Расчет цепной передачи
Опубликовано 23 Сен 2013
Рубрика: Механика | 37 комментариев
В предлагаемой вашему вниманию статье представлена программа, выполняющая расчет цепной передачи с приводной роликовой цепью. Прочитав этот материал, вы познакомитесь с понятным, простым, пошаговым руководством по выполнению проектировочного расчета...
...цепной передачи. Передачи с зубчатыми и тяговыми пластинчатыми цепями рассматриваться в рамках этой статьи не будут.
В конце статьи размещена ссылка на скачивание рабочего файла с программой.
Если расчеты зубчатых передач, ременных в большой степени регламентированы ГОСТами, то расчет цепных, почему-то, ГОСТом никогда не регламентировался и выполнялся и выполняется по методикам различных авторов. Все корифеи «Деталей машин» — П. Ф. Дунаев, Д. Н. Решетов, А. А. Готовцев, И. П. Котенок, В. И. Анурьев, С. А. Чернавский — «приложили руки» и головы к созданию алгоритмов расчетов цепных передач. На протяжении многих лет своей карьеры инженера-конструктора, выполняя расчеты цепных приводов, я руководствовался чаще всего материалами В. И. Анурьева и С. А. Чернавского. Излагаемая далее методика базируется полностью на их материалах.
Цепная передача во многом схожа с ременной передачей, обе относятся к передачам с гибкой связью, но цепная обладает большей нагрузочной способностью при равных габаритах, является менее скоростной, более шумной и требует смазки. Эти качества и определяют основное «место жительства» цепной передачи – после редуктора до вала рабочего органа. Широчайшее применение данный вид передач нашел в приводах рольгангов, конвейеров и самых разнообразных станков и машин.
Я предлагаю вам решение, требующее от вас пошагового движения по пунктам расчета и ответов на простые короткие вопросы. При этом все необходимые формулы, материалы, таблицы и подсказки для ответов на эти вопросы размещены в примечаниях к ячейкам! То есть вам не нужно «лазить» по справочникам – все необходимое всегда будет у вас «под рукой»! Такой подход позволяет решать поставленные задачи за считанные минуты, увеличивая производительность труда в десятки раз!
Цепная передача. Проектировочный расчет в Excel.
Если на вашем компьютере нет программы MS Excel, то ее в данном случае можно полноценно заменить программой OOo Calc из пакета Open Office, который можно бесплатно скачать и установить.
Расчет будем делать для передачи с двумя звездочками, без специальных натяжных устройств. Схему роликовой цепной передачи вы видите на рисунке, расположенном чуть ниже. Начинаем работу — включаем Excel и открываем новый файл. Далее будет детально описан процесс создания программы расчета.
В ячейки со светло-бирюзовой заливкой будем писать исходные данные и данные, выбранные пользователем по таблицам или уточненные (принятые) расчетные данные. В ячейках со светло-желтой заливкой считываем результаты расчетов. В ячейках с бледно-зеленой заливкой помещены мало подверженные изменениям исходные данные. Синий шрифт – это исходные данные, красный шрифт – это результаты расчетов, черный шрифт – промежуточные и не главные результаты.
Еще раз напоминаю, что в примечаниях ко всем ячейкам столбца D размещаем пояснения, как и откуда берутся или по каким формулам считаются все значения в таблице файла!!!
Исходные данные (блок 1):
1. Коэффициент полезного действия передачи КПД (это КПД цепной передачи и КПД двух пар подшипников качения) пишем
в ячейку D2: 0,921
2. Предварительное значение передаточного числа передачи u' записываем
в ячейку D3: 3,150
Цепная передача должна проектироваться с передаточными числами желательно не более 7, в особых случаях – не более 10.
3. Частоту вращения вала малой приводной звездочки n1 в об/мин вводим
в ячейку D4: 120,0
Частота вращения быстроходного вала передачи не должна превышать значений, указанных в примечании к ячейке D4!
4. Номинальную мощность привода (мощность на валу меньшей звездочки) P1 в КВт заносим
в ячейку D5: 5,000
Расчет цепной передачи (блок 1):
5. Определяем число зубьев ведущей малой звездочки z1
в ячейке D6: =ОКРВВЕРХ(31-2*D3;1)=25
z1=31-2*u’ с округлением в большую сторону до целого числа (желательно до нечетного, еще лучше до простого числа)
6. Вычисляем вращательный момент на валу малой звездочки T1 в Н*м
в ячейке D7: =30*D5/(ПИ()*D4)*1000=397,9
T1=30*P1/(π*n1)
7. Определяем число зубьев ведомой большой звездочки z2
в ячейке D8: =ОКРУГЛ(D3*D6;0)=79
z2=z1*u’ с округлением до целого числа
Число зубьев большой звездочки не должно превышать 120!
