Исследование работоспособности цепной передачи с зубчатой цепью и эвольвентными звездочками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Курапов Георгий Владимирович

• Курапов Георгий Владимирович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Курапов Георгий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕДАЧИ ЗУБЧАТОЙ ЦЕПЬЮ

1.1. Обзор существующих исследований

1.2. Требования которым должен отвечать профиль зуба звёздочки

1.3. Формы расположения пластин зубчатой цепи на секторах обхвата звёздочки

1.4. Зависимость нагрузочной способности передачи от профиля зуба звёздочки

1.5. Выводы

ГЛАВА 2. ПРОФИЛИРОВАНИЕ ЗВЁЗДОЧЕК С ЭВОЛЬВЕНТНЫМ ПРОФИЛЕМ ЗУБЬЕВ ДЛЯ ПЕРЕДАЧ ЗУБЧАТОЙ ЦЕПЬЮ

2.1 Особенности проектирования звёздочек с эвольвентным профилем зубьев

2.2. Геометрические параметры цепного зацепления зубчатой цепи и звёздочки с эвольвентным профилем зуба

2.3. Проверочный расчет передачи с эвольвентными звёздочками по критериям работоспособности

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЯГОВОЙ СПОСОБНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЗУБЧАТОЙ ЦЕПЬЮ И ЗВЁЗДОЧКАМИ С ЭВОЛЬВЕНТНЫМ ПРОФИЛЕМ ЗУБА

3.1. Расположение пластин зубчатой цепи на звёздочке с эвольвентным профилем зуба

3.2. Определение радиусов расположения центров шарниров зубчатой цепи в

секторах обхвата звёздочек с эвольвентным профилем зуба

3.3 Тяговая способность передачи

3.4. Выводы

ГЛАВА 4. МОНТАЖ И НАСТРОЙКА ПЕРЕДАЧИ

4.1. Влияние погрешностей монтажа валов и изготовления звёздочек на монтаж передачи

4.2. Источники внутренних возмущений поперечных колебаний ветвей цепного контура

4.3. Поперечные колебания ведущей ветви передачи

4.4. Скорость удара пластин зубчатой цепи о звёздочку

4.5. Настройка передачи с зубчатой цепью и звёздочками с эвольвентным профилем зубьев

4.6. Выводы

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1. Анализ экспериментальных исследований

5.2. Изменение геометрических параметров цепного зацепления в процессе эксплуатации

5.3. Шумовые характеристики работающей передачи

5.4. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование работоспособности цепной передачи с зубчатой цепью и эвольвентными звездочками»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Цепные передачи с зубчатой цепью в настоящее время находят широкое применение, так как по сравнению с другими видами цепных передач обеспечивают равномерное вращение звёздочек, высокую кинематическую точность и надежность. В машиностроении основную массу цепных передач с зубчатой цепью оснащают звёздочками с прямолинейным профилем зуба (ГОСТ 13576-81).

Наибольший вклад в исследование цепных передач внесли следующие отечественные и зарубежные ученые: Н.В. Воробьев, И.И. Ивашков, Д.Н. Решетов, И.П. Глущенко, А.А. Петрик, А.А, Готовцев, С.Б. Бережной, П.Н. Учаев, И.П. Котенок, Г.К. Рябов, А.В. Пунтус, А.А. Война, Б.В. Николаев, L. Ulukau, К Gopinath, С Yabing, Y. Shuaibing, W. Xiaopeng, A. Lichi, L. Huan, W. Wencheng, L. Xiaolun, L. Jiajun, L. Jianfang. и другие.

Звёздочки для цепных передач в серийном производстве изготавливают на специальном оборудовании, в мелкосерийном - на специальном станочном оборудовании, а в единичном - специальным режущим инструментом. Изготовление звёздочек методом копирования не обеспечивает требуемой точности. Ремонтные цеха предприятий, эксплуатирующих вышеуказанные цепные передачи, зачастую оснащены универсальным оборудованием и, следовательно, можно изготовить зубчатые колеса с эвольвентным профилем зубьев.

Актуальность создания профиля зуба, позволяющего изготавливать звёздочки, при наличии универсального оборудования на предприятии, обусловлена их запросами о необходимости предложить профиль зуба, который можно получить методом обката с использованием стандартного режущего инструмента обеспечивающего необходимую точность. Эвольвентный профиль зуба звёздочки в цепных передачах с зубчатой цепью не применялся и мало изучен, несмотря на широкое его применение в зубчатых передачах.

Литературный обзор, патентный поиск, анализ материалов о существующей производственной эксплуатации цепных передач с зубчатой цепью показал, что эвольвентный профиль в звёздочках не применялся, изготовить его стандартным режущим инструментом на универсальном оборудовании невозможно, расчет геометрических параметров эвольвентной звёздочки для зубчатой цепи отсутствует, не изучено цепное зацепление, не доказана работоспособность такой передачи, отсутствуют рекомендации по их настройке.

Поэтому исследования в области создания эвольвентного профиля для звёздочек цепных передач с зубчатой цепью, которые можно изготовить стандартным режущим инструментом на универсальном оборудовании, являются актуальными.

Объект исследования. Работоспособность цепной передачи с зубчатой цепью и звёздочками с эвольвентным профилем зубьев.

Предмет исследования. Приводная цепная передача с зубчатой цепью и звёздочками с эвольвентным профилем зубьев.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание профиля зуба звёздочки для цепных передач с зубчатой цепью, позволяющего изготавливать звёздочки с эвольвентным профилем зуба на универсальном станочном оборудовании стандартным режущим инструментом -червячной фрезой. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи для исследования:

1. Определить геометрические параметры эвольвентного профиля зуба звёздочки, обеспечивающего работоспособность цепной передачи с зубчатой цепью;

2. Разработать методику проектирования и расчет геометрических параметров эвольвентных звёздочек;

3. Провести силовое исследование цепной передачи с зубчатой цепью и звёздочками с эвольвентным профилем зубьев;

4. Исследовать работоспособность цепной передачи с зубчатой цепью и эвольвентными звёздочками по критерию износостойкости зубчатой цепи и зубьев звёздочек;

5. Разработать рекомендации по монтажу и настройке цепной передачи с зубчатой цепью и эвольвентными звёздочками;

6. Провести сравнительные экспериментальные исследования цепных передач с зубчатой цепью с эвольвентными и стандартными профилями зубьев звёздочек.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.

Для решения поставленных задач применялись основные положения машиноведения и деталей машин, теории цепного зацепления, механики гибких нитей, эвольвентной зубчатой передачи, математическое моделирование эвольвентного цепного зацепления и экспериментальные исследования. Геометрические, кинематические, силовые и динамические характеристики передачи исследовались с применением методов теоретической механики, теории механизмов и машин. При решении поставленных задач применялись современные программы, такие как AutoCAD, Visual Studio и MS Excel.

Измерения элементов цепной передачи производились на инструментальном микроскопе УИМ-21 и инструментальной линейке с электронным штангенциркулем. Испытательный стенд спроектирован, изготовлен и смонтирован в лаборатории кафедры «Наземного транспорта и механики» ФГБОУ ВО КубГТУ.

Научная новизна. В результате проведенных исследований были разработаны и установлены следующие положения и закономерности:

1. Разработана методика профилирования звёздочек с эвольвентным профилем зуба для цепных передач с зубчатой цепью, обеспечивающая работоспособность этих передач;

2. Получены аналитические зависимости расчета геометрических параметров эвольвентных звёздочек для цепных передач с зубчатой цепью;

3. Разработана методика расчета цепного зацепления зубчатой цепи с эвольвентными звёздочками, позволяющая определять формы расположения рабочих пластин и радиусы расположения центров шарниров зубчатой цепи на секторах обхвата эвольвентных звёздочек;

4. Предложены методы расчета коэффициентов сцепления зубчатой цепи с эвольвентной звёздочкой позволяющие определять распределение нагрузки на зубьях, находящихся в зацеплении с зубчатой цепью и рассчитать натяжения ветвей передачи для её настройки.

