ЦЕПЬ И ЕЕ ЗВЕНО Российский патент 1995 года по МПК F16G13/00 F16G15/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к приводным и тяговым цепям, которые могут быть использованы в цепных передачах строительно-дорожных машин, транспортных средств, подъемных механизмов, в цепных конвейерах.

Известна цель, содержащая опорные элементы звеньев, сопряженные по криволинейному выступу на опорном элементе одного из пары сопряженных звеньев и криволинейной впадине на опорном элементе другого звена этой пары. Радиус кривизны впадины больше радиуса кривизны выступа. Каждое звено выполнено из двух параллельно расположенных пластин с окнами. Опорные элементы установлены в окнах пластин по их противоположным кромкам [1]
Из-за возникновения в нагруженной цепи значительных сил, направленных по касательным к поверхностям выступа и впадины, эти поверхности в момент относительного поворота звеньев цепи проскальзывают относительно друг друга. Проскальзывание сопрягаемых поверхностей сопровождается их износом.

Таким образом, при выполнении сопрягаемых поверхностей опорных элементов криволинейными не обеспечивается процесс стабильного перекатывания сопряженных поверхностей звеньев. Это усугубляется с износом сопряженных поверхностей по причине увеличения их радиусов кривизны в процессе эксплуатации, так как степень износа сопряженных поверхностей увеличивается на участках, где меньше радиус кривизны, т.е. по периферии криволинейных поверхностей.

Технологические сложности представляет процесс изготовления криволинейных поверхностей, их финишная безабразивная обработка. Количество деталей усложняет процесс сборки, сужает область применения цепи, снижает ее эксплуатационную надежность.

Известна цепь, содержащая последовательно соединенные звенья различной конструкции, сопряженные по опорным цилиндрическим поверхностям. Первая половина звеньев представляет собой замкнутые кольца круглого сечения. Звенья второй половины выполнены из двух скоб, соединенных сопряженными Т-образными выступами и выемками по концам скоб. Соединения зафиксированы штифтами. Звенья этой группы имеют цилиндрические вогнутые опорные поверхности, которые сопрягаются с цилиндрическими выпуклыми наружными опорными поверхностями смежных им звеньев первой группы. Радиусы цилиндрических вогнутых опорных поверхностей первой группы звеньев больше радиусов цилиндрических наружных опорных поверхностей второй группы звеньев [2]
Однако в такой цепи нагрузка со звездочки передается за счет взаимодействия наружных поверхностей звеньев первой группы с круглым сечением. Эти звенья располагаются по окружности между зубьями звездочки, что неизбежно приводит к увеличению шага зубьев звездочек и снижению нагрузочной способности звездочек. При этом располагающиеся в продольных прорезях зубьев звездочек звенья второй группы обуславливают нетрадиционность конструкции звездочек. Поскольку звенья первой группы располагаются между зубьями звездочки, при движении после входа звена второй группы в зуб цилиндрические выпуклые наружные поверхности звеньев первой группы проскальзывают относительно вогнутых цилиндрических поверхностей звеньев второй группы, так как угол относительного поворота смежных звеньев превосходит угол между точками контакта опорных поверхностей звеньев в вытянутом положении цепи и в ее положении на звездочке. Такой процесс приводит к износу сопрягаемых поверхностей звеньев цепи, снижению долговечности, надежности и коэффициента полезного действия передачи с такой цепью.

Задачей предлагаемого изобретения является создание цепи, при взаимодействии звеньев которой между собой имеет место трение качения. При этом должно быть обеспечено взаимодействие с зубьями звездочки традиционной конструкции всех звеньев без исключения, что увеличивает коэффициент полезного действия и нагрузочную способность передачи с такой цепью. Задачей изобретения также является создание цепи, имеющей по возможности минимальное количество деталей, которые могут быть изготовлены с помощью технологий, наиболее пригодных к использованию в массовом производстве. С этой целью разрабатывалась конструкция звеньев, детали которых могут быть изготовлены с использованием операций штамповки, экструзионного формования, литья под давлением, прессования.

Предлагаемая цепь содержит звенья, каждое из которых имеет элементы взаимодействия со звездочкой для передачи тягового усилия, соединенные последовательно посредством пар сопряженных выпуклых и вогнутых опорных поверхностей, которые выполнены на опорных элементах звеньев, при этом радиусы вогнутых поверхностей больше радиусов выпуклых поверхностей, а в контактных зонах сопряжения выпуклые и вогнутые поверхности имеют направляющие в виде частей окружностей, радиусы которых удовлетворяют следующему отношению:
r/R 0,1-0,9, где R радиус направляющих вогнутых поверхностей;
r радиус направляющих выпуклых поверхностей.