8. Уточняем окончательное передаточное число передачи u
в ячейке D9: =D8/D6=3,160
u=z2/z1
9. Рассчитываем отклонение передаточного числа окончательного от предварительного delta в %
в ячейке D10: =(D9-D3)/D3*100=0,32
delta=(u— u’)/u’
Отклонение передаточного числа желательно не должно превышать 3% по модулю!
10. Частоту вращения вала большой звездочки n2 в об/мин считаем
в ячейке D11: =D4/D9=38,0
n2=n1/u
11. Мощность на валу большой звездочки P2 в КВт определяем
в ячейке D12: =D5*D2=4,606
P2=P1*КПД
12. Вычисляем вращательный момент на валу большой звездочки T2 в Н*м
в ячейке D13: =30*D12/(ПИ()*D11)*1000=1158,4
T2=30*P2/(3,14*n2)
Исходные данные (блок 2):
Все значения коэффициентов в этом блоке назначаем в соответствии с рекомендациями, приведенными в примечаниях к соответствующим ячейкам.
13. Назначаем динамический коэффициент kд и записываем
в ячейку D14: 1,00
14. Выбираем коэффициент межосевого расстояния передачи kа и записываем
в ячейку D15: 1,00
15. Назначаем коэффициент наклона оси передачи к горизонту kн и записываем
в ячейку D16: 1,00
16. Назначаем коэффициент регулировки натяжения цепи kр и записываем
в ячейку D17: 1,25
17. Выбираем коэффициент способа смазки цепи kсм и записываем
в ячейку D18: 1,40
18. Выбираем коэффициент периодичности работы передачи kп и записываем
в ячейку D19: 1,25
Расчет цепной передачи (блок 2):
19. Вычисляем коэффициент условий эксплуатации передачи kэ
в ячейке D20: =D14*D15*D16*D17*D18*D19 =2,19
kэ =kд*kа*kн*kр*kсм*kп
Далее пользователь работает с программой по циклу в диалоговом режиме.
20. Задаемся числом рядов цепи m и заносим
в ячейку D21: 1
21. Принимаем предварительно допускаемое давление в шарнирах цепи (при z1=17) [p’] в МПа
в ячейке D22: 27,0
Это примерно среднее значение при n1=120 об/мин по таблице в примечании к ячейке D22.
22. Вычисляем допускаемое давление в шарнирах цепи (при z1=25) [p] в МПа
в ячейке D23: =ЕСЛИ(D21=1;D22*(1+0,01*(D6-17));D22*(1+0,01*(D6-17))*0,85)=29,2
при m=1: [p]=[p']*(1+0,01*(z1-17))
при m=2: [p]=[p']*(1+0,01*(z1-17))*0,85
23. Определяем расчетный минимальный шаг цепи t’ в мм
в ячейке D24: =2,8*(D7*1000*D20/D6/D21/D23)^(1/3)=29,704
t'=2,8*(T1*kэ/(z1*[p]*m))^(1/3)
24. Выбираем из стандартного ряда, приведенного в примечании к ячейке D25, ближайшее большее от расчетного значение шага цепи t в мм и записываем
в ячейку D25: 31,750
21/2. Возвращаемся к п.21 и записываем уточненное для выбранного шага цепи t=31.750 мм допускаемое давление в шарнирах цепи (при z1=17) [p’] в МПа
в ячейку D22: 26,0
22/2. Считываем новое значение допускаемого давления в шарнирах цепи (при z1=25) [p] в МПа
в ячейке D23: =ЕСЛИ(D21=1;D22*(1+0,01*(D6-17));D22*(1+0,01*(D6-17))*0,85)=28,1
23/2. Считываем новое значение расчетного минимального шага цепи t’ в мм
в ячейке D24: =2,8*(D7*1000*D20/D6/D21/D23)^(1/3)=30,080
Выбранный нами в п.24 шаг цепи t остался больше расчетного значения t’. Это хорошо, иначе нам пришлось бы выбирать из стандартного ряда новое большее значение шага цепи t и повторять возврат к п.21.