Основные положения, выносимые на защиту:

- порядок расчета геометрических параметров эвольвентных звёздочек для цепных передач с зубчатой цепью;

- способ формообразования профилей зубьев эвольвентных звёздочек для цепных передач с зубчатой цепью с применением стандартного режущего инструмента;

- математическая модель цепного зацепления зубчатой цепи со звёздочками с эвольвентным профилем зубьев;

- методика расчета тяговой способности цепной передачи с зубчатой цепью и звёздочками с эвольвентным профилем зубьев;

- методика определения допускаемых значений погрешности монтажа и параметров настройки передачи с эвольвентными звёздочками.

Практическая значимость работы:

1. Предложен способ формообразования зубьев эвольвентных звёздочек, позволяющий изготовить эвольвентные звёздочки с использованием стандартного режущего инструмента на универсальном оборудовании;

2. Спроектирован и изготовлен специальный стенд для исследований передач с гибкой связью, на который получен патент РФ. На стенде были испытаны передачи зубчатой цепью с эвольвентными и стандартными звёздочками. Продолжительность испытаний составила 1140 часов;

3. Разработанная методика проектирования эвольвентных звёздочек для цепных передач с зубчатой цепью была внедрена в производство на ООО ПКФ «Меркан» г. Челябинск. С использованием данной методики спроектированы и изготовлены три звёздочки с эвольвентным профилем зубьев ^=96, 72=22, 73=34) для цепной передачи с зубчатой цепью и шагом /=15,875 мм. Передача вмонтирована в приводную систему промазочного стола линии для производства линолеума, в процессе эксплуатации исследуемой цепной передачи в течение более 1000 часов не выявлено ни одного случая отказа цепной передачи.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на:

- научных конференциях ФГБОУ ВО КубГТУ (Краснодар, 2012 - 2016 гг.);

- международной научной конференции «МИКМУС» (Москва, 2014 г.);

- заседании III Конкурса молодежных научных и инновационных проектов «1ппоТе^ 2014» (Краснодар, 2014 г.);

- региональном форуме «Создай себя сам» (Краснодар, 2014 г.);

- региональной научно-практической конференции «Молодежные научно-инновационные проекты Краснодарского края», в рамках конкурса «УМНИК» (Краснодар, 2014 г., с финансированием 400 тыс. руб. - 2015 - 2016 гг.);

- региональном форуме «Юго-Восточная Европа» (Краснодар, 2014 г.);

- заседании конкурса «Премия ^ года» (Краснодар, 2014 - 2015 гг.);

- VI Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2014 г);

- XII всероссийской научно-практической конференции «Научный потенциал ВУЗа - производству и образованию» (Армавир, 2016 г.);

- международной научно-практической конференции «Механика, оборудование, материалы и технологии» посвященной 100-летию ФГБОУ ВО КубГТУ (Краснодар, 2018 г.);

- IV московском международном симпозиуме «Приводная техника и компоненты машин» ИМАШ РАН им. Благонравова, (Москва, 2018 г.).

Данная работа выполнена в соответствии с:

- тематическим планом инициативных и комплексных НИР № 5.3.11-15, п. 47 на 2011-2015 гг. по темам «Исследование, расчет и проектирование систем приводов и деталей машин с целью повышения технического уровня механического оборудования и подъемно-транспортных устройств» и № 5.3.16-20, на 2016-2020 гг. «Исследование машин, станочных комплексов, сельскохозяйственной техники и приводов» кафедры «Наземного транспорта и механики» ФГБОУ ВО КубГТУ;

- НИОКР по государственному контракту № 1789ГУ1/2014 от 24 марта 2014 года на разработку и совершенствование привода главного движения технологического комплекса VMG50 на базе тяжелых и уникальных станков в рамках программы «УМНИК» («Участник молодежного научно-инновационного конкурса»).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 научных работах, в числе которых 4 в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, 1 патенте РФ и 2 свидетельствах государственной регистрацией программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа содержит 173 страницы, 44 рисунка, 14 таблиц, 103 источника и 6 приложений.

В первой главе выполнен анализ существующих профилей зубьев звёздочек и типов зубчатых цепей, применяемых в цепных передачах. Рассмотрены способы формообразования зубьев звёздочек, применяемые в условиях мелкосерийного и единичного производства. Показано, что для получения этих профилей необходимо либо применение режущего инструмента со специальной формой профиля, либо использование непроизводительных и неточных способов изготовления. Наиболее выгодно по сравнению с остальными

выглядит профиль зуба звёздочки, очерченный по эвольвенте, так как его формообразование можно производить методом огибания (обката) с использованием стандартного режущего инструмента, исходный контур которого образован прямыми линиями.

Однако в настоящее время отсутствует методика проектирования эвольвентных звёздочек и расчета их геометрических параметров, применительно к передачам с зубчатой цепью. Не проведены теоретические и экспериментальные исследования работоспособности передачи с зубчатой цепью и эвольвентными звёздочками, не даны рекомендаций по настройке и монтажу передач.

Вторая глава посвящена разработке методики расчета геометрических параметров звёздочек с эвольвентным профилем зубьев для передач зубчатой цепью. Звёздочка с эвольвентным профилем представляет зубчатое колесо с расширенной впадиной, необходимой для размещения в ней пластин зубчатой цепи. Поэтому такая звёздочка сочетает в себе свойства, присущие эвольвентному зубчатому и цепному зацеплению.

Профилирование эвольвентных звёздочек для передач с зубчатой цепью предлагается производить стандартным режущим инструментом - червячной фрезой (ГОСТ 9324-80), применяемой при нарезании эвольвентных зубчатых колес. Решение проблемы размещения пластин зубчатой цепи во впадине эвольвентной звёздочки достигается использованием при нарезании зубьев двух видов коррекции: радиальной и тангенциальной. В ходе расчета были получены зависимости для определения геометрических параметров цепного зацепления зубчатой цепи с эвольвентной звёздочкой: половины угла заострения у, угла профиля в, радиуса кривизны рз профиля зуба звёздочки в точке контакта с пластинами зубчатой цепи и угла давления 0.

Результаты расчетов, проведенных для всех типоразмеров зубчатой цепи и чисел зубьев звёздочек, показали, что при эвольвентном профиле зубьев выполняются все необходимые требования работоспособности, предъявляемые к цепному зацеплению: свободный вход и свободный выход пластин зубчатой цепи

из зацепления со звёздочкой, отсутствие подрезания основания и заострения вершин зубьев звёздочки.

В третей главе представлена методика определения радиусов расположения центров шарниров на секторах обхвата звёздочек с эвольвентным профилем зуба. Для решения задачи применялся метод последовательной "укладки" зубчатой цепи на рабочий и затылочный профили поверхности эвольвентной звёздочки. Предлагаемая математическая модель позволяет определить возможные варианты расположения шарниров пластин на секторах обхвата эвольвентной звёздочки в зависимости от расположения начального шарнира. Далее по известным радиусам расположения центров шарниров зубчатой цепи рассчитываются значения коэффициентов сцепления пар пластина цепи - зуб звёздочки и определяется форма расположения шарниров, в зависимости от натяжения ведущей S1 и ведомой 82 ветвей рассматриваемой цепной передачи. Результаты расчета радиусов расположения центров шарниров используются для расчета геометрических параметров цепного зацепления зубчатой цепи с эвольвентными звёздочками и для оценки тяговой способности передачи. Тяговая способность расчитывается по наименьшему из допускаемых моментов: ограниченных максимальным крутящим моментом, предельно допустимым контактным напряжением призм в шарнирах зубчатой цепи и пробуксовкой пластин цепи по зубьям звёздочки.

В четвертой главе рассмотрены вопросы влияния погрешностей монтажа на настройку цепных передач с зубчатой цепью, оснащенных эвольвентными звёздочками. Проведенные исследования позволяют определить допускаемое значение погрешностей монтажа цепной передачи с зубчатой цепью: перекос, непаралельность, осевое смещение валов, неплоскостность и торцевое биение звёздочек. Получены системы уравнений для определения коэффициентов провисания холостой ветви, учитывающие отсутствие резонансных поперечных колебаний, которые могут быть вызваны эксцентриситетами и граненностью эвольвентных звёздочек. Разработана методика расчета поперечных колебаний ведущей ветви в цепных передачах. Проведенный сравнительный анализ показал

сходимость результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований.

В пятой главе описаны экспериментальные исследования работоспособности цепной передачи с зубчатой цепью и звёздочками с эвольвентным профилем зубьев. Эксперимент проводился на стенде в лаборатории кафедры «Наземного транспорта и механики» ФГБОУ ВО КубГТУ. Конструкция стенда защищена патентом РФ на полезную модель.

