Цепные передачи – описание, виды, плюсы и минусы — Статьи

19.10.2018 11

Широкое применение цепных передач в самых различных машинах и механизмах обусловлено набором предоставляемых ими характеристик. Главными достоинствами подобного способа передачи энергии выступает универсальность, простота и экономичность.

Под цепной передачей понимается передача вращательного движения, которая осуществляется между расположенными параллельно друг к другу валами при помощи бесконечной цепи, соединяющей размещенные на них звездочки. Как ременная, цепная передача относится к передачам с гибкой связью. Однако, она способна изгибаться исключительно в одной плоскости, поэтому может быть эффективно использована только для расположенных параллельно валов.

Особенности цепной передачи и ее отличия от ременной

Первое серьезное отличие двух самых широко распространенных видов передач – цепной и ременной – было указано выше. Оно заключается в возможности изгиба цепи только в одной плоскости и, как следствие, использование исключительно для валов, расположенных параллельно друг другу.

Другим немаловажным отличием выступает отсутствие в цепной передаче ключевого значения такого важного параметра, как угол обхвата цепью звездочки. В отличие от ременной передачи он не играет настолько серьезной роли в обеспечиваемых при передаче энергии характеристиках.

В качестве существенного фактора, являющегося плюсом цепной передачи, можно назвать отсутствие необходимости предварительно натягивать цепь, так как действие механизма обеспечивается зацеплением звеньев цепи с зубьями звездочек.

Важной особенностью цепной передачи выступает возможность эффективного использования практически для любых межосевых расстояний – как для малых, так и для больших. Она дополняется способностью передачи мощности от одного вала сразу нескольким. Кроме того, цепная передача может быть как понижающей, так и повышающей, что также является характерной отличительной чертой этого способа передачи энергии.

Классификация цепных передач

При классификации цепных передач применяется несколько признаков. Например, по функциональному назначению и способу использования в машиностроении и других отраслях промышленности различают три вида цепей:

• 
  грузовые. Основной целью использования этого типа выступает подвеска и перемещение различных грузов. В подобной ситуации механизм, как правило, является частью какого-либо грузоподъемного оборудования или устройства, а скорость перемещения, главным образом, по вертикали составляет не более 0,5 м/с;

• 
  тяговые. В этом случае цепь также используется для перемещения грузов, но с более высокой скоростью, достигающей 2-4 м/с. Это объясняется тем, что движение осуществляется в значительной степени по горизонтали с применением таких механизмов, как элеваторы, транспортеры, эскалаторы и т.д.;

• 
  приводные. Наиболее распространенный вариант цепей, обычно используемый с малым шагом, что позволяет снизить нагрузки и увеличить срок службы изделия. Целью его использования выступает передача энергии в крайне обширном интервале скоростей, причем показатель передаточного отношения является величиной постоянной.

Именно последний вид цепей применяется в цепных передачах. Более того, слово приводные при их описании часто опускается, а в большей части технической и справочной литературы понятия «приводная цепь» и «цепь в цепной передаче» в значительной степени тождественны.

Другими классифицирующим параметрами цепных передач выступают:

• 
  тип цепи – роликовые, зубчатые или втулочные;

• 
  число рядов – одно- и многорядные;

• 
  количество ведомых валов/звездочек – двух- и многозвенные;

• 
  расположение звездочек – горизонтальные, вертикальные или наклонные;

• 
  вариант регулировки степени провисания цепи – с натяжной звездочкой или специальным натяжным устройством;

• 
  конструкция – открытые и закрытые;

• 
  влияние на частоту вращения валов – повышающие и понижающие.

Достоинства цепной передачи

Большая часть преимуществ цепной передачи обычно рассматривается по сравнению с ременной. Это вполне логично, так именно эти два способа передачи вращательной энергии используются наиболее широко. Некоторые достоинства цепной передачи наглядно проявляются по отношению к зубчатой, которая также применяется на практике достаточно часто.

