ПРИВОДНАЯ РОЛИКОВАЯ ЦЕПЬ С ШАРНИРАМИ КАЧЕНИЯ
DRIVING ROLLER CHAIN WITH ROLLING HINGES

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к конструкции приводных пластинчатых цепей, и предназначено для использования преимущественно в качестве гибкого элемента незамкнутых контуров силовой передачи вращения между двумя или несколькими валами механизмов и машин.
Конструктивной особенностью приводных роликовых цепей, изготавливаемых, например, по ГОСТ 13568-75 или ГОСТ 21834-87, является, что на втулки свободно надеваются ролики, которые служат в основном для того, чтобы уменьшить износ между втулками и зубьями звездочек, обусловленный их взаимным поворотом; ролик, кроме своего основного назначения, повышает сопротивление ударной усталости, обусловленной ударами шарниров о зубья звездочек при входе в зацепление, совместным действием нормальных сил зацепления и касательных сил трения скольжения.
Тонкостенный трубчатый ролик, являясь «телом качения» и элементом зацепления цепи (цепного или(и) цевочного зацепления с цилиндрической формой элемента зацепления), выполняет функцию основного силового элемента конструкции, предохраняющего материал поверхности втулки от точечного контакта посредством частиц абразивного загрязнения или от прямого, непосредственного линейного контакта с зубчатым профилем звездочек (зубом, впадиной профиля). Даже при небольших полезных натяжениях в ведущей (рабочей) ветви цепной передачи тонкостенные трубчатые втулки приводных роликовых цепей, при взаимодействии с зубом звездочки сплющиваются (при некоторой степени износа деталей шарнира подобная упругая деформация ясно видна невооруженным глазом на втулке стальной цепи шага 19,05 мм от простого нажатия пальцем!), а также испытывают поперечный и местный изгиб и другие контактные деформации.
Известна приводная качательно-шарнирная роликовая цепь, содержащая шарнирно соединенные между собой последовательно чередующиеся жесткие наружные и жесткие внутренние звенья, каждое из которых имеет две, расставленных с промежутком, продольные боковые пластины. В отверстиях пластин, на плотной посадке, закрепляются сегментные валики. Конфигурация отверстий в пластинах соответствует форме поперечного сечения сегментных валиков. В отверстиях пластин примыкающих звеньев сегментные валики устанавливаются свободно. Сопряженные сегментные валики смежных звеньев образуют соединительный цепной шарнир, закрытый свободно вращающимся роликом. Сегментные валики установлены с предварительным разворотом в отверстиях пластин с целью небольшого одностороннего относительного поворота звеньев и одностороннего зацепления цепи. Каждый сегментный валик наружного звена выполнен длиннее сегментного валика внутреннего звена и снабжен установленной на нем снаружи звена закрывающей шарнир шайбой [1].
Известная цепь имеет следующие недостатки: сложность конструкции; ограничение угла относительного поворота смежных звеньев.
Целью изобретения является освобождение от указанных недостатков, повышение технологичности изготовления и надежности в эксплуатации цепи, обеспечение возможности применения цепи на звездочках с малым числом зубьев, улучшение транспортабельности.
Задачей изобретения является упрощение конструкции внутренней пластины цепи, а также снятие ограничений на величину допустимого угла относительного поворота звеньев.
Задача решается конструкцией приводной роликовой цепи с шарнирами качения, характеризующейся тем, что тела качения (которыми являются основные силовые элементы конструкции, располагающиеся по ширине конструкции звеньев цепи (далее - призмы) (призмы 3 и 4)) свободно с зазорами устанавливаются в отверстиях цилиндрической формы в пластинах внутренних звеньев, соединяются с пластинами внутреннего звена исключительно силами трения с возможностью вращательной подвижности относительно пластин в плоскости поворота звеньев (в плоскости изгиба цепи).
Технический результат заявляемого изобретения заключается в увеличении допустимого угла относительного поворота смежных звеньев путем создания возможности такого взаимодействия сил в цепном шарнире (шарнирном соединении) цепи, при котором обеспечиваются взаимное расположение и взаимные относительные перемещения его элементов, соответствующие меньшему крутящему моменту в шарнире цепи.
По имеющимся у авторов и заявителя сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое изобретение, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию"новизна".
По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения неочевидна для специалиста явным образом из предшествующего уровня техники, так как из него не выявляется влияние на получаемый технический результат совокупности отличительных от прототипа существенных признаков, что позволяет сделать вывод о существенности новизны и соответствии предлагаемого решения критерию "изобретательский уровень".
Совокупность существенных признаков, характеризующих предлагаемое техническое решение, может быть многократно промышленно изготовлена в машиностроении, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".
Заявленное изобретение поясняется следующими графическими материалами:
фиг.1 - общий вид элементов приводной роликовой цепи с шарнирами качения, в аксонометрии; на фиг.2 изображен продольный разрез шарнира; на фиг.3 - поперечный разрез шарнира,
где 1 - пластина наружная; 2 - пластина внутренняя; 3 - неподвижная наружная призма (неподвижная по отношению к пластинам звена); 4 - внутренняя подвижная призма; 5 - свободно вращающийся ролик.
