Шта је систем ланца и ланчаника и како функционише?

Ланчани и ланчани погон преноси снагу са већом ефикасношћу и већом толеранцијом на ударце од већине алтернатива — али само када је систем правилно димензионисан. Већина кварова погона не настаје због компоненти ниског квалитета, већ због неусклађености између захтева погона и изабране спецификације.

Сазнајте доступност залиха за вашу спецификацију погона

Тајвански произвођач машине за паковање прешао је са каишног погона на систем ваљкастих ланаца и ланчаника на њиховој новој линији за заптивање кутија 2023. године. Одлука је била вођена једним захтевом: погон је морао да одржи тачно време при варијацији оптерећења од 4:1 између празних и пуних кутија. Каишни погон који су тестирали показао је варијацију брзине од 1,5–2% под оптерећењем — прихватљиво за многе примене, али не и за станицу за наношење лепка где тачност времена директно утиче на квалитет заптивања. Ланчани погон, када је једном правилно димензионисан, радио је константном брзином без обзира на варијацију оптерећења. То није маркетиншка тврдња — то је последица начина на који погон са позитивним захватом функционише.

Разумевање шта је систем ланца и ланчаника заправо — механички, не само описно — прави разлику између правилног избора из првог пута и трошења три месеца на решавање проблема са диском који никада није био прави за ту апликацију.

Шта заправо ради систем ланца и ланчаника

Компоненте ваљкастог ланца и дефиниција корака

Погон са ланцем и ланчаником је механички систем преноса снаге са позитивним захватом. „Позитиван захват“ значи да се зуби ланца физички међусобно спајају са зубима ланчаника — нема клизања, нема кретање и нема промене брзине узроковане флуктуацијом оптерећења. Ово га разликује од погона заснованих на трењу као што су клинасти каишеви и равни каишеви, где повећање оптерећења узрокује кретање каиша по површини ременице, што производи пропорционално смањење брзине на погоњеном вратилу.

Систем се састоји од најмање једног погонског ланчаника (монтираног на улазном вратилу снаге), погоњеног ланчаника (монтираног на излазном вратилу) и ваљкасти ланац повезујући их. Погонски ланчаник претвара ротациони обртни момент у линеарну вучну силу на затегнутој страни ланца. Ланац преноси ту линеарну силу на погоњени ланчаник, где се она претвара назад у ротациони обртни момент на излазном вратилу. Однос између два вратила - њихов однос брзине и однос обртног момента - у потпуности је одређен односом броја зубаца ланчаника.

Формула за преносни однос је једноставна и вреди је разумети управо зато што она управља сваком дизајнерском одлуком у ланчаном погону:

i = N2 / N1 = n1 / n2 = T2 / T1

Где је: i = преносни однос | N1, N2 = број зубаца на загонским и гоњеним ланчаницима | n1, n2 = брзине вратила (о/мин) | T1, T2 = обртни моменти вратила (Nm)

Ако погонски ланчаник има 19 зубаца, а гоњени ланчаник 57 зубаца, преносни однос је 3:1. Излазно вратило се окреће једном трећином брзине улазног вратила, а излазни обртни момент (пре губитака у преносу) је три пута већи од улазног обртног момента. Овај однос се тачно држи, при свим оптерећењима, без проклизавања — што је оно што ланац и ланчаник чини правим избором за сваку примену где је потребан прецизан однос брзина или синхронизација.

Тип погона Типична ефикасност Клизање под теретом Носивост од удара Флексибилност централне удаљености Потребно подмазивање
Погон са ваљкастим ланцем 97–98,5% Нула (позитивно ангажовање) Одлично Високо — подесиво Да — од периодичног до континуираног
Погон клинастим каишем 93–96% 1–3% при номиналном оптерећењу Умерено (каиш апсорбује део удара) Умерено — фиксирано Не
Синхрони каиш 97–98% Нула (зупчани захват) Лоше (каиш може да прескочи или се поквари) Ниско — фиксно Не
Зупчани погон 96–99% Нула Добро Веома ниско — фиксно међуосно растојање Да — континуирано

Како ланац улази у захват са ланчаником — механика детаљно

ланчаник и ланац 2

Процес захватања је мање једноставан него што изгледа. Како се ланац приближава погонском ланчанику, сваки долазећи ваљак не клизи глатко у корен зубаца — стиже под углом и пада у кривину налегања са малом брзином удара. Овај удар је оно што генерише карактеристичну буку ланчаног погона и одговоран је за део заморног оптерећења ваљка и зуба ланчаника.