Основными плюсами использования цепной передачи выступают такие:

• 
  высокий уровень прочностных характеристик, который допускает намного более серьезные нагрузки. В результате при компактных размерах обеспечивается большая эффективность;

• 
  возможность использования в одном механизме сразу нескольких ведомых звездочек;

• 
  возможность передачи энергии на крайне серьезные расстояния, доходящие до 8 м;

• 
  относительно небольшой (по сравнению с ременной передачей – меньше в 2 раза) уровень радиальной нагрузки на валы;

• 
  высокая эффективность. КПД цепной передачи находится на уровне 90%-98%;

• 
  серьезная мощность передаваемой энергии, параметры которой достигают нескольких тысяч кВт;

• 
  впечатляющие показатели скорости движения цепи и значения передаточного числа, составляющие, соответственно, до 35 м/с и 10;

• 
  компактность механизма;

• 
  отсутствие такого негативного фактора, характерного для ременной передачи, как скольжение;

• 
  простая и удобная замена цепи, которая дополняется отсутствием необходимости серьезного начального натяжения.

Недостатки цепной передачи

Количество очевидных минусов рассматриваемого способа передачи энергии существенно меньше числа достоинств, перечисленных выше. Тем не менее, недостатки присутствуют и к их числу относятся:

• 
  достаточно высокая цена изготовления механизма и главной его расходной части – самой цепи;

• 
  отсутствие возможности применять передачу при реверсировании без ее полной остановки;

• 
  использование цепной передачи предусматривает практически обязательное применение картеров;

• 
  далеко не всегда конструкция механизма позволяет обеспечить удобную подачу смазки к шарнирам и звеньям цепи;

• 
  при небольшом количестве зубьев наблюдается непостоянство скорости движения цепи, что становится причиной колебания такого важного параметра как передаточное отношение;

• 
  высокий уровень шума, сопровождающего эксплуатацию устройства;

• 
  серьезные требования к правильному расположению валов;

• 
  необходимость в постоянном контроле над работой механизма и его обслуживании, отсутствие которых могут привести к быстрому износу.

Сравнение недостатков и достоинств показывает, что при грамотном использовании цепная передача позволяет добиться высокого КПД при разумном уровне затрат. Главное при этом – грамотно воспользоваться очевидными преимуществами этого механизма, минимизировав его минусы.

Статьи — Выбор правильного типа привода

Введение

Если перед инженерами или сервисной службой завода встает вопрос о модернизации существующих приводных систем или же о разработке новых приводов, то существует три распространенных варианта:

• Привод с использованием роликовой цепи;
• Привод с использованием клиноременной передачи;
• Привод с использованием зубчатоременной передачи;

Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки, а также возможные скрытые затраты, неочевидные на первый взгляд.

Цепная передача
(роликовые цепи)

Распространенность цепных приводов основывается на их способности передавать большие значения крутящего момента при малых размерах и относительно низкой стоимости. Компоненты цепного привода стандартны и их легко приобрести. При достаточно низкой начальной стоимости стандартных приводов с роликовой цепью, стоимость их обслуживания может быть очень существенной. Для должного и оптимального функционирования цепной передачи соответсвующее обслуживание просто необходимо.

Оно включает в себя следующие затраты:

• Систему смазки;
• Выравнивание;
• Натяжение;
• Периодическую замену компонентов привода;

Согласно оценкам производителей цепей, износ цепного привода, работающего без смазки, приблизительно в 300 раз выше, чем износ аналогичного привода работающего с соответствующей смазкой. И опять же, согласно оценочным данным производителей цепей, от 90 до 95% всех цепных приводов либо смазываются неправильно, либо не смазываются совсем. А выбор и разработка необходимого типа смазки может повлечь дополнительные расходы. Например стоимость системы циркуляционной смазки может достигать до 75% от общей стоимости всего привода. Помимо системы смазки на ресурс цепной передачи также очень сильно влияет правильное выравнивание звездочек и натяжение цепи.

Другим затратным фактором обслуживания цепной передачи является необходимость замены компонентов привода. Одним из самых слабых мест цепного привода является износ цепи, приводящий к растяжению или вытяжке цепи. Производители рекомендуют заменять роликовую цепь при растяжении порядка 3%. Большинство производителей роликовых цепей также рекомендуют заменять каждый раз звездочки вместе с цепью, так как контакт металл-металл приводит к сильному износу звездочек. Публикуемые таблицы передаваемой мощности основываются на теоретическом расчетном ресурсе, составляющем 15 000 часов, который можно достичь при правильной конструкции привода, правильном натяжении, системе смазки, обслуживании и т.д., но в типичной рабочей среде реальный ресурс привода врядли достигнет идеального. Привод с роликовой цепью, работающей без смазки в жестких условиях, может и не достигнуть 100 часов.

