Ritininių grandinių daugiakampio efektas ir jo apraiškos

Ritininių grandinių daugiakampio efektas ir jo apraiškos

Mechaninių transmisijų srityje,ritininės grandinėsDėl paprastos konstrukcijos, didelės keliamosios galios ir didelio ekonomiškumo plačiai naudojamos pramoninėse gamybos linijose, žemės ūkio mašinų, automobilių gamybos, logistikos ir kitose srityse. Tačiau ritininių grandinių veikimo metu atsiranda reiškinys, vadinamas „daugiakampio efektu“, kuris tiesiogiai veikia transmisijos sklandumą, tikslumą ir tarnavimo laiką, todėl tai yra pagrindinė savybė, kurią inžinieriai, pirkimų personalas ir įrangos prižiūrėtojai turi gerai suprasti.

Pirma, daugiakampio efekto atskleidimas: kas yra ritininių grandinių daugiakampio efektas?

Norėdami suprasti daugiakampio efektą, pirmiausia turime apžvelgti pagrindinę ritininės grandinės perdavimo struktūrą. Ritininės grandinės transmisiją daugiausia sudaro varančioji žvaigždutė, varomoji žvaigždutė ir ritininė grandinė. Varančiai žvaigždutei sukantis, žvaigždutės dantų susikibimas su ritininės grandinės grandimis perduoda galią varomajai žvaigždutei, kuri savo ruožtu varo vėlesnius darbo mechanizmus. Vadinamasis „daugiakampio efektas“, dar žinomas kaip „daugiakampio efekto klaida“, reiškia ritininės grandinės transmisijos reiškinį, kai grandinės apvijos linija aplink žvaigždutę sudaro daugiakampio formą, todėl grandinės momentinis greitis ir varomos žvaigždutės momentinis kampinis greitis periodiškai kinta. Paprastai tariant, žvaigždutei sukantis, grandinė nejuda pastoviu tiesiniu greičiu, o, tarsi judėtų daugiakampio kraštu, jos greitis nuolat svyruoja. Atitinkamai, varomoji žvaigždutė taip pat sukasi pastoviu kampiniu greičiu, tačiau patiria periodinius greičio svyravimus. Šis svyravimas nėra gedimas, o būdinga ritininės grandinės perdavimo struktūros savybė, tačiau jo poveikio negalima ignoruoti.

Antra, kilmės atsekimas: daugiakampio efekto principas

Daugiakampio efektas kyla iš ritininių grandinių ir žvaigždžių struktūrinių savybių. Jo susidarymo procesą galime aiškiai suprasti per šiuos pagrindinius veiksmus:

(I) Grandinės ir žvaigždutės sujungimo konfigūracija

Kai ritininė grandinė apvyniojama aplink žvaigždutę (o žvaigždutė yra apskritas komponentas, sudarytas iš kelių dantų), kiekvienai grandinės grandiai susijungus su žvaigždutės dančiu, grandinės centrinė linija sudaro uždarą kreivę, sudarytą iš kelių punktyrinių linijų. Ši kreivė primena taisyklingą daugiakampį (todėl ir pavadinimas „daugiakampio efektas“). Šio „daugiakampio“ kraštinių skaičius lygus žvaigždutės dantų skaičiui, o „daugiakampio“ kraštinės ilgis lygus grandinės žingsniui (atstumui tarp dviejų gretimų ritinėlių centrų).

(II) Varomosios žvaigždės judesio perdavimas

Kai varančioji žvaigždutė sukasi pastoviu kampiniu greičiu ω₁, kiekvieno žvaigždutės danties apskritimo greitis yra pastovus (v₁ = ω₁ × r₁, kur r₁ yra varančiosios žvaigždutės žingsnio spindulys). Tačiau kadangi grandinės ir žvaigždutės sujungimo taškas nuolat kinta išilgai žvaigždutės danties profilio, atstumas nuo sujungimo taško iki žvaigždutės centro (t. y. momentinis posūkio spindulys) periodiškai kinta, žvaigždutei sukant. Tiksliau, kai grandinės ritinėliai tiksliai telpa į griovelio dugną tarp žvaigždutės dantų, atstumas nuo sujungimo taško iki žvaigždutės centro yra minimalus (maždaug žvaigždutės danties šaknies spindulys); kai grandinės ritinėliai liečiasi su žvaigždutės dantų galiukais, atstumas nuo sujungimo taško iki žvaigždutės centro yra maksimalus (maždaug žvaigždutės danties galiuko spindulys). Šis periodinis momentinio posūkio spindulio kitimas tiesiogiai sukelia grandinės momentinio linijinio greičio svyravimus.

