Как выбрать, обслуживать и продлить срок службы роликовых цепей?

Как работают роликовые цепи и почему важен дизайн

A роликовая цепь передает механическую мощность между двумя звездочками путем включения ряда связанных пластин, штифтов, втулок и роликов в повторяющийся цикл. Когда ведущая звездочка вращается, ее зубья зацепляются с роликами, расположенными между пластинами внутреннего звена, тянуя цепь вперед и передавая крутящий момент на ведомую звездочку. Ролик является элементом, который делает эту конструкцию эффективной: он свободно вращается на втулке, когда она садится в зуб звездочки, преобразуя то, что в противном случае было бы трением скольжения, в контакт качения. Этот, казалось бы, простой механизм лежит в основе огромного спектра машин — от велосипедных трансмиссий и сельскохозяйственного оборудования до конвейерных систем, печатных станков и промышленных редукторов.

Понимание анатомии роликовой цепи помогает при ее выборе или устранении неполадок. Внутреннее звено состоит из двух внутренних пластин, напрессованных на втулку, при этом ролик установлен вокруг втулки. Внешнее звено, иногда называемое штифтом, соединяет два внутренних звена посредством двух внешних пластин и запрессованного пальца, проходящего через обе втулки. Зазор между пальцем и втулкой определяет, насколько свободно шарнирно сочленяется цепь, а твердость этих компонентов напрямую влияет на срок службы под нагрузкой. В высококачественных цепях используются закаленные пальцы и втулки с прочной, износостойкой поверхностью и прочным сердечником, который выдерживает удары, не становясь хрупкими.

Стандартная серия роликовых цепей и что означают цифры

Роликовые цепи производятся в соответствии с международно признанными стандартами, в первую очередь ANSI/ASME B29.1 в Северной Америке и ISO 606 в Европе и большинстве стран мира. Эти стандарты определяют шаг — межцентровое расстояние между последовательными штифтами — а также диаметр ролика, внутреннюю ширину, толщину пластины и минимальную прочность на разрыв. В обозначении ANSI используется двух- или трехзначное число, где первые цифры обозначают шаг в восьмых дюймах, а последняя цифра указывает тип цепи: 0 для стандартной, 1 для облегченной цепи и 5 для безроликовой цепи с втулкой.

Двухцепочечные и многоцепочечные цепи имеют суффикс «-2» или «-3» после номера цепи (например, 60-2 для двухцепочечной цепи № 60). Эти конфигурации увеличивают грузоподъемность без увеличения шага, что полезно, когда цепь с большим шагом будет работать слишком медленно или создавать чрезмерное напряжение на зубья звездочки на требуемой скорости.

Выбор подходящей роликовой цепи для вашего применения

Выбор цепи начинается с требований к передаче мощности, но при сведении его к простому значению мощности в лошадиных силах упускается из виду несколько факторов, определяющих, обеспечит ли данная цепь приемлемый срок службы. Следующие параметры необходимо оценить вместе, прежде чем принять решение о спецификации цепи.

Расчетная мощность и коэффициент обслуживания

Номинальная мощность двигателя не является показателем, используемым при выборе цепи. Вместо этого инженеры рассчитывают расчетную мощность, умножая передаваемую мощность на коэффициент эксплуатации, учитывающий характер нагрузки. Для плавных и равномерных нагрузок от электродвигателей обычно используется коэффициент эксплуатации 1,0. Умеренные ударные нагрузки, например, от поршневых компрессоров или конвейеров с неравномерной нагрузкой, требуют коэффициента от 1,3 до 1,5. Тяжелые ударные нагрузки от дробилок, измельчителей или молотковых мельниц могут потребовать коэффициента эксплуатации 1,7 или выше. Затем это скорректированное значение расчетной мощности сопоставляется с таблицами номинальной мощности производителя цепи, в которых указана максимально допустимая мощность в лошадиных силах для каждого размера цепи при заданной скорости звездочки в об/мин.

Размер звездочки и передаточное число

Количество зубьев на маленькой звездочке — всегда более нагруженной из двух — напрямую влияет на срок службы цепи. Минимум 17 зубьев на маленькой звездочке широко используется для приводов, требующих длительного срока службы, поскольку меньшее количество зубьев приводит к тому, что цепь сочленяется под более острым углом при каждом зацеплении, что ускоряет износ пальцев и втулок. Очень большие передаточные числа (более 7:1) обычно лучше всего обрабатывать в два этапа с использованием промежуточного вала, а не одноступенчатой роликовой цепной передачи, как по соображениям эффективности, так и для поддержания большой звездочки приемлемого диаметра.

Межосевое расстояние и длина цепи

Идеальное межосевое расстояние между ведущей и ведомой звездочками должно быть в 30–50 раз больше шага цепи. Слишком короткое межосевое расстояние уменьшает дугу обхвата маленькой звездочки и приводит к более частому шарнирному соединению каждого звена, в то время как слишком большое межосевое расстояние вызывает провисание и вибрацию. Длина цепи рассчитывается в звеньях, а не в линейных единицах, и общая сумма должна быть четным числом, чтобы можно было использовать стандартное соединительное звено. Регулируемые натяжные устройства или натяжные звездочки используются для поддержания надлежащего натяжения цепи, поскольку цепь удлиняется в результате нормального износа в течение всего срока службы.