Облик зубаца ANSI B29.1 је дизајниран да минимизира овај удар тако што омогућава ваљку да оствари почетни контакт са површином зуба мало изнад кривине налегања, а затим се котрља у корен како се угао обмотавања ланца повећава. Ова геометрија котрљања у налегање распоређује оптерећење захватања на првих 15–20 степени ротације ланчаника, смањујући вршну силу удара у поређењу са ланцем који једноставно пада директно у корен.

Ефекат полигона је најважнија динамичка карактеристика коју купци и спецификатори стално погрешно схватају. Пошто је ланац направљен од крутих карика дискретне дужине корака, чврста страна ланца се не креће праволинијски - она ​​се креће у низу малих тетива док свака карика сукцесивно захвата ланчаник. Ово производи синусоидну варијацију брзине у погоњеном вратилу чак и када се погонска осовина окреће савршено константном брзином. Амплитуда ове варијације брзине зависи од броја зубаца ланчаника:

Зупци ланчаника возача Максимална варијација брзине (%) Практични ефекат
9 зуба ±6,1% Чујно брбљање, значајне вибрације у погоњеној машини
11 зуба ±4,1% Приметне вибрације, смањен век трајања лежаја на погонском вратилу
17 зуба ±1,7% Минимално — ANSI препоручени минимум за несметан рад
21 зуб ±1,1% Ефикасно глатко за већину индустријских примена
25 зуба ±0,79% Занемарљиво — погодно за прецизне индексне и мерне погоне
Реалност ефикасности која изненађује већину инжењера: Ланчани погони су енергетски ефикаснији од погона са клинастим каишевима при еквивалентним оптерећењима. ANSI ваљкасти ланац који ради уз правилно подмазивање постиже механичку ефикасност од 97–98,5% — константно боље од 93–96% типичних за клинасте каишеве при истој снази. Разлика у ефикасности се повећава при већим оптерећењима: клинасти каиш који ради са 80% свог номиналног оптерећења губи приближно 4–5% због губитака услед клизања и савијања, док правилно подмазан ваљкасти ланац губи само 1,5–2% због трења лежајева и захватања ваљака. Током годину дана непрекидног рада у две смене, ова разлика у ефикасности се претвара у мерљиво смањење потрошње енергије мотора — понекад довољно да оправда надоградњу ланчаног погона само због трошкова енергије.

Опције конфигурације ланчаног погона: једножилни, вишежилни и двоструки корак

Када једноланчани погонски ланац достигне горњу границу своје објављене снаге за дату брзину, две опције су повећање корака ланца (прелазак на следећу већу ANSI величину) или додавање другог ланца (дуплекс ланац). Ово нису еквивалентни избори — имају различите ефекте на погонски систем.

Повећање корака повећава минималну ломљиву снагу и оцену замора ланца, али такође повећава ефекат полигона за дати број зубаца и захтева замену ланчаника. Прелазак са ланца #60 на #80 на погонском ланчанику са 19 зубаца повећава варијацију брзине са 1,74% на 1,74% (непромењено, јер број зубаца покреће ово, а не корак) — али ланац са већим кораком захтева веће ланчанике да би се одржао исти однос брзина, што повећава спољашњи пречник погонског система и може створити проблеме са зазором.

Додавање другог ланчаника (симплекс на дуплекс) удвостручује номинално радно оптерећење без промене корака или спољашњег пречника ланчаника. Ланчаници се морају заменити дуплекс верзијама (исти круг корака, двострука ширина зубаца), али центри вратила остају исти и оквир инсталације се не мења. За погоне где повећање пречника ланчаника није изводљиво — ограничено геометријом оквира или заштитним размацима — надоградња дуплексом је обично боља опција.