Затраты на обслуживание, упомянутые выше, прибавленные к начальной стоимости, увеличивают реальную стоимость стандартного цепного привода. Однако, помимо затрат на смазку и компоненты привода, есть затраты на рабочую силу, для осуществления частых повторных натяжений. Частые повторные натяжения ведут за собой частые остановы привода, приводящие к простоям производства. Необходимо также учитывать, что цепные передачи имеют максимально возможный КПД не более 91% — 94% (в зависимости от сферы применения), поэтому затраты на электроэнергию также нужно иметь ввиду. Несмотря на дополнительные затраты на обслуживание и электроэнергию, роликовые цепи имеют следующие преимущества над клиноременными и зубчатоременными передачами:

• Универсальность (можно прикреплять к звеньям дополнительные толкатели, для транспортировки грузов, упоры переключателей и т.д.)
• Возможность изменять длину цепи добавляя/исключая соединительные звенья;
• Большой выбор цепей и звездочек в наличии;

Клиноременные передачи

Клиновые ремни передают мощность посредством трения между ремнем и шкивом. КПД клиноременной передачи при установке варьируется от 95% до 98%, что характеризует более эффективное использование энергии, чем у цепных передач и в некоторых случаях менее эффективное, чем у зубчатоременных передач. Клиноременная передача является промышленным стандартом и предлагает большой выбор типоразмеров при относительно низкой стоимости, а также легкость установки и тихую работу привода. Клиновые ремни производятся из различных материалов, имеют различные размеры сечений и различные усиливающие материалы. Могут использоваться в одиночном исполнении, в комплекте или же блоком на единой основе из нескольких ремней. Такие передачи идеально подходят для тяжелонагруженных приводов, там где типичны высокие пиковые нагрузки и большой пусковой момент. Стандартные клиновые ремни показывают себя наилучшим образом в приводах со скоростью валов от 500 об/мин и выше и передаточным отношением до 6:1.

Из-за того, что клиновые ремени проскальзывают при превышении допустимой нагрузки, они могут предохранить более дорогое оборудование от поломки. Привод с использованием клиновых ремней дает большую гибкость в выборе местоположения двигателя и выборе нагрузки. Ресурс правильно установленного и обслуживаемого клиноременного привода может составлять от 20000 до 25000 часов на соответствующем оборудовании. Компоненты простого клиноременного привода относительно недороги, просты в установке, замене и обслуживании.

Будучи правильно установленными и натянутыми в соответствие с рекомендациями производителей ремней, эти приводы требуют достаточно малое время на обслуживание, помимо периодических повторных натяжений в соответствие с обычным графиком технического обслуживания. Вследствие проскальзывания клиноременные передачи теряют до 5% эффективности после установки. Если не проводить периодических повторных натяжений клиновые ремни вытягиваются по мере их износа, увеличивая тем самым проскальзывание и сокращая эффективность на 10%. Ремень с формованным зубом обеспечивает увеличение КПД передачи на 2% по сравнению со стандартными исполнениями.

Зубчатоременные передачи.

Зубчатые ремни работают по принципу зубчатого зацепления. Зуб ремня круглой, трапецеидальной или сложной криволинейной формы входит в зацепление с канавкой шкива, обеспечивая передачу мощности в приводах с высоким крутящим моментом на высоких и низких скоростях. Изначально компоненты зубчатоременных передач стоят обычно дороже, чем компоненты цепной или клиноременной передачи. Однако зубчатоременные передачи не имеют тех скрытых затрат, присущих цепным приводам. Зубчатоременным передачам не требуется смазки, равно как и не нужна система подачи смазки. Необходимо только соответствующее предохранительное заграждение.

Если роликовая цепь требует частых повторных натяжений, а клиновые ремни периодических повторных натяжений, то обычно зубчатый ремень не требует никаких повторных натяжений на протяжении всего срока службы. Для того, чтобы проиллюстрировать величину возможной вытяжки роликовой цепи, сравним рекомендуемые значения допуска натяжения межосевого расстояния ременных приводов и цепного привода. Длина ремней и цепей одинакова и равна 254 см.

