ЦЕПЬ ПРИВОДНАЯ ПЛАСТИНЧАТАЯ, ИМЕЮЩАЯ ОТКРЫТЫЕ ШАРНИРЫ КАЧЕНИЯ С ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМОЙ ЭЛЕМЕНТА ЗАЦЕПЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F16G13/06 

Область техники

Изобретение относится к машиностроению, к триботехнике, конкретно к конструкции приводных пластинчатых цепей, и предназначено для использования преимущественно в качестве гибкого узла незамкнутых контуров силовой передачи вращения между двумя или несколькими валами механизмов и машин.

Цепи приводные пластинчатые, имеющие открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления (цепи простые призматические) могут использоваться для замены одно- или многорядных приводных роликовых (или втулочных) цепей общемашиностроительного применения, а также прецизионных приводных цепей, предназначенных для скоростных нагруженных передач, также могут быть использованы в виде вариаторных цепей, специальных (или нестандартных) цепей, транспортерных и тяговых цепей.

Предшествующий уровень техники

Вас учат, что скорость есть путь, проходимый в единицу времени, а я Вам скажу, что скорость есть скорость, путь есть путь, и (ничего) общего между ними нет.

О.Д.Хвольсон, петроградский физик

Известна бесшумная цепь, содержащая шарнирно соединенные между собой последовательно чередующиеся жесткие наружные и внутренние звенья, каждое из которых имеет две, расставленных с промежутком, продольные боковые пластины [1]. В отверстиях пластин, на плотной посадке, закрепляются валики. Конфигурация отверстий в пластинах соответствует форме поперечного сечения валиков, очерченного овальной кривой. В отверстиях пластин внутренних звеньев валики примыкающих наружных звеньев устанавливаются свободно. Сопряженные валики смежных звеньев образуют соединительный цепной открытый шарнир качения. Валики установлены с предварительным разворотом в отверстиях пластин с целью одностороннего зацепления цепи при небольшой величине угла одностороннего относительного поворота ее смежных звеньев. Концы каждого валика наружного звена расклепаны с образованием головок.

Целью известного изобретения, которое может быть принято в качестве прототипа предлагаемого технического решения, является: уменьшение соударения и уровня шума, производящегося в момент зацепления цепи со звездочкой в сопряжении пары валиков около соединения наружного и внутреннего звена к каждому другому звену.

Под нагрузкой прототип работает следующим образом. Короткий валик 4 (номер позиции по чертежам прототипа), катясь совершая поворот, скользит в соприкосновении с «боковой» стороной зуба 6 звездочки, а в отверстии 5, свободно пропускающем длинный валик 3 для направления поворота, валик скользит наружной поверхностью, также в соприкосновении с «боковой» стороной (соседнего) зуба 6 звездочки.

Известная цепь, шарниры которой работают с трением скольжения, имеет следующий недостаток: не соответствует общемашиностроительным звездочкам (имеющим конструкцию с формой рабочего профиля зубьев и основными размерами теоретического профиля зубьев звездочек и (или) зубчатых венцов по ГОСТ 592-81 (СТ СЭВ 2643-80) Звездочки для пластинчатых цепей (два профиля: прямолинейный и прямолинейно-выпуклый) и (или) звездочкам согласно ГОСТ 591-69 (СТ СЭВ 2641-80) Звездочки к приводным роликовым и втулочным цепям (две разновидности основного профиля вогнуто-выпуклой формы: без смещения центров впадин и со смещением на величину е=0,03t) или (и) звездочкам, выполненным по другим государственным (национальным) стандартам (техническим условиям)) к приводным роликовым или (и) втулочным пластинчатым цепям (типоразмеры цепей, например, по ГОСТ 13568-75 или ГОСТ 21834-87) с цилиндрической формой элемента зацепления (цепного или (и) цевочного зацепления).

Целью изобретения является устранение указанного недостатка, повышение износоустойчивости элементов цепи и зубьев звездочек (или рейки), значительное снижение уровня специфического шума привода при высоком значении коэффициента полезного действия передачи, гармонизация основных параметров цепи с аналогичными параметрами приводных роликовых или втулочных цепей, унификация, взаимозаменяемость приводных цепей.