В ходе стендовых испытаний исследовались передачи, работающие с периодической смазкой и без смазки, что позволило ускорить испытания и определить влияние износа элементов передачи на её работоспособность. С целью сравнительного анализа работоспособности звёздочек с эвольвентным профилем зуба проводились испытания цепных передач, оснащенных звёздочками с прямолинейным профилем зуба (ГОСТ 13576-81). Стендовые испытания передач показали, что при периодической смазке передача зубчатой цепью, оснащенная звёздочками с эвольвентным профилем зубьев, по износостойкости цепи уступает до 10 % передаче, оснащенной звёздочками с прямолинейным профилем. Динамика износа профилей зубьев звёздочек в обеих передачах была сопоставима.

В приложении представлены акт внедрения в производство эвольвентных звёздочек для передач с зубчатой цепью на ООО ПКФ «Меркан» (г. Челябинск), методика проектирования эвольвентных звёздочек для передач с зубчатой цепью с примером расчета, пример определения тяговой способности передачи и окна компьютерной программы «Расчет геометрических параметров эвольвентных звёздочек для зубчатых цепей с моделированием цепного зацепления».

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕДАЧИ ЗУБЧАТОЙ ЦЕПЬЮ

1.1. Обзор существующих исследований

Цепные передачи нашли широкое применение в различных отраслях: сельхозмашиностроении, буровом и дорожно-строительном оборудовании, полиграфических и подъемно-транспортных машинах, металлургической, станкоинструментальной и текстильной промышленностях, автомобильной и мотоциклетной технике. Анализ использования цепных передач позволяет сделать вывод об их определенных преимуществах перед другими передачами гибкой связью. По сравнению с ременными, цепные передачи имеют постоянное передаточное отношение, значительно меньшие габариты. Стремление повысить надежность цепных передач привело к необходимости проведения большого объема теоретических и экспериментальных исследований. Научно-исследовательские работы в области цепного зацепления, кинематики и динамики передач, прочности и износостойкости их элементов проведенные Н.В. Воробьевым [23,24], И.П. Глущенко [29,30], С.Б. Бережным [2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18], Д.Н. Решетовым [69], А.А. Петриком [61,62,63,64], Г.К. Рябовым [70,71,72,73,74] и другими учеными, способствовали повышению качества и надежности элементов передачи, совершенствованию методов проектирования и рационального использования цепных передач.

Особое место в цепных передачах занимают передачи с зубчатой цепью. В настоящее время цепные передачи, оснащенные зубчатыми цепями, применяют в двигателях автомобилей, снегоходах, металлообрабатывающих станках, текстильных машинах и агрегатах, конвейерах, рабочих органах транспортеров и т.д. Наиболее рациональное и эффективное применение передачи с зубчатой цепью получили в высокоскоростных механизмах, линейная скорость которых достигает 40 м/сек.

Цепная передача (Рисунок 1.1) состоит из ведущей звёздочки 1, ведомой звёздочки 2 и зубчатой цепи 3. Зубчатая цепь (Рисунок 1.2) имеет рабочие 1 и направляющие 2 пластины, соединенные между собой призмами 3 и 4.

Рисунок 1.1. Схема цепной передачи с зубчатой цепью: 1 - ведущая звёздочка; 2 - ведомая звёздочка; 3 - зубчатая цепь; &и &2 - углы обхвата ведущей и ведомой звёздочек зубчатой цепью; - угловая скорость вращения ведущей и ведомой звёздочек.

Рабочая пластина 1 имеет зубообразную форму и два отверстия для установки двух призм, образующих шарнир зубчатой цепи. Направляющая пластина 2 не имеет выреза для зацепления с зубом звёздочки и предназначена для предотвращения соскальзывания цепи со звёздочек во время работы цепной передачи.

Рисунок 1.2. Зубчатая цепь: 1 - рабочая пластина; 2 - направляющая пластина; 3 - соединительная призма; 4 - внутренняя призма. По конструкции шарниров зубчатые цепи делятся на несколько типов: - простые зубчатые цепи;

- зубчатые цепи с вкладышами;

- зубчатые цепи с шарнирами качения и качания.

Любая зубчатая цепь состоит из звёньев, представляющих собой блок параллельно расположенных пластин, которые соединяются при помощи шарниров. Изготавливают зубчатые цепи с боковыми или внутренними направляющими пластинами.

Рисунок 1.3. Основные параметры пластины зубчатой цепи

Форма внешнего контура рабочих пластин зубчатой цепи не зависит от конструкции шарнира, поэтому рабочие пластины всех видов имеют одну форму с одинаковыми основными размерами.

Наиболее важными параметрами пластины (Рисунок 1.3) являются следующие:

Я] - радиус внешнего скругления пластины;

Я2 - радиус скругления среднего выреза пластины;

t - шаг пластины;

а - угол вклинивания рабочих граней пластины.

Пластина имеет рабочие и затылочные профили для контакта с профилями зубьев звёздочки. Расстояние между двумя одноименными точками двух смежных звёньев, измеренное вдоль линии натяжения цепи, принято называть шагом. При

этом шаг новой зубчатой цепи равен шагу пластины, однако в процессе эксплуатации зубчатой цепи и износа шарниров шаг цепи становится больше шага пластины. Шаг цепи может увеличиваться до определенного предела, при достижении которого эксплуатация передачи с зубчатой цепью должна быть прекращена.

Простые зубчатые цепи делятся на два вида (Рисунок 1.4 а, б) и представляют собой соединения звёньев цепей посредством цилиндрических валиков. В первом варианте используются валики, проходящие через отверстия проушин пластин (Рисунок 1.4 а), а во втором - через стальные втулки (Рисунок 1.4 б).

Существенным недостатком простых зубчатых цепей является их низкий ресурс, вследствие повышенного износа шарниров.

в)

г)

д)

е)

ж) з)

Рисунок 1.4. а, б, в, г, д, е, ж, з. Виды зубчатых цепей: а - простая зубчатая цепь с валиком; б - простая зубчатая цепь с валиком и стальной втулкой; в - зубчатая цепь с вкладышами; г -шарнир зубчатой цепи с вкладышами в сечении; д - зубчатая цепь с одинаковыми призмами; е - шарнир зубчатой цепи с одинаковыми призмами в сечении; ж - зубчатая цепь с разными призмами; з - шарнир зубчатой цепи с разными призмами в сечении.

В зубчатых цепях с вкладышами (Рисунок 1.4 в, г) шарнир состоит из двух вкладышей и валика, причем их поворот возможен только внутрь цепного контура. Такие шарниры предотвращают соударение ветвей передачи при больших межосевых расстояниях и обеспечивают лучшее зацепление по сравнению с простыми зубчатыми цепями. В процессе эксплуатации зубчатой цепи в зазоре 3 (Рисунок 1.4 г) между выступами отверстия проушины и

боковыми гранями вкладыша происходит проскальзывание и интенсивный износ вкладышей с увеличением шага цепи.

Проблема повышения долговечности зубчатых цепей и снижения их себестоимости решена изменением конструкции шарниров. В своих работах Н.В. Воробьев [23] и Б.В. Николаев [53] указывают, что зубчатые цепи с шарнирами качения более технологичны и долговечны в отличии от зубчатых цепей с вкладышами. Зубчатые цепи с шарнирами качения имеют шарниры образованными двумя призмами (двумя полуосями), работающие по принципу трения скольжения. Установлено, что зубчатые цепи с шарнирами качения имеют в шесть раз большую износостойкость и в два раза более высокую усталостную прочность по сравнению с зубчатыми цепями с вкладышами.

Зубчатые цепи с шарнирами качения можно разделить на две группы:

- цепи, шарнирные призмы которых имеют одинаковые контуры по сечению (Рисунок 1.4 д, е);

- цепи, шарнирные призмы которых имеют различные контуры по сечению (Рисунок 1.4 ж, з).

Основными поверхностями в шарнире зубчатой цепи (Рисунок 1.4 е) являются цилиндрические поверхности, очерченные дугами окружностей (рабочие поверхности призм АВ и СБ).

