ВНУТРЕННЕЕ ЗВЕНО ПРИВОДНОЙ БЫСТРОХОДНОЙ ЦЕПИ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводных втулочно-роликовых цепях машин и механизмов.
В настоящее время изготовление втулучно-роликовых цепей регулируется ГОСТ 13568-97 «Цепи приводные роликовые и втулочные. Общие технические условия», а также аналогичными отраслевыми техническими условиями и заводскими регламентами.
Однако, как показывают испытания, изготовленные по указанному стандарту приводные цепи имеют недостаточно большой срок службы, т.к. такие цепи в различных областях машиностроения часто эксплуатируются в условиях больших нагрузок и/или при больших скоростях.
Известна тяговая втулочно-роликовая цепь, содержащая соединенные осями пластины, взаимодействующие продольными узкими гранями с катками, причем они выполнены с накладками, закрепленными на узких гранях (SU, №585353, F16G 13/12, опубл. 25.12.1977).
В этом устройстве ролики-катки расположены снаружи втулок, а накладки закреплены на втулках. Такая конструкция не является технологичной, накладки приходится выполнять разнотолщинными, и устройство не позволяет значительно уменьшить износ рабочих поверхностей при больших скоростях и изменении направления работы привода с прямого на обратное.
Разрушение цепи обычно происходит на внутренних звеньях, т.к. втулки закрепленные во внутренних звеньях (сваркой, клепкой или по посадке с натягом) имеют больший диаметр, чем диаметр валиков (роликов) расположенных внутри втулок). Поэтому именно места соединения втулок с пластинами внутренних звеньев подвержены в условиях эксплуатации цепи с натягом и при больших скоростях разрушению (разрыву) пластин.
Попытка устранения этого недостатка предпринята в устройстве втулочно-роликовой цепи, содержащей шарнирно-соединенные между собой наружные и внутренние звенья с втулками, при этом половина каждой втулки, обращенная к концам внутреннего звена выполнена с повышенной твердостью (SU, №715854, F16G 13/06, опубл. 15.02.1980).
Однако такое устройство не позволяет значительно увеличить срок службы цепи, поскольку в основном при натяжении цепи разрывному разрушению подвержена в основном пластина, а не втулка.
Известна внутренняя пластина звена приводной быстроходной цепи, состоящая из наружных металлических слоев и центральной части, выполненной из композиционного материала (SU, №1649174, F16G 13/18, 13/24, опубл. 15.05.1991).
В этом устройстве центральная часть пластины выполнена из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном или углеволокном.
Это техническое решение позволяет снизить инерционную массу и шум, а также уменьшить металлоемкость. Однако конструкция является сложной, т.к. в ней предел прочности материала металлических слоев уменьшается от наружного слоя пластины к ее центру при одновременном увеличении толщины внутренней части пластины в этом же направлении. Устройство не позволяет значительно увеличить срок службы цепи без увеличения ее общей материалоемкости.
Наиболее близким является внутреннее звено приводной цепи, входящее в состав втулочно-роликовой цепи с дополнительными пластинами и содержащее, две пластины, с зазором между ними, втулки, закрепленные с натягом в отверстиях пластин и которые предназначены для установки внутри втулок валиков с длиной, выполненной больше длины втулок для крепления соответственно на концах валиков наружных звеньев (SU, №271975, F16G 13/18, опубл. 12.02.1971).
В этом устройстве дополнительные пластины установлены с одной стороны каждого наружного звена (а не внутреннего) для восприятия части нагрузки при работе цепи. При работе такой цепи дополнительная пластина воспринимает нагрузку от рабочего инструмента, а остальные пластины - тяговое усилие.
Однако такое устройство не позволяет значительно увеличить срок службы в условиях больших нагрузок и/или при больших скоростях, что связано с разрушением пластин внутреннего звена в области крепления втулок в отверстиях пластин. Кроме того, в этом устройстве валики выполнены с односторонними кольцевыми буртиками, что усложняет технологию изготовления и сборки устройства.
Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик и обеспечение массового и крупносерийного производства.