(III) Varomosios žvaigždės kampinio greičio svyravimas

Kadangi grandinė yra standus perdavimo komponentas (perdavimo metu laikomas netempiamu), momentinis grandinės linijinis greitis tiesiogiai perduodamas varomajai žvaigždutei. Momentinis varomos žvaigždutės kampinis greitis ω₂, momentinis grandinės linijinis greitis v₂ ir momentinis varomos žvaigždutės sukimosi spindulys r₂' tenkina sąryšį ω₂ = v₂ / r₂'.

Kadangi momentinis grandinės linijinis greitis v₂ svyruoja, momentinis sukimosi spindulys r₂' varomosios žvaigždės sujungimo taške taip pat periodiškai kinta kartu su varomosios žvaigždės sukimusi (principas toks pat kaip ir varančiosios žvaigždės). Šie du veiksniai kartu sukelia varomosios žvaigždės momentinio kampinio greičio ω₂ sudėtingesnius periodinius svyravimus, kurie savo ruožtu turi įtakos visos transmisijos sistemos išėjimo stabilumui.

Trečia, vizualinis pateikimas: specifinės daugiakampio efekto apraiškos

Daugiakampio efektas ritininių grandinių transmisijų sistemose pasireiškia įvairiais būdais. Jis ne tik veikia transmisijos tikslumą, bet ir sukelia vibraciją, triukšmą bei kitas problemas. Ilgalaikis veikimas taip pat gali pagreitinti komponentų susidėvėjimą ir sutrumpinti įrangos tarnavimo laiką. Konkrečios apraiškos apima:

(1) Periodinis perdavimo greičio svyravimas

Tai yra tiesioginė ir pagrindinė daugiakampio efekto apraiška. Tiek grandinės momentinis linijinis greitis, tiek varomosios žvaigždutės momentinis kampinis greitis periodiškai kinta, kai žvaigždutė sukasi. Šių svyravimų dažnis yra glaudžiai susijęs su žvaigždutės sukimosi greičiu ir dantų skaičiumi: kuo didesnis žvaigždutės greitis ir kuo mažiau dantų, tuo didesnis greičio svyravimų dažnis. Be to, greičio svyravimų amplitudė taip pat susijusi su grandinės žingsniu ir žvaigždutės dantų skaičiumi: kuo didesnis grandinės žingsnis ir kuo mažiau žvaigždutės dantų, tuo didesnė greičio svyravimų amplitudė.

Pavyzdžiui, ritininės grandinės pavaros sistemoje su mažu dantų skaičiumi (pvz., z = 10) ir dideliu žingsniu (pvz., p = 25,4 mm), kai varančioji žvaigždutė sukasi dideliu greičiu (pvz., n = 1500 aps./min.), grandinės momentinis linijinis greitis gali svyruoti plačiame diapazone, sukeldamas pastebimus „šuolius“ varomajame darbo mechanizme (pvz., konvejerio juostoje, staklių velene ir kt.), o tai labai paveikia perdavimo tikslumą ir darbo kokybę. (2) Smūgis ir vibracija

Dėl staigaus grandinės greičio pokyčio (iš vienos zigzago krypties į kitą), grandinės ir žvaigždutės sujungimo proceso metu susidaro periodinės smūginės apkrovos. Ši smūginė apkrova per grandinę perduodama tokiems komponentams kaip žvaigždutė, velenas ir guoliai, sukeldama vibraciją visoje perdavimo sistemoje.

Vibracijos dažnis taip pat susijęs su žvaigždutės sukimosi greičiu ir dantų skaičiumi. Kai vibracijos dažnis artėja prie įrangos natūralaus dažnio arba sutampa su juo, gali atsirasti rezonansas, kuris dar labiau sustiprina vibracijos amplitudę. Tai ne tik paveikia normalų įrangos veikimą, bet ir gali atsipalaidavinti bei sugadinti komponentus ir netgi sukelti avarijas.

(3) Triukšmo tarša

Smūgiai ir vibracija yra pagrindinės triukšmo priežastys. Ritininės grandinės perdavimo metu grandinės ir žvaigdutės sukibimo smūgis, grandinės žingsnių susidūrimas ir konstrukcijos keliamas triukšmas, kurį sukelia įrangos rėmui perduodama vibracija, prisideda prie ritininės grandinės perdavimo sistemų keliamo triukšmo.

Kuo ryškesnis daugiakampio efektas (pvz., didesnis žingsnis, mažiau dantų, didesnis sukimosi greitis), tuo stipresnis smūgis ir vibracija, tuo didesnis keliamas triukšmas. Ilgalaikis didelio triukšmo lygio poveikis ne tik paveikia operatorių klausą, bet ir trukdo gamybos kontrolei bei bendravimui vietoje, sumažindamas darbo efektyvumą.