Однако зубчатые цепи с различными контурами призм сложны в изготовлении, так как призмы изготавливаются методом холодного волочения, сопряженным с трудностями одновременного изготовления двух разных контуров.

В отверстиях пластин зубчатой цепи, показанной на рисунке 1.4 з, по всей ширине цепи располагаются две призмы с разными профилями. Призма 1 имеет с одной стороны выступ, а с другой - плоскую опорную поверхность, по которой перекатывается призма 2 с криволинейной поверхностью опоры, и фиксируется впадиной с выступом.

Рисунок 1.5. Призмы зубчатых цепей с шарнирами качания

Существуют зубчатые цепи с использованием специального вида шарнира -шарнира качания (Рисунок 1.5). Рабочий профиль первой призмы изготовлен в виде изогнутой линии АВС, а второй призмы в виде прямой линии. Поворот звёньев зубчатой цепи происходит за счет качания одной призмы относительно другой вокруг центральной точки контакта В.

Однако экспериментальные исследования показали, что центральная точка контакта призм изнашивается и процесс качания призм переходит в трение качение.

Шарниры качания имеют по сравнению с шарнирами качения существенное преимущество: поворот шарнира происходит на всем протяжении зацепления вокруг одной точки и поэтому шаг цепи в процессе зацепления практически не меняется.

Поломки зубчатых цепей в большинстве случаев вызываются предельным износом шарниров или разрушением пластин цепи. В тоже время работоспособность зубчатых цепей с шарнирами качения кроме износостойкости её элементов, должна подтверждаться обеспечением усталостной прочности пластин, так как в ходе экспериментальных исследований происходили обрывы цепи, вызванные разрушением пластин вблизи проушин. Причем пластины

зубчатой цепи разрушались по одному и тому же сечению, и характер излома соответствовал усталостному.

Основные типы профилей зубьев звёздочек для зубчатых цепей:

- прямолинейный;

- криволинейный, применяемый в передачах и машинах зарубежного производства;

- эвольвентный, нарезаемый специальным режущим инструментом [92].

Зарубежные источники стандартизации звёздочек для зубчатых цепей

представлены в нескольких вариантах, с сокращением параметров. Американским стандартом АСА B292-1950 [98] регламентируются лишь те размеры звёздочек, которые обеспечивают взаимозаменяемость цепей различных фирм-изготовителей.

Основные размеры звёздочек для зубчатых цепей представлены в немецком стандарте DJN8191 [99], каталогах фирм «Westinghouse» [102] и «Ramsey» [103]. Параметры звёздочки для отечественных зубчатых цепей в Российской Федерации регламентированы стандартом ГОСТ 13576-81 (Рисунок 1.6).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Курапов Георгий Владимирович, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т.1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестоковой. М.: Машиностроение, 2001.920с.

2. Бережной С.Б. Роликовые цепные передачи общемашиностроительного применения. - М.: изд-во МГТУ им. Баумана, 2004. - 242 с.

3. Бережной С. Б. Исследование настройки двухваловых роликовых цепных передач с натяжными звёздочками: 05.02.02.: Дис. канд. техн. наук. - Краснодар, 1981. - 178 с. - Библиогр.: С. 168-178.

4. Бережной С. Б. Синтез и анализ роликовых цепных передач: дис. ... д-ра техн. наук (05.02.02). Краснодар, 2004. 431 с.

5. Бережной С.Б., Война А.А.Определение радиусов расположения центров шарниров на дугах обхвата эвольвентных звёздочек // Краснодар, 2001. - 25 с. -Деп. В ВИНИТИ 16.03.01, № 667-В2001.

6. Бережной С.Б., Война А.А., Курапов Г.В. Эвольвентные звёздочки для цепных передач с зубчатой цепью // Вестник ДГТУ, Ростов на Дону, 2013. - № 5/6 (74) - С. 53-58.

7. Бережной С.Б., Война А.А., Курапов Г.В. Особенности расчета и проектирования зубчатых цепных передач // Наука. Техника. Технологии., КубГТУ, Краснодар, 2014. - №3- С. 68-75.

8. Бережной С.Б., Война А.А., Курапов Г.В. Настройка цепных передач с зубчатой цепью и эвольвентными звёздочками // Нефтегазовое дело: Электронный научный журнал Уфимский гос. нефт. техн. университе, Уфа, 2014. - №1 - С. 273-288.

9. Бережной С.Б., Война А.А., Курапов Г.В. Определение радиусов расположения центров шарниров зубчатой цепи на дугах обхвата эвольвентных звёздочек/ С.Б. Бережной, А.А. Война, Г.В. Курапов // Вестник ДГТУ, Ростов на Дону, 2014. - № 1(76) - С. 86-92.

10. Бережной С.Б., Война А.А., Курапов Г.В., Экспериментальные исследования цепных передач XXVI Международная Инновационно-ориентированная конференция молодых учёных и студентов "МИКМУС-2014", Москва, 2015, С. 389-392

11. Бережной С.Б., Война А.А., Курапов Г.В. Анализ ударной стойкости цепи в зависимости от профиля зуба звёздочки // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - №03(107). - IDA [articlelD]: 1071503098. - Режим доступа: http: //ej. kubagro. ru/2015/03/pdf/9 8. pdf

12. Бережной С.Б., Война А.А., Курапов Г.В. Исследование возможности применения эвольвентных звёздочек в цепных передачах с зубчатой цепью // Приводная техника и компоненты машин: Сборник трудов 4-го Московского межд. симпозиума/ред.-сост.: Н.И. Ивашков, В.М. Бозров -М.:РОСПТО - ИМАШ РАН, 2018.-172с., С. 58-65

13. Бережной С.Б., Курапов Г.В. Влияние эвольвентного профиля зуба звёздочки на поперечные колебания ветвей цепной передачи с зубчатой цепью // Приводная техника и компоненты машин: Сборник трудов 4-го Московского межд. симпозиума/ред.-сост.: Н.И. Ивашков, В.М. Бозров -М.:РОСПТО - ИМАШ РАН, 2018.-172с., С. 46-52

14. Бережной С.Б., О.И. Остапенко, Война А.А., Личман Р.Л. Предельное увеличение шага зубчатой цепи в зацеплении с эвольвентной звёздочкой; Кубан. гос. технол. ун - т. - Краснодар, 2007. - 7 с., 3 ил. -. Библиогр.: 3 назв. - Рус. -Деп. в ВИНИТИ 31.01.2008, № 23-В2008

15. Бережной С.Б., Остапенко О.И., Война А.А. Скорость удара при зацеплении зубчатых цепей с эвольвентными звёздочками // Деп. в ВИНИТИ, - Краснодар, 2008. - № 822 - В2008

16. Бережной С.Б., Остапенко О.И., Война А.А. Применение эвольвентных звёздочек в цепных передачах // Горная электромеханика и автоматика: Научно-

технический сборник / Национальная горная академия Украины. Днепропетровск, 1999. С. 271-274.

17. Бережной С.Б., Остапенко О.И., Курапов Г.В., Скорюнов А.А. Проектирование зубчатых передач с использованием радиального и тангенциального смещения инструмента // Региональный технологический парк как инструмент модернизации промышленности юга России. Сборник докладов Международной научно-практической конференции, 16 - 19 января 2012 г. / М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО Кубан. гос. технол. ун-т, Междунар. открытое акционер. о-во Седин. Краснодар: Издательский дом - Юг, 2012 г. С. 80-81.

18. Бережной С.Б., Остапенко О.И., Война А.А., Скорюнов А.А. Зубчато-цепные передачи с зубчатой цепью // Машиностроение: межвуз. сб. науч. ст. / ФГБОУ ВПО Кубан. гос. технол. ун-т.; под общ. ред. проф. С.Б. Бережного. Краснодар: Издательский дом - Юг. Вып. 4, 2011. С. 48-50.

19. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1993. 640 с.

20. Война А.А. Расчет и проектирование роликовых цепных передач с эвольвентными звёздочками: 05.02.02: Дисс. канд. техн. наук. - Краснодар, 2004 г. - 220 с.

21. Война А.А., Курапов Г.В. Расчет и моделирование процесса формообразования зубьев эвольвентных звёздочек для зубчатых цепей методом обкатки стандартным режущим инструментом. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2013611169; Кубанский государственный технологический университет. №2012661065; заявл. 13.12.12; опубл. 09.01.13.