Сущность изобретения

Новым в устройстве (принципиальным решением задачи, техническим результатом заявляемого изобретения) является создание такой конфигурации (сочетания конструкции, геометрии, параметров и размеров) элементов шарнира цепи, причем элементов шарнира качения цепи, при которой (при которых) при работе передачи на рабочем режиме звенья цепи располагаются на звездочках, занимая нормальное положение, характеризуемое контактом шарнирных соединений цепи (открытых цепных шарниров; элементов зацепления) на ведущей и (или) ведомой звездочках только с рабочей стороной основного профиля их зубьев. Кроме того, новым является то, что заявляемая цепь, по виду взаимодействия со звездочкой, неэквивалентна ни известной цепи, ни втулочной (или роликовой) цепи, - имеет принципиально новый тип нормального способа цепного зацепления, при котором отсутствует (почти отсутствует) внешнее трение движения (в частном случае, не происходит (почти не происходит) относительного перемещения) элемента зацепления по звездочке (при изменении направления движения звена, т.е. при вращении звена цепи относительно звездочки, а также во время контакта со звездочкой (в частности, с рабочим участком поверхности рабочей стороны основного профиля зуба звездочки или (а также), в частном случае, с противоположным нерабочим профилем)) (вращательное скольжение и трение-качение элемента зацепления на рабочей части зуба звездочки отсутствуют и почти нет «скольжения» - проскальзывания цепи по звездочке) при ее вращении. Причем данный тип нормального зацепления имеет четыре основных разновидности зацепления. При первой разновидности имеет место ситуация, когда натяжение холостой ветви в состоянии создать в звене (по меньшей мере в одном, крайнем звене набегающей на ведомую звездочку ветви цепи или (и) звене сбегающей с ведущей звездочки ветви цепи) усилие, превышающее усилие, которое получается в нем от (в результате) действия натяжения ведущей ветви цепи с учетом трения. При второй разновидности обеспечивается ситуация, отличающаяся от первой возможностью контакта цепного шарнира (по крайней мере, крайнего звена (или крайних звеньев)) с противоположным нерабочим профилем зуба звездочки. При третьей разновидности зацепления обеспечивается ситуация, когда натяжение холостой ветви в состоянии создать в звене (по меньшей мере в одном, крайнем звене набегающей на ведомую звездочку ветви цепи или (и) звене, выходящем из зацепления с ведущей звездочкой) усилие, превышающее усилие, которое получается в нем от (в результате) действия натяжения ведущей ветви цепи с учетом трения, но почти нет (или нет) «скольжения» - проскальзывания цепи по звездочке при ее вращении, т.е. почти отсутствует (или отсутствует) внешнее трение движения элемента зацепления по звездочке. При четвертой разновидности зацепления нет (почти нет) «скольжения» - проскальзывания цепи по звездочке при ее вращении, т.е. отсутствует (почти отсутствует) внешнее трение движения элемента зацепления по звездочке. Можно представить себе еще смешанное зацепление, т.е. такое, при котором одна часть шарниров входит в зацепление по первому виду, другая - по второму. Причем контакт и взаимодействие происходит при существенно меньших, чем в зацеплении известной цепи контактных давлениях, оказываемых шарнирами цепи на рабочий профиль звездочки. Для достижения намеченной цели в цепи приводной пластинчатой, имеющей открытые шарниры качения с цилиндрической (или (и) почти цилиндрической, либо (и) квазицилиндрической, или (и) прямолинейной (плоской)) формой элемента зацепления соединительный цепной шарнир (фиг.1 и 2, 3) образуют сопряженные внутри отверстий в внутренних пластинах 2 (или в изогнутых пластинах 10 (фиг.6-11, фиг.13, фиг.15-16)) основные силовые элементы конструкции, располагающиеся по ширине конструкции звеньев цепи (тела качения, детали цепных шарнирных соединений, далее - призмы) образующих вращательную кинематическую пару смежных звеньев, имеющие в поперечном сечении, выпуклые (и (или) плоские) поверхности качения и поверхности зацепления, а элемент зацепления, которым в предложенном устройстве является рабочий участок боковой (цилиндрической) поверхности только одной из двух призм звена, обращенной к внешней стороне этого звена, и (или) является рабочий участок боковой, обращенной к внешней стороне звена (цилиндрической) поверхности только одной из каждых двух сопряженных в пару (цепного шарнира) смежными звеньями призм, выполнен в форме цилиндрической поверхности, причем поверхность качения и (или) элемент зацепления может быть выполнена по радиусу кривизны, равному радиусу либо (и) меньшему или (и) большему радиуса элемента зацепления (ролика) соответствующего по шагу типоразмера роликовых цепей (втулки - втулочных цепей) при общей толщине шарнирного соединения (измеренной на меньшей из звездочек), меньшей либо совпадающей с диаметром ролика роликовой цепи или втулки втулочной цепи.

