2011-05-17

1

Przekładnie łańcuchowe

2011-05-17

2

1. Pojęcia podstawowe

Przekładnia łańcuchowa składa się z dwóch lub więcej kół uzębionych, opasanych
cięgnem - łańcuchem.

Łańcuch składa się z szeregu ogniw połączonych przegubowo.

2. Zalety i wady przekładni łańcuchowych

Przekładnia łańcuchowa pracuje bez poślizgu, zachowując stałe przełożenie
przy stosunkowo dużej sprawności. Łagodzi gwałtowne szarpnięcia i uderzenia.
Dzięki temu, że nie wymaga mocnego napięcia wstępnego pasa, mniej obciąża
wały i łożyska niż przekładnia pasowa.

Do wad przekładni łańcuchowych należy zaliczyć:

• nierównomiemość ruchu spowodowaną osiadaniem łańcucha na wieloboku,

• głośną pracę,

• nieprawidłową współpracę wyciągniętego łańcucha z uzębieniem kół,

• konieczność smarowania ze względu na zużywanie się przegubów,

• wykluczenie możliwości cyklicznych zmian kierunku ruchu ze względu na

szarpnięcia przy gwałtownym napinaniu luźnego cięgna.

2011-05-17

3

3. Informacje ogólne

Typowe przełożenia sięgają i = 6, dla przekładni wolnobieżnych dopuszcza się
nawet i =15.

Liczba z1 zębów na małym kole nie może być za mała, typowa wartość to z

1

=12, w

wyjątkowych przypadkach to z

1

=9. Dla przekładni odpowiedzialnych, o wymaganej

płynności ruchu na małym kole powinno być minimum 19 zębów.

Im mniejsza liczba zębów, tym większa nierównomiemość biegu i tym większy
hałas, gdyż kinematycznie ruch przekładni można sprowadzić do ruchu obrotowego
wieloboku opasanego cięgnem. Podziałkę łańcucha należy przyjmować możliwie
małą. Wzrasta wtedy liczba zębów małego koła, ruch staje się bardziej
równomierny, zmniejszają się obciążenia dynamiczne i hałas.

Zalecane liczby zębów podano w PN-73/M-84161 i PN-79/M-84163. Największa
liczba zębów nie powinna przekraczać 150.

Uprzywilejowane liczby zębów kół dla łańcuchów tulejkowych i rolkowych
wynoszą: 17, 19, 21, 23, 25, 38, 57, 76, 95,114.

Najmniejsza odległość osi kół powinna zapewniać mo

ż

liwość usunięcia dwóch

ogniw łańcucha po jego wydłużeniu spowodowanym zużyciem się przegubów.
Zalecane są następujące proporcje wymiarowe:

5

,

1

2

,

1

50

30

2

÷

=

÷

=

d

a

p

a

d

2

Utrata zdolności użytkowych łańcucha
następuje najczęściej w wyniku zużycia
powierzchni

ślizgowych

przegubów.

Zwiększa się wtedy podziałka i łańcuch
osiada na kole na coraz większej średnicy,
aż

wreszcie

zeskakuje

z

niego.

Dopuszczalny wzrost podziałki łańcucha
wynosi zwykle ok. 2%.

2011-05-17

4

4. Typy łańcuchów

W

zależności

od

budowy

i

przeznaczenia

rozróżnia

się

łańcuchy:

drabinkowe,zębate, kształtowe v pierścieniowe.

Łańcuchy drabinkowe stosowane są
jako cięgna napędowe i dźwigniowe.
Rozróżnia się łańcuchy drabinkowe
sworzniowe,

tulejkowe

(bezrolkowe)

i rolkowe.

Łańcuchy

mogą

być

pojedyncze,

podwójne i wielokrotne, jeżeli jeden
sworzeń łączy w nich jeden, dwa lub
większą liczbę rzędów równoległych
płytek, tulejek i rolek.

Odpowiadają im pojedyncze, podwójne
i wielokrotne koła łańcuchowe.

