Полигоналният ефект на ролковите вериги и неговите проявления

Полигоналният ефект на ролковите вериги и неговите проявления

В областта на механичната трансмисия,ролкови веригисе използват широко в промишлени производствени линии, селскостопанска техника, автомобилостроене, логистика и други приложения, поради тяхната проста структура, висока товароносимост и висока рентабилност. Въпреки това, по време на работа на ролковите вериги, феномен, известен като „полигонален ефект“, пряко влияе върху плавността на предаване, точността и експлоатационния живот, което го прави ключова характеристика, която инженерите, персоналът по снабдяването и поддръжката на оборудването трябва да разбират добре.

Първо, разкриване на полигоналния ефект: Какво представлява полигоналният ефект на ролковите вериги?

За да разберем ефекта на полигона, първо трябва да разгледаме основната структура на трансмисията на ролкова верига. Трансмисията с ролкова верига се състои главно от задвижващо зъбно колело, задвижвано зъбно колело и ролкова верига. Докато задвижващото зъбно колело се върти, зацепването на зъбите на зъбното колело със звената на ролковата верига предава мощност на задвижваното зъбно колело, което от своя страна задвижва последващите работни механизми. Така нареченият „ефект на полигона“, известен още като „грешка на ефекта на полигона“, се отнася до явлението в трансмисията с ролкови вериги, при което линията на навиване на веригата около зъбното колело образува многоъгълна форма, което води до периодични колебания в моментната скорост на веригата и моментната ъглова скорост на задвижваното зъбно колело. Казано по-просто, докато зъбното колело се върти, веригата не се движи с постоянна линейна скорост, а по-скоро, сякаш се движи по ръба на многоъгълник, скоростта му се колебае непрекъснато. Съответно, задвижваното зъбно колело също се върти с постоянна ъглова скорост, но вместо това изпитва периодични колебания в скоростта. Това колебание не е неизправност, а присъща характеристика на структурата на ролковата верижна трансмисия, но неговото въздействие не може да бъде пренебрегнато.

Второ, проследяване на произхода: Принципът на ефекта на полигона

Полигоналният ефект произлиза от структурните характеристики на ролковите вериги и зъбните колела. Можем ясно да разберем процеса на неговото генериране чрез следните ключови стъпки:

(I) Конфигурация на зацепване на веригата и зъбното колело

Когато ролкова верига е увита около зъбно колело, тъй като зъбното колело е кръгъл компонент, съставен от множество зъби, когато всяко звено на веригата се зацепи със зъб на зъбното колело, централната линия на веригата образува затворена крива, съставена от няколко прекъснати линии. Тази крива наподобява правилен многоъгълник (оттук и името „ефект на многоъгълника“). Броят на страните на този „многоъгълник“ е равен на броя зъби на зъбното колело, а дължината на страната на „многоъгълника“ е равна на стъпката на веригата (разстоянието между центровете на две съседни ролки).

(II) Предаване на движението на задвижващото зъбно колело

Когато задвижващото зъбно колело се върти с постоянна ъглова скорост ω₁, периферната скорост на всеки зъб на зъбното колело е постоянна (v₁ = ω₁ × r₁, където r₁ е радиусът на стъпката на задвижващото зъбно колело). Тъй като обаче точката на зацепване между веригата и зъбното колело постоянно се променя по профила на зъба на зъбното колело, разстоянието от точката на зацепване до центъра на зъбното колело (т.е. моментният радиус на завъртане) се променя периодично с въртенето на зъбното колело. По-конкретно, когато верижните ролки пасват плътно в дъното на жлеба между зъбите на зъбното колело, разстоянието от точката на зацепване до центъра на зъбното колело е минимално (приблизително радиусът на основата на зъба на зъбното колело); когато верижните ролки докосват върховете на зъбите на зъбното колело, разстоянието от точката на зацепване до центъра на зъбното колело е максимално (приблизително радиусът на върха на зъба на зъбното колело). Това периодично изменение на моментния радиус на завъртане директно причинява колебания в моментната линейна скорост на веригата.