Кроме того, основные силовые элементы конструкции звеньев цепи соединяются (сопрягаются) в конструкцию звена с помощью (или посредством, с использованием) сил трения (с использованием разницы между трением скольжения и трением качения, в частности между касательной силой (силами) статического трения скольжения (трения при скольжении в покое) и силой трения при качении), то есть основные силовые элементы конструкции сопрягаются с использованием (в том числе, но не обязательно исключительно за счет) фрикционной связи, причем элементы внутреннего звена (или (и) звена изогнутой формы, звена с изогнутыми пластинами; переходного звена и т.п.) могут сопрягаться (либо сопрягаются) исключительно (или на основе, за счет) фрикционной связью, причем таким образом, что момент трения в цепном шарнире (при благоприятных условиях) может быть практически равен моменту трения движения. Технический результат заявляемого изобретения достигается путем создания возможности такого распределения действующих на элементы цепи усилий и взаимодействия (и соотношения) сил в цепном шарнире (шарнирном соединении) цепи (с учетом внешнего трения шарниров цепи о звездочку, а также с учетом «влияния» (отсутствия влияния) резонанса (резонансных явлений) и вибраций (колебаний) ветвей цепи) в работающей передаче, при котором при работе передачи, причем на рабочем режиме обеспечиваются взаимное расположение и взаимные (относительные) перемещения его элементов, соответствующие меньшей жесткости цепи и (или) меньшему крутящему моменту в этом шарнире цепи; причем внутренняя (или (и) наружная) призмы могут быть ориентированы в звене относительно пластин в плоскости поворота звеньев в положение (угловой) ориентации, соответствующее наименьшей жесткости цепи. Жесткость цепей - свойство натянутых цепей оказывать сопротивление при изменении направления движения; жесткость цепей (в общем случае) является результатом скольжения (трения) не только в шарнирах, но и внешнего трения соединительных шарниров цепи о звездочку.

Цепь обеспечивает в значительной мере компенсацию так называемого полигонального эффекта цепной передачи, обусловленного «многогранностью» цепных зубчатых колес-звездочек (звенья приводной цепи, в процессе нахождения их в зацеплении с зубьями звездочки, (хордально) располагаются в виде сторон шагового многоугольника, у которого число сторон равно числу зубьев звездочки, а длина стороны равна шагу цепи), т.е. степень неравномерности движения ведомого вала цепной передачи и связанной с приводом ведомой системы (непостоянства передаточного числа во все периоды ее работы) уменьшается. Неравномерность скорости ведущей ветви частично сглаживается инерцией (ведомого звена). Закономерности изменения векторов скорости и ускорения движения цепи более благоприятные.

По имеющимся у авторов и заявителя сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое изобретение, не известна из уровня техники, научной и справочной литературы, а также патентных источников информации, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов сущность получаемого при помощи заявляемого изобретения эффекта 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".

Промышленная применимость

Совокупность существенных признаков, характеризующих предлагаемое техническое решение, может быть многократно промышленно изготовлена "в железе" в машиностроении, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Следует отметить, что предлагаемая цепь обеспечивает нормальный способ цепного зацепления с приводными звездочками с числом зубьев z≥11 шт., зубья которых имеют известные профили.

Раскрытие изобретения

Сущность заявленного изобретения поясняется нижеследующими графическими материалами:

на фиг.1 приведено схематическое изображение части цепи приводной пластинчатой, имеющей открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления, продольный разрез шарнирного соединения;

фиг.2 - то же, поперечный разрез шарнирного соединения с целыми полнотелыми призмами;

фиг.3 - то же, поперечный разрез шарнира с самоустанавливающимися свертными призмами;

на фиг.4 - изображена схема силового контура со свободно вращающимся между ведущей и обратной ветвями зубчатым венцом, без крутящего момента; согласно фиг.5 - то же, при приложении крутящего момента к ведущей звездочке;

на фиг.6. и фиг.7. изображена часть цепи приводной пластинчатой, имеющей открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления, с изогнутыми пластинами, с целыми (сплошными) полнотелыми призмами; на фиг.8 и фиг.9 - то же, часть цепи с (ориентированными) свертными призмами;

на фиг.10 и фиг.11 - то же, часть цепи с полнотелыми призмами, но внутренние призмы свободно с зазорами устанавливаются в цилиндрические отверстия в изогнутых пластинах (в этом случае - в узкой части звена изогнутой формы), соединяются (сопрягаются) с пластинами звена с использованием разницы между силой статического трения скольжения (трения при скольжении в покое) и силой трения при качении с возможностью вращательной подвижности относительно пластин в плоскости поворота звеньев;

где 1 - наружная пластина; 2 - внутренняя пластина; 3 - внутренняя призма; 4 - наружная призма; 5 - ведущая звездочка; 6 - свободно вращающийся между ведущей (рабочей) и "холостой" (обратной) ветвями, без закрепления, зубчатый венец, служащий для автоматического (или полуавтоматического) регулирования и поддержания натяжения обратной ветви (либо ведущей и обратной ветвей) контура, стабилизации режима; 7 - ведомая звездочка; 8 - ведущая ветвь цепной передачи; 9 - обратная ветвь контура; 10 - пластина изогнутая; 11 - переходная призма концевого звена; 12 - свертный стык (щель, зазор или "шов"); 13 - развальцованная головка (замок, шплинт или т.п., который в принципе может отсутствовать).