Ланац са двоструким кораком је другачији концепт од дуплекс ланца и често се меша са њим. Ланац са двоструким кораком има исти пречник ваљка и унутрашњу ширину карика као и његов еквивалентни ланац са стандардним кораком — размак између карика је удвостручен. ANSI #2060 (еквивалент #60 са двоструким кораком) има корак од 38,10 мм уместо 19,05 мм, али користи исти ваљак од 11,91 мм као стандардни #60. Ланац са двоструким кораком се користи искључиво за споре погоне транспортера — тежи мање и кошта мање по метру од стандардног ланца за исти пречник ваљка, али се не може користити при брзинама изнад око 100 метара у минути без прекомерног полигонског ефекта и буке. Ланац са двоструким кораком на погону велике брзине представља проблем одржавања, а не уштеду трошкова.

анимација ланца и ланчаника

Где су системи ланчаника и зупчаника прави избор

Пољопривредне машине. Ланчани погони доминирају у комбајнима, вршилицама за пиринач и машинама за сетву из више разлога: толеришу ударна оптерећења од неправилног додавања усева, одржавају тачан тајминг између система за довод, вршидбу и сепарацију, и поуздано раде у прашњавим, влажним и абразивним условима који би брзо оштетили површине траке. Ваљкасти ланац у ANSI и ISO величинама корака чини окосницу већине корејских погонских система пољопривредних машина, од ланаца за довод #40 до погона елеватора великог корака #100.

Индустријски транспортери и руковање материјалом. Ланчани погони транспортера морају одржавати константну брзину ланца приликом руковања променљивим оптерећењима — захтев да ланац боље рукује од каиша због карактеристике нултог клизања. Ланци инжењерске класе у вучним транспортерима, кофичастим елеваторима и стругачима носе оптерећења која би премашила номиналну прекидну снагу било ког стандардног ваљкастог ланца, користећи наменски дизајниране пречнике цеви и дебљине плоча које пружају фактор сигурности 5:1 при номиналним радним оптерећењима.

Вожња мотоцикла и мотоспорта. The систем ланаца и ланчаника за мотоцикле је једна од примена ланчаног погона са најкритичнијим перформансама и најосетљивијим на одржавање. Ланац мора да преноси вршни обртни момент мотора под динамичким оптерећењима убрзања, а да притом буде што мањи и да издржи загађење пута. Ознаке корака 520, 530 и 630 означавају унутрашњу ширину — не корак — у номенклатури ланаца мотоцикла (стварни корак за сва три је 5/8 инча, 15,875 мм). Правилно тумачење ових бројева спречава погрешне поруџбине замене.

Аутоматизација и линије за паковање. Серво управљани системи за индексирање ланаца захтевају ланчанике са минималним бројем зубаца од 21 или више како би се смањило таласање брзине изазвано ефектом полигона испод толеранције повратне спреге серво контролера. Зупчаници са стандардним и готовим отвором од алуминијума или угљеничног челика пружају комбинацију мале ротационе инерције и димензионалне прецизности која је потребна серво погонским системима.

примена ланчаника и ланца 3

Системи ланаца и ланчаника у пољопривредним применама — где су истовремено потребни позитивно захватање, толеранција на ударце и поуздано време под променљивим оптерећењима.

Избор ланчаног и ланчаног погона: Метода у четири корака

ANSI B29.1 пружа графички дијаграм снаге који приказује било коју комбинацију пројектоване снаге и мале брзине ланчаника на препоручени корак ланца. Процес функционише на следећи начин:

  1. Одредите снагу дизајна. Почните са снагом мотора наведеном на натписној плочици и помножите је са сервисним фактором за ваш тип оптерећења: 1,0 за равномерно оптерећење (компресори, центрифугалне пумпе), 1,3 за умерене ударе (транспортери са неравномерним доводом, мешалице) и 1,7 за јаке ударе (пресе, кофичасте елеваторе, дробилице камена). Пројектована снага је увек већа од снаге мотора наведене на натписној плочици — ово је намерно.
  2. Изаберите корак ланца из табеле номиналних вредности. Користећи пројектовану снагу и брзину малог ланчаника (обртаји бржег вратила), пронађите пресек на ANSI табели снаге. Регион у који се ова тачка уклапа означава препоручени корак ланца. Ако се тачка уклапа близу границе између две зоне корака, изаберите мањи корак са више нити у односу на већи корак са једном нити.
  3. Изаберите број зубаца ланчаника. Мали ланчаник треба да има најмање 17 зубаца. Однос броја зубаца одређује однос брзина. За најглађи рад, користите непарни број зубаца на једном ланчанику тако да сваки зубац додирује други ваљак при узастопним обртајима, чиме се хабање равномерније распоређује по зубима ланчаника.
  4. Подесите растојање између центара и дужину ланца. Препоручено међуосно растојање је 30–50 пута веће од корака ланца за већину стандардних погона, са минимумом од 1,5 пута већим од пречника великог корака ланчаника. Дужина ланца у чланцима се израчунава из међуосног растојања, пречника два корака ланчаника и корака ланца. Резултат треба заокружити на паран број чланака како би се омогућила стандардна спојна чланица — полу чланци (офсет чланци) су слабији од пуних чланака и треба их избегавати у применама са великим оптерећењем.
Најчешћа грешка у димензионисању код нових дизајна дискова: Одређивање корака ланца који тачно испуњава израчунате захтеве за пројектовану снагу. ANSI називне вредности снаге објављене су за ланце који раде са периодичним подмазивањем и стандардним условима рада. Било какво одступање — виша температура околине, абразивно окружење, повремено подмазивање — смањује ефективни капацитет снаге. Безбедносна маргина 25% изнад израчунате пројектоване снаге је минимална пракса; 50% је погодан за окружења где се поузданост подмазивања не може гарантовати.