(III) Колебание на ъгловата скорост на задвижваното зъбно колело

Тъй като веригата е твърд трансмисионен компонент (счита се за неразтеглив по време на предаване), моментната линейна скорост на веригата се предава директно на задвижваното зъбно колело. Моментната ъглова скорост ω₂ на задвижваното зъбно колело, моментната линейна скорост v₂ на веригата и моментният радиус на въртене r₂' на задвижваното зъбно колело удовлетворяват зависимостта ω₂ = v₂ / r₂'.

Тъй като моментната линейна скорост v₂ на веригата се колебае, моментният радиус на въртене r₂' в точката на зацепване на задвижваното зъбно колело също се променя периодично с въртенето на задвижваното зъбно колело (принципът е същият като този на задвижващото зъбно колело). Тези два фактора работят заедно, за да доведат до по-сложни периодични колебания на моментната ъглова скорост ω₂ на задвижваното зъбно колело, което от своя страна влияе върху стабилността на изхода на цялата трансмисионна система.

Трето, визуално представяне: специфични проявления на ефекта на полигона

Полигоналният ефект се проявява по много начини в ролково-верижните трансмисионни системи. Той не само влияе върху точността на предаване, но и причинява вибрации, шум и други проблеми. Дългосрочната работа може също да ускори износването на компонентите и да намали живота на оборудването. Специфичните прояви включват следното:

(1) Периодично колебание на скоростта на предаване

Това е най-прякото и основно проявление на ефекта на полигона. Както моментната линейна скорост на веригата, така и моментната ъглова скорост на задвижваното зъбно колело показват периодични колебания, докато зъбното колело се върти. Честотата на тези колебания е тясно свързана със скоростта на въртене на зъбното колело и броя на зъбите: колкото по-висока е скоростта на зъбното колело и колкото по-малко са зъбите, толкова по-висока е честотата на колебанията на скоростта. Освен това, амплитудата на колебанията на скоростта е свързана и със стъпката на веригата и броя на зъбите на зъбното колело: колкото по-голяма е стъпката на веригата и колкото по-малко са зъбите на зъбното колело, толкова по-голяма е амплитудата на колебанията на скоростта.

Например, в задвижваща система с ролкова верига с малък брой зъби (напр. z = 10) и голяма стъпка (напр. p = 25,4 мм), когато задвижващото зъбно колело се върти с висока скорост (напр. n = 1500 об/мин), моментната линейна скорост на веригата може да се колебае в широк диапазон, причинявайки забележими „скокове“ в задвижвания работен механизъм (напр. конвейерна лента, шпиндел на машинен инструмент и др.), което сериозно влияе върху точността на предаване и качеството на работа. (2) Удар и вибрации

Поради внезапната промяна в скоростта на веригата (от една зигзагообразна посока в друга), по време на процеса на зацепване между веригата и зъбното колело се генерират периодични ударни натоварвания. Това ударно натоварване се предава през веригата към компоненти като зъбното колело, вала и лагерите, причинявайки вибрации в цялата трансмисионна система.

Честотата на вибрациите е свързана и със скоростта на въртене на зъбното колело и броя на зъбите. Когато честотата на вибрациите се доближи или съвпадне със собствената честота на оборудването, може да възникне резонанс, който допълнително усилва амплитудата на вибрациите. Това не само влияе на нормалната работа на оборудването, но може също да причини разхлабване и повреда на компонентите и дори да доведе до инциденти, свързани с безопасността.

(3) Шумово замърсяване

Ударът и вибрациите са основните причини за шум. По време на ролково-верижна трансмисия, ударът от зацепването между веригата и зъбното колело, сблъсъкът между стъпките на веригата и структурният шум, генериран от вибрациите, предавани към рамката на оборудването, допринасят за шума на ролково-верижните трансмисионни системи.

Колкото по-изразен е полигоналният ефект (напр. по-голяма стъпка, по-малко зъби, по-висока скорост на въртене), толкова по-силни са ударът и вибрациите, и толкова по-голям е генерираният шум. Дългосрочното излагане на високи нива на шум не само засяга слуха на операторите, но и пречи на производствения контрол и комуникацията на място, намалявайки ефективността на работата.

