Комплексне керівництво з приводних ланцюгів та їх типів: основні знання для інженерів

​

Ланцюгові передачі вирізняються як важливе рішення у механічній передачі потужності та широко використовуються для передачі потужності між компонентами — як на великі відстані (наприклад, у морських двигунах заввишки п'ять поверхів), так і на короткі (наприклад, у велосипедах). Вони входять до п'ятірки найпоширеніших методів механічної передачі потужності поряд із муфтами, зубчастими передачами, ремінними передачами та гвинтовими механізмами. Кожен метод має свої переваги та недоліки, тому інженери мають уважно зважувати ці фактори, щоб зробити оптимальний вибір для конкретних застосувань. У цій статті розглядаються основи ланцюгових передач, їх класифікація, поширені типи ланцюгів, критерії вибору, а також ключові переваги й недоліки.

Що таке ланцюгові передачі?

Ланцюгова передача — це механічна система передачі потужності, яка використовує ланцюг для передачі потужності з одного місця в інше. Типова ланцюгова передача складається з двох або більше зірочок (зубчастих коліс) і самого ланцюга — при цьому отвори ланок ланцюга надягаються на зубці зірочок.
Коли привідний двигун (наприклад, електродвигун або двигун внутрішнього згоряння) обертається, він обертає зубчасте колесо, прикріплене до його вала. Це обертання приводить у рух ланцюг, намотаний на зубчасте колесо, який передає механічне зусилля на ведений вал, ефективно передаючи потужність.

Основні порівняння з іншими способами передачі

Порівняно з ремінними передачами: На відміну від ремінних передач, ланцюгові передачі забезпечують нульове проковзування, що гарантує постійне передавальне відношення. Це усуває запізнення у передачі потужності, роблячи їх ідеальними для застосування, наприклад, у тимчасових ланцюгах двигунів внутрішнього згоряння. Втрати потужності в ланцюгових передачах виникають лише через тертя між ланками ланцюга і зубчастими колесами, що забезпечує вищу механічну ефективність.
Порівняно з зубчастими передачами: Ланцюгові передачі є більш гнучкими з точки зору відстані між осями. Вони добре працюють, коли відстань між валами більша, ніж може забезпечити зубчаста передача, при цьому зберігаючи компактність конструкції. Крім того, один ланцюг може одночасно приводити в рух кілька валів — функція, яку рідко реалізують зубчасті передачі.

Типи ланцюгових передач (за функцією)

Ланцюгові передачі поділяються на три основні типи залежно від їхньої головної функції, кожна з яких адаптована до конкретних потреб застосування:

1. Ланцюгові передачі для передачі потужності

 Створені виключно для передачі потужності між двома валами, ці ланцюгові передачі вирішують поширену проблему: більшість машин, що виробляють енергію (наприклад, двигуни у насосах), не можуть використовувати вироблену енергію на місці.
Поширені застосування: велосипеди, сільськогосподарська техніка, компресори та розподільні валі у двигунів — усе це залежить від ланцюгових передач для передачі потужності від джерела до місця використання.

2. Ланцюгові передачі для стрічкових конвеєрів

Ланцюгові передачі для стрічкових конвеєрів спеціалізуються на транспортуванні матеріалів. Вони мають сотні конструкцій із адаптованими властивостями, такими як низьке тертя, стійкість до високих температур, хімічна стійкість, антистатичні властивості або магнітні характеристики. До ланцюгів також можуть додаватися різноманітні приладдя для задоволення різноманітних потреб.
Галузі застосування: Широко використовується в упаковці, автомобільному виробництві, виробництві харчових продуктів та напоїв, фармацевтиці та текстильній промисловості для ефективної транспортировки матеріалів.

