Люди начали использовать зубчатые передачи еще в античности. Идея передавать момент вращения не при непосредственном контакте двух зубчатых колес, а на большое расстояние с помощью бесконечной цепи принадлежит гениальному художнику и изобретателю Леонардо да Винчи. На практике такие приводы были реализованы в начале 19 века. Чтобы механизм работал эффективно, необходим точный расчет всех ее элементов, а прежде всего- звездочек.
Размеры венца звездочек
При конструировании звездочки цепных передач учитывают, что она должна выполнять ряд основных функций:
Для этого ее форма и размеры должны строго соответствовать результатам расчета.
Согласно рекомендациям ГОСТ 591-69, регламентирующего звездочки к приводным роликовым и втулочным цепям при проектировании исходят из следующих начальных параметров:
Основные размеры, определяющие геометрическую форму изделия, это:
Расчет параметров звездочки цепной передачи по заданному шагу цепи осуществляется в следующей последовательности:
При построении чертежа звездочки для цепной передачи D выст рассчитывают с точностью до 0,1 миллиметра, другие параметры-с точностью до 0,01 мм.
Конструкция ступицы и диска звездочек цепных передач
Ступица и диск звездочки чаще всего отливаются или фрезеруются в качестве единой детали. Ступица служит для крепления изделия на ведущем или ведомом валу механизма. Она должна обеспечивать надежную фиксацию, исключающую осевые и радиальные биения детали на валу. Поэтому к качеству внутренней поверхности предъявляются высокие требования. Крепление осуществляется с помощью:
Диаметр ступицы должен удовлетворять двум требованиям:
Для чугунных деталей его обычно выбирают равным 1,65 от диаметра вала, для стальных коэффициент расчета снижается до 1,55.
Длина ступицы определяется характером фиксации на валу- шпонкой или шлицем и обычно расчет делают в диапазоне 1,2-1,5 от диаметра вала.
Для звездочек малых размеров ширина диска выбирается равной ширине зубца. Для изделий больших размеров, особенно высоконагруженных, ширину увеличивают до 5%, в зависимости от радиуса закругления основания зубца.
Рассчитанные размеры округляются до ближайшего числа из стандартного ряда размеров.
Материалы звездочек цепных передач
Изделия подвергаются большим ударным нагрузкам, поэтому для их изготовления применяют стальные сплавы:
Для малошумных цепных приводов применяют такие материалы, как текстолит, полиамидные и полиформальдегидные пластмассы. Они амортизируют удары звеньев роликовой цепи, снижают шумы и вибрацию и продлевает срок службы цепей. Это происходит за счет снижения динамических нагрузок на звенья. Такие детали менее прочны, чем стальные, поэтому цепные приводы с ними ограничены по передаваемой мощности. Точный расчет передачи углового положения зубчатой цепью проводится при проектировании механизмов систем управления, в том числе для летательных аппаратов.
Для цепных приводов с низкой скоростью хода (не более 2 метров в секунду) и малыми динамическими нагрузками применяют также чугун. Термообработкой твердость изделий доводят до 350-430 единиц по HB. В тяжелых условиях эксплуатации, в сельхозмашинах и дорожных механизмах, используют упрочненные чугуны с пониженным коэффициентом трения.
Для снижения динамических нагрузок, уровней шума и вибрации в высокоскоростных цепных передачах применяют также специальные покрытия- как наплавка металлов, так и напыление тефлонового слоя.
9. Наибольшая хорда (для контроля звездочек с нечетным числом зубьев)
(черт.1)
(черт.2)
11. Радиус сопряжения
12. Радиус головки зуба
13. Половина угла впадины
14. Угол сопряжения
15. Половина угла зуба
16. Прямой участок профиля
17. Расстояние от центра дуги впадины до центра дуги головки зуба
18. Смещение центров дуг впадин
19. Координаты точки
20. Координаты точки
(Измененная редакция, Изм. N 3).
1.4. Расчет и построение основных размеров зубьев и венцов однорядной, двухрядной и многорядной звездочки в поперечном сечении следует выполнять в соответствии с черт.3 и табл.2.