(IV) Повишено износване на компонентите

Цикличните ударни натоварвания и вибрациите ускоряват износването на компоненти като ролкови вериги, зъбни колела, валове и лагери. По-конкретно:

Износване на веригата: Ударът увеличава контактното напрежение между ролките, втулките и щифтовете на веригата, ускорявайки износването и постепенно удължавайки стъпката на веригата (известно като „разтягане на веригата“), като допълнително изостря ефекта на полигона.

Износване на зъбното колело: Честите удари и триене между зъбите на зъбното колело и ролките на веригата могат да причинят износване на повърхността на зъба, заточване на върха на зъба и пукнатини в основата на зъба, което води до намалена производителност на зацепване на зъбното колело.

Износване на валове и лагери: Вибрациите и ударите подлагат валовете и лагерите на допълнителни радиални и аксиални натоварвания, ускорявайки износването на търкалящите елементи на лагера, вътрешните и външните ролкови дискове и шийките, намалявайки експлоатационния живот на лагера и дори причинявайки огъване на вала.

(V) Намалена ефективност на предаването

Ударът, вибрациите и допълнителните загуби от триене, причинени от ефекта на полигона, намаляват ефективността на предаване на ролково-верижните трансмисионни системи. От една страна, колебанията в скоростта могат да причинят нестабилна работа на работния механизъм, изисквайки повече енергия за преодоляване на допълнителните натоварвания, причинени от колебанията. От друга страна, повишеното износване увеличава съпротивлението на триене между компонентите, което допълнително увеличава загубите на енергия. При продължителна работа тази намалена ефективност може значително да увеличи консумацията на енергия на оборудването и да повиши производствените разходи.

Четвърто, научен отговор: Ефективни стратегии за смекчаване на ефекта на полигона

Въпреки че ефектът на полигона е присъща характеристика на ролковите верижни трансмисии и не може да бъде напълно елиминиран, той може да бъде ефективно смекчен чрез подходящо проектиране, избор и мерки за поддръжка, като по този начин се подобрява плавността, точността и експлоатационният живот на трансмисионната система. Конкретните стратегии са следните:

(I) Оптимизиране на дизайна и избора на зъбно колело

Увеличаване на броя на зъбите на зъбното колело: При спазване на изискванията за предавателно отношение и място за монтаж, подходящото увеличаване на броя на зъбите на зъбното колело може да намали съотношението на броя страни към дължината на „полигона“, намалявайки колебанията в моментния радиус на завиване и по този начин ефективно минимизирайки големината на колебанията в скоростта. Най-общо казано, броят на зъбите на задвижващото зъбно колело не трябва да бъде твърде малък (обикновено се препоръчва не по-малко от 17 зъба). За високоскоростни трансмисии или приложения, изискващи висока плавност, трябва да се избере по-голям брой зъби на зъбното колело (напр. 25 или повече). Намаляване на грешките в диаметъра на стъпката на зъбното колело: Подобряването на точността на обработка на зъбното колело и намаляването на производствените грешки и грешките от кръгово биене в диаметъра на стъпката на зъбното колело осигурява по-плавни промени в моментния радиус на въртене на точката на зацепване по време на въртене на зъбното колело, намалявайки ударите и вибрациите.

Използване на зъбни колела със специални профили на зъбите: За приложения, изискващи изключително плавно предаване, могат да се използват зъбни колела със специални профили на зъбите (като например дъгообразни зъбни колела). Дъгообразните зъби правят процеса на зацепване между веригата и зъбното колело по-плавен, намалявайки удара от зацепването и по този начин облекчавайки въздействието на многоъгълния ефект.

