La relació entre la selecció del pas de la cadena de rodets i la velocitat

La relació entre la selecció del pas de la cadena de rodets i la velocitat

En els sistemes de transmissió industrials, el pas i la velocitat de la cadena de rodets són variables clau que determinen l'eficiència de la transmissió, la vida útil de l'equip i l'estabilitat operativa. Molts enginyers i personal de compres, massa centrats en la capacitat de càrrega durant la selecció, sovint passen per alt la coincidència d'aquests dos factors. Això, en última instància, condueix a un desgast i trencament prematurs de la cadena, i fins i tot a un temps d'inactivitat de tota la línia de producció. Aquest article analitzarà els principis subjacents i la relació inherent entre el pas i la velocitat, i proporcionarà mètodes de selecció pràctics per ajudar-vos a triar la cadena de rodets òptima per a diferents condicions de funcionament.

I. Comprensió de dos conceptes bàsics: la definició i la importància industrial del to i la velocitat

Abans d'analitzar la relació entre aquests dos, és important aclarir les definicions bàsiques; això és essencial per evitar errors de selecció. Tant si s'utilitzen cadenes de rodets ANSI (Norma americana), ISO (Norma internacional) o GB (Norma nacional), l'impacte principal del pas i la velocitat es manté constant.

1. Pas de la cadena de rodets: determina la "capacitat de càrrega" i la "suavitat de funcionament"

El pas és la dimensió central d'una cadena de rodets, referint-se a la distància entre els centres de dos rodets adjacents (denotat pel símbol "p" i normalment mesurat en mm o polzades). Determina directament dues característiques de la cadena clau:

Capacitat de càrrega: Un pas més gran generalment resulta en components de cadena més grans com les plaques i els passadors, i una càrrega nominal més alta (tant estàtica com dinàmica) que es pot suportar, cosa que la fa adequada per a aplicacions pesades (com ara maquinària minera i equips de transport pesats).

Suau de funcionament: Un pas més petit redueix la "freqüència d'impacte" quan la cadena engrana amb el pinyó, cosa que resulta en menys vibracions i soroll durant la transmissió. Això la fa més adequada per a aplicacions que requereixen una alta estabilitat (com ara màquines-eina de precisió i equips d'envasament d'aliments).

2. Velocitat de rotació: Determina la "tensió dinàmica" i la "taxa de desgast"

La velocitat de rotació aquí es refereix específicament a la velocitat del pinyó motriu al qual està connectada la cadena (indicada pel símbol "n" i que normalment es mesura en r/min), no a la velocitat de l'extrem conduït. El seu impacte sobre la cadena es manifesta principalment en dos aspectes:
Tensió dinàmica: Com més alta sigui la velocitat, més gran serà la força centrífuga generada per la cadena durant el funcionament. Això també augmenta significativament la "càrrega d'impacte" quan els enllaços de la cadena engranan amb les dents del pinyó (similar a l'impacte d'un cotxe que passa per sobre d'un ressalt a gran velocitat).
Taxa de desgast: Com més alta sigui la velocitat, més vegades engranarà la cadena amb el pinyó i augmentarà la rotació relativa dels rodets i els passadors. La quantitat total de desgast en el mateix període de temps augmentarà proporcionalment, escurçant directament la vida útil de la cadena.

II. Lògica bàsica: el principi de "coincidència inversa" del to i la velocitat

Una àmplia pràctica industrial ha verificat que el pas de la cadena de rodets i la velocitat tenen una clara relació de "coincidència inversa", és a dir, com més alta sigui la velocitat, més petit ha de ser el pas, mentre que com més baixa sigui la velocitat, més gran pot ser el pas. L'essència d'aquest principi és equilibrar els "requisits de càrrega" amb el "risc d'estrès dinàmic". Això es pot desglossar en tres dimensions:

1. Funcionament a alta velocitat (normalment n > 1500 r/min): És essencial un pas petit.
Quan la velocitat del pinyó de transmissió supera les 1500 r/min (com en ventiladors i accionaments de motors petits), la tensió dinàmica i la força centrífuga sobre la cadena augmenten dràsticament. L'ús d'una cadena de pas gran en aquesta situació pot comportar dos problemes crítics:

Sobrecàrrega per càrrega d'impacte: Les cadenes de pas gran tenen enllaços més grans, cosa que resulta en una major àrea de contacte i força d'impacte amb les dents del pinyó durant l'engranatge. Això pot provocar fàcilment un "salt d'enllaços" o una "trencament de les dents del pinyó" a altes velocitats.

Folgança induïda per força centrífuga: les cadenes de pas gran tenen un pes mort més gran, i la força centrífuga generada a altes velocitats pot fer que la cadena es desenganxi de les dents del pinyó, provocant una "caiguda de la cadena" o un "lliscament d'accionament". En casos greus, això pot provocar col·lisions amb l'equip. Per tant, per a aplicacions d'alta velocitat, generalment es seleccionen cadenes amb un pas de 12,7 mm (1/2 polzada) o menys, com ara les sèries ANSI #40 i #50, o les sèries ISO 08B i 10B.

2. Aplicacions de velocitat mitjana (normalment 500 r/min < n ≤ 1500 r/min): Trieu un pas mitjà.
Les aplicacions de velocitat mitjana són més comunes en aplicacions industrials (com ara transportadors, eixos de màquines-eina i maquinària agrícola). És important un equilibri entre els requisits de càrrega i els requisits de suavitat.
Per a càrregues moderades (com ara transportadors lleugers amb una potència nominal de 10 kW o menys), es recomanen cadenes amb un pas de 12,7 mm a 19,05 mm (1/2 polzada a 3/4 polzada), com ara les sèries ANSI #60 i #80. Per a càrregues més elevades (com ara màquines-eina de mida mitjana amb una potència nominal de 10 kW-20 kW), es pot seleccionar una cadena amb un pas de 19,05 mm-25,4 mm (3/4 polzada a 1 polzada), com ara les sèries ANSI #100 i #120. Tanmateix, cal una verificació addicional de l'amplada de la dent del pinyó per evitar la inestabilitat de l'engranament.

3. Funcionament a baixa velocitat (normalment n ≤ 500 r/min): Es pot seleccionar una cadena de pas gran.

En condicions de baixa velocitat (com ara trituradores mineres i polipasts de gran capacitat), la tensió dinàmica i la força centrífuga de la cadena són relativament baixes. La capacitat de càrrega esdevé el requisit principal i es poden aprofitar plenament els avantatges d'una cadena de pas gran:
Les cadenes de pas gran ofereixen una major resistència dels components i poden suportar càrregues d'impacte de centenars de kN, evitant la ruptura de la placa de la cadena i la flexió dels passadors sota càrregues pesades.
La taxa de desgast és baixa a baixes velocitats, cosa que permet que les cadenes de pas gran mantinguin una vida útil que coincideix amb la vida útil general de l'equip, eliminant la necessitat de substitucions freqüents (normalment de 2 a 3 anys). En aquest escenari, s'utilitzen habitualment cadenes amb un pas ≥ 25,4 mm (1 polzada), com ara les sèries ANSI #140 i #160, o cadenes personalitzades de pas gran i alta resistència.

III. Guia pràctica: sincronitza amb precisió el to i la velocitat en 4 passos

Després d'entendre la teoria, és hora d'implementar-la mitjançant procediments estandarditzats. Els 4 passos següents us ajudaran a seleccionar ràpidament una cadena adequada i evitar errors causats per confiar en l'experiència:

Pas 1: Identificar els paràmetres bàsics: primer recopilar 3 dades clau

Abans de seleccionar una cadena, heu d'obtenir aquests tres paràmetres bàsics de l'equip; no se'n pot ometre cap:

Velocitat del pinyó d'accionament (n): Obteniu-la directament del manual del motor o de l'extrem d'accionament. Si només es disposa de la velocitat de l'extrem accionat, calculeu-la inversament utilitzant la fórmula "Relació de transmissió = nombre de dents del pinyó d'accionament / nombre de dents del pinyó accionat".