1.5. Размеры зубьев и венцов звездочек в поперечном сечении следует вычислять с точностью до 0,1 мм; для однорядной звездочки варианта а (черт.3) допускается округление величины до 1 мм в меньшую сторону. Размер следует округлять до 1 мм.
1.6. Размеры зубьев и венцов звездочек для приведены в приложении.
Выше приведены наиболее часто используемые типы, тем не менее, при прочих одинаковых параметрах их форма зависит от технических требований и требований к сборке.
Размеры звездочек
Условные обозначения
Р = длина исходного многоугольника, соответствующего длине цепи
Dr= диаметр роликов регулировки
z= количество зубьев
Dp= исходный диаметр
Dfd= диаметр в основании зуба
Dc= контрольный диаметр
Dr= диаметр роликов регулировки со следующими допусками:
Dp= соответствует окружности, описанной вокруг исходного многоугольника, размер сторон которого зависит от шага цепи. Количество сторон зависит от количества зубьев на колесе.
Поэтому исходный диаметр дается следующей формулой:
Dp = p*1/sin(180 o /z)
Dfd = Dp-Dr
Контрольное измерение Dc на колесе с четным количеством зубьев измеряется на двух роликах, расположенных на двух диаметрально противоположных пространствах между зубьями.
Контрольное измерение на колесе с НЕЧЕТНЫМ количеством зубьев выполняется на двух роликах, расположенных на двух пространствах между зубьями, расположенных максимально близко к диаметрально противоположному положению.
Технические спецификации
Глубина зубьев и наружный диаметр.
Условные обозначения:
At= глубина зуба по исходному многоугольнику
De= наружный диаметр, определяемый по окружности, проведенной через вершины зубьев шестерни
Размеры:
De max = Dp + 1,25 p- Dr
Форма зубьев.
Условные обозначения:
P = шаг цепи
Dp = расчетный диаметр
Dr = диаметр цепного ролика
rf = радиус дуги роликового люнета
a = контактный угол ролика
= радиус кривой выхода
z = количество зубьев на зубчатом колесе
Нарезание зубчатых колес инструментами DIN 8196
Размеры
Мин. профиль Макс. профиль
rf= 0,505 dr rf= 0,505 dr + 0,069 dr
a = 140°-(90°/z) a = 120°-(90°/z)
Ru = 0,12 dr (z + 2) Ru = 0,008 dr (Z2 + 180)
Поперечный профиль зубьев.
Условные обозначения:
h1ширина зуба
h2h3h4 ширина двойного, тройного и состоящего из четырех частей колеса
r наклон зуба
с ширина зуба по радиусу
р шаг цепи
ТР поперечный шаг цепи
W внутренняя ширина цепи
Размеры
h1для одинарной цепи = 0,93 W (h 14) 0,95 W (h 14)
L для двойной и тройной цепи = 0,91 W (h 14) 0,93 W (h 14)
L1 для цепи из четырех и более = 0,88 W (h 14) 0,90 W (h 14)
С = от минимум 0,1 р до максимум 0,15 р
Количество зубьев
Приведенная выше формула ссылается на указания стандартов ISO/R 606 и действительна для зубчатых колес роликовых цепей с количеством зубьев от 9 до 150. Рекомендуемое количество зубьев следующее: 13 – 15 – 17 – 19 – 21 – 23 – 25 – 38 – 57 – 76 – 95 – 114.
Указания в отношении дальнейшей механческой обработки.
Звездочки обычно поставляются с пилотными отверстиями под расточку. Поэтому рекомендуется при их механической обработке для выполнения отверстий, кожухов подшипников и т.д. фиксировать их мягкими зажимами по наружному диаметру для достижения полной концентричности с нарезанными зубьями, поскольку при выполнении резания инструмент выполняет точную наружную обработку.