25. По выбранному шагу определяем из таблицы примечания к ячейке D26 площадь проекции шарнира цепи A в мм2 и записываем
в ячейку D26: 262
26. Рассчитываем линейную скорость цепи v в м/с
в ячейке D27: =D6*D25*D4/60000=1,6
v=z1*t*n1/60000
Линейная скорость цепи желательно не должна превышать 7 м/с для открытых передач!
27. Окружную силу Ft в Н считаем
в ячейке D28: =D5*1000/D27=3149,6
Ft=P1*1000/v
28. Определяем расчетное давление в шарнирах цепи p в МПа
в ячейке D29: =D28*D20/D26=26,3
p=Ft*kэ/A
29. На этом шаге программа сравнивает расчетное давление в шарнирах цепи p с допускаемым давлением [p] и выдает резюме
в объединенной ячейке B30C30D30E30: =ЕСЛИ(E29<=E23;"Все хорошо: p<[p]!!!";"Необходимо вернуться к п.20, так как p>[p]!!!")= Все хорошо: p<[p]!!!
Если p>[p], то необходимо вернуться к п.20 и выполнить расчет вновь, увеличив рядность или шаг цепи
Если p<[p], то, как в нашем примере, все хорошо, можно переходить к завершающему блоку расчета цепной передачи
Расчет цепной передачи (блок 3):
30. Вычисляем минимальное рекомендуемое межцентровое расстояние передачи a min в мм
в ячейке D31: =30*D25=953
a min=30*t
31. Вычисляем максимальное рекомендуемое межцентровое расстояние передачи a max в мм
в ячейке D32: =50*D25=1588
a max=50*t
Межосевое расстояние цепной передачи не должно превышать 80*t!
32. Назначаем из определенного выше диапазона и конструктивных параметров предварительное межцентровое расстояние передачи a’ в мм и пишем
в ячейку D33: 1000
Межосевое расстояние желательно выбирать из диапазона: a min<a<a max
33. Вычисляем расчетное число звеньев цепи Lt’
в ячейке D34: =2*D33/D25+0,5*(D6+D8)+(((D8-D6)/(2*ПИ()))^2)/(D33/ D25)=117,3
Lt'=2*a'/t+0,5*(z1+z2)+(((z2-z1)/(2*π))^2)/(a'/t)
34. Выбираем число звеньев цепи Lt , округлив полученное выше значение Lt’ до ближайшего целого четного значения и записываем
в ячейку D35: 118
35. Вычисляем окончательное уточненное межцентровое расстояние цепной передачи a в мм с учетом необходимого провисания цепи
в ячейке D36: =0,25*D25*(D35- (D6+D8)/2+((D35- (D6+D8)/2)^2-8*((D8-D6)/2/ПИ())^2)^0,5)*0,996=1007
a=0,25*t*(Lt-0,5*(z1+z2)+((Lt-0,5*(z1+z2))^2-8*((z2-z1)/(2* π))^2)^0,5)*0,996
36. Определяем делительный диаметр ведущей малой звездочки d1
в ячейке D37: =D25/SIN (ПИ()/D6)=253,3
d1=t/sin(π/z1)
37. Вычисляем делительный диаметр ведомой большой звездочки d2
в ячейке D38: =D25/SIN (ПИ()/D8)=798,6
d2=t/sin(π/z2)
Проектировочный расчет в Excel цепной передачи с двумя звездочками без специальных натяжных устройств выполнен. Определены основные параметры и габаритные размеры передачи на основе частично заданных силовых и кинематических характеристик. Полученные данные можно использовать для более детального геометрического расчета звездочек и проверочных силовых расчетов.
Ссылка на скачивание файла: raschet-tsepnoy-peredachi (xls 55,5KB).
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
37 комментариев на «Расчет цепной передачи»
Ваш отзыв
Большое спасибо, жить стало проще :).
Отлично!большое спасибо!все очень просто и полезно!
Большое спасибо!!!!!
Спасибо большое
Очень большие значения звездочек, межосевого расстояния. Мне не подошло. Каждый случай уникальный. Как шаблон под все цепные передачи — не подходит. Обычная пара у меня получилась z=25 z2=75 — это бред. Это еще станок нужно найти. Сама прога сделана отлично! Спасибо автору за труд.
Александр, подходите к вопросу «гибче». Нужно в вашей ситуации меньшее число зубьев — нарушьте рекомендации и впишите нужное вам значение вместо формулы в ячейку D6 и двигайтесь дальше. А то сразу — «бред, где станок найти...»
Большое большое спасибо! Супер таблица!