(II) Правилен избор на параметри на веригата

Намаляване на стъпката на веригата: Стъпката на веригата е един от ключовите параметри, влияещи върху ефекта на полигона. Колкото по-малка е стъпката, толкова по-малка е дължината на страната на „полигона“ и толкова по-малко е колебанието в моментната линейна скорост на веригата. Следователно, докато отговарят на изискванията за товароносимост, трябва да се избират вериги с по-малки стъпки. За високоскоростни, прецизни трансмисионни приложения се препоръчват ролкови вериги с малки стъпки (като ISO стандарти 06B и 08A). Избор на високопрецизни вериги: Подобряването на прецизността на производството на веригите, като например намаляване на отклонението на стъпката на веригата, радиалното биене на ролката и хлабината между втулката и болта, осигурява по-плавно движение на веригата по време на работа и намалява ефекта на полигона, изострен от недостатъчната прецизност на веригата.

Използване на устройства за опъване: Правилното конфигуриране на устройствата за опъване на веригата (като пружинни обтегачи и обтегачи с тежести) гарантира, че веригата поддържа правилното опъване, намалявайки хлабината и вибрациите на веригата по време на работа, като по този начин смекчава удара и колебанията в скоростта, причинени от ефекта на полигона.

(III) Контролиране на работните параметри на преносната система
Ограничаване на скоростта на предаване: Колкото по-висока е скоростта на зъбното колело, толкова по-големи са колебанията на скоростта, ударите и вибрациите, причинени от ефекта на полигона. Следователно, при проектирането на трансмисионната система, скоростта на предаване трябва да бъде подходящо ограничена въз основа на спецификациите на веригата и зъбното колело. За стандартните ролкови вериги максималната допустима скорост обикновено е ясно посочена в ръководството за продукта и трябва стриктно да се спазва.

Оптимизиране на предавателното отношение: Изборът на разумно предавателно отношение и избягването на прекомерно големи предавателни числа (особено при трансмисия с намаляване на скоростта) може да намали колебанията на ъгловата скорост на задвижваното зъбно колело. В многостепенна трансмисионна система, най-високото предавателно отношение трябва да бъде присвоено на степента с по-ниска скорост, за да се сведе до минимум въздействието на полигоналния ефект върху степента с по-висока скорост.

(IV) Укрепване на инсталирането и поддръжката на оборудването

Осигурете точност на монтажа: При монтаж на ролкова верижна трансмисия, уверете се, че грешката в паралелизма между осите на задвижващото и задвижваното зъбно колело, грешката в централното разстояние между двете зъбни колела и грешката в кръговото биене на челната повърхност на зъбното колело са в допустимия диапазон. Недостатъчната точност на монтажа може да влоши дисбаланса на натоварването и лошото зацепване между веригата и зъбното колело, което допълнително усилва ефекта на полигона.

Редовно смазване и поддръжка: Редовното смазване на ролковата верига и зъбните колела може да намали триенето между компонентите, да забави износването, да удължи експлоатационния им живот и също така да смекчи до известна степен ударите и вибрациите. Изберете подходяща смазка (като масло или грес) въз основа на работната среда и условията на оборудването и смазвайте и проверявайте оборудването през предписаните интервали. Сменяйте износените части своевременно: Когато веригата показва значително удължаване на стъпката (обикновено надвишаващо 3% от първоначалната стъпка), износването на ролките е силно или износването на зъбите на зъбното колело надвишава определената граница, веригата или зъбното колело трябва да се сменят своевременно, за да се предотврати прекомерното износване на компонентите, което да изостри ефекта на полигона и потенциално да доведе до повреда на оборудването.

Пето, Обобщение
Полигоналният ефект на ролковите вериги е присъща характеристика на тяхната трансмисионна структура. Той значително влияе върху производителността и експлоатационния живот на трансмисионната система, като влияе върху стабилността на скоростта на предаване, генерира ударни вибрации и шум и ускорява износването на компонентите. Въпреки това, чрез задълбочено разбиране на принципите и специфичните проявления на полигоналния ефект и прилагане на научни и подходящи стратегии за смекчаване (като оптимизиране на избора на зъбно колело и верига, контролиране на работните параметри и укрепване на монтажа и поддръжката), можем ефективно да смекчим отрицателните въздействия на полигоналния ефект и да използваме пълноценно предимствата на трансмисията с ролкови вериги.