Звенья цепи изготовлены из скоб, которые связаны посредством соединительных элементов из формуемого конструкционного материала, размещенных по сторонам звеньев с концами скоб и связанных с поверхностями скоб. Опорные элементы для сопряжения со смежными звеньями цепи расположены вдоль концов скоб.

Цепь может состоять из звеньев, которые можно разделить на две группы. К первой группе относятся звенья, в которых опорные элементы выполнены за одно целое с концами скоб, имеющими вогнутые внутренние поверхности, которые являются опорными. Звенья, относящиеся к второй группе, выполнены с окнами в средних частях скоб. Их опорные элементы выполнены в виде полученных при неполной просечке окон лапок, расположенных вдоль кромок окон, смежных с концами скоб, отогнутых внутрь и имеющих дугообразное сечение с выпуклыми поверхностями, обращенными внутрь скобы, которые являются опорными поверхностями этих звеньев. Концы скоб звеньев первой группы пропущены через окна звеньев второй группы. Вогнутые опорные поверхности звеньев первой группы контактируют с выпуклыми опорными поверхностями на лапках звеньев второй группы. Соединительные элементы второй группы звеньев расположены между обращенными друг к другу поверхностями лапок и внутренними поверхностями концов скоб и связаны с этими поверхностями. Соединительные элементы звеньев первой группы связаны с наружными поверхностями концов скоб, т.е. расположены снаружи звена.

Соединительные элементы могут быть выполнены из композиционного материала, пластмассы или металла.

Кроме того, соединительные элементы могут быть выполнены из упругого материала.

На фиг. 1 показана цепь, вид сбоку с отсеченной частью звена по средней плоскости; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.2 и контур профиля звездочки, находящейся в зацеплении с цепью.

Цепь выполнена из звеньев, которые можно разделить на две группы.

Звенья первой группы выполнены из скоб 1, которые связаны соединительными элементами 2. Концы 3 скоб 1 имеют в сечении дугообразный профиль, и их внутренние вогнутые поверхности 4 служат опорными поверхностями, сопрягаемыми с опорными поверхностями 5 звеньев второй группы. Опорные поверхности 4 звеньев первой группы в контактных зонах сопряжения с опорными поверхностями 5 звеньев второй группы имеют направляющие в виде частей окружности.

Звенья, составляющие вторую группу, также выполнены из скоб 6, которые имеют в средних частях окна 7. Полученные при неполной просечке окон 7 лапки 8 расположены вдоль кромок окон 7, смежных концам 9 скоб 6. Лапки 8 имеют в сечении дугообразный профиль, а их поверхности, обращенные внутрь скоб 6 и выполненные выпуклыми, являются опорными поверхностями 5, сопряженными с опорными поверхностями 4 звеньев первой группы. Опорные поверхности 5 звеньев второй группы также имеют в зонах сопряжения с опорными поверхностями 4 звеньев первой группы направляющие в виде частей окружностей. Контактными зонами сопряжения являются участки поверхностей, которыми контактируют звенья в процессе относительного поворота. Направляющие вогнутых опорных поверхностей 4 имеют радиус, больший радиуса направляющих выпуклых опорных поверхностей 5. Радиусы направляющих выпуклых опорных поверхностей 5 и направляющих вогнутых опорных поверхностей 4 должны удовлетворять следующему условию:
r/R 0,1-0,9, где R радиус направляющих вогнутых поверхностей;
r радиус направляющих выпуклых поверхностей.

Например, при величине радиуса направляющих выпуклых опорных поверхностей 2 мм и отношении радиусов 0,2 имеем величину радиуса направляющих вогнутых опорных поверхностей 10 мм.

Скобы 6 звеньев второй группы связаны посредством соединительных элементов 10. Для обеспечения контакта опорных поверхностей 4 и 5 концы 3 скоб 1 звеньев первой группы проходят через окна 7 скоб 6 звеньев второй группы.