Файл не открывается. Excel говорит, что файл поврежден. ???
Скаченный файл почему-то весит 56 832 kb
Рустам, только что скачал и открыл — 55,5KB. Высылаю Вам по почте. Проверьте антивирусом свой ПК.
Еще, Рустам, размер файла 56 832 байта, а не килобайта!
Добрый день! Можете подсказать по вопросу?
Зашел спор с коллегами по гаражу: возможно ли использовать растянувшуюся цепь мотоцикла с учетом ее укорачивания?
Дано: стандартная цепь 520 (т.е шаг цепи 15,875), 106 звеньев, звезды 13/42. По Вашему расчету получается межосевое расстояние 616 мм
Допустим она условно вытянулась до шага цепи 17 мм, т.е при том же кол-ве звеньев межосевое становится 660 мм, что превышает максимально возможное расстояние.
Следовательно необходимо уменьшить длину цепи, вводим межосевое 616 мм и получаем 101 звено в цепи, округляем до 100 и получаем окончательный межосевой размер 609 мм
Возможны ли такие манипуляции с цепной передачей?
ЗЫ: Из расчета следует что необходимо увеличивать делительный диаметр звезд, насколько влияет данный параметр при сохранении звезд? Насколько я понимаю уменьшается площадь контакта в зонах зацепления.
Алексей, здравствуйте.
Растянутую цепь, я считаю, использовать не следует по причине повышенного износа зубьев звездочек из-за геометрического несоответствия шагов. Передача часто начинает «щелкать». Ударные нагрузки и резкое натяжение-ослабление цепи быстро приведут к разрушению и зубьев и цепи.
Но бывает и иначе: вытягивающаяся цепь постепенно деформирует и изнашивает профиль звездочки «под себя», и передача работает надежно достаточно долго при своевременных регулировках.
Важным моментом является то, как вытянулась цепь. Если с люфтами в шарнирах, то это «лучше» для звездочек, чем удлинение пластин.
Допустим цепь не вытянута, новая и ее надо укоротить с 106 звеньев до 102. Это влияет только на межосевое расстояние?
Да, это влияет только на межосевое расстояние.
А профиль зуба где?? Всё на помойку!!!
Видимо не такой уж и Умный, скорее — Слепой...
Профиль зуба.
Александр, большое спасибо за очень нужную информацию.
Здравствуйте,спасибо за программу,в связи с чем вопрос. прошу сильно не ругать, но обьясните подробней как поменять значение числа зубьев звездочки на необходимое мне по конструктивным параметрам? Программа пишет,что значение расчетное и защищено от перезаписи (пользуюсь Open Office).
Сервис — Защитить документ — Лист... Уберите галочку и меняйте что пожелаете, хотя лучше этого не делать. При уменьшении числа зубьев прочностные результаты вероятнее всего будут некорректными.
Если некорректны это к сожалению плохо. Необходимо просчитать передачу с жестко заданными параметрами : звездочки z1= 11, z2= 19,крутящий момент на ведомой звездочке 1000Нм,цепь выбрана с шагом 31мм. Передача тихиходна и работает на лебедочном барабане для поднятия груза 1,5т. Причем поднимается все раз в неделю,а остальное время цепь с барабаном стоят неподвижно под нагрузкой,держа данный вес в статике, потом через неделю опять вниз-вверх и удержание. Может в конкретном случае будет достаточно расчета на разрыв цепи, с коэффициентом запаса прочности К=10. или обязательно проверять по давлению на смятие в шарнирах? спасибо что помогаете
Владимир, здравствуйте. Момента в 1000 Нм хватит для подъема груза 15000 Н? Цепь нужно побольше... Расчет у Вас на почте.
Уууууух, вот это сокровищница !!!!
Здравствуйте, и будьте здоровы, Александр.
Даже не знаю как поступить, но тема с сылкой на все статьи вашего блога обязана быть в теме: electrotransport.ru/ussr/index.php?board=17.
Александр, пожалуйста, как автор, или позвольте мне.
С уважением, Дмитрий.
Дмитрий, здравствуйте.
Хотите разместить у себя ссылку на мой блог? Я, конечно, не возражаю.
Спасибо, Александр.
electrotransport.ru/ussr/index.php?topic=53038.0
С уважением, Дмитрий.
Добрый день. Спасибо за расчет. В объединённой ячейке В30С30D30E30 в формуле с условием проверки расчетного давления в шарнирах р с допустимым давлением [р] допущена опечатка. В формуле сравниваются ячейки Е29 и Е23 (Е столбец с единицами измерений), поэтому даже если расчетное давление превышает допустимое программа не сообщает о необходимости вернуться к п. 20.