Смазка: самый важный фактор долговечности цепи

Никакой другой метод технического обслуживания не оказывает большего влияния на срок службы роликовой цепи, чем правильная смазка. Основным механизмом износа роликовой цепи является постепенная эрозия контактных поверхностей пальца и втулки, что приводит к увеличению шага — то, что обычно называют растяжением цепи, хотя сами стальные пластины на самом деле не растягиваются. Смазка проникает в зазор втулки пальца, образует под нагрузкой гидродинамическую пленку и отводит тепло, выделяемое при шарнирном сочленении. Без адекватной смазки цепь, работающая при умеренных промышленных нагрузках, может изнашиваться в несколько раз быстрее, чем при правильной смазке.

Производители цепей указывают методы смазки в зависимости от типа применения. В отрасли используются четыре стандартные категории:

• Тип А — ручная или капельная смазка: наносится периодически с помощью масленки или кисти или подается с помощью капельной масленки со скоростью одна капля на каждые пять-двадцать звеньев цепи в минуту. Подходит для тихоходных, малонагруженных приводов.
• Тип B — смазка ванной или диском: нижняя ветвь цепи проходит через масляную ванну в герметичном корпусе, или диск, прикрепленный к валу звездочки, собирает масло и выбрасывает его на цепь. Используется для умеренных скоростей примерно до 600 об/мин на маленькой звездочке.
• Тип C — Смазка струей масла: непрерывный поток масла направляется на цепь из форсунки с насосом, расположенной внутри нижней ветви цепи рядом с ведущей звездочкой. Требуется для высокоскоростных приводов со скоростью выше 1500 об/мин.
• Цепи с уплотнениями и предварительной смазкой: цепи с уплотнительными или X-образными кольцами сохраняют смазку, находящуюся между пальцем и втулкой при изготовлении. Они используются там, где внешнее загрязнение сильное или повторная смазка нецелесообразна, например, в сельскохозяйственном и строительном оборудовании, работающем на открытом воздухе.

Рекомендуемой смазкой для большинства промышленных роликовых цепей является не содержащее моющих присадок минеральное масло с вязкостью от SAE 20 до SAE 50 в зависимости от температуры окружающей среды. Как правило, следует избегать использования смазки в процессе эксплуатации, поскольку она не обеспечивает эффективного проникновения в зазор втулки пальца; он заполняет зазор между внешними и внутренними пластинами, но оставляет критические поверхности износа недостаточно защищенными.

Измерение износа и определение момента замены роликовой цепи

Роликовую цепь следует заменять до того, как она удлинится более чем на 3 % от номинальной длины или на 2 % для прецизионных приводов и применений, где геометрия зубьев звездочки имеет решающее значение. Ожидание, пока цепь не станет заметно провисать или проскальзывать зубья на звездочке, может привести к ускоренному износу звездочки, внезапному выходу из строя под нагрузкой и потенциальному повреждению подключенного оборудования. Самый надежный метод измерения износа цепи в полевых условиях — использование специального индикатора износа цепи, который прикладывает фиксированную нагрузку к измеренному участку цепи и напрямую считывает удлинение. При отсутствии подходящего инструмента стальной линейкой можно измерить 12 шагов цепи: новая цепь, длина которой точно соответствует ее номинальной длине в 12 шагов, не изношена, в то время как цепь, длина которой превышает эталонную длину на 0,5% или более, начала значительно изнашиваться.

При замене изношенной цепи необходимо одновременно осмотреть сопрягаемые звездочки. Звездочка, которая работала с удлиненной цепью, приобретает характерный крючковатый профиль зуба или акульего плавника, поскольку цепь при зацеплении поднимается выше по зубьям. Установка новой цепи на изношенные звездочки быстро перенесет износ на новую цепь и существенно сократит срок ее службы. Как правило, звездочки следует заменять при каждой второй или третьей замене цепи в зависимости от применения, материала и условий эксплуатации. Звездочки из закаленной стали, особенно с индукционно закаленными боковыми сторонами зубьев, значительно превосходят версии из мягкой стали в требовательных приводах.

Варианты специальных роликовых цепей для суровых условий эксплуатации

Стандартные роликовые цепи из углеродистой стали хорошо подходят для большинства общепромышленных применений, но в особых условиях эксплуатации требуются варианты цепей, разработанные для этих условий. Роликовые цепи из нержавеющей стали устойчивы к коррозии в пищевой, фармацевтической промышленности и морской среде, где контакт с водой, чистящими химикатами или высокой влажностью может быстро вызвать коррозию стандартных цепей. Никелированные цепи обеспечивают промежуточную защиту от коррозии при меньших затратах, чем цепи, полностью изготовленные из нержавеющей стали, и являются практичным выбором для помещений с умеренной коррозией.

Для высокотемпературных применений, таких как конвейерные цепи, проходящие через печи, туннели для отверждения или литейные цеха, требуются цепи, изготовленные из жаропрочных сплавов с твердой пленочной смазкой или спеченные пористые втулки, пропитанные высокотемпературной смазкой, поскольку обычные масла карбонизуются и теряют вязкость при повышенных температурах. Самосмазывающиеся цепи с использованием спеченных металлических втулок или полимерных компонентов предназначены для применений, где внешняя смазка нецелесообразна, что позволяет сократить частоту технического обслуживания, сохраняя при этом приемлемый срок службы при легких и умеренных нагрузках. Выбор правильного варианта цепи для окружающей среды так же важен, как и выбор правильной номинальной нагрузки — стандартная цепь, установленная в неправильной среде, выйдет из строя независимо от того, насколько тщательно она подобрана.