Łańcuchy sworzniowe składają się z płytek i sworzni (rys. a). Nie znajdują one
obecnie zastosowania w napędach maszyn ze względu na małą trwałość,
spowodowaną zużywaniem się przegubów mających zbyt małą powierzchnię
roboczą.

Łańcuchy tulejkowe składają się z płytek, sworzni i tulejek (rys. b). Stosuje się je
w maszynach wolnobieżnych lub napędach pomocniczych. Na przykład w
niektórych samochodach stosuje sieje do napędu rozrządu (w rozrządzie
okrętowych diesli również!). Nie są one stosowane w silnie obciążonych
napędach głównych. Brak rolki powoduje znacznie większe zużywanie się
tulejek i zębów na kołach oraz zmniejsza sprawność przekładni. Powszechnie
stosowanymi łańcuchami napędowymi są obecnie łańcuchy rolkowe i zębate.

Łańcuch

rolkowy

(rys.

c)

z

płytkami

prostymi składa się z ogniw wewnętrznych i
zewnętrznych.

Elementami

łańcucha

rolkowego są płytki, sworznie, tulejki i rolki.
Łańcuchy rolkowe dwu- i więcej rzędowe
powstają

przez

łączenie

łańcuchów

jednorzędowych odpowiednio wydłużonymi
sworzniami.

2011-05-17

5

Do wyrobu łańcuchów stosuje się stale konstrukcyjne węglowe 55 lub 65 albo
stopowe 40H, 45H, 35HM hartowane i odpuszczane do 38-49 HRC. Sworznie są
wykonywane ze stali do nawęglania 10 lub 15 albo stopowych 15H, 15HM
utwardzanych do 50-62 HRC. Do wyrobu tulejek i rolek stosuje się stale 10 lub 15
nawęglane i utwardzane do 484-60 HRC.

Podziałka łańcuchów jest calowa lub milimetrowa. Łańcuchy są produkowane
masowo przez wyspecjalizowane wytwórnie i są towarem rynkowym. Zadaniem
konstruktora maszyny jest odpowiedni dobór łańcucha na podstawie obliczeń.

Fragment

tabeli

z

wykazem

typowych

łańcuchów rolkowych

PN-77/M-84168

PN-17/M-84167

Łańcuchy do pracy w
trudnych

warunkach

(duże
zanieczyszczenia):

PN-77/M-84165

5. Charakter obciążenia ogniw łańcucha

Napięcie w ogniwie zmienia się w czasie obiegu łańcucha. Ogólny charakter tej
cyklicznej zmiany napięcia przedstawiono na rysunku poniżej. Najwyższy punkt
wykresu odpowiada wejściu ogniwa na ząb koła napędzającego. Występuje wtedy
uderzenie ogniwa o ząb i szarpnięcie.

2011-05-17

6

Napięcie w ogniwie łańcucha w czasie zazębiania się z kołami łańcuchowymi jest
również zmienne.

Zmiany te odbywają się skokami. Pierwszy ząb koła

napędzającego wchodzący we współpracę z ogniwem obciążony jest najbardziej,
każdy następny coraz mniej. Oczywiście, identycznie są obciążone ogniwa. W
przybliżeniu te skokowe zmiany odbywają się według ciągu geometrycznego.

6. Nierównomierność biegu łańcucha

Przyczyną nierównomiemości ruchu jest osiadanie łańcucha na wieloboku
(rysunek). Ogniwo łańcucha przemieszczając się od położenia a-b do położenia
a’-b’ osiada na boku wielokąta. Cięgno zmienia wtedy swoje położenie o wartość
w. W wyniku tej cyklicznej zmiany położenia cięgna występują zmiany prędkości
oraz związane z tym przyspieszenia i drgania przekładni (co jest niewątpliwą
wadą).

2011-05-17

7

7. Obciążalność łańcucha

Obciążalność łańcucha zależy od nacisków jednostkowych w przegubach i od
naprężeń rozciągających w płytkach łańcucha.

