Връзката между избора на стъпка на ролковата верига и скоростта

Връзката между избора на стъпка на ролковата верига и скоростта

В индустриалните трансмисионни системи, стъпката и скоростта на ролковите вериги са ключови променливи, определящи ефективността на трансмисията, живота на оборудването и експлоатационната стабилност. Много инженери и служители по снабдяването, прекалено фокусирани върху товароносимостта по време на избора, често пренебрегват съвпадението на тези два фактора. Това в крайна сметка води до преждевременно износване и скъсване на веригата и дори до престой на цялата производствена линия. Тази статия ще разгледа основните принципи и присъщата връзка между стъпката и скоростта, предоставяйки практически методи за избор, които ще ви помогнат да изберете оптималната ролкова верига за различните работни условия.

I. Разбиране на две основни понятия: Определението и индустриалното значение на височината на тона и скоростта

Преди да анализираме връзката между тези две понятия, е важно да изясним основните дефиниции – това е от съществено значение, за да се избегнат грешки при избора. Независимо дали се използват ролкови вериги по ANSI (американски стандарт), ISO (международен стандарт) или GB (национален стандарт), основното влияние на стъпката и скоростта остава постоянно.

1. Стъпка на ролковата верига: Определя „товароносимост“ и „плавност на работа“

Стъпката е размерът на сърцевината на ролкова верига, отнасящ се до разстоянието между центровете на две съседни ролки (обозначено със символа „p“ и обикновено измерено в мм или инчове). Тя директно определя две характеристики на ключовата верига:

Товароносимост: По-голямата стъпка обикновено води до по-големи компоненти на веригата, като плочи и щифтове, и по-високо номинално натоварване (както статично, така и динамично), което може да се поеме, което я прави подходяща за тежкотоварни приложения (като минни машини и тежко транспортно оборудване).

Плавност на работа: По-малката стъпка намалява „честотата на удара“, когато веригата се зацепи със зъбното колело, което води до по-малко вибрации и шум по време на предаване. Това я прави по-подходяща за приложения, изискващи висока стабилност (като прецизни машинни инструменти и оборудване за опаковане на храни).

2. Скорост на въртене: Определя „динамично напрежение“ и „скорост на износване“

Скоростта на въртене тук се отнася по-специално до скоростта на задвижващото зъбно колело, към което е свързана веригата (обозначено със символа „n“ и обикновено измерено в об/мин), а не до скоростта на задвижвания край. Влиянието му върху веригата се проявява предимно в два аспекта:
Динамично напрежение: Колкото по-висока е скоростта, толкова по-голяма е центробежната сила, генерирана от веригата по време на работа. Това също така значително увеличава „ударното натоварване“, когато звената на веригата се зацепват със зъбите на зъбното колело (подобно на удара на автомобил, преминаващ през „лежачи-лежари“ с висока скорост).
Степен на износване: Колкото по-висока е скоростта, толкова повече пъти веригата се зацепва със зъбното колело и относителното въртене на ролките и щифтовете се увеличава. Общото износване за същия период от време се увеличава пропорционално, което директно скъсява експлоатационния живот на веригата.

II. Основна логика: Принципът на „обратното съвпадение“ на височината на тона и скоростта

Обширната индустриална практика е потвърдила, че стъпката на ролковите вериги и скоростта имат ясна „обратна връзка“ – т.е. колкото по-висока е скоростта, толкова по-малка трябва да бъде стъпката, докато колкото по-ниска е скоростта, толкова по-голяма може да бъде стъпката. Същността на този принцип е да се балансират „изисквания за натоварване“ с „риск от динамично напрежение“. Това може да се раздели на три измерения:

1. Работа с висока скорост (обикновено n > 1500 об/мин): Малка стъпка е от съществено значение.
Когато скоростта на задвижващото зъбно колело надвиши 1500 об/мин (както при вентилатори и малки двигатели), динамичното напрежение и центробежната сила върху веригата се увеличават драстично. Използването на верига с голяма стъпка в тази ситуация може да доведе до два критични проблема:

Претоварване от ударно натоварване: Веригите с голяма стъпка имат по-големи звена, което води до по-голяма контактна площ и сила на удар със зъбите на зъбното колело по време на зацепване. Това може лесно да причини „прескачане на звената“ или „счупване на зъба на зъбното колело“ при високи скорости.

Хлабина, предизвикана от центробежна сила: Веригите с голяма стъпка имат по-голямо собствено тегло и центробежната сила, генерирана при високи скорости, може да доведе до отделяне на веригата от зъбите на зъбното колело, причинявайки „изпускане на веригата“ или „приплъзване на задвижването“. В тежки случаи това може да доведе до сблъсъци на оборудването. Следователно, за високоскоростни приложения обикновено се избират вериги със стъпка от 12,7 мм (1/2 инча) или по-малко, като например сериите ANSI #40 и #50 или сериите ISO 08B и 10B.