(IV) Padidėjęs komponentų susidėvėjimas

Ciklinės smūginės apkrovos ir vibracija pagreitina tokių komponentų kaip ritininės grandinės, žvaigriaračiai, velenai ir guoliai susidėvėjimą. Konkrečiai:

Grandinės susidėvėjimas: smūgis padidina grandinės ritinėlių, įvorių ir kaiščių sąlyčio įtempį, pagreitindamas susidėvėjimą ir palaipsniui ilgindamas grandinės žingsnį (paprastai vadinamas „grandinės tempimu“), dar labiau sustiprindamas daugiakampio efektą.

Žvaigždutės susidėvėjimas: Dažnas smūgis ir trintis tarp žvaigždutės dantų ir grandinės volelių gali sukelti dantų paviršiaus susidėvėjimą, dantų galiukų aštrėjimą ir dantų šaknų įtrūkimus, dėl ko sumažėja žvaigdutės sukibimas.

Veleno ir guolio susidėvėjimas: Vibracija ir smūgiai veikia velenus ir guolius papildomas radialines ir ašines apkrovas, pagreitindami guolio riedėjimo elementų, vidinių ir išorinių žiedų bei veleno kakliukų susidėvėjimą, sutrumpindami guolio tarnavimo laiką ir netgi sukeldami veleno išlinkimą.

(V) Sumažintas perdavimo efektyvumas

Dėl daugiakampio efekto atsirandantys smūgiai, vibracija ir papildomi trinties nuostoliai sumažina ritininių grandinių transmisijos sistemų perdavimo efektyvumą. Viena vertus, greičio svyravimai gali sukelti nestabilų darbo mechanizmo veikimą, todėl reikia daugiau energijos, kad būtų įveiktos papildomos apkrovos, kurias sukelia svyravimai. Kita vertus, padidėjęs susidėvėjimas padidina trinties pasipriešinimą tarp komponentų, o tai dar labiau padidina energijos nuostolius. Ilgalaikio eksploatavimo metu šis sumažėjęs efektyvumas gali žymiai padidinti įrangos energijos suvartojimą ir gamybos sąnaudas.

Ketvirta, mokslinis atsakas: veiksmingos strategijos poligono efektui sušvelninti

Nors daugiakampio efektas yra būdinga ritininių grandinių transmisijų savybė ir jo negalima visiškai pašalinti, jį galima veiksmingai sušvelninti tinkamai projektuojant, parenkant ir prižiūrint, taip pagerinant transmisijos sistemos sklandumą, tikslumą ir tarnavimo laiką. Konkrečios strategijos yra šios:

(I) Žvaigždutės konstrukcijos ir parinkimo optimizavimas

Žvaigždutės dantų skaičiaus didinimas: Tinkamai padidinus žvaigždutės dantų skaičių, galima sumažinti kraštinių skaičiaus ir „daugiakampio“ ilgio santykį, sumažinant momentinio posūkio spindulio svyravimus ir taip efektyviai sumažinant greičio svyravimų dydį. Apskritai varančiosios žvaigdutės dantų skaičius neturėtų būti per mažas (paprastai rekomenduojama ne mažiau kaip 17 dantų). Didelės spartos transmisijoms arba taikymams, kuriems reikalingas didelis sklandumas, reikia pasirinkti didesnį žvaigždutės dantų skaičių (pvz., 25 ar daugiau). Žvaigždutės žingsnio skersmens paklaidų mažinimas: Pagerinus žvaigždutės apdirbimo tikslumą ir sumažinus gamybos klaidas bei apskritimo riedėjimo paklaidas žvaigždutės žingsnio skersmenyje, užtikrinamas sklandesnis momentinio sukimosi spindulio pokytis žvaigdutės sukimosi metu, sumažinant smūgius ir vibraciją.

Žvaigždučių su specialiais dantų profiliais naudojimas: Tais atvejais, kai reikalingas itin sklandus perdavimas, galima naudoti žvaigždutes su specialiais dantų profiliais (pvz., lanko formos žvaigždutes). Lanko formos dantys užtikrina sklandesnį grandinės ir žvaigždutės sukibimo procesą, sumažina sukibimo smūgius ir taip sušvelnina daugiakampio efekto poveikį.