Роликовая цепь

Роликовая цепь удлинится на приблизительно 7.6 см за весь срок службы (или 3% длины), т.к. требует величину допуска на межосевое расстояние для натяжения составляющую около 3.8 см.

Клиновой ремень

В зависимости от производителя и сечения ремня клиновой ремень требует величину допуска на межосевое расстояние от 3.8 см до 6.4 см.

Зубчатый ремень

Обычно зубчатый ремень требует только 0.1 см для допуска на межосевое расстояние, который зависит от типа ремня и производителя. Износ цепей и звездочек является серьезной затратной составляющей при использовании цепных передач. Зубчатые ремни и шкивы обладают значительно меньшим износом. Например если взять зубчатоременный привод с ремнем Gates PolyChain® GT Carbon™ ремень превосходит цепь по ресурсу на 3 порядка, а шкивы превосходят звездочки на 10 порядков.

Вследствие использования запатентованных кордовых нитей из углеволокна это новое поколение зубчатых ремней предлагает беспрецедентный уровень прочности и плотности передаваемой мощности, что позволяет использовать шкивы значительно меньшего размера. Это в свою очередь приводит к более компактным приводам и более легким, эффективным и экономичным конструкциям.

Как и цепные передачи, зубчатоременные передачи чувствительны к перекосам шкивов и не должны использоваться в тех системах, где перекос изначально заложен в конструкцию. Перекосы приводят к неравномерному изсносу ремня и преждевременному обрыву кордовых нитей из-за их неравномерной загрузки по ширине ремня. И несмотря на то, что зубчатый ремень, такой, как PolyChain® GT Carbon™ устойчив к абразивным средам, коррозии, средам с повышенной влажностью или агрессивным средам, присущим пищевому производству, он может не подойти для использования в некоторых средах с очень высокой степенью агрессивности, где коррозионностойкая цепь будет наилучшим вариантом.

Существует еще одно заблуждение, связанное с зубчатыми ремнями – это то, что они не подходят для серпентинных приводов. Инженеры-разработчики оборудования зачастую думают, что роликовая цепь – это единственное решение для приводов, где нагрузка должна передаваться обеими сторонами. Однако двусторонние резиновые зубчатые ремни, такие, как Gates PowerGrip® GT®2 Twin Power®, предлагают те же экономичные преимущества, что и их односторонние собратья.

Благодаря их высокому КПД (99% на постоянной основе для приводов с PolyChain® GT Carbon™ ), зубчатоременные передачи также могут снизить энергозатраты, по сравнению с цепными приводами, которые обычно имеют КПД 91%-94% или клиновыми ремнями, которые имеют КПД 93%-95% при правильном натяжении.

Заключение

Зубчатые ремни способны значительно снизить ежедневные затраты на обслуживание, а также увеличить производительность вследствие снижения потерь из-за простоев, вызванных частым обслуживанием и частыми заменами роликовых цепей и клиновых ремней. Инженеры-разработчики, выбирающие зубчатоременный привод, такой, как привод с ремнем Gates PolyChain® GT Carbon™, обеспечивают своим изделиям конкурентное преимущество, так как предоставляют конечным потребителям не требующие обслуживания изделия с большим ресурсом работы, которые работают тише и чище при наивысшей производительности, способные работать при наименьших общих затратах.

Разница между ременной передачей и цепной передачей

Пинту

06.08.2019
Твердый

Основной целью механического привода является передача крутящего момента, движения и мощности от ведущего вала (обычно первичный двигатель, такой как электродвигатель) к ведомому валу, а также изменение интенсивности, направления и скорости в соответствии с требованиями. Существует несколько механических приводов для удовлетворения различных требований промышленности и машин. Такие побуждения можно разделить на две основные категории — положительное побуждение и неположительное побуждение. Принудительный привод свободен от проскальзывания и, таким образом, обеспечивает постоянное отношение скоростей. В отличие от этого, неположительный привод не может обеспечить фиксированное соотношение скоростей из-за проскальзывания или других подобных проблем. Каждый привод имеет уникальные преимущества перед другим и поэтому используется в различных приложениях. Зубчатая передача и муфта являются примерами принудительной передачи. Цепной привод также обеспечивает постоянное передаточное число, если оно спроектировано и обслуживается должным образом. С другой стороны, ременный привод и канатный привод считаются неповоротливым приводом, поскольку они склонны к проскальзыванию и проскальзыванию.