Заявляемая приводная роликовая цепь с шарнирами качения (фиг.1) содержит шарнирно соединенные между собой последовательно чередующиеся внутренние и наружные звенья. Внутренние звенья собирают из двух внутренних пластин 2 и устанавливаемых свободно с зазорами в их цилиндрические отверстия двух внутренних подвижных призм 4, на которые надевают ролики 5. Наружные звенья собирают из двух наружных пластин 1 и запрессовываемых в их отверстия двух неподвижных по отношению к пластинам звена наружных призм 3, пропускаемых при сборке свободно сквозь отверстия пластин 2 внутренних звеньев и ролики 5. Соединительный цепной шарнир (фиг.2 и 3) образуют сопряженные внутри отверстий в пластинах 2 призмы образующих вращательную кинематическую пару смежных звеньев, имеющие в поперечном сечении выпуклые поверхности качения и опорные поверхности. Для обеспечения шарнирности звеньев между призмами 3 и 4 и поверхностью направляющих отверстий внутренних пластин 2 предусматривают гарантированный зазор. Каждый шарнир закрыт свободно вращающимся роликом 5 для предохранения от прямого попадания посторонних частиц и регламентации расстояния между внутренними пластинами. Ролик 5 при взаимодействии на звездочке может выполнять также функцию поверхности, направляющей взаимное движение качения призм 3 и 4. Существенное значение имеет, что ролик в предлагаемой конструкции не является силовым элементом конструкции (не является основным силовым элементом конструкции). Концы неподвижных наружных призм после сборки расклепывают с образованием головок, что делает жестким наружное звено.
Цепь может быть исполнена одно-, или двух-, или многорядной.
Основные силовые элементы конструкции звеньев цепи соединяются в конструкцию звена с помощью (посредством, с использованием) сил трения (с использованием разницы между силой трения скольжения и силой трения качения), то есть основные силовые элементы конструкции сопрягаются с использованием (в том числе, но не обязательно исключительно за счет) фрикционной связи, причем элементы внутреннего звена сопрягаются исключительно фрикционной связью.
Призмы могут быть выполнены целыми полнотелыми, целыми пустотелыми или свертными из листовых заготовок (ленты, полосы, плоских заготовок-карточек). При этом в материале грани (или(и) боковой цилиндрической поверхности) призмы, сворачиваемой из листовой заготовки, образуется продольный щелевой зазор или „шов", называемый свертным стыком. После термообработки свертных призм, как правило, конструктивный щелевой зазор увеличивается. Призмы (свертные призмы) также могут быть исполнены как упругие (пружинные) элементы. Ролики могут быть выполнены из износостойкой пластмассы. Изобретение не определяет форму контура пластин и конструкцию головок призм (замков, шплинтов или т.п.).
Заявляемая приводная роликовая цепь с шарнирами качения взаимозаменяема с приводными роликовыми (втулочными) цепями соответствующего типоразмера (типоразмеры цепей, например, по ГОСТ 13568-75 или ГОСТ 21834-87) и может использоваться для приводов, оснащенных звездочками, имеющими конструкцию с основными размерами профиля зубьев (по боковой поверхности) и(или) венцов звездочек согласно ГОСТ 591-69 (СТ СЭВ 2641-80) Звездочки к приводным роликовым и втулочным цепям (две разновидности профиля вогнуто-выпуклой формы: без смещения центров впадин и со смещением на величину е=0,03t (основной вариант)), или выполненных по ГОСТ 592-81 (СТ СЭВ 2643-80) Звездочки для пластинчатых цепей (два профиля: прямолинейный и прямолинейно-выпуклый), и (или) исполненных по другим национальным (государственным) стандартам (техническим условиям).
Устройство работает следующим образом.
При появлении растягивающего усилия внутренние призмы 4, свободно установленные в отверстиях внутренних пластин 2, прижимаются опорными поверхностями к поверхностям отверстий внутренних пластин. Между соприкасающимися поверхностями возникает сила сопротивления их относительному перемещению, являющаяся функцией коэффициента статического трения скольжения (трения скольжения в покое) и амплитуды нормальной реакции, сжимающей поверхности касания. Под действием сжимающих сил, даже при небольших полезных натяжениях, свертные или пустотелые призмы сплющиваются. Коэффициент трения при скольжении во много раз больше коэффициента трения при качении. Кроме того, (в отличие от силы трения скольжения, которая зависит не от величины трущихся поверхностей, а от качества поверхностей касания трущихся деталей) сила трения качения прямо пропорциональна нормальному давлению (контактному напряжению). Поэтому при изгибе цепи происходит взаимное качение между призмами 3 и 4 со смещением линии контакта радиально от оси звездочки (от оси относительного поворота звеньев). Разворачивающий момент, действующий на внутреннюю подвижную призму 4, определяется плечом, полученным от перемещения линии контакта в процессе относительного перекатывания призм 3 и 4. При большом значении угла относительного поворота смежных звеньев внутренняя призма 4 начинает разворачиваться в отверстиях внутренних пластин 2. Такое положение в реально работающих передачах с внутренним расположением звездочек в контуре невозможно, так как методиками расчета цепных передач оговаривается, что число зубьев звездочек не должно быть меньше 13. Но при транспортировке указанное явление позволяет свертывать цепь в компактный рулон. Как показали испытания опытного отрезка цепи с целыми полнотелыми призмами, при циркуляции цепи в приводе происходит самоустановка подвижных внутренних призм в среднее положение.
Источники информации
1. UK Patent Application GB 2018387 A Int. cl F16G 13/06, 17 Oct 1979. Transmission chains. / Stellios Antony Avramidis, Frederic Lawrence Jones.