Используемые материалы
Части, выполненные из стали C45 E, UNI EN 10083-1. Минимальная прочность 600 Н/мм 2 :
Зубчатые колеса – дисковые колеса
S.D.T. 8 x 3 (05B) с Z 08 до Z 40
S.D.T. 1/2 x 1/8 (081B) c Z 08 до Z 40
S.D.T. 1/2 x 3/16 (083B) c Z 08 до Z 40
S.D.T. 1/2 x 1/4 (085B) c 08 до Z40
S.D.T. 3/8 (06B) c Z08 до Z40
S.D.T. 1/2 x 5/16 (08B) c Z08 до Z40
S.D.T. 5/8 (10B) c Z 08 до Z40
S.D.T. 3/4 (12B) c Z 08 до Z40
S.D.T. 1”(16B) c Z08 до Z20
S.D.T. 1”1/4 (20B) c Z 08 до Z17
S.D.T. 1”1/2(24B) c Z 08 до Z15
S.D.T. 1”3/4 (28B) c Z 08 до Z12
S.D.T. 2” (32B) c Z 08 до Z11
Зубчатые колеса с коническими отверстиями
C 45 E UNI EN 10083-1
Зубчатые колеса S.D.T. с шагом от 3/8 до 1 1/4 дюйма
Цилиндрические прямозубые реечные передачи
C 45 E UNI EN 10083-1
C 45 E UNI EN 10083-1
Конические зубчатые пары
C 45 E UNI EN 10083-1
Части, изготавливаемые из стандартной стали. Минимальная прочность 410 Н/мм2: Все продукты, не включенные в приведенную выше таблицу, и которые не изготовлены из литейного чугуна.
Части, изготовленные из литейного чугуна EN-GJL-200 UNI EN 1561: Все продукты, имеющие специальное обозначение CAST IRON (литейный чугун).
Формула для расчета цепных звездочек:
Условные обозначения:
Z = количество зубьев у звездочки
Ri = радиус основания надреза
De = наружный диаметр
Dp = исходный диаметр
Di = внутренний диаметр
Исходный диаметр колеса (Dp) получен по формуле:
При замене в данной формуле sin(180º/z) на 1/n получаем:
Dp = P/(1/n) или Dp = p*n
В следующей таблице для быстрого расчета исходного диаметра приведены значения “n”, относящиеся к количеству используемых зубьев.
Найдите Dp колеса с 20 зубьями для цепи с шагом = 12,7. В таблице находим значение “n”, соответствующее 20 зубьям, оно равняется 6,392. Умножаем 6,392 Х 12,7, получаем 81,18 – это исходный диаметр выбранного колеса.
Таблица исходных диаметров звездочек в зависимости от количества зубьев
Допуски
Таблица (извлечение из руководства по качеству Sati) в соответствии с UNI EN ISO 9002
Наружный диаметр h14
Нижний диаметр h11
Диаметр ролика +0.01/0
Размер ролика h 11
Размер по хорде Табл. 3
Общая высота Табл.1
Толщина зуба Табл.2
Предварительно обработанное отверстие H8
Таб. 1 Полная высота H (мм) по DIN 7168, коасс F
Максимально допустимые отклонения для установленных интервалов размеров
Система качества.
Спецификация контроля размеров
Таб. 2 Толщина зуба h или h1 (h2 или h2)
Максимально допустимые отклонения по типу цепи
0/-0,25
0/-0,25
0/-0,25
0/-0,36
0/-0,36
0/-0,43
0/-0,43
0/-0,52
0/-0,52
0/-0,09
0/-0,11
0/-0,13
0/-0,13
0/-0,16
0/-0,16
0/-0,19
0/-0,19
0/-0,13
0/-0,16
0/-0,16
0/-0,16
0/-0,16
0/-0,22
0/-0,25
Максимально допустимые отклонения по модулям
Значения измерений по хорде эвольвентных зубьев при 20 о углах напряжения
Z= количество зубьев на образце
Z’ = количество зубьев на измеряемом участке
W= открытая ширина измерительного прибора для модуля 1
Примечание: для модулей, превышающих 1, умножьте значение W на модуль
Расчет звездочки цепной передачи выполняется по формулам Таблицы 1 и Таблицы 2 ГОСТ 591-69. Расчет некоторых дублирующих размеров я не стал выполнять, а оставшиеся, необходимые для прорисовки профиля параметры, расположил в таблице в порядке выполнения построений.
Программа в MS Excel:
Исходных данных — всего два, по ним автоматически определяются все расчетные параметры. Пользователь вводит число зубьев звездочки и выбирает из выпадающего списка цепь по ГОСТ 13568-97, все остальное происходит автоматически!
Проектировочный расчет в Excel роликовой цепной передачи, определяющий исходные данные для рассматриваемой программы, в подробном изложении найдете здесь.