2. Приложения със средна скорост (обикновено 500 об/мин < n ≤ 1500 об/мин): Изберете средна стъпка.
Приложенията със средна скорост са най-често срещани в промишлените приложения (като конвейери, шпиндели на машинни инструменти и селскостопански машини). Важен е балансът между изискванията за натоварване и изискванията за плавност на въртене.
За умерени натоварвания (като леки конвейери с номинална мощност 10 kW или по-малко) се препоръчват вериги със стъпка от 12,7 мм до 19,05 мм (1/2 инча до 3/4 инча), като например от серията ANSI #60 и #80. За по-големи натоварвания (като например средно големи машини с номинална мощност 10 kW-20 kW) може да се избере верига със стъпка от 19,05 мм-25,4 мм (3/4 инча до 1 инч), като например от серията ANSI #100 и #120. Необходима е обаче допълнителна проверка на ширината на зъбите на зъбното колело, за да се предотврати нестабилност на зацепването.

3. Работа с ниска скорост (обикновено n ≤ 500 об/мин): Може да се избере верига с голяма стъпка.

При условия на ниска скорост (като например минни трошачки и тежкотоварни подемници), динамичното напрежение и центробежната сила на веригата са относително ниски. Товароносимостта се превръща в основно изискване и предимствата на веригата с голяма стъпка могат да бъдат използвани напълно:
Веригите с голяма стъпка предлагат по-голяма здравина на компонентите и могат да издържат на ударни натоварвания от стотици kN, предотвратявайки счупване на верижната плоча и огъване на щифтовете при големи натоварвания.
Степента на износване е ниска при ниски скорости, което позволява на веригите с голяма стъпка да поддържат експлоатационен живот, съответстващ на общия експлоатационен живот на оборудването, елиминирайки необходимостта от честа подмяна (обикновено 2-3 години). В този сценарий обикновено се използват вериги със стъпка ≥ 25,4 мм (1 инч), като например сериите ANSI #140 и #160, или персонализирани вериги с голяма стъпка за тежки условия на работа.

III. Практическо ръководство: Точно съчетаване на височината на тона и скоростта в 4 стъпки

След като разберете теорията, е време да я приложите на практика чрез стандартизирани процедури. Следните 4 стъпки ще ви помогнат бързо да изберете подходяща верига и да избегнете грешки, причинени от разчитане на опит:

Стъпка 1: Определете основните параметри – първо съберете 3 ключови данни

Преди да изберете верига, трябва да получите тези три основни параметъра на оборудването; нито един от тях не може да бъде пропуснат:

Скорост на задвижващото зъбно колело (n): Вземете я директно от ръководството за двигателя или задвижващия край. Ако е налична само скоростта на задвижващия край, изчислете обратно, като използвате формулата „Предавателно число = брой зъби на задвижващото зъбно колело / брой зъби на задвижваното зъбно колело“.

Номинална преносна мощност (P): Това е мощността (в kW), необходима за пренос от оборудването по време на нормална работа. Това включва пикови натоварвания (като например ударни натоварвания по време на стартиране, които обикновено се изчисляват като 1,2-1,5 пъти номиналната мощност).
Работна среда: Проверете за прах, масло, високи температури (>80°C) или корозивни газове. За тежки условия изберете вериги с канали за смазване и антикорозионни покрития. Стъпката на веригите трябва да се увеличи с 10%-20%, за да се осигури износване.

Стъпка 2: Предварителен избор на диапазон на височина на тона въз основа на скоростта
Вижте таблицата по-долу, за да определите предварителния диапазон на стъпката въз основа на скоростта на задвижващото зъбно колело (като пример се използва стандартна верига ANSI; други стандарти могат да бъдат конвертирани съответно):
Скорост на задвижващото зъбно колело (об/мин) Препоръчителен диапазон на стъпка (мм) Съответстваща серия вериги по ANSI Типични приложения
>1500 6.35-12.7 #25, #35, #40 Вентилатори, Малки двигатели
500-1500 12.7-25.4 #50, #60, #80, #100 Конвейери, Машинни инструменти
<500 25.4-50.8 #120, #140, #160 Трошачка, Елеватор

Стъпка 3: Проверете дали наклонът отговаря на товароносимостта, като използвате захранване
След предварителен избор на стъпка, проверете дали веригата може да издържи номиналната мощност, като използвате „Формула за изчисляване на мощността“, за да избегнете повреда от претоварване. Вземайки за пример ролковата верига по стандарта ISO, опростената формула е следната:
Допустимо предаване на мощност на веригата (P₀) = K₁ × K₂ × Pₙ
Където: K₁ е коефициентът за корекция на скоростта (по-високите скорости водят до по-нисък K₁, който може да се намери в каталога на веригите); K₂ е коефициентът за корекция на работните условия (0,7-0,9 за тежки условия, 1,0-1,2 за чисти условия); и Pₙ ​​е номиналната мощност на веригата (която може да се намери по стъпка в каталога на производителя).
Условие за проверка: P₀ трябва да отговаря на ≥ 1,2 × P (1,2 е коефициентът на безопасност, който може да се увеличи до 1,5 за тежки сценарии).