Често постављана питања

Која је максимална брзина којом може да ради ланчани погон са ваљцима?
Горња граница брзине за ваљкасти ланац одређена је кораком ланца и малим бројем зубаца ланчаника. Као опште практично ограничење, ланац ANSI #25 (корак 6,35 мм) може да ради до 3.600 о/мин на ланчанику са 25 зубаца под континуираним подмазивањем у уљној купки — то одговара брзини ланца од приближно 19 метара у секунди. Ланци са већим кораком имају нижа ограничења брзине. Ланац ANSI #80 (корак 25,40 мм) достиже своју практичну горњу границу на око 600–800 о/мин на ланчанику са 17 зубаца (приближно 13 метара у секунди). Изван ових ограничења, брзина удара ваљка у захвату постаје доминантан механизам хабања и век трајања ланца брзо опада без обзира на квалитет подмазивања.
Колико треба да буде прогиба ланца (контурне мреже) на лабавој страни хоризонталног погона?
ANSI B29.1 препоручује прогиб на лабавој страни од приближно 2% хоризонталног међуосно растојања за стандардне хоризонталне погоне. За међуосно растојање од 500 мм, исправан прогиб је око 10 мм на средини распона на лабавој страни. Премало прогиба (превише затегнут ланац) повећава оптерећење лежајева и убрзава хабање ланца и ланчаника, понекад и озбиљније него истрошен ланац. Превелико прогиба омогућава ланцу да осцилује под циклусом оптерећења, што производи попречне вибрације и може проузроковати да ланац прескочи зубе на малом ланчанику. Препорука за прогиб се мења за нагнуте погоне — код погона нагнутог под углом од 45 степени препоручени прогиб се смањује на око 1% међуосно растојања, а код скоро вертикалног погона постаје неопходна вођица или затезач.
Да ли ланчани погон може да ради и унапред и уназад?
Да, уз нека упозорења. Стандардни ваљкасти ланац добро подноси оптерећења при обртању са структурног становишта — обе стране профила зубаца су дизајниране да носе оптерећење. Проблем са погонима за обртање је прелазни тренутак када се ланац мења са затегнутог на једној страни на затегнуто на другој. Током овог прелаза, претходно лабава страна је акумулирала провисање, а када се погон обрће, ланац може тренутно да се довољно олабави да прескочи зубац пре него што се поново затегне. За примене које захтевају честе и брзе обртаје, користите мање подешавање провисања од стандардне препоруке 2% и размотрите затезач против повратног хода на лабавој страни како бисте спречили да ланац олабави током успоравања. Благо смањење растојања између центара ланчаника (на око 25 пута већи корак ланца уместо стандардних 40 пута) такође помаже смањењем дужине распона лабаве стране.
Коју врсту мазива треба користити на погону ваљкастог ланца?
ANSI B29.1 одређује четири категорије подмазивања према брзини и снази ланца: Тип 1 (ручно периодично наношење уља на лабаву страну), Тип 2 (подмазивање кап по кап), Тип 3 (уљна купка или диск за распршивање) и Тип 4 (млаз уља или присилна циркулација). За већину општих индустријских погона, одговарајуће је минерално уље SAE 30–50. Вискозитет треба да се повећава са оптерећењем и смањује са брзином — спором, тешко оптерећеном погону транспортера потребно је вискозније уље од брзог, мало оптерећеног погона машине за паковање. Маст је генерално неприкладна за ваљкасте ланце — она не продире у зазор између клина и чауре капиларним дејством и подмазује само спољашње површине. Уље специфично за ланац, које има довољно ниску вискозност да продре у спој клина и чауре капиларним дејством, а истовремено има довољну чврстоћу филма да се одупре одбацивању при брзини, технички је исправно мазиво за већину примена.
Да ли је ланчани погон погодан за окружења са високим температурама?
Стандардни ланац од угљеничног челика одржава своју номиналну прекидну снагу до приближно 200°C, изнад које челична конзистенција почиње да омекшава, смањујући тврдоћу и отпорност на замор. Ограничавајући фактор на повишеним температурама је разградња мазива — стандардна мазива од минералног уља почињу да се карбонизују изнад 100–120°C, таложећи тврди лак у зазору између клина и чауре који делује као абразив, а не као мазиво. За погоне који раде на 120–300°C, потребно је уље за ланац за високе температуре (обично синтетичко полиалфаолефин или на бази перфлуорованог етра). Изнад 300°C користи се ланац за суви рад, термички обрађен са MoS2 или графитном импрегнацијом — ови ланци имају знатно ниже номиналне носивости од подмазаних еквивалентних ланаца, што захтева већи корак или додатне нити за компензацију.
Како потребно међуосно растојање утиче на перформансе ланчаног погона?
Међуосно растојање истовремено утиче на три параметра перформанси: угао обмотавања ланца на малом ланчанику, дужину распона ланца (која одређује прогиб на лабавој страни и природну фреквенцију) и број карика у контакту са сваким ланчаником. Веома кратка међуосна растојања (испод 20 пута већег корака ланца) смањују угао обмотавања на малом ланчанику испод 120 степени — ANSI B29.1 наводи 120 степени као минимум за пуну номиналну носивост. Испод угла обмотавања од 120 степени, ефективни број зубаца у захвату пада на 2–3, концентришући оптерећење ланца на мањи број зубаца и убрзавајући хабање и ланца и ланчаника. Веома велика међуосна растојања (изнад 80 пута већег корака ланца) стварају дугачке слободне распоне на лабавој страни који развијају резонантне вибрације при одређеним брзинама — природна фреквенција распона ланца може се поравнати са фреквенцијом захватања зубаца, стварајући вибрације стојећег таласа које узрокују пукотине услед замора у плочама карика.

Потребне су вам компоненте ланца и ланчаника за ваш погонски систем?

Без обзира да ли димензионишете нови погон од нуле или замењујете истрошене компоненте у постојећем систему, потврда серије ланца, геометрије зубаца ланчаника и спецификације отвора пре наручивања спречава кварове који настају због димензионално блиских, али спецификационо нетачних делова.

Уредник: Cxm

ВР тура наше фабрике

ОЗНАКЕ:ланац | ланчаник | Зупчаник