Соединительные элементы 2 и 10 выполнены из формуемого конструкционного материала. Соединительные элементы 2 звеньев первой группы связаны с наружными поверхностями 11 концов 3 скоб 1. Соединительные элементы 10 звеньев второй группы расположены между обращенными друг к другу поверхностями 12 лапок 8 и внутренними поверхностями 13 концов 9 скоб 6 и связаны с этими поверхностями, т.е. образующиеся между поверхностями 12 и 13 полости заполнены отвержденным формуемым конструкционным материалом соединительных элементов 10. Для улучшения связей скоб 6 с соединительными элементами 10 концы лапок 8 дополнительно загнуты внутрь к концам 9 скоб 6 и внедряются таким образом в тело соединительных элементов 10. Чтобы улучшить соединение скоб 1, их торцовые поверхности 14 концов 3 выполнены скошенными с кромками 15 по наружным поверхностям 11 концов 3. В этом случае между торцовыми поверхностями 14 образуются пазы 16 в форме "ласточкин хвост", расширяющиеся внутрь звена. При этом соединительные элементы 2 расположены снаружи звена и заполняют собственным материалом пазы 16.

Кроме этих могут быть использованы и другие традиционные приемы, направленные на увеличение площадей контакта скоб 1 и 6 с соединительными элементами 2 и 10 для повышения прочности соединений: нанесенные на поверхности скоб 1 и 6 риски, выполненные в скобах отверстия, прорези, углубления. Можно использовать и иные методы, улучшающие взаимодействие материалов скоб 1 и 6 и соединительных элементов 2 и 10, в частности повышающие адгезионное взаимодействие материалов деталей. Согласно изобретению соединительные элементы 2 и 10 выполнены из формуемого конструкционного материала, например пластмасс, композиционных материалов, металлов и их сплавов. Из пластмасс для соединительных элементов 2 и 10 могут быть использованы литьевые сополимеры полиамида, из композиционных материалов составы на основе фенолформальдегидной смолы с армированием стеклянными или углеродными волокнами, из металлов и сплавов оловянные и оловянно-фосфористые бронзы. Предпочтение следует отдавать материалам, обладающим антифрикционными свойствами, хорошей адгезией по отношению к материалам скоб 1 и 6, отличающимся высокой прочностью и износостойкостью. На выбор материала может повлиять свойство материала самосмазываться или являться твердой смазкой, так как из материала соединительных элементов 2 и 10 могут быть сформированы опорные поверхности 4 и 5 в средних зонах звеньев. Кроме того, соединительные элементы 2 и 10 могут быть выполнены из упругого материала, например из плотной резины. Если материал соединительных элементов 2 и 10 не обладает достаточной износостойкостью, то на поверхности 17 можно установить специальные износостойкие антифрикционные накладки, которые будут взаимодействовать с поверхностями зубьев звездочек. Антифрикционным покрытием или соответствующей накладкой могут быть снабжены и поверхности 18, также взаимодействующие с поверхностями зубьев звездочек. Благодаря тому что соединительные элементы 2 выполнены из формуемого материала, можно легко обеспечить специальный профиль поверхностей 17. А если материалом соединительных элементов 10 покрыть поверхности 18, то же можно проделать и со звеньями второй группы. Концы 9 скоб 6 могут быть подогнуты внутрь для исключения контакта их острых кромок с поверхностями зубьев звездочек и повышения прочности соединения скоб 6 с соединительными элементами 10. Для уменьшения материалоемкости скоб 1 и 6 они могут иметь ребра жесткости на средних частях, причем скобы 6 должны иметь ребра, выступающие наружу, а скобы 1 могут иметь ребра, выступающие внутрь, но их длина ограничивается смежными звеньями цепи.

Скобы 1 и 6 могут быть изготовлены операциями листовой штамповки, а для соединения скоб в звенья можно использовать методы прессования, экструзионного формования, литья под давлением, что зависит от выбора материала соединительных элементов 2 и 10. Формообразующие операции являются сборочными операциями цепи.

Поверхности 17 и 18 могут быть выполнены с поперечным профилем, вписывающимся в окружность в собранной цепи, что обеспечивает возможность использования для передач с такой цепью звездочек традиционной конструкции, приспособленных для передач роликовыми и втулочными однорядными цепями.

Цепь работает следующим образом.