Potència de transferència nominal (P): Aquesta és la potència (en kW) que ha de transferir l'equip durant el funcionament normal. Això inclou les càrregues màximes (com ara les càrregues de xoc durant l'arrencada, que normalment es calculen com 1,2-1,5 vegades la potència nominal).
Entorn de treball: Comproveu si hi ha pols, oli, altes temperatures (>80 °C) o gasos corrosius. Per a entorns durs, trieu cadenes amb ranures de lubricació i recobriments anticorrosius. El pas s'ha d'augmentar entre un 10% i un 20% per permetre el desgast.

Pas 2: Selecció preliminar del rang de to en funció de la velocitat
Consulteu la taula següent per determinar el rang de pas preliminar en funció de la velocitat del pinyó de l'accionament (utilitzant la cadena estàndard ANSI com a exemple; altres estàndards es poden convertir en conseqüència):
Velocitat del pinyó d'accionament (r/min) Rang de pas recomanat (mm) Sèrie de cadena ANSI corresponent Aplicacions típiques
>1500 6,35-12,7 Ventiladors #25, #35, #40, motors petits
500-1500 12.7-25.4 #50, #60, #80, #100 Transportadors, Màquines-eina
<500 25,4-50,8 #120, #140, #160 Trituradora, elevador

Pas 3: Verifiqueu que el pas compleixi la capacitat de càrrega utilitzant la potència
Després de la selecció preliminar del pas, verifiqueu que la cadena pot suportar la potència nominal utilitzant la "Fórmula de càlcul de potència" per evitar fallades per sobrecàrrega. Prenent com a exemple la cadena de rodets estàndard ISO, la fórmula simplificada és la següent:
Transmissió de potència admissible de la cadena (P₀) = K₁ × K₂ × Pₙ
On: K₁ és el factor de correcció de velocitat (velocitats més altes resulten en K₁ més baixes, que es pot trobar al catàleg de cadenes); K₂ és el factor de correcció de les condicions de funcionament (0,7-0,9 per a entorns durs, 1,0-1,2 per a entorns nets); i Pₙ ​​és la potència nominal de la cadena (que es pot trobar per pas al catàleg del fabricant).
Condició de verificació: P₀ ha de complir ≥ 1,2 × P (1,2 és el factor de seguretat, que es pot augmentar a 1,5 per a escenaris de treball pesat).

Pas 4: Ajusteu el pla final en funció de l'espai d'instal·lació.
Si el pas seleccionat inicialment està limitat per l'espai d'instal·lació (per exemple, l'espai intern de l'equip és massa estret per allotjar una cadena de pas gran), es poden fer dos ajustos:
Reduir el pas + augmentar el nombre de files de cadena: Per exemple, si originalment heu seleccionat una fila de pas de 25,4 mm (núm. 100), podeu canviar a dues files de pas de 19,05 mm (núm. 80-2), que ofereix una capacitat de càrrega similar però una mida més petita.
Optimitzar el nombre de dents del pinyó: Mantenint el mateix pas, augmentar el nombre de dents del pinyó motriu (normalment a almenys 17 dents) pot reduir el xoc d'engranament de la cadena i millorar indirectament l'adaptabilitat a alta velocitat.