22. Война А.А., Курапов Г.В. Расчет геометрических параметров эвольвентных звёздочек для зубчатых цепей с моделированием цепного зацепления. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ№2014615770; Кубанский государственный технологический университет. №2014613403; заявл. 15.04.14; опубл.03.06.14.

23. Воробьев Н.В. Цепные передачи. 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1968. - 250 с.

24. Воробьев Н.В., Глушков Г.А. Профили зубьев звёздочек для приводных зубчатых цепей - М.: Машиностроитель, 1965, №11. С.27-28.

25. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. - 2-е изд. М.: Наука, 1975. - 872 с.

26. Гавриленко В.А. Основы теории эвольвентной зубчатой передачи. - М.: Машиностроение, 1969. - 432 с.

27. Глушков Г.А. Исследования работоспособности зубчатых цепей с шарнирами трения качения и их стандартизация. Дисс. ... канд. техн. наук., Ижев. мех. институт - Ижевск, 1968. -197 с.

28. Глущенко И.П., Азнаурян Р.В., Солнцев С.В. Погрешности монтажа роликовых цепных передач. - В сб. «Механические передачи», Труды КПИ, вып. 56 Краснодар, 1974, С. 61-71.

29. Глущенко И.П., Петрик А.А. Цепные передачи. - Киев: Техника, 1973. - 103 с.

30. Глущенко И.П., Петрик А.А., Метильков С.А. О поперечных колебаниях приводной роликовой цепи, обусловленных граненностью звёздочек // Механические передачи: Тр. Краснодар. политехн. ин-та., Выпуск 73, 1975. С. 3-10.

31. Глущенко И.П., Солнцев С.В., Бойко Ю.И. О влиянии искажений цепного контура на температурный режим цепной передачи. - В сб. «Механические передачи», Труды КПИ, вып. 73, Краснодар, 1975, С. 60-65.

32. ГОСТ 9324-80. Фрезы червячные чистовые однозаходные для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем. Технические условия. Введ. 01.01.82.

33. ГОСТ 13552-81. Цепи приводные зубчатые. Технические условия. Введ. 01.01.82.

34. ГОСТ 13576-81. Звёздочки для приводных зубчатых цепей. Методы расчета и построения профиля зубьев. Предельные отклонения. Введ. 01.01.82.

35. Готовцев А.А., Котенок И.П. Проектирование цепных передач: Справочник,

- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982. - 336 с.

36. Григорьева К.М. Исследования работы зубчатых цепей. Дисс. ... канд. техн. наук., Ижев. мех. институт - Ижевск, 1959. -144 с.

37. Зельцер Ю.Ш., Рябов Ю.К., Терновой А.В. Автоматизация проектирования цепных передач // Вестник машиностроения, 1983. С. 25-28.

38. Зубчатые передачи: Справочник / Под ред. Е.Г. Гинзбурга. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1980. - 416 с.

39. Зубченко И.И., Дубиняк С.А., Рыбак В.Е. Кинематика и динамика цепных передач. - Львов.: Изд-во Львовск. ун-та, 1972. - 123 с.

40. Иванов М. Н. Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей вузов / М. Н. Иванов, В. А. Финогенов. 11-е изд., перераб. М.: Высш. Шк., 2007. 408 с.

41. Козлов М.П. Зубчатые передачи точного приборостроения. Изд. 2 М.: Машиностроение. 1969. - 399 с.

42. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1997. 592 с.

43. Кузнецова А.К. Вопросы динамики привода зубчатой цепью. Дисс. ... канд. техн. наук., Моск. станкоистр. институт им. И. В. Сталина - Москва, 1954. -122 с.

44. Курапов Г.В., Бережной С.Б., Остапенко О.И., Скорюнов А.А. Определение основных геометрических параметров эвольвентных звёздочек с целью изготовления стандартным режущим инструментом // Перспективы развития науки и образования: сб. науч. тр. по мат-лам Междуран. науч.-практ. конф. 28 сентября 2012 г.: в 14 частях. Часть 8; М-во обр. и науки РФ. Тамбов: Изд-во ТРОО Бизнес-Наука-Общество, 2012. С. 69-71.

45. Курлов Б.А. Расшифровка цилиндрических и конических зубчатых передач.

- М.: Машиностроение. 1972. - 136 с.

46. Личман Р.Л., Война А.А., Коэффициент сцепления для цепной передачи с зубчатой цепью; Кубан. гос. технол. ун - т. - Краснодар, 2008. - 6 с., 2 ил. -. Библиогр.: 4 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 24.12.2008, № 1000 - В2008

47. Максимов А.В. Тяговая способность роликовой цепной передачи: 05.02.02: Дис. канд. техн. наук. - Краснодар, 1988. - 225 с.

48. Меркин Д.Р. Введение в механику гибкой нити. М.: Наука 1980. 239 с.

49. Метильков С.А. Исследование поперечных колебаний ветвей цепных передач сельхозмашин и их влияние на изнашивание роликовых цепей: Автореф. дис. канд. техн. наук (05.02.02). Краснодар. 1979. 22 с.

50. Метильков С.А. Надежность цепных передач машин. Краснодар.: Советская Кубань. 2000. 103 с.

51. Метильков С.А., Пунтус А.В. Исследование поперечных колебаний ветвей цепной передачи, обусловленных эксцентриситетом звёздочек // Цепные передачи и приводы.: Краснодар. политехн. ин-та. - 1980. - С.38-49.

52. Метильков С.А. Расчет цепных передач сельхозмашин на долговечность // Цепные передачи и приводы: Тр. Краснодар. политехн. ин-та., 1984. С. 3-14.

53. Николаев Б.В. Исследование зубчатых цепей с шарнирами трения качения. Дисс. канд. техн. наук. Ижев. мех. институт - Ижевск, 1961. -194 с.

54. Новыйдарсков В.А. Повышение долговечности (износостойкости) тихоходных тяжело нагруженных цепных передач. 05.02.04: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Ростов-на-Дону. 1985. - 18 с.

55. Норовский А.А., Столбин Г.Б. Рациональный выбор натяжений в ветвях двухзвёздной цепной передачи. - М.: Вестник машиностроения, 1967, № 2.

56. Норовский А.А., Столбин Г.Б. Усилия в приводных цепях от действия технологических факторов. - М.: Вестник машиностроения, 1968, № 5.

57. Основы информатики и вычислительной техники. В.М. Заварыкин, В.Г. Житомирский, М.П. Лапчик. и др. - М.: Просвещение, 1989. - 207 с.

58. Остапенко О.И., Бережной С.Б., Азнаурян Р.В., Солнцев С.В. Геометрический расчет эвольвентных звёздочек. - Краснодар, 1994, 7с.- Деп. ВИНИТИ 14.03.94., № 595-В94

59. Пат. 2314900 Российская Федерация, МПК B23F5/22.Способ изготовления эвольвентных звёздочек для зубчатых цепей / Петрик А. А., Бережной С. Б., Остапенко О. И., Война А. А.; Гос. обр. уч. высшего проф. обр. Кубанский гос. технологический университет (ГОУ ВПО КубГТУ). №2011120967/11; заявл. 20.04.06; опубл. 20.01.08, Бюл. №2. - 3 с.

60. Пат. 147242 Российская Федерация, МПК G01M13/02. Стенд для испытания цепных передач / Бережной С. Б., Пунтус А. В., Мевша Н. В., Война А. А., Курапов Г.В.; Гос. обр. уч. высшего проф. обр. Кубанский гос. технологический университет (ГОУ ВПО КубГТУ). №2014134006/28; заявл. 19.08.14; опубл. 27.10.14, Бюл. №30. - 3 с.

61. Петрик А.А. Исследование работоспособного состояния роликовых цепных передач: 05.02.02: Дис. докт. техн. наук. - Краснодар, 1977. - 389 с.

62. Петрик А.А., Максимов А.В. Влияние усилий в ветвях цепной передачи на формы расположения шарниров по дуге обхвата звёздочки // Цепные передачи и приводы: Тр. Краснодар. политехн. ин-та, 1984. - С. 14-23.

63. Петрик А.А., Семенов В.С. Об устойчивости настройки пары ведущая звёздочка - цепь // Механические передачи: Тр. Краснодар. политехн. ин-та. -1974. - Вып.56. - С.9-16.