на фиг.12 представлена фотография внешнего вида однорядной цепи приводной пластинчатой, имеющей открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления в одном (комбинированном) контуре с цепью ПР-19,05-3180 ГОСТ 13568-97 на звездочке с числом зубьев z=12 шт.;

на фиг.13 - цепь с изогнутыми пластинами на приводной звездочке с числом зубьев z=11 шт.;

на фиг.14 - цепь с прямыми пластинами на звездочке с числом зубьев z=19;

на фиг.15 представлен пример внешнего вида стальной однорядной приводной цепи шага 19,05 мм с изогнутыми пластинами, имеющей открытые шарниры с самоустанавливающимися телами качения с цилиндрической формой элемента зацепления, вид сверху;

на фиг.16 - та же простая призматическая цепь (легкой серии), общий вид.

Примечание. Фигуры материалов не устанавливают форму контура пластин и конструкцию элементов.

Заявляемая цепь приводная пластинчатая, имеющая открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления, содержит шарнирно соединенные между собой в последовательно чередующемся порядке внутренние и наружные (фиг.1 и 2, 3, 12, 14), и/или одинаковые (изогнутой формы (фиг.6-11, 13, 15-16)) звенья. Внутренние звенья предварительно собирают из двух внутренних пластин 2 и устанавливаемых (или запрессовываемых) в их отверстия двух внутренних призм 3. Наружные звенья собирают аналогично из двух наружных пластин 1 и двух наружных призм 4, пропускаемых при сборке свободно сквозь отверстия в пластинах 2 внутренних звеньев. Соединительный цепной шарнир (фиг.1-3 и фиг.6-16) образуют сопряженные внутри отверстий в пластинах 2 (или в изогнутых пластинах 10) призмы смежных звеньев, имеющие в поперечном сечении выпуклые поверхности качения и (плоские и (или) цилиндрические поверхности) элементы зацепления. Для обеспечения шарнирности звеньев, между призмами 3 и 4 и поверхностью направляющих отверстий внутренних пластин 2 (или изогнутых пластин) предусматривают гарантированный зазор. Натяг (как вариант) в соединениях внутренних призм и внутренних пластин (или изогнутых пластин) обеспечивает возможность предварительной сборки внутренних звеньев (или (и) одинаковых по типу переходных звеньев, имеющих изогнутую форму). Переходная посадка или зазор в соединениях переходной призмы 11 (и, при необходимости, наружных призм 4) и изогнутых 10 (или (и) наружных) пластин упрощает сборку цепи. Концы наружных призм 4 после сборки расклепывают с образованием головок 13 (замыкающие головки (замки, шплинты или т.п.) в принципе не обязательны и могут отсутствовать), препятствующих спадению пластин.

Цепь также может быть исполнена двух- или многорядной.

Важно отметить, что отсутствие в конструкции приводной цепи тонкостенных трубчатых деталей (втулок и роликов) позволяет применить для изготовления цепей высокопрочные твердые сплавы. Себестоимость изготовления 1 тонны металлокерамических деталей средней сложности в 2-2,5 раза ниже себестоимости тонны деталей из стального проката. Это обеспечивает ресурс приводных цепей больший, чем весь ресурс эксплуатации сельскохозяйственной машины (до списания).

Силовые элементы конструкции также могут быть изготовлены с использованием способа по типу метода электропластической обработки материалов на основе использования незамкнутого квазисверхпроводящего тока и (или) с использованием резки (сварки) конструкционных материалов на основе применения эффективного источника остро направленного квантованного излучения, создаваемого свободными положительными (и (или) отрицательными) зарядами (квантами возбуждений) с рабочими частотами в диапазоне частот от инфранизких частот ~0 Гц … до сверхвысоких частот 5·10⁸ Гц, вся энергия которого сосредоточена и (или) локализуется в «пространстве» (пространственноподобном интервале), окружающем очень узкий телесный угол, в котором находится направление нормали к фронту распространения этого излучения.