Максим, здравствуйте. Спасибо за замечание, поправил.
люблю доходчивость — я не специалист но потребовалось — все разобрался спасибо
Отличная программа, СПАСИБО!!!
Александр, спасибо Вам за ваши материалы, которыми мы можем пользоваться.
Назревает вопрос о проектировании специальной цепи. Не могу найти подходящую литературу, где есть рекомендации по проектированию и методики.
Располагаете ли Вы подобной информацией о проектировании цепей?
Цепь условно говоря требуется с шагом 80 мм, диаметр ролика при этом порядка 25 мм.
Если есть возможность, то напишите мне на почту.
На почту написал.
Большое Вам Спасибо за ваши труды! Существенно облегчило жизнь!
Александр здравствукйте! Очень благодарен вам за ваш труд. У меня при просчете возникла проблема. Исходные данные такие T1=700Нм, n1= 15 об/мин. При выборе мощности на приводном валу малой звездочки 1.1 кВт и числу зубьев звездочки z1=27 так и получается 700нм. Но проблема возникла тогда, когда я стал подбирать двигатель под эти параметры. В ваших расчетах вы пользуетесь формулой для определения крутящего момента T1=30000*P1/(π*n1), но я столкнулся с другими расчетами, когда позвонил в одну компанию, которая производит мотор-редукторы. Они расчитывают крутящий момент на выходном валу так T1=9550*P1/n1. В итоге мощность двигателя повышается значительно. Не знаю, возможно я заблудился в трех соснах. Подскажите, как выбрать мотор-редуктор под эти параметры.
С уважением Сергей.
Сергей, здравствуйте.
Эти формулы идентичны! Как может мощность значительно отличаться?
30000/3,14=9549,269
9549,269≈9550
Александр, добрый день!
у меня вопрос: можно ли использовать цепную передачу как зубчатую?
т.е. звездочка + цепь(допустим цепь на шкив «надеть»), будет работать?
допустим цепная передача: звездочка+цепь+звездочка.
а мне нужно: звездочка + «цепь по окружности шкива»
заранее благодарю за ответ!
Мейржан, здравствуйте!
Не будет! Это глупость.
Поставьте 2 шкива (замените звездочку), ремень и натяжное устройство. Так будет работать, но передаваемая мощность ременной передачи в тех же габаритах, что была цепная передача, будет значительно меньше.
А почему не применить обычную цепную передачу???
Добрый, Александр!
Я столкнулся с вопросом. Есть манипулятор, коромысло которого под действием гидроцилиндра совершает перемещение на 190 градусов вокруг своей опоры. Выходное звено манипулятора возможно закрепить только в одной точке, на конце коромысла, при этом необходимо, чтобы выходное звено сохраняло горизонтальное положение. Для сохранения горизонтали было принято решение применить цепную передачу между опорой коромысла (осью вращения) и точкой крепления (осью вращения) выходного звена. При этом звездочка намертво приварена к опоре коромысла и вращается вместе с ним, и вторая — к звену. При этом звено с звездочкой имеет возможность вращаться на оси конца коромысла.
Звено длиной 1530мм. Груз весом 500кг на расстоянии 600 от свободного края звена. Правильно ли я понимаю, что необходимо так подобрать мощность на приводном валу, чтобы вращательный момент на валу малой звезды был 500кг*10*930мм/1000 = 4650Н*м?
Если это так, тогда у меня с передаточным числом = 1 получаются очень большие звездочки. Около 300мм в диаметре.
Поэтому, вопрос: есть ли возможность ограничить диаметр звездочек и при этом не потерять в характеристиках? Хотелось бы диаметр звездочки до 100мм. Есть возможность организовать несколько рядов. Но ряды в расчетах не исправляют ситуацию должным образом.
Здравствуйте, Семен.
1.Момент определяете верно. Мощность будет зависеть от скорости перемещения и ускорения разгона.
2.Уменьшая диаметр звездочек в 3 раза, Вы в 3 раза увеличиваете нагрузку на цепь и зубья звездочек.
Выберите цепь побольше по требуемому разрывному усилию (ГОСТ 13568-97 (ИСО 606-94)), подберите соответствующие выбранной цепи и условиям задачи звездочки (ГОСТ 591-69*) и сделайте проверочный расчет усилия в цепи и удельного давления в шарнирах.