Технический результат, который может быть получен при выполнении полезной модели, - увеличение срока службы без увеличения материалоемкости, обеспечения функционирования при увеличении тягового усилия (нагрузок) и/или скорости, повышение надежности, упрощение технологии изготовления и сборки.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном внутреннем звене приводной цепи, содержащем две пластины, установленные с зазором между ними, две втулки, закрепленные с натягом в отверстиях пластин и которые предназначены для установки внутри втулок валиков с возможностью их вращения, валики выполнены с длиной, большей длины втулок для крепления соответственно на концах валиков наружных звеньев, согласно заявленной конструкции каждая из пластин выполнена многослойной из, по меньшей мере, двух слоев, сопряженных друг с другом, при этом одна часть каждого отверстия слоев выполнена цилиндрической, а другая часть снабжена конической фаской.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- отверстия каждого слоя были выполнены соосными;
- ось отверстия одного слоя была смещена относительно оси отверстия другого слоя, при этом цилиндрическая часть отверстия одного слоя выполнена с большим диаметром, чем диаметр цилиндрической части отверстия другого слоя, а максимальный диаметр конической фаски одного слоя выбран большим, чем максимальный диаметр конической фаски другого слоя;
- конические фаски отверстий каждого слоя были обращены в одном и том же направлении;
- конические фаски отверстий каждого слоя обращены противоположно.
Указанные преимущества, а также особенности настоящей полезной модели поясняются лучшим вариантом ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фигура 1 изображает устройство внутреннего звена;
Фиг.2 - многослойную пластину на фиг.1;
Фиг.3 - то же, что фиг.2, другой вариант;
Фиг.4 - то же, что фиг.2, другой вариант;
Фиг.5 - схему штампа для изготовления слоя пластины при помощи пуансонов.
Для упрощения описания конструкции и работы устройства рассматривается пластина, выполненная из двух слоев, при этом общая толщина составной многослойной пластины для обеспечения условия сохранения материалоемкости может быть выбрана соответствующей толщине и материалам по ГОСТ 13 568-97.
Внутреннее звено приводной цепи (фиг.1) содержит две пластины 1, установленные с зазором между ними, две втулки 2, закрепленные с натягом в отверстиях 3 пластин 1 и которые предназначены для установки внутри втулок 2 валиков 4 с возможностью их вращения. Валики 4 выполнены с длиной, большей длины втулок 2 для крепления соответственно на концах валиков 4 наружных звеньев 5. Каждая из пластин 1 выполнена многослойной из, по меньшей мере, двух слоев 6 и 7, сопряженных друг с другом. Одна часть каждого отверстия 3 слоев 6 и 7 выполнена цилиндрической 8, а другая часть снабжена конической фаской 9.
Отверстия 3 каждого слоя 6 и 7 могут быть выполнены сосными (фиг.1, 3, 4).
Ось отверстия 3 одного слоя 6 может быть смещена относительно оси отверстия 3 другого слоя 7 (фиг.2). Цилиндрическая часть 8 отверстия 3 одного слоя 6 при этом может быть выполнена с большим диаметром, чем диаметр цилиндрической части 8 отверстия 3 другого слоя 6. Максимальный диаметр конической фаски 9 одного слоя 6 может быть выбран большим, чем максимальный диаметр конической фаски 9 другого слоя 7.
Конические фаски 9 отверстий 3 каждого слоя 6, 7 могут быть обращены в одном и том же направлении (фиг.3).
Конические фаски 9 отверстий 3 каждого слоя 6, 7 могут быть обращены противоположно (фиг.4).
Работает устройство (фиг.1) следующим образом.
Внутреннее звено имеет две параллельные полые втулки 2, на обоих концах которых неподвижно (по посадке с натягом) закреплены пластины 1. Наружные звенья 5 имеют два параллельных валика 4, на обоих концах которых также неподвижно закреплены пластины наружных звеньев 5.
Наружные звенья 5 и внутренние звенья установлены друг за другом поочередно, при этом каждый валик 4 наружных звеньев 5 установлен во втулках 2 с возможностью вращения.
Расстояния между отверстиями 3 в пластинах 1 определяют шаг t цепи (фиг.2). Такие отверстия 3 можно получить сверлением полностью цилиндрическими, но это является трудной технологической операцией, т.к. необходимо строго выдерживать шаг цепи, а материал пластин выбирается достаточно закаленным (с высокими твердостными и прочностными параметрами).
1
В массовом и крупносерийном производстве отверстия 3 в пластинах 1 получают пробивкой пуансонами в штампах (фиг.5). Пуансоны 11 в штампе устанавливают в направляющих 12 с возможностью перемещения, то есть с зазором S, который увеличивается при износе штампа.
1
1
В процессе работы штампа положение пуансонов 11 изменяется в пределах зазоров S, это приводит к тому, что расстояние между отверстиями 3 (точность по шагу) колеблется в пределах зазоров S. Следовательно, в каждом звене пластины 1 могут отличаться друг от друга на величину, соответствующую технологической точности. Например, для цепей шага 38 мм на практике эта величина находится в пределах от 0,01 до 0,1 мм.