Призмы могут быть выполнены целыми полнотелыми (и их можно изготавливать, например, путем резки из фасонного калиброванного проката или получать путем непосредственного прессования из смеси порошков), целыми пустотелыми, или свертными из листовых заготовок (ленты, полосы, плоских заготовок-карточек). При этом в материале стенки (грани или (и) боковой цилиндрической поверхности) призмы, сворачиваемой из листовой заготовки, образуется щель, зазор или "шов", например продольный зазор 12, называемый свертным стыком. После термообработки свертных призм, как правило, щелевой зазор увеличивается. Призмы (свертные призмы, пустотелые призмы и т.д.), таким образом, могут быть исполнены как упругие (пружинные или эластичные) элементы (и (или) могут выполнять функции упругих (пружинных или эластичных) элементов привода). Указанная конструкция обеспечивает значительно большую упругость цепи и снижение массы цепи по отношению к цепи с целыми призмами. Кроме того, цепь имеет «упорядоченную» ориентацию свертного стыка 12 свертных силовых элементов конструкции в звене цепи, причем стык может располагаться в материале стенки призм (может быть сориентирован в звене) в сторону, соответствующую наибольшей износостойкости (долговечности) и (или) надежности, и (или) прочности отдельных элементов или (и) звеньев в сборе, или (и) цепи в целом, и (или) жесткости отдельных силовых элементов конструкции или (и) звеньев в сборе (например, ориентирован на 90°).

В отдельных вариантах цепи приводной пластинчатой, имеющей открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления может быть использован элемент зацепления и другой формы, например, эллипсоид вращения по форме близок к цилиндру.

Боковые поверхности призм (в частности, поверхность качения, обращенная к внутренней стороне звена и (или) элементы зацепления (рабочий участок боковой поверхности, обращенной к внешней стороне звена)), для простоты, могут быть выполнены цилиндрическими поверхностями в поперечном сечении выпуклыми с одинаковым постоянным (либо с изменяющимся) радиусом кривизны, причем величина радиуса элемента зацепления больше или равна четверти величины шага звена цепи, причем величина радиуса элемента зацепления может быть существенно меньше радиуса элемента зацепления (ролика), соответствующего по шагу типоразмера приводных роликовых цепей (как варианты: радиус кривизны поверхности качения или (и) радиус элемента зацепления может быть равным бесконечности, т.е. эти поверхности могут быть выполнены плоскими). Также величина радиуса боковой поверхности призмы может быть меньше радиуса дуг впадин зубьев звездочки к соответствующему по шагу типоразмеру приводных втулочных или роликовых цепей.

Направляющая часть отверстия во внутренних пластинах 2 выполнена контуром по дуге полуокружности с величиной радиуса кривизны, равной или большей радиуса элемента зацепления, причем гарантированный зазор в соединительном цепном шарнире образуется (как вариант) за счет выполнения призм 3 и 4, в поперечном сечении толщиной меньше величины радиуса их боковых поверхностей.

Возможен также вариант исполнения цепи приводной пластинчатой, имеющей открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления с изогнутыми пластинами или (и) с прямыми пластинами, когда внутренние (или (и) наружные) призмы устанавливаются свободно (например, с зазорами) в отверстия в изогнутых пластинах (или (и) в прямых пластинах), причем отверстие (или только часть поверхности отверстия), в котором внутренняя (наружная) призмы (призма) устанавливаются свободно (с зазором), может быть выполнено цилиндрической (или почти цилиндрической, либо квазицилиндрической) формы (в узкой части звена, или в широкой части звена, либо в прямых пластинах), при этом призма (внутренняя или наружная) соединяется в конструкции звена с пластинами звена (в узкой части звена или в широкой части звена, соответственно либо в прямых пластинах) исключительно силами трения (сопрягается фрикционной связью, причем пара трения соединительного цепного шарнира сопрягается в конструкцию звеньев цепи с использованием фрикционной разницы между силой статического трения скольжения (трения при скольжении в покое) и силой трения при качении) с возможностью вращательной подвижности относительно пластин этого звена в плоскости поворота звеньев (в плоскости изгиба цепи).

Как вариант, возможна также конструкция цепи с прямыми (см. фиг.12, 14) и (или) с изогнутыми пластинами с ограничением перемещения внутренних (или (и) изогнутых) пластин относительно «подвижных» (внутренних) призм в направлении оси цепного шарнира (т.е. ограничения расстояния между внутренними (или (и) изогнутыми) пластинами) с помощью выступов на краях направляющих (цилиндрических) отверстий внутренних пластин (или (и) в изогнутых пластинах).

Для автоматической регулировки (или полуавтоматического регулирования) и поддержания натяжения цепи, значительного в два и более раза увеличения динамической несущей способности приводной цепи, стабилизации режима движения, уменьшения поперечных колебаний цепи и ударности в зацеплении, уровня специфического общего шума цепного привода рекомендуется в контур передачи вставить свободно вращающийся между ведущей и обратной ветвями, без закрепления, по крайней мере, один зубчатый венец (фиг.4, 5). Можно применить упругий (или эластичный) зубчатый венец звездочки, зубчатый профиль, выполненный из стальной ленты или из износостойкой пластмассы, резины, или зубчатый венец металлополимерной звездочки и т.п. Можно эффективно использовать жесткий зубчатый венец (например, «вырезав» у стальной звездочки всю среднюю часть обода со ступицей). Число зубьев венца z₆ должно быть z₆>z₅ и, как правило (но не всегда), несколько превышает их число у большей из звездочек z₇. Провисание цепи так же компенсируется перестановкой венца ближе к ведущей звездочке (ближе к звездочке, которая имеет число зубьев меньшее, чем число зубьев у венца z₆; например, в контуре, изображенном на фиг.4, 5 - ближе к z₅).