3. Ланцюгові передачі для підйому та тяги

Ці ланцюгові передачі використовуються в машинах для підйому та опускання важких вантажів, часто працюють разом з блоками, щоб зменшити зусилля. Прикладами є ланцюгові талі (ручні, електричні або пневматичні), які широко застосовуються в гаражах, майстернях, на будівельних майданчиках, у машинних відділеннях кораблів та на фабриках — здатні піднімати/опускати вантажі до 20 тонн.
Підйомні ланцюги поділяються на два підтипи:

Еліптичні ланцюги (круглоланкові): Використовуються для підйому середніх та невеликих вантажів на невеликій швидкості. Їх ланки мають еліптичну форму та з'єднуються зварюванням. Іноді застосовують квадратні ланки, але це зазвичай уникливо через погане розподілення напружень та схильність до заплутування.
Штифтові ланцюги: вони вважаються найкращими для застосування в умовах високих навантажень. Кожна ланка має штифт, встановлений у її внутрішній частині, що запобігає заплутуванню, а також підвищує міцність і довговічність. Ці ланцюги широко використовуються для якірних механізмів суден та іншого устаткування важкого типу.

Поширені типи ланцюгів у ланцюгових передачах

П’ять типів ланцюгів домінують у промисловому та комерційному застосуванні, кожен з яких має окрему конструкцію та переваги:

1. Роликові ланцюги (Бушинговані роликові ланцюги)

Найбільш поширений тип ланцюгів, роликові ланцюги (або бушинговані роликові ланцюги) широко використовуються для передачі потужності у велосипедах, мотоциклах та транспортному устаткуванні. Зазвичай виготовлені з простого вуглецевого металу або сплавів сталі.
Конструкція: складається з внутрішніх пластин (роликових пластин), зовнішніх пластин (пластин шпильки), бушингів, шпильок та роликів. Ролики рівномірно розташовані між ланками, які зачіпляються із зубцями зірочки для передачі потужності.
Ключові переваги: ролики обертаються за необхідності під час контакту з зубцями зірочки, що мінімізує втрати потужності. У передавальних ланцюгах висота пластин роликів (з обох боків роликів) перевищує діаметр роликів — запобігає дотику бічних пластин до зірочок і виступає як направляючий елемент, щоб уникнути проковзування ланцюга. У транспортерних роликових ланцюгах діаметр роликів більший, ніж висота бічних ланок, що усуває контакт між бічними ланками і направляючими транспортера для зменшення тертя. Багаторядні роликові ланцюги доступні для потреб високої потужності, що дозволяє використовувати нижчі швидкості та менші кроки для однакових вимог до навантаження.

2. Безшумні ланцюги (ланцюги з оберненим зубом)

Традиційні ланцюгові передачі часто є шумними, що робить їх непридатними для середовищ, чутливих до шуму, таких як закриті приміщення, шахти або житлові райони. Безшумні ланцюги (або ланцюги з оберненим зубом) вирішують цю проблему, працюючи безшумно та передаючи високу потужність на високих швидкостях.
Конструкція: Виготовлена з плоских пластин, зібраних у ряди та з'єднаних одним або кількома штифтами. Дно кожної ланки має профіль, який відповідає зубам зірочки для плавного зачеплення.
Експлуатаційні характеристики: Вантажопідйомність, міцність на розрив і ширина ланцюга збільшуються зі збільшенням кількості плоских пластин на ланку.

3. Листові ланцюги

Найпростіший тип ланцюга, листові ланцюги складаються лише зі штифтів і пластин — пластина чергується як ланка зі штифтом і шарнірна ланка. Вони не зачіпляються зі зірочками; замість цього вони рухаються по шківам для орієнтації.
Застосування: Ідеальні для підйому та балансування, наприклад, у ліфтах, вилочних навантажувачах, повзунках і мачтах ліфтів. Ці низькошвидкісні машини піддають ланцюги великим статичним навантаженням і мінімальним робочим навантаженням, а листові ланцюги чудово впораються з ударними навантаженнями та інерцією.
Важливе вимога: Має витримувати високі зусилля на розтягнення без подовження чи розриву, а також мати достатню пластичність, щоб протистояти втомі. Під час проектування слід враховувати змащення та експлуатаційні умови.