64. Петрик А.А., Семенов В.С, Лысенко В.В. О тяговой способности пар роликовая цепь - звёздочка // Механические передачи: Тр. Краснодар, политехн. ин-та. - 1976. - Вып.228. С.12-21.

65. Посохов В.В. Математическая модель цепной передачи // Цепные передачи и приводы: Тр. Кубан. гос. технол. ун-та, 1995. С. 75-80.

66. Проектирование механических передач: учебно-справочное пособие для ВТУЗов / С. А. Чернавский, Г. А. Снесарев, Б. С. Козинцов и др. 6-е изд. перераб. и доп. М.: «Альянс», 2008. 590 с.

67. Производство зубчатых колес: Справочник / С. Н. Калашников, А. С. Калашников, Г. И. Коган и др.; Под общ. ред. Б. А. Тайца. 3-е изд., перераб. и допол. М.: Машиностроение, 1990. 464 с.

68. Пунтус А.В. Исследование зацепления открыто шарнирных цепей с прямыми пластинами со звёздочками в цепных передачах. 05.02.02.: Дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар, 1971. - 190 с. - Библиогр.: С. 181-190 (93 назв.).

69. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

70. Рябов Г.К. Оптимизация и метод расчета цепных передач: 05.02.02: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. - Владимир, 1993. - 34 с.

71. Рябов Г.К. Оптимизация и метод расчета цепных передач: 05.02.02: Дисс. докт. техн. наук. - Владимир, 1993. С. 209.

72. Рябов Г.К. Расчеты цепных передач на ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1991. - 65 с.

73. Рябов Г.К. Силовое взаимодействие с зубьями звёздочек цепной передачи // Изв. вузов. Машиностроение. 1982. № 2. С. 32-37.

74. Рябов Г.К. Распределение нагрузки по зубьям звёздочек цепных передач // Изв. вузов. Машиностроение. 1983. № 3. С. 22-27.

75. Рябов Г.К., Жирехин В.И., Терновой А.В., Мазур В.И.К вопросу профилирования зубьев звёздочек цепных передач // Вестник машиностроения. 1989. №3. - С. 29-30.

76. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций. Москва, «Наука», 1968, С. 463.

77. Семенов В.С. Исследование настройки двухзвёздных роликовых цепных передач 05.02.02.: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар, 1981. - 26 с.

78. Семенов В.С. К определению места расположения шарниров на профилях зубьев ведущей звёздочки при расчете настройки цепной передачи //

Механические передачи: Тр. Краснодар. политехн. ин-та. - 1974. - Вып.56. С.17-24.

79. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. Москва, «Наука», 1969, С. 511.

80. Солнцев С.В. Исследование погрешностей монтажа роликовой цепной передачи и их влияния на ее нагрузочную способность. Автореферат канд. Дис. Краснодар, 1975, С. 36.

81. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых и червячных передач / Под ред. И. А. Болотовского. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.

82. Теория механизмов и машин: Учебник для втузов/ К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др.; Под ред. К.В. Фролова. -М.: Высш. шк., 2001. -496 с: ил.

83. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М., "Наука", 1966, 724 с.

84. Точность производства в машиностроении и приборостроении. Под ред. А.Н. Гаврилова. Москва, «Машиностроение», 1973, С. 576.

85. Учаев П.Н. Курсовое проектирование деталей машин на базе графических систем /П.Н. Учаев. [и др.] // Учебное пособие, Краснодар: Изд-во ТНТ 2013 С. 428.

86. Учаев П.Н., Лисицкий И.И., Жуков К.П. Геометрические параметры звёздочек цепных передач и муфт // Вестник машиностроения. 1985. № 12, С.32-33.

87. Учаев П.Н. Некоторые основные задачи оптимального проектирования цепных передач // Сборник научных трудов: Цепные передачи. Краснодар: краснодарский политехнический ин-т, 1994. С. 45-51.

88. Фот А.П. О шуме передач с зубчатыми цепями / А.П. Фот, П.Н. Учаев, Б.В. Яковлев // Известия ВУЗов: Машиностроение, - Москва, 1980. - Т. 12. - С. 46-48.

89. Хлунов В.А. Способы зацепления шарниров втулочно-роликовых цепей с зубьями звёздочек. О цепных передачах: Тр. М.: Машгиз. 1955. С. 46-55.

90. Часовников Л.Д. Передачи зацеплением. Москва, «Машиностроение», 1969. С. 487.

91. Чудаков Е.Н. Новый метод расчета шестерен. М.: Машгиз, 1940.

92. Яковлев Б.В. Нарезание зубьев звёздочек М.: Машиностроитель №12, 1970. С. 26-27.

93. Gnilke W. Lebensdauerberechnung der Maschinenelemente. VEB Verlag Technik, Berlin 1980.

94. Jerabek K.: Sledovani opotrebeni kloubovych retezu. Vyzkumna zprava HS 141/83. Strojni fakulta CVUT, Praha 1983.

95. Kluge M. Lösungsfindung bei der konstruktiven Gestaltung von Gelenkstellen. Schmierungstechnik, 12, 1981, 9 s.

96. Kolektiv: Berechung der Reibung auf energetischer Grundlage. Wissenschaftliche Zeitschrift der TH Otto von Guerioke Magdeburg 26, 1982, Heft 6.

97. Ulukau L. Krafte verteilung bei Zahnketten, "Istanbul teknik universitesi bulteni", №3, 1957.

98. Inverted Tool (silent) Chains and Sprocket Teeth. ASA B 292-1950.

99. Kettenrader fur Zahnketten mit Innenfuhrung Konstruktionsmabe. DIN 8191.

100. Westinghouse Bremsen Gmb H. Gronau. Die Hochleistungs-Zahnkette. "Maschine and Werkzeug", 58, N9, 1957.

101. MeitznerH. Zahnkettentriebein Werlzeugmaschine.: Maschine and Werkzeug Europa Technic", 57, N1, 1956.

102. "Westinghouse Zahnkettentriebe". Katalog-Ausgabe, 1959.

103. Каталог бесшумных цепей Рамсей: http://www.ramseychain.com/catalogs/ Corporate%20Brochure/Web_Corporate_Brochure_Russian.pdf

Акт о внедрении метода изготовления эвольвентных зыездочек для цепных

о внедрении метода изготовления эвольвентных звездочек для цепных пере-

В соответствии с комплексной НИР № 5.3.11-15, п. 47 на 2011-2015 гг. кафедры технической механики и гидравлики ФГБОУ ВПО «КубГТУ» утвержденной ректором КубГТУ по теме «Исследование, расчет и проектирование систем приводов и деталей машин с целью повышения технического уровня механического оборудования и подъемно-транспортных устройств», научный коллектив кафедры технической механики и гидравлики и аспирант Курапов Г.В. под руководством д.т.н., профессора Бережного С.Б. выполнили работу по исследованию, проектированию, изготовлению и внедрению методики изготовления эвольвентных звездочек для цепных передач с зубчатой цепью.

1. Данная передача установлена в системе промазочного стола на линии для производства линолеума.

2. В системе используется цепная передача имеющая ведущую, ведомую и натяжную звездочки, зубчатую цепь. Шаг цепи t = 15,875 мм, число зубьев звездочек z, = 96, z2 = 22, z3 = 34.

3. Вместо цепной передачи с зубчатой цепью и прямолинейным профилем зубьев звездочек установлена и успешно работает цепная передача с эвольвентными звездочками в систему привода промазочного стола и никаких отклонений в режиме эксплуатации не установлено.

4. Фирма готова осуществлять нарезание эвольвентных звездочек одно и многорядных с любым числом зубьев для промышленных конвейеров по технологии КубГТУ.

передач с зубчатой цепью в производство

«УТВЕРЖДАЮ» Г^нщая^ый директор ^©О^ТЖ^^Меркан» VSSEËIА.А. Антонов

АКТ

дач с зубчатой цепью

Главный инженер ООО ПКФ «Меркан»

Брянцев C.B.

Начальник производства ООО ПКФ «Меркан»

Меркурьев Д.В.

Порядок расчета основных геометрических параметров зубьев эвольвентных звёздочек для передач

с зубчатой цепью

№ п/п Исходные величины Обо-значения Ед. изм. Расчетные формулы и примечания

Требуемые данные для расчета

1. Число зубьев эвольвентной звёздочки z шт.