В момент, когда поверхности 17 и 18 звеньев входят в зацепление с зубьями звездочки, звенья поворачиваются относительно друг друга. По мере относительного поворота звеньев опорные поверхности 5 лапок 8 скоб 6 звеньев второй группы перекатываются по опорным поверхностям 4 концов 3 скоб 1 звеньев первой группы. При этом поверхности 17 концов 3 скоб 1 проскальзывают по рабочим поверхностям зубьев звездочки. Когда в зацепление со звездочкой входит следующий шарнирный узел цепи, опорная поверхность 4 перекатывается по опорной поверхности 5, а по рабочей поверхности следующего зуба звездочки проскальзывает поверхность 18. Звено начинает поворот относительно предыдущего звена, только когда последнее плотно сядет на зуб. При выходе звеньев цепи из зацепления со звездочкой происходят аналогичные процессы.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к приводным и тяговым цепям, которые могут быть использованы в цепных передачах строительно-дорожных машин, транспортных средств, подъемных механизмов, в цепных конвейерах. Цепь содержит звенья, каждое из которых имеет элементы взаимодействия со звездочкой для передачи тягового усилия, соединенные последовательно посредством пар сопряженных выпуклых и вогнутых опорных поверхностей. Поверхности выполнены на опорных элементах звеньев. Радиусы кривизны вогнутых поверхностей выполнены большими радиусов кривизны выпуклых поверхностей. В контактных зонах сопряжения выпуклые и вогнутые поверхности имеют направляющие в виде частей окружностей. Отношение этих радиусов друг к другу составляет 0,1 - 0,9. Звенья цепи изготовлены из скоб, связанных посредством соединительных элементов из формуемого конструкционного материала. Соединительные элементы связаны с поверхностями скоб. Опорные элементы для сопряжения со смежными звеньями цепи расположены вдоль концов скоб. При зацеплении зубьев звездочки с поверхностями звеньев последние поворачиваются относительно друг друга. По мере относительного поворота звеньев опорная поверхность одного из сопряженных звеньев перекрывается по опорной поверхности другого звена. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Цепь, содержащая звенья с элементами взаимодействия со звездочками для передачи тягового усилия, соединенные последовательно посредством пар сопряженных выпуклых и вогнутых поверхностей на опорных элементах звеньев, при этом радиус кривизны вогнутых поверхностей больше радиуса кривизны выпуклых поверхностей, отличающаяся тем, что выпуклые и вогнутые поверхности в контактных зонах сопряжения выполнены с направляющими в виде частей окружности, а отношение радиуса части окружности вогнутой поверхности к радиусу части окружности выпуклой поверхности составляет 0,1 0,9. 2. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что каждое звено выполнено в виде двух соединенных между собой скоб. 3. Цепь по п.2, отличающаяся тем, что скобы каждого звена соединены между собой посредством соединительных элементов из формуемого конструкционного материала. 4. Цепь по п.3, отличающаяся тем, что она выполнена из двух групп звеньев, поочередно соединенных между собой, при этом каждая группа звеньев выполнена из идентичных друг другу звеньев. 5. Цепь по п.4, отличающаяся тем, что каждая пара концов скоб каждого звена одной группы звеньев выполнена с отгибами, обращенными друг к другу, между торцевыми поверхностями концевых участков этих отгибов размещены соединительные элементы, в средней части скоб каждого звена другой группы звеньев выполнены окна с образованием лапок, расположенных вдоль кромок окон, смежных концам скоб, концевые участки лапок выполнены с обращенными внутрь скоб отгибами в виде дуг, при этом концы скоб одной группы звеньев размещены в окнах скоб смежного звена другой группы звеньев для сопряжения в зоне контакта наружных выпуклых поверхностей отгибов лапок одного звена с внутренними вогнутыми поверхностями концом скоб смежного звена, а между обращенными одна к другой поверхностями лапок и внутренними поверхностями концов скоб размещены соединительные элементы, связанные с этими поверхностями. 6. Цепь по пп.3 5, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены из композиционного материала, или из пластмассы, или из металла. 7. Цепь по пп.3 6, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены из упругуго материала. 8. Звено цепи, содержащее скобы с опорными поверхностями для сопряжения со смежными звеньями цепи, которые расположены вдоль концов скоб, связанных между собой посредством соединительных элементов, отличающееся тем, что соединительные элементы выполнены из формуемого конструкционного материала, связанного с поверхностями скоб. 9. Звено по п.8, отличающееся тем, что концевой участок скобы выполнен с дугообразным поперечным сечением. 10. Звено по пп. 8 и 9, отличающееся тем, что соединительные элементы связаны с торцевыми поверхностями концевых участков скоб. 11. Звено по п.8, отличающееся тем, что соединительные элементы связаны с внутренними поверхностями концевых участков скоб. 12. Звено по пп.8 и 11, отличающееся тем, что в средней части обеих скоб выполнены окна с образованием лапок, расположенных вдоль кромок окон, смежных концам скоб, концевые участки лапок выполнены с отгибами в виде дуг. 13. Звено по п.12, отличающееся тем, что соединительные элементы размещены между внутренними поверхностями концов скоб и лапками. 14. Звено по пп.8 13, отличающееся тем, что соединительные элементы выполнены из композиционного материала, или из пластмассы, или металла. 15. Звено по пп. 8 13, отличающееся тем, что соединительные элементы выполнены из упругого материала.