Od wartości nacisków jednostkowych w przegubach w dużym stopniu zależy
trwałość łańcucha, która dla różnych napędów przyjmowana jest w granicach od
2000 do 15000 h. Naciski powinny być na tyle małe, aby nie był wyciskany smar
spomiędzy powierzchni współpracujących sworznia i tulejki oraz tulejki i rolki.

Wartość nacisku jednostkowego p

1

między sworzniem a tulejką i wartość nacisku

jednostkowego p

2

między tulejką a rolką można wyznaczyć z następujących

wzorów:

C

p

bj

d

S

p

C

p

aj

d

S

p

d

t

u

d

s

u

≤

=

≤

=

2

1

S

u

– siła użyteczna przenoszona przez łańcuch, j – liczba

rzędów łańcucha, d

s

– średnica sworznia, d

t

– średnica

tulejki, a – długość tulejki, b – szerokość rolki, p

d

– dop.

nacisk jednostkowy (dla łańcucha rolkowego 20 MPa),
c – wsp. warunków pracy

8. Dobór współczynnika „c”

2011-05-17

8

9. Obciążenie użyteczne, wsp. bezp. na zerwanie

Ponieważ w przegubach łańcucha występują małe poślizgi współpracujących
powierzchni oraz duże naciski, nie można tam uzyskać tarcia płynnego. Zużycie
polegające na ścieraniu się powierzchni ślizgowych jest tym większe, im większe
są naciski i poślizgi. Najbardziej zużywa się sworzeń oraz wewnętrzna
powierzchnia tulejki. Miarą zużycia przegubów jest wzrost podziałki łańcucha.

Obciążenie użyteczne można obliczyć ze wzoru:













=

1

1

180

sin

2

z

p

M

S

u

M

1

– moment na małym kole

10. Współczynnik wytrzymałości na zerwanie (x

R

)

qag

S

qv

S

x

S

S

C

S

P

x

f

v

Rwym

f

v

u

r

r

ξ

=

=

≥

+

+

=

2

2

P

r

– obciążenie zrywające łańcuch,

C

2

– współczynnik statyczności obciążenia,

S

u

– obciążenie użyteczne łańcucha,

S

v

– napięcie łańcucha od siły odśrodkowej,

S

f

– napięcie łańcucha od jego ciężaru,

q – masa metra łańcucha [kg/m],

v – liniowa prędkość łańcucha [m/s],

ξ - wsp. Nachylenia płaszczyzny osi kół względem poziomu,

g – przyśpieszenie ziemskie;

2011-05-17

9

Wymagany współczynnik bezpieczeństwa x

Rwym

Przy wchodzeniu łańcucha na koło następuje uderzenie. Liczba uderzeń łańcucha o
zęby koła na jednostkę czasu nie może być zbyt duża. Dlatego istotna jest liczba
obiegów łańcucha na sekundę v /L i prędkość obrotowa małego koła n1. Stąd
warunki ograniczające, które można wyrazić następująco:

dop

L

v

m

n

z

L

v













≤

=

60

1

1

L – długość łańcucha, m –liczba ogniw łańcucha,

2011-05-17

10

11. Obliczanie łańcucha według PN-81/M-84100

Pierwszym krokiem jest obliczenie mocy skorygowanej (powiększonej o
współczynnik bezpieczeństwa wynikający z warunków pracy).

2

1

f

f

N

N

s

⋅

⋅

=

f

1

warunki pracy

1

urz

ą

dzenie obci

ąż

one równomiernie jak:

mieszalnuiki, pompy, dmuchawy

1,5

urz

ą

dzenia obci

ąż

one nierówomiernie, ze

ancznymi nadwy

ż

kami dynamicznymi np.:

betoniarki, młyny kulowe, prasy
mimo

ś

rodowe, podnosniki czerpakowe

2

nap

ę

dy pracuj

ą

ce z przerwami, cz

ę

sto

wł

ą

czanych jak urz

ą

dzenia d

ź

wigowe oraz

innych jak łamacze szcz

ę

kowe

Wykres doboru łańcucha ( łańcuchy uprzywilejowane „B”)

2011-05-17

11