2. Номинальные параметры зубчатой цепи: а) шаг цепи t мм t > 2,8 • з1Т^ Ьг Ы

б) расстояние от центра шарнира до рабочей грани звена и мм По ГОСТ 13552-81

в) ширина зубчатой цепи ь мм

3. Параметры точности цепи: а) отклонение расстояния от центра шарнира до рабочей грани пластины А и мм •ю-2 По рабочему чертежу (или по ГОСТ 13552-81)

б) общая толщина диффузионного слоя призм АЬ мм 10-2 По результатам статистической обработки измерений (или по ГОСТ 13552-81)

Расчет геометрических параметров звёздочки с эвольвентным профилем зуба

1. Угловой шаг звёздочки <Р град. 2 ж 2

2. Диаметр делительной окружности эвольвентной звёздочки лд мм лд =—t— д .180° (2.3) sin- 2

3. Диаметр окружности впадин эвольвентной звёздочки DI мм h ^ =Лд 2 ^ 180° (2-4) cos- 2

о о

4. Отклонение диаметра окружности впадин мм 2(а2 + и2) \ -- • 2Л1 ¿в= Р п (2.19) ' 71 2 sin — 2 или 2д2 3, -• 2Л{ Лц~ Р П (2.20) ' 71 2 s гп —

5. Диаметр впадин расчетный мм ц = Лд - ЛЦ (2.22) р г 4 у

6. Диаметр вершин Ц мм Ц - * Ц - 180 (2.5) & 2

7. Высота зуба эвольвентной звёздочки к мм к 2 - к 1 + е (2.23)

8. Предварительное значение модуля режущего инструмента * т мм * * т -— (2.7) п

9. Стандартное значение модуля режущего инструмента т мм По ГОСТ 9563-60 или по таблице 2.1

о

10. Коэффициент высоты головки зуба режущего инструмента и коэффициент радиального зазора режущего инструмента h* * с - Согласно ГОСТ 13755-81 h* = 1, с * = 0,25

11. Угол профиля ИПК режущего инструмента а град. Используя стандартный режущий инструмент a=20o (ГОСТ 13755-81)

12. Диаметр окружности делительный d мм d = mz (2.1)

13. Диаметр окружности основной db мм db = m z cos а (2.2)

14. Расчетный коэффициент радиального смещения режущего инструмента х р - D z Хр = 2 m - 2 + h* + c* (2.24) 2 m 2

15. Расчетное тангенциальное смещение режущего инструмента sp мм sp = s + As, (2.25) e • e . db где As = d -S;o= arcsin d ; invad = tgad ад; ад = arccos ; dd dd e = (0,01*0,05) t

16. Ширина зуба эвольвентной звёздочки b 1 мм b1 = b (по ГОСТ 13552-81)

17. Радиус закругления зуба r 3 мм r3 = 1,7u

On

to

18. Диаметр окружности обода Цс мм п Вс - * — - 1,3 к 2 2

Примечание:

1. Диаметр окружности обода округляют до ближайшего целого числа.

2. Линейные размеры звёздочки рассчитываются с точностью до 0,01 мм, а угловые размеры звёздочки рассчитываются

с точностью до 1'.

и>

Проектный расчет передачи с зубчатой цепью и эвольвентными звёздочками

Проектный расчет передачи с зубчатой цепью и эвольвентными звёздочками со следующими исходными параметрами: Ni=12 кВт; «1=1000 об/мин; De=138,6 мм; a0=630 мм; i=1; ^=0°.

Цепная передача с зубчатой цепью закрытого типа, метод регулировки натяжения ветвей передачи - передвижная опора, периодическая смазка, режим работы передачи - двухсменная.

Расчет цепной передачи с зубчатой цепью.

1. По методикам [1,33,22,34,40,66,67,78,81,82] находим типоразмер зубчатой цепи.

1.1 Скорость движения зубчатой цепи:

_ п 120-1000

V =-= 6,28 м / с.

60000

1.2 Допускаемое удельное давление зубчатой цепи выбранного типоразмера при исходном режиме работы:

[p] = 17 ,7 - 0,84 -1 -1 = 14 ,8 МПа .

1.3 Опорная поверхность шарнира зубчатой цепи:

1000 -1-7 2

Fon =-= 37,6 мм .

14,8 - 2 - 6,28

1.4 Из результата определения опорной поверхности шарнира зубчатой цепи Fon находим типоразмер зубчатой цепи и ее основные параметры:

ПЗ-1-19,05-74-45 t = 19,05 мм.

2. Используя методику [33], произведем геометрический расчет цепного контура зубчатой цепи.

2.1 Предварительное количество зубьев ведущей эвольвентной звёздочки:

ж

=

= 22,8.

ато^

120 19,05

- 0,5

Принимаем 2\=23.

2.2 Определяем количество зубьев ведомой эвольвентной звёздочки: 22=23-1=23.

2.3 Предварительное количество звеньев зубчатой цепи в цепном контуре:

Щ

2-1000 23+23

19,05

2

23- 2 3 V 2ж у

л2

19,05 _ 1000"

:89,8

Получаем Щ=90. Длина цепного контура зубчатой цепи Щ-/=1662,1 мм. 2.4 Межосевое расстояние цепной передачи с зубчатой цепью:

а =

19,05

4

0„ 23 + 23

82--+ л

2 V

' 82 - '

V 2 .

-8

23 - 23 2 ж

V

= 630,20 мм

2.5 Угол наклона ведущей ветви к оси цепной передачи с зубчатой цепью и углы наклона не провисающих ведущей и ведомой ветвей к горизонту приведены к зависимости:

р = рх =Р2 = 00.

2.6 Углы обхвата эвольвентных звёздочек зубчатой цепью, если ветви цепной передачи с зубчатой цепью не провисают:

а1 =а2 = ж.

2.7 Количество шарниров зубчатой цепи в ведущей ветви передачи:

Щ = 6302 = 33.

в 19,05

3. Рассчитаем геометрические параметры эвольвентной звёздочки, используя приложение Б.

3.1 Угловой шаг эвольвентной звёздочки:

2 ж

= 18,95 мм

2

3.2 Диаметр делительной окружности эвольвентной звёздочки (2.3):

19,05 п

dd = —!— = 139,9 мм

sin— 23

3.3 Диаметр впадин эвольвентной звёздочки (2.4):

12 405

D = 139,9 - 2----= 113,79 мм.

' 180 °

cos-

23

3.4 Рекомендуемое уменьшение номинального значения диаметра окружности впадин (2.19):

„ 2 Í4,12 + 7,142) ,

3J—-'-2 (1,6 +1,5)

AD = —--= -0,53 мм.

' о • п

2sin—

23

3.5 Диаметр впадин зуьев эвольвентной звёздочки расчетный (2.20): D; = 139,9 - 25,91 - 0,53 = 13,46 мм .

1р

3.6 Диаметр вершин зубьев эвольвентной звёздочки (2.5):

19,05 ,

=-= 138,6 мм .

е 180

ви"

3.7 Высота зуба эвольвентной звёздочки (2.23):

к 2 = 10 ,5 + 1,905 = 12 ,405 мм .

3.8 Предварительная величина модуля режущего инструмента (2.7):

* 19,05 606

т =-= 6,06 мм.

ж

3.9 Стандартное значение модуля, выбранное в таблице 2.1: т = 5,5 мм.

4. Используя ГОСТ 13755-81, найдем параметры ИПК стандартного режущего инструмента:

к* =1; с * =0,25; а=20°.

а

4.1 Диаметр делительной окружности эвольвентной звёздочки (2.1):

d = 5,5 • 23 = 126,5 мм.

4.2 Диаметр основной окружности эвольвентной звёздочки (2.2): db = 5,5 • 23 • cos 200 = 118,87 мм .