4. Пласкі ланцюги

Використовуються виключно для транспортування, ланцюгові плоскі стрічки замінюють стрічкові конвеєри та ремені - матеріали можна транспортувати безпосередньо на їхніх ланках.
Конструкція: окремі ланки, як правило, виготовлені зі сталевих пластин з циліндричними порожнинами на дні. Пін-болти проходять через ці виступи, щоб з'єднати суміжні ланки, дозволяючи рух лише в одному напрямку. Спеціальні плоскі ланцюги можуть згинатися вбік (за допомогою модифікованих пін-структур), що дозволяє конвеєру проходити викривлені ділянки.
Застосування: використовуються в конвеєрах низької швидкості для транспортування матеріалів на складальних лініях.

5. Інженерні сталеві ланцюги

Розроблені у 1880-х роках, інженерні сталеві ланцюги створені для експлуатації в важких умовах та вимогливих застосуваннях. Вони виготовлені з гарячекатаної сталі (іноді термічно обробленої для додаткової міцності) і мають більші зазори між компонентами, щоб витримувати пил, бруд і абразивні матеріали під час роботи.
Сучасні застосування: Переважно використовуються як транспортерні ланцюги для переміщення вантажів, але деякі використовуються як приводи. Їх можна знайти в транспортерах, вилочних навантажувачах, ковшових елеваторах та нафтових бурових установах — з підвищеною міцністю, стійкістю до зносу, вантажопідйомністю та кроком для відповідності сучасним промисловим вимогам.

Як вибрати правильний ланцюговий привід

Вибір правильного ланцюгового приводу вимагає оцінки потреб застосування для виключення непридатних варіантів. Основні фактори, які слід враховувати:

1. Навантаження

Визначити потужність, що передається — ланцюг має витримувати потужність, що генерується двигуном. Точні розрахунки є критичними для безпеки, і рекомендується достатній запас міцності.

2. Швидкість ланцюга

Не всі ланцюгові приводи працюють на високих швидкостях; деякі призначені для низьких швидкостей. Розрахуйте необхідну швидкість і переконайтеся, що вона входить в рекомендований діапазон для ланцюга, щоб звузити варіанти вибору.

3. Розташування валів

Більшість ланцюгових приводів працюють лише з паралельними валами. Якщо вали не вирівняні, кращою альтернативою можуть бути зубчасті передачі.

4. Відстань між осями

Рекомендується, щоб відстань між осями становила 30–50 кратний крок ланцюга. Крім того, забезпечте мінімальний кут обхоплення 120° на меншій зірочці; якщо зірочка має мало зубів, щонайменше п’ять зубів мають бути в зачепленні з ланцюгом у будь-який момент часу.

5. Умови експлуатації

Умови експлуатації визначають необхідний рівень стійкості ланцюга до вологи, бруду, абразивних матеріалів, корозії та високих температур. Вони також впливають на вібрацію, рівень шуму та міцність на втомленість. Наприклад, у районах, чутливих до шуму, віддають перевагу зворотним зубчастим ланцюгам (тихим ланцюгам).

6. Змащення

Більшість ланцюгових передач потребує змащення для збільшення терміну служби. Тип ланцюга, його розмір, навантаження та швидкість визначають метод змащення (ручне, крапельне, ванне або примусове змащення). Існують самозмащувальні ланцюги — вони використовують втулки з маслозмоченого спеченого пластику або металу, що забезпечує постійне змащення без зовнішнього обслуговування.

Переваги ланцюгових передач

Може передавати крутний момент на великі відстані.
Відсутність проковзування (на відміну від ременних передач), що забезпечує стабільну роботу.
Компактніше, ніж ременні передачі, підходить для відносно малих просторів.
Один ланцюговий привід може приводити в рух кілька валів.
Універсальний, працює при високих температурах та в різноманітних умовах (сухих, вологих, абразивних, корозійних тощо).
Система з низьким тертям, що забезпечує високу механічну ефективність.

Недоліки ланцюгових передач

Не може використовуватися з непаралельними валами.
Схильний до шуму та вібрацій під час роботи.
Невідповідність може викликати проковзування ланцюга.
Деякі конструкції потребують постійного змащування.
Зазвичай потребують кожуха для захисту.
Періодичне натягнення (наприклад, за допомогою натяжних роликів) необхідне для підтримки продуктивності.

​