Ременная передача представляет собой тип механического привода, в котором движение и мощность передаются от одного вала к другому посредством трения между ремнем и шкивами, установленными на каждом валу. Поскольку трение играет основную роль в передаче мощности, его также называют фрикционным приводом. Проскальзывание между ремнем и шкивом может произойти, когда нагрузка превышает номинальную. Такое проскальзывание не всегда нежелательно, так как само по себе может защитить различные элементы машины от перегрузки. Напротив, цепной привод представляет собой систему передачи мощности с одним зацеплением, которая передает движение и мощность посредством последовательного зацепления и расцепления цепи со звездочкой. Будучи положительным приводом, он предлагает фиксированное соотношение скоростей; однако иногда не может защитить систему от чрезмерной нагрузки. Различные сходства и различия между ременной и цепной передачей приведены ниже в виде таблицы.

• И ременный, и цепной приводы являются механическими приводами. Таким образом, они используют различные механические элементы, которые должны находиться в физическом контакте для передачи энергии. Помимо механического привода, другие приводы, которые часто используются в промышленности, включают гидравлический привод, пневматический привод и электрический привод.
• Как ременная, так и цепная передача подходят для передачи мощности и движения при средних и больших расстояниях между валами. Для дальности выстрела предпочтительнее зубчатый привод. Тем не менее, клиновой ремень также может применяться для коротких и средних расстояний.
• Их можно применять только для параллельных ведущих и ведомых валов. Они не подходят для передачи мощности между непараллельными валами. Стоит отметить, что четвертьоборотный ремень можно использовать для непараллельных непересекающихся валов.
• Оба требуют частой регулировки натяжения; в противном случае процент проскальзывания увеличивается, поскольку ремень или цепь растягиваются со временем службы.

Цепной привод

Ременная передача	Цепной привод
Ременная передача представляет собой механический привод фрикционного типа, в котором сила трения между ремнем и шкивом используется для передачи мощности и движения.	Цепной привод представляет собой механический привод одного типа, в котором мощность и движение передаются путем последовательного зацепления и расцепления цепи со звездочкой.
Ременная передача предпочтительнее для средних и больших межцентровых расстояний между ведущим и ведомым валами.	можно использовать для коротких и средних межосевых расстояний.
Хотя ременная передача подходит для параллельных валов, небольшое отклонение от параллельности допустимо и не создает заметных проблем.	В цепном приводе должна точно соблюдаться параллельность, иначе цепь может неожиданно сойти со звездочки.
Проскальзывание происходит в ременном приводе, когда нагрузка превышает силу трения.	В цепном приводе такого проскальзывания не происходит.
Из-за проскальзывания отношение скоростей в ременном приводе не остается постоянным. Таким образом, это не положительный драйв.	Здесь соотношение скоростей остается фиксированным. Таким образом, цепной привод — это один положительный привод. Однако полигональный эффект может привести к неравномерности скорости.
Эффективность ременного привода сравнительно низкая из-за потерь на трение.	КПД цепного привода высокий, обычно выше 95%.
Натяжение ремня зависит от атмосферных условий и температуры. Таким образом, производительность ременного привода также зависит от внешних факторов.	Цепной привод обычно не зависит от атмосферных условий и температуры.
Ременный привод требует минимального обслуживания.	Цепной привод требует регулярного обслуживания, включая смазку.

• Введение в проектирование машин В. Бхандари (McGraw Hill Education India Private Limited).
• Учебник проектирования машин Р. С. Хурми и Дж. К. Гупта (С. Чанд).
• Теория машин Р. С. Хурми и Дж. К. Гупта (С. Чанд).

Опубликовано в Solid
Tagged Ремень, цепь, трение, механические приводы, мощность, скольжение

Ременный привод Против. Цепной привод

На каком этапе системный интегратор начинает решать, нужен ли ему ременный или цепной привод? Является ли процесс спецификации сложным или довольно простым?

Одна из первых вещей, которую должен решить проектировщик, — это то, подходит ли для его проекта цепной или ременный привод.