2
2
При получении отверстий 3 в слоях 6 или 7 пластин 1 пуансонами 11 они имеют цилиндрическую часть 8 и коническую фаску 9 (часть зоны скола). Длина конической фаски 9 тем больше, чем толще пластина 1. Кроме того, величина S конической фаски 9 соответствует зазору между пуансоном 11 и матрицей (фиг.5). Размер S тем больше, чем больше толщина пластин 1. На фиг.5 показан один из слоев 6.
При нагружении внутренних звеньев цепи рабочей нагрузкой пластины 1 с меньшим технологическим шагом испытывают как по сравнению с наружными звеньями 5, так и по сравнению между собой большие нагрузки. В итоге более нагруженные пластины 1 разрушаются первыми, в то время как другие пластины 1 остаются работоспособными. Данный недостаток усугубляется и проявляется сильнее, если ряд звеньев расположен так, что общая цепь получается серповидной.
При использовании только одной пластины 1 в отверстии 3 от посадки втулки 2 с натягом, возникает напряжение, которое неравномерно распределяется по толщине пластины 1. Наибольшее напряжение возникает в области цилиндрической части 8 отверстия, а в районе максимального диаметра конической фаски 9 посадочные напряжения могут отсутствовать. Кроме того, зона цилиндрической части 8 наиболее подвержена нагрузке от натяжения цепи.
Неравномерность распределения нагрузки по поперечному сечению пластин 1, в совокупности с рядом других факторов, приводит к необходимости применять цепи с большим запасом прочности, причем обычно цепи проектируют с запасом по прочности не менее чем в 6 раз превышающими нормативную разрушающую нагрузку.
Поэтому, как по точности соблюдения размеров по шагу, так и по диаметру отверстия 3 каждую из пластин 1 целесообразно изготавливать многослойной из, по меньшей мере, двух слоев 6 и 7, сопряженных друг с другом (например, с общей толщиной слоев 6 и 7, равной обычно используемой толщине пластины 1 в реальном устройстве). Одна часть каждого отверстия 3 при этом выполнена цилиндрической 8, а другая часть снабжена конической фаской 9. При этом, отверстия 3 каждого слоя 6 и 7 могут быть выполнены сосными (фиг.1, 3, 4). Это приводит к увеличению общей площади цилиндрических частей 8. Коническая фаска 9 каждого слоя 6 и 7 уменьшается и не выходит за пределы максимального натяга.
При монтаже многослойной пластины 1 со втулкой 2 в каждом слое 6 и 7, отличающихся друг от друга по шагу t происходит дополнительное распределение посадочных напряжений, изображенное на фиг.2. Ось отверстия 3 одного слоя 6 в этом случае смещена относительно оси отверстия 3 другого слоя 7. Цилиндрическая часть 8 отверстия 3 одного слоя 6 при этом может быть выполнена с большим диаметром, чем диаметр цилиндрической части 8 отверстия 3 другого слоя 6. Максимальный диаметр конической фаски 9 одного слоя 6 также может быть выбран большим, чем максимальный диаметр конической фаски 9 другого слоя 7. Конические фаски 9 служат своеобразными направляющими при запрессовке втулок 2, что упрощает сборку устройства.
1
2
суммарное
в слоях
Верхний слой 6, например, имеющий меньший шаг t дополнительно нагружается с наружной стороны пластины 1 (зона H), а нижний слой 7, имеющий больший шаг (t+2Δ) дополнительно нагружается с внутренней стороны пластины 1 (зона H). За счет упругой и пластической деформации происходит само усреднение шага между слоями 6 и 7 пластины 1, т.е. суммарное отклонение шага t пластин в целом становится меньше отклонения по шагу, получаемое между слоями 6 и 7 (Δt<2Δt).
В итоге суммарные нагрузки от посадки с натягом и от натяжения цепи более равномерно распределяются между пластинами 1 цепи и по поперечному сечению каждой пластины 1.
Специалистам понятно, что для достижения указанного технического результата конические фаски 9 отверстий 3 каждого слоя 6, 7 могут быть обращены в одном и том же направлении (фиг.3) или противоположно (фиг.4).
Как показали предварительные испытания, заявленное звено приводной цепи позволяет увеличить срок службы цепи в 1,5÷2,2 раза, увеличить тяговое усилие на 15÷20% и скорость работы до 30%.
Наиболее успешно заявленное внутреннее звено приводной быстроходной цепи промышленно применимо в приводных втулочно-роликовых цепях различных машин и механизмов.