Форма рабочего профиля зубьев и основные размеры теоретического профиля зубьев звездочек и зубчатых венцов, например, по ГОСТ 592-81 «Звездочки для пластинчатых цепей» (рекомендуется) или по ГОСТ 591-69 «Звездочки к приводным роликовым и втулочным цепям».

Для смазки пары статического скольжения шарнира рекомендуется применять твердый смазочный материал (например, графитовый или фторопластовый).

Устройство работает следующим образом.

При работе передачи на рабочем режиме звенья цепи на ведущей звездочке смещаются в сторону, противоположную вращению звездочки, а на ведомой звездочке - в сторону ее вращения, занимая нормальное положение, характеризуемое контактом элемента зацепления (шарнира) на ведущей и ведомой звездочках только с рабочей стороной основного профиля зубьев. Согласно стандартам и техническим условиям для приводных звездочек необходимо принимать путем установления соответствующих для них допусков только отрицательное отклонение в шаге. Ввиду того, что шаг цепи с самого начала несколько больше шага звездочки, входящий в зацепление шарнир не ложится на дно цилиндрической впадины профиля, а располагается несколько выше, на рабочей части основного профиля зуба. Рассматриваемый шарнир под нагрузкой свободно располагается на рабочей части зуба звездочки и продолжает оставаться на ней почти вплоть до самого выхода его из зацепления, а иногда в течение всего периода зацепления, так как он не может быть вдавлен натяжением цепи во впадину.

При появлении растягивающего усилия внутренние призмы 3, свободно (например, с зазорами) установленные в отверстиях изогнутых пластин 10, прижимаются опорными поверхностями к поверхностям отверстий этих изогнутых пластин. Между соприкасающимися поверхностями возникают силы сопротивления, препятствующие их относительному перемещению, являющиеся функцией коэффициента трения скольжения (трения скольжения в покое) и амплитуды нормальной реакции, сжимающей поверхности касания (кроме того, под действием сжимающих сил, даже при небольших полезных натяжениях, свертные или пустотелые призмы упруго сплющиваются). Коэффициент трения при скольжении во много раз больше коэффициента трения при качении. Кроме того (в отличие от касательной силы трения скольжения, которая зависит не от величины площади трущихся поверхностей, а от качества (материала) поверхностей касания трущихся деталей), сила трения при качении прямо пропорциональна нормальному давлению (контактному напряжению).

При изгибе цепи происходит взаимное качение между призмами 3 и 4 со смещением контакта радиально от оси звездочки (от оси относительного поворота звеньев), и возможно контактное скольжение между наружными призмами 4 и изогнутыми пластинами 10. При повороте звена отсутствует трение движения элемента зацепления по звездочке (почти нет скольжения между элементом зацепления и рабочей стороной основного профиля зуба звездочки), что существенно уменьшает износ элементов зацепления и звездочек. Разворачивающий момент, действующий на «подвижную» внутреннюю призму 3, определяется плечом, полученным от перемещения контакта в процессе относительного перекатывания призм 3 и 4. Для того, чтобы «подвижная» призма 3 выжималась в цилиндрических отверстиях пластин в новое угловое положение относительно пластин в плоскости поворота звеньев, силы, действующие от нее на пластину, должны быть наклонены относительно нормалей к контактирующим поверхностям отверстия пластины в точках контакта под углом не менее угла трения. При большом значении угла взаимного поворота смежных звеньев внутренняя призма 3 начинает разворачиваться в отверстиях изогнутых пластин 10 (или внутренних пластин 2). Методиками расчета реально работающих цепных передач оговаривается, что число зубьев звездочек в передачах с внутренним расположением звездочек в контуре не должно быть меньше 13. Но при транспортировке указанное явление позволяет свертывать цепь в компактный рулон. Как показали стендовые и натурные испытания опытного отрезка цепи с полнотелыми призмами, при циркуляции цепи в приводе, происходит самоустановка «подвижных» внутренних призм в некоторое среднее положение.