(II) Tinkamas grandinės parametrų pasirinkimas

Grandinės žingsnio mažinimas: grandinės žingsnis yra vienas iš pagrindinių parametrų, turinčių įtakos daugiakampio efektui. Kuo mažesnis žingsnis, tuo mažesnis „daugiakampio“ kraštinės ilgis ir tuo mažesnis grandinės momentinio linijinio greičio svyravimas. Todėl, siekiant patenkinti laikomosios galios reikalavimus, reikėtų rinktis grandines su mažesniais žingsniais. Didelės spartos, tikslioms transmisijoms rekomenduojamos ritininės grandinės su mažais žingsniais (pvz., ISO standartai 06B ir 08A). Didelio tikslumo grandinių pasirinkimas: grandinių gamybos tikslumo gerinimas, pvz., grandinės žingsnio nuokrypio, ritinėlių radialinio riedėjimo ir įvorės bei kaiščio tarpo sumažinimas, užtikrina sklandesnį grandinės judėjimą eksploatacijos metu ir sumažina daugiakampio efektą, kurį dar labiau sustiprina nepakankamas grandinės tikslumas.

Įtempimo įtaisų naudojimas: Tinkamai sukonfigūravus grandinės įtempimo įtaisus (pvz., spyruoklinius įtempiklius ir svarmenų įtempiklius), užtikrinama, kad grandinė išlaikytų tinkamą įtempimą, sumažindama grandinės laisvumą ir vibraciją eksploatacijos metu, taip sušvelnindama smūgius ir greičio svyravimus, kuriuos sukelia daugiakampio efektas.

(III) Perdavimo sistemos veikimo parametrų valdymas
Ribojamas perdavimo greitis: kuo didesnis žvaigždutės greitis, tuo didesni greičio svyravimai, smūgiai ir vibracija dėl daugiakampio efekto. Todėl projektuojant perdavimo sistemą, perdavimo greitis turėtų būti tinkamai apribotas pagal grandinės ir žvaigždutės specifikacijas. Standartinių ritininių grandinių didžiausias leistinas greitis paprastai aiškiai nurodytas gaminio vadove ir jo reikia griežtai laikytis.

Pavarų perdavimo santykio optimizavimas: Tinkamo perdavimo santykio pasirinkimas ir pernelyg didelių santykių vengimas (ypač greičio mažinimo transmisijose) gali sumažinti varomosios žvaigždės kampinio greičio svyravimus. Daugiapakopėje transmisijos sistemoje didžiausias perdavimo santykis turėtų būti priskirtas mažesnio greičio pakopai, kad būtų sumažintas daugiakampio efekto poveikis didesnio greičio pakopai.

(IV) Sustiprinti įrangos montavimą ir priežiūrą

Užtikrinkite montavimo tikslumą: montuodami ritininės grandinės perdavimo sistemą, įsitikinkite, kad lygiagretumo paklaida tarp varančiosios ir varomosios žvaigzdžių ašių, centro atstumo paklaida tarp dviejų žvaigzdžių ir žvaigzdės galo paviršiaus apskritimo riedėjimo paklaida neviršija leistinų ribų. Nepakankamas montavimo tikslumas gali pabloginti apkrovos disbalansą ir prastą grandinės bei žvaigzdės sujungimą, dar labiau sustiprindamas daugiakampio efektą.

Reguliarus tepimas ir priežiūra: Reguliariai tepant ritininę grandinę ir žvaigždutes, galima sumažinti trintį tarp komponentų, sulėtinti nusidėvėjimą, pailginti grandinės ir žvaigždžių tarnavimo laiką, taip pat tam tikru mastu sumažinti smūgius ir vibraciją. Pasirinkite tinkamą tepalą (pvz., alyvą arba riebalus) pagal įrangos darbo aplinką ir sąlygas ir sutepkite bei patikrinkite įrangą nustatytais intervalais. Nedelsdami keiskite susidėvėjusias dalis: Kai grandinės žingsnis gerokai pailgėja (paprastai viršija 3 % pradinio žingsnio), ritinėlių susidėvėjimas yra didelis arba žvaigždės dantų susidėvėjimas viršija nurodytą ribą, grandinę arba žvaigždutę reikia nedelsiant pakeisti, kad per didelis komponentų susidėvėjimas nepaaštrintų daugiakampio efekto ir galėtų sukelti įrangos gedimą.

Penkta, santrauka
Ritininių grandinių daugiakampio efektas yra būdinga jų transmisijos struktūros savybė. Jis daro didelę įtaką transmisijos sistemos veikimui ir tarnavimo laikui, nes veikia transmisijos greičio stabilumą, sukelia vibraciją ir triukšmą bei pagreitina komponentų susidėvėjimą. Tačiau kruopščiai suprasdami daugiakampio efekto principus ir specifines apraiškas bei įgyvendindami mokslines ir tinkamas mažinimo strategijas (pvz., optimizuodami žvaigzdžių ir grandinių pasirinkimą, kontroliuodami veikimo parametrus ir stiprindami montavimą bei priežiūrą), galime veiksmingai sušvelninti neigiamą daugiakampio efekto poveikį ir visapusiškai išnaudoti ritininių grandinių transmisijos privalumus.