Для привода в системах ОВКВ целесообразно использовать ремни. Ремни используют трение и могут плавно работать на высоких скоростях. Многие системы движения воздуха зависят от большого объема воздушного потока, поэтому скорость 3600 об/мин лучше подходит для ремней. Тот факт, что ремни являются фрикционным приводом, означает, что в случае перегрузки ремни будут проскальзывать, что позволит избежать повреждения системы.

Цепи больше подходят для конвейерных трансмиссий или для создания крутящего момента. Конвейеры работают гораздо медленнее — менее 350 об/мин на приводе. Цепи можно использовать с широким выбором передаточных чисел звездочек, чтобы помочь разработчику достичь желаемой скорости. Потребность в крутящем моменте дает цепям преимущество из-за механических передаточных чисел и необходимости в положительном приводе.

Пожалуйста, объясните, как ширина ременного и цепного привода влияет на производительность и почему это так важно.

Ремни в качестве фрикционных приводов ограничены в выборе передаточного отношения, и для передачи более высокой мощности общий размер увеличивается из-за необходимости большей поверхности/трения. Зубчатые ремни просто не имеют выбора передаточного числа и ограничены в выборе межосевого расстояния. С другой стороны, цепи чрезвычайно универсальны для конструкции машин из-за возможности использовать практически любое межосевое расстояние и позволяют передавать более высокую мощность при меньших размерах корпуса.

Я видел футляры, изготовленные как для ремней, так и для цепей в чистой комнате, применение типа FDA. Каковы другие последние технологические (пищевые) усовершенствования роликовых цепей? А ремни?

Роликовая цепь из нержавеющей стали 304 или 600 теперь может изготавливаться со сплошным роликом и цельной втулкой. Отсутствие шва ни на одной из круглых частей отлично подходит для дезинфекции или очистки без щелей, в которых бактерии могут прятаться и размножаться. Прочная втулка обеспечивает увеличенную опорную поверхность для распределения и распределения нагрузки на подшипник. Кроме того, при использовании сплошной втулки меньшее растяжение, чем при использовании разъемной втулки. Ремни плохо работают во влажной едкой среде, когда FDA требует промывки.

Для применения в экстремально суровых условиях — почему сталь по-прежнему актуальна? Или это?

Если речь идет о тепле, то нержавеющая сталь является обязательным условием для передачи мощности и подъема конвейера. Если есть чрезвычайно абразивный элемент, цепи могут быть закалены, чтобы выжить в жестких условиях. Прекрасным примером может служить цемент и известняк. Из-за наличия различных легированных сталей, материалов и термообработки цепи могут выживать в более неблагоприятных условиях, чем любые другие транспортные средства, трансмиссии или подъемные устройства.

Есть ли какие-либо преимущества одного перед другим в отношении их использования с новейшими двигателями NEMA Premium? Или, например, системы двигателей переменного и постоянного тока?

Цепи чрезвычайно эффективны и будут работать практически в любых условиях.

Существуют ли приложения, в которых, в конце концов, любой из них одинаково приемлем как по производительности, так и по общей стоимости?

Цепь как привод с гибким межосевым расстоянием и практически бесконечным выбором передаточных отношений почти всегда будет дешевле из двух. Стоимость владения в большинстве приложений меньше для цепей, чем для ремней.

Имеются ли между ними какие-либо различия в производительности в отношении совместимости типов двигателей?

Оба обычно работают со скоростью 1800 об/мин, двигатели NEMA конструкции B – ответ «нет»!

Являются ли ремни и цепи одинаково бесшовными с точки зрения включения в систему? Ничего сложного?

Нет, не бесшовный. Одна из них обусловлена ​​конкретными требованиями применения – во многих случаях приложение просто требует/требует того, что может предложить технология ремней.

Как насчет простоты замены; когда один из них выходит из строя (ремень или цепь), требуется ли вызов службы поддержки?

Во многих случаях цепь очень легко заменить и снова соединить с помощью простого соединителя.

Каковы некоторые будущие возможности применения углеродных синхронных ременных приводов?

По мере того, как производители ремней продолжают улучшать предложения по соотношению, материалам и межцентровому расстоянию, я считаю, что возможности промывки продуктов питания и напитков могут оказать значительное влияние.