Как известно, характерные цепям приводным роликовым (и втулочным) быстро прогрессирующая в период приработки контактных параметров деталей шарнира разноразмерность шага зацепления наружных и внутренних звеньев, разноразмерность действительного шага внутри групп наружных и внутренних звеньев, несбалансированность износа и особенности внутренней динамики передачи, возрастание вибраций при возвратно-вращательном скольжении при полусухом трении в шарнирах, поперечные колебания ведущей ветви цепи в резонансном режиме и износ в обратной (холостой) (!) ветви (между звездочками) цепи, соизмеримый с износом деталей шарниров, обусловленным их взаимным поворотом на звездочках и переход к зацеплению (удлиненной более 1% цепи) двойным шагом, резонансные явления в работающей передаче с приводной роликовой (втулочной) цепью… обычно вынуждают при конструировании цепных передач принимать: от 6-10-кратных (для легко нагруженных тихоходных, редко и кратковременно работающих транспортеров) до 50 и более раз (!) (в высокоскоростных тяжелонагруженных цепных передачах или (и) при ударных нагрузках на цепной привод) коэффициенты запаса прочности (которые определяются отношением условной величины наименьшего статического разрушающего цепь усилия к полезному натяжению в ведущей (рабочей) ветви контура цепи при работе цепной передачи на рабочем режиме) приводных роликовых (втулочных) пластинчатых цепей.

Цепь приводная пластинчатая, имеющая открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления, обеспечивает повышенную работоспособность, кинематическую точность, плавность привода и движения передачи с меньшим уровнем специфического шума привода и меньшей «расшумливаемостью» привода в процессе эксплуатации за счет одинаковой конструкции (и отсутствия принципиальных различий в «механизме» изнашивания) наружных и внутренних звеньев приводной цепи, отсутствия неравномерности толщины стенки роликов (причем в каждом звене приводной роликовой цепи два ролика, а каждый из этих роликов оказывает влияние сразу на два смежных звена) и благодаря равномерному изменению шага в процессе работы.

Заявляемая цепь обеспечивает возможность эксплуатации цепной передачи с существенным перекосом в пространстве осей валов звездочек. Нормальная работа цепи возможна при наличии большого взаимного смещения венцов звездочек в осевом направлении (дефектов монтажа) от расположения в одной плоскости. Образец однорядной цепи шага 19,05 мм с прямыми пластинами опробован при неплоскостности 40 мм на 1000 мм межцентрового расстояния звездочек.

При работе цепной передачи несущественно (отсутствует) царапающее действие абразивных частиц, вызывающее интенсивный износ приводных роликовых (и втулочных) цепей и их звездочек; будучи открытым, при высоких скоростях движения шарнир качения не подвержен заеданию, доступен для смазки и самоочищается от попадающих в него частиц и от продуктов износа, не задерживает продукты износа. При этом (в процессе эксплуатации) абразивные частицы (например, производственная пыль), попадающие в цепной шарнир, частично втираются (насыщают, шаржируют) в тела качения, увеличивая сцепление их (поверхностей), друг с другом. Отсутствие тонкостенных трубчатых свертных деталей (являющихся основными силовыми элементами конструкции звеньев - втулок и роликов) резко повышает сопротивление ударной усталости цепи, повышает надежность, удешевляет конструкцию цепи, а также (дополнительно) позволяет увеличить норму предельного удлинения цепи.

Цепь обеспечивает высокий коэффициент полезного действия цепной передачи (при благоприятных условиях достигает 0,98), т.е. момент трения в цепном шарнире практически равен моменту трения движения.

Библиографические данные источников информации, принятых во внимание:

1. Patent Japan №60037439 A Int. cl F16G 13/06 26.02.85. Silent chain. / Okuda Tomonori.

Группа изобретений относится к машиностроению, к конструкции приводных пластинчатых цепей и предназначены для использования преимущественно в качестве гибкого узла незамкнутых контуров силовой передачи вращения между двумя или несколькими валами механизмов и машин. Цепь приводная пластинчатая содержит пластинчатые звенья, шарнирно соединенные в последовательно чередующемся порядке между собой с качением в кинематических парах, образованных смежными звеньями. Элементом зацепления цепи является рабочий участок боковой поверхности только одного из двух основных силовых элементов конструкции звена, располагающихся по ширине конструкции звена, обращенной к внешней стороне этого звена и (или) только одного из каждых двух сопряженных в пару (цепного шарнира) смежных звеньев силовых элементов. При повороте звена цепи относительно звездочки может отсутствовать трение элемента зацепления этого звена цепи по звездочке. Кроме того, внутренние или (и) наружные тела качения соединяются в конструкции звена с пластинами звена исключительно силами трения (сопрягаются фрикционной связью) с возможностью вращательной подвижности относительно пластин этого звена в плоскости поворота звеньев (в плоскости изгиба цепи), причем таким образом, что момент трения в цепном шарнире может быть практически равен моменту трения движения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Цепь приводная пластинчатая, имеющая открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления, содержащая пластинчатые звенья, шарнирно соединенные в последовательно чередующемся порядке между собой с качением в кинематических парах, образованных смежными звеньями основных силовых элементов конструкции, располагающихся по ширине конструкции звеньев, отличающаяся тем, что элементом зацепления в момент времени контакта соединительного цепного шарнира с рабочей стороной основного профиля зубьев (ведущей или ведомой) звездочки является рабочий участок боковой, обращенной к внешней стороне звена поверхности только одного из каждых двух сопряженных в пару цепного шарнира смежными звеньями силовых элементов, располагающихся по ширине конструкции звеньев и (или) является рабочий участок боковой поверхности только одного из двух элементов конструкции звена, располагающихся по ширине конструкции звена, обращенной к внешней стороне этого звена, причем при повороте звена цепи относительно звездочки может отсутствовать трение элемента зацепления этого звена цепи по звездочке.

2. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что может быть исполнена с внутренними и наружными звеньями или (и) с изогнутыми пластинами.

3. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что радиус элемента зацепления больше или равен четверти шага звена.

4. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что направляющая часть отверстия в пластинах выполнена контуром по дуге полуокружности с величиной радиуса кривизны, равной или большей радиуса элемента зацепления.

5. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что боковые поверхности (в частности поверхность качения, обращенная к внутренней стороне звена, и элемент зацепления каждого из элементов конструкции этого звена, располагающихся по ширине конструкции звена) элементов, располагающихся по ширине конструкции звеньев, выполнены цилиндрическими поверхностями, в поперечном сечении выпуклыми, с одинаковым радиусом.

6. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что гарантированный зазор в соединительном цепном шарнире образуется за счет выполнения элементов в поперечном сечении толщиной меньше величины радиуса их боковых поверхностей.

7. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что величина радиуса боковой поверхности основного силового элемента конструкции звеньев, располагающегося по ширине конструкции, меньше радиуса дуг впадин зубьев звездочки к соответствующему по шагу типоразмеру приводных роликовых или втулочных цепей.

8. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что выполнена она с возможностью применения, по крайней мере, одного введенного в силовой контур свободно вращающегося между ведущей (рабочей) и холостой (обратной) ветвями цепной передачи, без закрепления, зубчатого венца, который входит в зацепление одновременно либо одновременно и синфазно и с ведущей, и с обратной ветвями передачи.

9. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что основные силовые элементы конструкции, располагающиеся по ширине конструкции звеньев цепи, могут быть выполнены целыми полнотелыми, целыми пустотелыми или свертными из плоских заготовок, кроме того, основные параметры цепи гармонизированы с аналогичными параметрами приводных роликовых и (или) втулочных цепей.

10. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что основные силовые элементы конструкции, располагающиеся по ширине конструкции звеньев цепи, исполнены свертными, имеют свертный стык («шов» или щель, или продольный зазор) в материале стенки, на поверхности силового элемента, выполнены путем их свертки из листовых (ленты, полосы) заготовок.

11. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что имеет «упорядоченную» ориентацию свертного стыка (продольного зазора, щели или «шва») свертных силовых элементов конструкции в звене цепи, причем стыки могут быть сориентированы в звене в сторону, соответствующую наибольшей износостойкости (долговечности) и (или) надежности, и (или) прочности отдельных элементов или (и) звеньев в сборе, или (и) цепи в целом, и (или) жесткости отдельных силовых элементов конструкции или (и) звеньев в сборе, например, ориентированы на 90°.

12. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что соответствует звездочкам для приводных роликовых (или втулочных) пластинчатых цепей.

13. Цепь приводная пластинчатая, имеющая открытые шарниры качения с цилиндрической формой элемента зацепления, содержащая пластинчатые звенья, шарнирно соединенные в последовательно чередующемся порядке между собой с качением в кинематических парах, образованных смежными звеньями основных силовых элементов конструкции, располагающихся по ширине конструкции звеньев, отличающаяся тем, что цепь с изогнутыми пластинами или (и) с прямыми пластинами, причем внутренние или (и) наружные тела качения устанавливаются свободно в отверстия в изогнутых пластинах, причем отверстие или только часть поверхности отверстия, в котором внутреннее (наружное) тело качения устанавливается свободно, может быть выполнено в форме цилиндра (в узкой части звена или в широкой части звена), при этом внутреннее или (и) наружное тело качения соединяется в конструкции звена с пластинами звена (в узкой части звена или в широкой части звена, соответственно) исключительно силами трения (сопрягается фрикционной связью) с возможностью вращательной подвижности относительно пластин этого звена в плоскости поворота звеньев (в плоскости изгиба цепи), причем таким образом, что момент трения в цепном шарнире может быть практически равен моменту трения движения.

14. Цепь по п.13, отличающаяся тем, что соответствует звездочкам для приводных роликовых (или втулочных) пластинчатых цепей.