильным подходом является регулировка межосевого расстояния для размещения четного числа звеньев и использование соединительного звена запрессованного типа.
У звездочки, работавшей с удлиненной цепью, геометрия зубьев изменена в соответствии с увеличенным шагом. Установка новой цепи на цепь с измененной геометрией зубьев приводит к ускоренному раннему удлинению — новая цепь достигает порога замены за долю нормального срока службы. Замените как цепь, так и звездочки при достижении порога удлинения.
Области применения, где правильный выбор приводной цепи имеет первостепенное значение.
Системы индексирования с сервоприводом. Сервомоторы, работающие в системах точного позиционирования, допускают очень небольшие колебания скорости в цепном приводе. Эффект многоугольника, возникающий из-за малого количества зубьев, проявляется в виде синусоидальной ошибки позиционирования на ведомом валу — ведущая цепь с 17 зубьями создает колебания скорости ±1,7%, что соответствует ошибке позиционирования приблизительно ±0,3 мм при радиусе делительной окружности 100 мм. Для высокоточной индексации наилучшее сочетание точности позиционирования и срока службы обеспечивается минимальным количеством зубьев 21 на ведущей цепи, фиксированным межосевым расстоянием (без регулируемого натяжителя) и смазкой в масляной ванне. См. наш ассортимент звездочки с обработанным отверстием для прецизионных приводов для совместимых конфигураций.
Приводы сельскохозяйственной техники. Приводы подающего механизма комбайна, молотилки и элеватора работают под сильно изменяющимися нагрузками в абразивных средах. Принцип выбора здесь заключается в том, чтобы рассчитать приводную цепь для наихудшего сценария нагрузки, а не для среднего, и указать цепь с уплотнительными кольцами для критически важных приводов, где доступ к смазке ограничен. Герметичная цепь ANSI #80 или #100 в подающем механизме комбайна прослужит в 4–6 раз дольше, чем открытая цепь аналогичной мощности в условиях корейского поля. Варианты роликовых цепей для сельскохозяйственного применения Имеются в наличии разъемы с шагом резьбы от #60 до #120.
Индустрия непрерывных технологических процессов является движущей силой развития отрасли. На бумажных фабриках, цементных заводах и сталелитейных сервисных центрах цепные приводы часто работают непрерывно в течение нескольких недель между плановыми плановыми техническими обслуживаниями. Для таких применений выбор цепи должен основываться на минимальном сроке службы в 10 000 часов, что требует выбора цепи с рабочей нагрузкой не более 8–101 тонн от минимальной разрывной нагрузки при непрерывной циркуляции масла в системе смазки. Это кажется очень консервативным подходом — и так оно и есть, намеренно, — поскольку незапланированные простои в отраслях с непрерывным технологическим процессом обычно обходятся в 10–30 раз дороже, чем стоимость самой цепи за один инцидент.
Часто задаваемые вопросы
Наши инженеры проверят правильность выбора приводной цепи.
Отправьте нам данные о вашем приложении — мощность двигателя, скорость, тип нагрузки, доступ к смазке и условия окружающей среды — и мы подтвердим шаг цепи, коэффициент запаса прочности, количество зубьев на звездочке и спецификацию смазки, прежде чем вы выберете какие-либо детали. Бесплатный анализ спецификаций в течение одного рабочего дня.
Редактор: Cxm