Формулы:
Формулы в программе, как было замечено выше, расположены не в логической последовательности выполнения вычислений, а в порядке потребности в значениях размеров для выполнения геометрических построений.
при 1,5 λ ≤1,6 K =0,532
при 1,6 λ ≤1,7 K =0,555
при 1,7 λ ≤1,8 K =0,575
В точных кинематических реверсивных передачах следует назначить e =0.
20. FG = d1 *(1,24*sin( φ ) — 0,8*sin( β ))
Алгоритм построения профиля зуба:
1. Из центра звездочки проводим вертикальную осевую линию через центр будущей впадины и наклоненную на угол γ осевую линию, которая пройдет через центр зуба.
3. Чертим осевую линию параллельную вертикальной осевой, отступив от нее на расстояние, равное половине смещения — e /2.
6. Из точки F откладываем отрезок FG под углом φ к наклонной осевой, проходящей через центр зуба.
7. На перпендикуляре к отрезку FG, проведенном из точки G, находим центр O2 (GO2= r2 ) и чертим из точки G дугу радиусом r2 до пересечения с диаметром окружности выступов.
Фронтальный профиль зуба построен. Осталось сделать зеркальную копию профиля вправо от вертикальной оси и размножить по всей окружности.
Построение поперечного профиля зубьев звездочки, думаю, не требует каких-либо дополнительных пояснений
Единственное, на что хотелось бы обратить внимание, это — выполнение диаметра обода Dc. Если его по невнимательности завысить, ролики цепи не «сядут» во впадину, и цепь будет опираться на звездочку торцами боковых пластин… (Недолго будет опираться…)
Размеры венца звездочек
При конструировании звездочки цепных передач учитывают, что она должна выполнять ряд основных функций:
Для этого ее форма и размеры должны строго соответствовать результатам расчета.
Согласно рекомендациям ГОСТ 591-69, регламентирующего звездочки к приводным роликовым и втулочным цепям при проектировании исходят из следующих начальных параметров:
Основные размеры, определяющие геометрическую форму изделия, это:
Расчет параметров звездочки цепной передачи по заданному шагу цепи осуществляется в следующей последовательности:
При построении чертежа звездочки для цепной передачи D выст рассчитывают с точностью до 0,1 миллиметра, другие параметры-с точностью до 0,01 мм.
Расчет цепной передачи
Для цепной передачи выбираем открытую приводную роликовую однорядную цепь ГОСТ 13568-97.
2. Выбираем ориентировочный шаг цепи tпр по частоте ее вращения n1 (табл. 5.1)
Таблица 5.1 Значения шага роликовой цепи в зависимости от частоты вращения малой звездочки при Z1≥15
3. Принимаем по табл. 5.2 ориентировочное значение допускаемого среднего давления в шарнирах
Таблица 5.2 Допускаемое удельное давление в шарнирах для втулочных и роликовых цепей при Z1=15..30
4. Определяем коэффициент нагрузки, учитывающий условия эксплуатации по табл. 5.3.
5. Определяем расчетный шаг t однорядной цепи, m = 1; для двухрядной m = 2. Полученное значение шага t округляем до стандартного. По расчетному шагу принимаем цепь ПР по ГОСТ 13568-97 (табл. 5.4)
6. Рассчитаем среднюю скорость цепи v и окружную силу Рt, после чего проверим износостойкость цепи. При несоблюдении условия р 3 необходимо изменить условия работы передачи
8. Определим геометрические размеры передачи.
Таблица 5.4 Цепи приводные роликовые однорядные типа ПР ГОСТ 13568-97
Цепь приводная роликовая однорядная с шагом 12,7 мм и разрушающей нагрузкой 18,2 кН:
Цепь ПР-12,7-18,2ГОСТ 13568-97.
Цепь приводная роликовая двухрядная шага 25,4 мм с разрушающей нагрузкой 171 кН:
Цепь 2ПР-25,4-171ГОСТ 13568-97.