Стъпка 4: Коригирайте окончателния план въз основа на пространството за монтаж.
Ако първоначално избраната стъпка е ограничена от пространството за монтаж (например, вътрешното пространство на оборудването е твърде тясно, за да побере верига с голяма стъпка), могат да се направят две корекции:
Намалете стъпката + увеличете броя на редовете верига: Например, ако първоначално сте избрали един ред със стъпка 25,4 мм (#100), можете да го промените на два реда със стъпка 19,05 мм (#80-2), което предлага подобна товароносимост, но по-малък размер.
Оптимизиране на броя на зъбите на зъбното колело: При запазване на същата стъпка, увеличаването на броя на зъбите на задвижващото зъбно колело (обикновено до поне 17 зъба) може да намали удара при зацепване на веригата и косвено да подобри адаптивността при висока скорост.

IV. Често срещани грешки, които трябва да се избягват: Избягвайте тези 3 грешки

Дори след като усвоят процеса на подбор, много хора все още се провалят, защото пропускат детайли. Ето три от най-често срещаните погрешни схващания и техните решения:

Погрешно схващане 1: Фокусиране единствено върху товароносимостта, като същевременно се игнорира съпоставянето на скоростта

Погрешно схващане: Вярвайки, че „по-голямата стъпка означава по-голяма товароносимост“, за работа с висока скорост се избира верига с по-голяма стъпка (напр. верига №120 за двигател с 1500 об/мин). Последици: Нивата на шум от веригата надвишават 90dB и пукнатини по верижната плоча се развиват в рамките на два до три месеца. Решение: Стриктно избирайте стъпката въз основа на „приоритета на скоростта“. Ако товароносимостта е недостатъчна, дайте приоритет на увеличаването на броя на редовете, вместо на увеличаването на стъпката.

Погрешно схващане 2: Объркване на „скорост на задвижващата ролка“ със „скорост на задвижваната ролка“

Погрешно схващане: Използване на скоростта на задвижваната ролка като фактор за избор (напр. ако скоростта на задвижваната ролка е 500 об/мин, а действителната скорост на задвижващата ролка е 1500 об/мин, се избира по-голяма стъпка въз основа на 500 об/мин). Последици: Прекомерно динамично напрежение във веригата, водещо до „прекомерно износване на щифтовете“ (износване над 0,5 мм за един месец). Решение: „Скоростта на задвижващата ролка“ трябва да се използва като стандарт. Ако не сте сигурни, изчислете, като използвате скоростта на двигателя и предавателното число (скорост на задвижващата ролка = скорост на двигателя / предавателно число).

Погрешно схващане 3: Пренебрегване на влиянието на смазването върху съчетаването на скоростта и височината на тона

Грешка: приемане, че „изборът на правилната стъпка на зъбците е достатъчен“, пропускане на смазването или използване на некачествена смазка при условия на висока скорост. Последица: Дори при малка стъпка, животът на веригата може да се съкрати с над 50% и дори може да се получи заклинване от сухо триене. Решение: При условия на висока скорост (n ​​> 1000 об/мин) трябва да се използва капково смазване или смазване с маслена баня. Вискозитетът на смазката трябва да бъде съобразен със скоростта (колкото по-висока е скоростта, толкова по-нисък е вискозитетът).

V. Индустриален казус: Оптимизация от неуспех до стабилност

Конвейерна линия във фабрика за автомобилни части се скъсваше веднъж месечно на верига. Чрез оптимизиране на съчетаването на стъпката и скоростта, удължихме живота на веригата до две години. Подробностите са следните:
Първоначален план: Скорост на задвижващата ролка 1200 об/мин, едноредова верига със стъпка 25,4 мм (#100), предаване на мощност 8 kW, без принудително смазване.
Причина за повредата: 1200 об/мин е на горната граница на средната скорост и веригата с стъпка от 25,4 мм е подложена на прекомерно динамично напрежение при тази скорост. Освен това, липсата на смазване води до ускорено износване.
План за оптимизация: Намаляване на стъпката до 19,05 мм (#80), преминаване към двуредова верига (#80-2) и добавяне на система за капково смазване.
Резултати от оптимизацията: Шумът от веригата при работа е намален от 85dB на 72dB, месечното износване е намалено от 0,3 мм на 0,05 мм, а животът на веригата е удължен от 1 месец на 24 месеца, което спестява над 30 000 юана от разходи за подмяна годишно.

Заключение: Същността на селекцията е балансът.
Изборът на стъпка и скорост на ролковата верига никога не е просто решение „голяма или малка“. Вместо това става въпрос за намиране на оптимален баланс между товароносимост, работна скорост, място за монтаж и цена. Чрез овладяване на принципа на „обратното съчетаване“, комбинирайки го със стандартизиран четириетапен процес на избор и избягвайки често срещани капани, можете да осигурите стабилна и дълготрайна трансмисионна система.