IV. Errors comuns que cal evitar: evita aquests 3 errors

Fins i tot després de dominar el procés de selecció, molta gent encara fracassa per passar per alt els detalls. Aquí teniu tres dels errors més comuns i les seves solucions:

Idea errònia 1: Centrar-se únicament en la capacitat de càrrega i ignorar l'adaptació de velocitat

Idea errònia: Creient que "un pas més gran significa una major capacitat de càrrega", es selecciona una cadena de pas més gran per a un funcionament d'alta velocitat (per exemple, una cadena núm. 120 per a un motor de 1500 rpm). Conseqüències: Els nivells de soroll de la cadena superen els 90 dB i les esquerdes de la placa de la cadena es desenvolupen en dos o tres mesos. Solució: Seleccioneu els passos estrictament en funció de la "prioritat de velocitat". Si la capacitat de càrrega és insuficient, prioritzeu augmentar el nombre de files en lloc d'augmentar el pas.

Idea errònia 2: Confondre la «velocitat de la politja motriu» amb la «velocitat de la politja conduïda»

Idea errònia: Ús de la velocitat de la politja accionada com a factor de selecció (per exemple, si la velocitat de la politja accionada és de 500 rpm i la velocitat real de la politja d'accionament és de 1500 rpm, es selecciona un pas més gran en funció de les 500 rpm). Conseqüències: Tensió dinàmica excessiva a la cadena, que provoca un "desgast excessiu del passador" (desgast superior a 0,5 mm en un mes). Solució: Cal utilitzar la "velocitat de la politja d'accionament" com a estàndard. En cas de dubte, calculeu utilitzant la velocitat del motor i la relació de reducció (velocitat de la politja d'accionament = velocitat del motor / relació de reducció).

Idea errònia 3: Ignorar l'impacte de la lubricació en l'acoblament de velocitat i pas

Error: assumir que "seleccionar el pas correcte és suficient", ometre la lubricació o utilitzar lubricant de baixa qualitat en condicions d'alta velocitat. Conseqüència: Fins i tot amb un pas petit, la vida útil de la cadena es pot escurçar en més d'un 50%, i fins i tot es pot produir un bloqueig per fricció seca. Solució: Per a condicions d'alta velocitat (n > 1000 rpm), s'ha d'utilitzar lubricació per degoteig o lubricació per bany d'oli. La viscositat del lubricant ha de ser compatible amb la velocitat (com més alta sigui la velocitat, menor serà la viscositat).

V. Cas pràctic industrial: optimització des de la fallada fins a l'estabilitat

Una línia de transport d'una fàbrica de peces d'automòbils patia trencaments de cadena un cop al mes. En optimitzar l'adaptació de pas i velocitat, vam allargar la vida útil de la cadena a dos anys. Els detalls són els següents:
Pla original: Velocitat de la politja motriu 1200 rpm, cadena d'una sola filera amb un pas de 25,4 mm (núm. 100), transmissió de potència de 8 kW, sense lubricació forçada.
Causa de la fallada: 1200 rpm és el límit superior de la velocitat mitjana, i la cadena amb pas de 25,4 mm experimenta una tensió dinàmica excessiva a aquesta velocitat. A més, la manca de lubricació provoca un desgast accelerat.
Pla d'optimització: reduir el pas a 19,05 mm (núm. 80), canviar a una cadena de dues files (núm. 80-2) i afegir un sistema de lubricació per degoteig.
Resultats d'optimització: el soroll de funcionament de la cadena s'ha reduït de 85 dB a 72 dB, el desgast mensual s'ha reduït de 0,3 mm a 0,05 mm i la vida útil de la cadena s'ha ampliat d'1 mes a 24 mesos, cosa que ha suposat un estalvi anual de més de 30.000 iuans en costos de reposició.

Conclusió: L'essència de la selecció és l'equilibri.
Seleccionar el pas i la velocitat de la cadena de rodets no és mai una simple decisió de "gran o petita". En canvi, es tracta de trobar l'equilibri òptim entre la capacitat de càrrega, la velocitat de funcionament, l'espai d'instal·lació i el cost. Dominant el principi de "l'ajust invers", combinant-lo amb un procés de selecció estandarditzat de quatre passos i evitant els errors comuns, podeu garantir un sistema de transmissió estable i durador.