Таблица 5.5 Запас прочности цепи по износостойкости и усталостной выносливости
Значения [n] ( при скорости цепи v, м/с)
Параметры выбора звездочек
Приведенная выше информация определяет то, что звездочка цепной передачи характеризуется довольно большим количеством различных свойств, которые должны учитываться при выборе наиболее подходящего варианта исполнения. Рекомендациями по выбору назовем следующее:
Наружный диаметр. Этот параметр определяет то, какой длины устанавливается приводная цепь и какое усилие может передаваться. Показатель наружного диаметра варьирует в достаточно большом диапазоне. Кроме этого, слишком большой диаметр не позволяет проводить установку в конкретном случае. При различных диаметрах звездочки проводится понижение или повышение количества передаваемых оборотов. Оптимальное передаточное отношение. Довольно большое распространение получило понятие передаточного отношения звездочки. Это значение определяет то, сколько зубьев ведущего элемента приходится на зубья ведомого. Для определения подобного показателя применяются специальные формулы. Диаметр внутреннего посадочного отверстия также имеет значение. Этот показатель во многом зависит от наружного диаметра, также варьирует в достаточно большом диапазоне
При выборе рекомендуется уделять внимание и размерам шпоночной выемки. Тип применяемого материала при изготовлении изделия может оказывать влияние на эксплуатационные характеристики. В большинстве случаев применяется углеродистая сталь, которая обладает достаточной прочностью и износоустойчивостью
В последнее время большое распространение получили изделия из легированных сплавов, так как они более устойчивы к воздействию повышенной влажности. В большинстве случаев проводится термическая обработка для существенного повышения эксплуатационных характеристик. Форма зуба в большинстве случаев стандартная. По этому признаку выбирается изделие крайне редко.
В продаже встречается просто огромное количество различных вариантов исполнения звездочек для приводных цепей. При выборе проводится визуальный осмотр, в ходе которого выявляют:
В целом можно сказать, что заусенцы и другие дефекты указывают на низкое качество детали
Именно поэтому следует уделять внимание другим приводным звездочкам, которые на вид выглядят идеально. Основные параметры звездочек во многом определяют эксплуатационные характеристики механизма
Звездочки для цепей
Звездочки для приводных цепей представлены профилированными колесами, которые на поверхности имеют зубья. Эти элементы изделия предназначены для зацепления с приводной цепью на момент ее эксплуатации. Особенности заключаются в нижеприведенных моментах:
Подобное изделие сегодня получило широкое распространение, применяется в качестве основного элемента при создании различных механизмов.
Параметры и режимы ускоренных стендовых испытаний цепей на надежность
В.1 Установлены следующие группы испытаний цепей:
А – для цепей, работающих преимущественно в передачах мотоциклов, мотороллеров, в масляной ванне или при периодической смазке;
Б – для цепей, работающих преимущественно в открытых тихоходных передачах при периодической смазке (передачи сельскохозяйственных и им подобных машин);
В – для цепей, работающих в приводах машин общепромышленного назначения в условиях периодической смазки;
Г – для цепей, работающих преимущественно в быстроходных передачах в масляной ванне.
В.2 Условия стендовых испытаний цепей на надежность должны соответствовать указанным в таблицах В.1, В.2.
В.3 Расчетную нагрузку для многорядных цепей типов 2ПР, 3ПР и 4ПР, испытываемых по режимам таблиц В.1 и В.2, определяют путем умножения расчетной нагрузки для соответствующих однорядных цепей на коэффициент, равный:
1,8 – для двухрядной цепи;
2,5 – для трехрядной цепи;
3,0 – для четырехрядной цепи.
В.4 Продолжительность испытания согласно таблицам В.1, В.2 указана с учетом времени периода приработки.
Для многорядных цепей типов 2ПР, 3ПР и 4ПР нормы средней наработки до отказа и установленной безотказной наработки определяют умножением средней наработки до отказа и установленной безотказной наработки для соответствующих однорядных цепей на коэффициент, равный соответственно 0,8; 0,6; 0,5.
В.5 В таблицах В.1, В.2 предельное увеличение длины отрезка цепи от его начального значения с числом звеньев по таблице 8 дано без учета износа в период приработки.
Таблица В.1 – Группа испытания А
Параметры базового корпуса
Режимы и результаты испытаний
Предельное увеличение длины измеряемого отрезка, мм
(черт.1)
(черт.2)
приведены в приложении.
, роликовых 