4.3 Коэффициент радиального смещения режущего инструмента (2.22):

113 79 23 = ii^ _ 23 + 1 + 0,25 = +0,094. р 2 • 5,5 2

4.4 Тангенциальное смещение режущего инструмента (2.14):

59,435

гк =-= 62,357 мм;

cos17,61

5 5 • 23

где rb = —^--cos 20 = 59.435 мм;

0 = arctg 38,523 •sin150 = 17,61; KK = 62,357^ 2^ (30 -17,61) = 26,955 мм; 59,435 V '

Sk =2 • 17,026-26,955=7,097 мм;

*

SK = 62,375-

с

9011 ^

-— + 2 • 0.014904_ 2 • 0,010012 v 63,25 ,

= 9,493 мм;

5.5 - 23

где т = -2-= 63,25 мм, ту а = 0,014904 ;

ж- 5 5

5 = + 2 - 0,094 - 5,5 - Щ 20 = 9,011 мм;

А^. = 9.493 - 7,097 = 2,396 мм, (Рк = 0,03842^ад.

к 62,357

4.5 Ширина зуба эвольвентной звёздочки: Ь1 = 45 мм.

4.6 Рабочая высота зуба эвольвентной звёздочки: Н3 = 0,8 -11,91 = 9,5 мм.

4.7 Радиус галтели зуба эвольвентной звёздочки: т3 = 1,7 - 7,14 « 12 мм .

4.8 Диаметр окружности обода: ж

Вс =19,05 с^— -1,3-12,405=122,56 мм. Получаем А=120 мм.

5. Выбор материала эвольвентной звёздочки и способ термообработки. Полезный крутящий момент цепной передачи с зубчатой цепью: 30 1 2

Т =---= 114,64 кН - мм .

ж -1000

Минимальный угол давления в точке контакта с зубчатой цепью (2.35):

=23+ 21,87+ 0,65= 32,20 = 0,5 62^ас.

Радиус кривизны зуба эвольвентной звёздочки в начале работы цепной передачи с зубчатой цепью (2.40):

рк = 0,5 (10712- & 2225 -11,91) = 15,95 мм.

Допускаемое контактное напряжение для материала эвольвентной звёздочки:

Ия = 0,418

148,5

57,8 -

= 1300 Н/

см

7,25 - 4,34 - яп(0,562 + 0,1)

2 - 9803,9 - sin

2ж 19

-12,5

Используя методику [33], выбираем материал заготовки звёздочки с эвольвентным профилем зуба - сталь 50 (Сталь50, Сталь 40Х). Зубья эвольвентной звёздочки подвергаются поверхностной закалке с нагревом ТВЧ до твердости 45 ... 51 НЖС.

Результаты расчета основных геометрических параметров эвольвентной звёздочки для цепных передач с зубчатой цепью внесены в таблицу В1. Используется стандартный режущий инструмент с углом профиля а=200.

Таблица В1 Результаты расчета основных геометрических параметров

№ п/п Наименование геометрического параметра эвольвентной звёздочки для цепных передач с зубчатой цепью а=20о

1. Диаметр окружности делительный й, мм 139,9

2. Диаметр окружности основной йь, мм 126,5

3. Коэффициент радиальной коррекции хр 0,094

4. Тангенциальное смещение расчетное Бр, мм 2,396

5. Угол профиля зуба максимальный втах, град 67,5

6. Половина минимального угла заострения утги,град 13,8

7. Радиус кривизны профиля зуба минимальный рк т , мм 15,9

Проверочный расчет тяговой способности цепной передачи с зубчатой цепью

и эвольвентными звёздочками

Проведем проверочный расчет тяговой способности цепной передачи с зубчатой цепью и звёздочками с эвольвентным профилем зубьев. Исходные данные:

F=1200Я; Rl=71,25 мм; = 69,95 мм; S2=150Я; ¿=19,05 мм; «1=^=1000 мин-1; /<т/я=515МПа (для стали 45); ©т^=39,720; рк=19,3 мм; периодическая смазка зубчатой цепи / = 0,1.

На ведущей эвольвентной звёздочке крутящий момент (3.28):

Т = 1200 - 71,25 - 150 - 69,95 = 175 Н - м . Ограничение по критерию /о^г/я, крутящий момент будет равен:

г 515 ^2 7,45 -19,3 - яп (39,720 + агс^ 0,1)

^ 0,418 ) 2 - 98039 - яп

69,95 - 150 - 69,95 = 486 Н - м .

23

Используя математическую модель цепного зацепления передачи с зубчатой цепью и эвольвентной звёздочкой рассчитываем радиусы расположения центров шарниров зубчатой цепи на секторе обхвата в состоянии, предшествующем пробуксовке, определяем коэффициент сцепления В7П = 1143.

Получаем, что в расчитываемой цепной передаче при минимальном натяжении ведомой ветви S2=350Я, создаваемой весом зубчатой цепи, при стреле провисания _/0=100 мм, крутящий момент будет равен:

[ТП ]= 350 -(1143 - 1)-175 = 571 Н - м . Величина рабочего крутящего момента Т оказывается меньше допускаемых значений [ТК] и [ТП].

Окна программы на языке C++ для компьютерного моделирования нарезания эвольвентных звёздочек и зацепления с зубчатой цепью

(ия_Моя_11.13\Приложен и пЩСР1е5(6 07.13\ZCP.exe .

■Программа по нарезанию эвольвентных звездочек для цепных передач с зубчатой цепь

Е

Пя^алуйста выверите Ь<1-5>:

И >12 .3

К>1!,.К7Ь

3>19.05

4>25.4

5>31,75

3

I ! Звездочка для зубчатой цепи !

91.53 82.5 78.78

-Ш.35 2.97 2.14

-0.07 1 .85 1.79

0.47 0.79 1 .14

1 .00 0.27 0.51

1 .52 -0.04 -0.10

-0.53 0.84 2 .53

-0.47 0.79 2.90

-0.41 0.76 3 Л?

-0.35 0.73 3.44

-0,30 0.71 3.72

е Введите количество зубьев звездочки г и модуль и:

я 23 5.5

ГегЬ х: 428.09 ТевЬ у: 178.1Ш

Рисунок Д. Окна программы моделирования процесса нарезания эвольвентных

звёздочек

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Модель процесса нарезания эвольвентных звёздочек

Рисунок Е. 3D-модель процесса нарезания эвольвентных звёздочек

Оценка предварительной экономической эффективности от снижения стоимости ремонта цепной передачи с зубчатой цепью

Предварительная экономическая эффективность определяется на примере изготовления двух звёздочек для испытательного стенда в лаборатории кафедры «Наземного транспорта и механики» ФГБОУ ВО КубГТУ. Стоимость изготовления Сс одной звёздочки для передачи с зубчатой цепью марки ПЗ-1-19,05-74-45, в условиях ремонтной мастерской производства фирмы «СЕДИН-Шисс» (фактическое время изготовления - 8 часов):

Сс=З+О+М+Эл+А+Нр 1. Заработная плата рабочих З (токаря, фрезеровщика) - 3 000 руб. 2.Отчисления на заработную плату О (39 %) - 800 руб.

3. Материалы М (Сталь 40Х- 52 руб. за 1 кг) 3 кг - 156 руб.

4. Электрическая энергия Эл 33 кВт (4,44 р. За 1 кВт/ч) - 144 руб.

5. Амортизация оборудования А - 100 руб.

Итого прямые затраты - 4 200 р. Накладные расходы Нр (20 %) - 840 руб. Всего стоимость за одну эвольвентную звёздочку - 5040 руб.

Итого: Сс=2(З+О+М+Эл+А+Нр) =10 080 руб. Стоимость приобретения С звёздочки на заводе-изготовителе складывается из стоимости самой звёздочки С и затрат на перевозку П. Большинство комплектующих (в том числе и звёздочки) для передач зубчатой цепью поставляются из склада завода компании «Акмаш-Холдинг» в г. Ростов-на-Дону, поэтому транспортные расходы рассчитывались на 290 км пути.

С=С+П

Стоимость одной звёздочки для передачи зубчатой цепи марки ПЗ-1-19,05-74-45 на заводе-изготовителе - 7500 руб. Транспортировка фирмой «Деловые линии» - 1000 руб.

Итого: С=2Сг+П=16 000 руб. Предварительная экономическая эффективность Э при изготовлении двух звёздочек в ремонтной мастерской составит:

Э = С- Сс = 16 000 - 10 080 = 5 920 руб. Таким образом ремонт передачи зубчатой цепью с заменой звёздочек на эвольвентные звёздочки, изготовленные в ремонтной мастерской, обходится в 1,5 раза дешевле.