Описание механизма передачи механической энергии на большие расстояния при помощи двух звёздочек и цепи было произведено Леонардо да Винчи. Однако изобретение оставалось невостребованным достаточно долго. Лишь на рубеже 18-19 веков, когда промышленность начала своё активное развитие, в применение вошла зубчатая передача.
На протяжении двух веков устройство зубчатой передачи подвергалось разнообразным изменениям. Для цепей разработали стандарты, регламентирующие их параметры. И всё-таки вопрос правильного построения звёздочек оставался открытым.
Причиной тому необходимость учёта группы требований при проектировании валов:
- Передача вращательного момента от ведущей звёздочки на ведомую с минимальной задержкой;
- Плавное и непрерывное движение цепи;
- Нахождение всей цепной передачи на заданной плоскости в ходе работы.
Выполнение перечисленных выше условий подразумевает точный подбор в соответствии с осуществлёнными заранее расчётами.
Базовые параметры
В РФ производители звёздочек осуществляют выпуск продукции согласно ГОСТ 591-69. По ГОСТ 591-69 для начала проектирования звёздочки нужно обладать следующими параметрами:
- Шаг цепи (t).
- Требуемое число зубцов на звездочке (z).
- Диаметр окружности зацепления (d1).
Форма изделия зависит от следующих значений:
- Диаметр делительной окружности (D дел).
- Диаметр окружности выступов (D выст).
- Радиус впадин (r).
Построение
Для построения звёздочки полностью соответствующей предъявляемым к ней требованиям используются следующие формулы:
- Оси шарниров цепных звеньев в ходе работы прилегают к делительной окружности. Формула, приведённая для расчёта диаметра:
- Определение окружности выступов:
- Определение радиуса впадин:
- Расчёт диаметра окружности впадин:
Допустимая погрешность D выступов равна не более 0,1 мм. Относительно остальных параметров отклонение составляет не более 0,01 мм.
Конструктивные особенности ступицы и диска
Во избежание деформации диска, его неровного крепления и биения в ходе вращения, диск отливают вместе со ступицей. Возможно изготовление на фрезерном станке.
В данном случае ступица позволяет осуществить крепление диска к передающему или принимающему узлу оборудования с цепной передачей. Соблюдение требований ГОСТ исключает радиальные и осевые биения при вращении диска.
При построении звёздочки используют крепление вала:
- На шлицу. Касается цепных приводов, работа которых происходит на повышенных скоростях или под воздействием больших нагрузок;
- На шпонки. Способ, используемый при малой скорости вращения вала.
Диаметр ступицы подбирается таким образом, чтобы выполнять поставленную задачу и не создавать чрезмерную нагрузку на механизм.
Стандартный диаметр ступицы для узла из чугуна соответствует значению диаметра вала помноженному на 1,65. В случае стального узла диаметр вала умножается на 1,55.
Большое значение имеет и длина ступицы. Как правило, для расчёта длины ступицы диаметр вала умножают на 1,2–1,5.
Материал звёздочки
Помимо механической нагрузки существует множество факторов, неблагоприятным образом влияющих на работу цепей и звёздочек, к ним относится воздействие кислот, щелочей, конденсата и прочих. По этой причине узлы цепной передачи изготавливаются из устойчивых к нагрузкам и коррозии материалов.
Наиболее предпочитаемым вариантом является среднеуглеродистая сталь. При необходимости соответствия особым требованиям в состав включают специальные легирующие добавки. Готовая звёздочка проходит одну из следующих дополнительных процедур:
- Термическая обработка. Необходимая твёрдость — 45–55 единиц;
- Цементированию. Слой имеет глубину 1–1,5 мм. Затем звёздочка помещается в печь ТВЧ. Значение твёрдость в таком случае равно 55–60 единиц.
В отдельных ситуациях применяются звёздочки и цепи, выполненные из специальных композитных материалов: полиформальдегидов, полиамидов, текстолита. В результате использования таких материалов работа всей системы происходит с минимуом шумов и вибраций. Звенья цепей почти не ударяются о зубья. Однако их применяют в транспортных системах, не подвергающихся постоянной нагрузке.
Кроме того, в качестве материала для изготовления звёздочек может выступать чугун. Изделия такого рода не используются, когда дело касается работы на больших скоростях. Максимальная скорость составляет 2 м/с. В число ограничений входят и динамические нагрузки, которым должно быть минимальными.
Проведение закалки способствует повышению твёрдости цепных передач из чугуна. На выходе должно быть 330–430 единиц по HB.
К использованию таких цепей прибегают в комбайнах, тракторах, строительной и дорожной специальной технике. При этом используются упрочненные чугуны, способствующие снижению коэффициента трения. В случаях, когда вся система должна работать при повышенных динамических нагрузках, звёздочки и звенья цепи покрывают тонким слоем тефлона.