Efectul poligonal al lanțurilor cu role și manifestările sale

Efectul poligonal al lanțurilor cu role și manifestările sale

În domeniul transmisiilor mecanice,lanțuri cu rolesunt utilizate pe scară largă în liniile de producție industrială, utilaje agricole, producția de automobile, logistică și alte aplicații datorită structurii lor simple, capacității portante ridicate și rentabilității ridicate. Cu toate acestea, în timpul funcționării lanțului cu role, un fenomen cunoscut sub numele de „efect poligon” afectează direct fluiditatea transmisiei, precizia și durata de viață, ceea ce îl face o caracteristică cheie pe care inginerii, personalul de achiziții și personalul de întreținere a echipamentelor trebuie să o înțeleagă temeinic.

În primul rând, dezvăluirea efectului de poligon: Ce este efectul de poligon al lanțurilor cu role?

Pentru a înțelege efectul de poligon, trebuie mai întâi să analizăm structura de bază a transmisiei unui lanț cu role. O transmisie cu lanț cu role constă în principal dintr-un pinion de antrenare, un pinion acționat și un lanț cu role. Pe măsură ce pinionul acționat se rotește, angrenarea dinților pinionului cu zalele lanțului cu role transmite puterea către pinionul acționat, care, la rândul său, acționează mecanismele de lucru ulterioare. Așa-numitul „efect de poligon”, cunoscut și sub numele de „eroare de efect de poligon”, se referă la fenomenul din transmisia cu lanț cu role, în care linia de înfășurare a lanțului în jurul pinionului formează o formă asemănătoare unui poligon, determinând ca viteza instantanee a lanțului și viteza unghiulară instantanee a pinionului acționat să prezinte fluctuații periodice. Simplu spus, pe măsură ce pinionul se rotește, lanțul nu avansează cu o viteză liniară constantă, ci, ca și cum s-ar deplasa de-a lungul marginii unui poligon, viteza sa fluctuează continuu. În mod corespunzător, pinionul acționat se rotește, de asemenea, cu o viteză unghiulară constantă, dar în schimb experimentează fluctuații periodice ale vitezei. Această fluctuație nu este o defecțiune, ci o caracteristică inerentă structurii transmisiei cu lanț cu role, însă impactul acesteia nu poate fi ignorat.

În al doilea rând, urmărirea originii: principiul efectului poligonului

Efectul de poligon provine din caracteristicile structurale ale lanțurilor cu role și ale pinioanelor. Putem înțelege clar procesul său de generare prin următorii pași cheie:

(I) Configurația angrenării lanțului și a pinionului

Când un lanț cu role este înfășurat în jurul unui pinion, deoarece pinionul este o componentă circulară compusă din mai mulți dinți, când fiecare verigă a lanțului se angrenează cu un dinte al pinionului, linia centrală a lanțului formează o curbă închisă compusă din mai multe linii întrerupte. Această curbă seamănă cu un poligon regulat (de unde și denumirea de „efect de poligon”). Numărul de laturi ale acestui „poligon” este egal cu numărul de dinți de pe pinion, iar lungimea laturii „poligonului” este egală cu pasul lanțului (distanța dintre centrele a două role adiacente).

(II) Transmiterea mișcării pinionului de antrenare

Când pinionul de antrenare se rotește cu o viteză unghiulară constantă ω₁, viteza circumferențială a fiecărui dinte de pe pinion este constantă (v₁ = ω₁ × r₁, unde r₁ este raza de pas a pinionului de antrenare). Cu toate acestea, deoarece punctul de angrenare dintre lanț și pinion se schimbă constant de-a lungul profilului dintelui pinionului, distanța de la punctul de angrenare la centrul pinionului (adică raza de rotație instantanee) variază periodic pe măsură ce pinionul se rotește. Mai exact, atunci când rolele lanțului se potrivesc perfect în fundul canelurii dintre dinții pinionului, distanța de la punctul de angrenare la centrul pinionului este minimă (aproximativ raza rădăcinii dintelui pinionului); când rolele lanțului intră în contact cu vârfurile dintelui pinionului, distanța de la punctul de angrenare la centrul pinionului este maximă (aproximativ raza vârfului dintelui pinionului). Această variație periodică a razei de rotație instantanee provoacă direct fluctuații ale vitezei liniare instantanee a lanțului.

(III) Fluctuația vitezei unghiulare a pinionului acționat

Deoarece lanțul este o componentă rigidă de transmisie (considerată inextensibilă în timpul transmisiei), viteza liniară instantanee a lanțului este transmisă direct pinionului acționat. Viteza unghiulară instantanee ω₂ a pinionului acționat, viteza liniară instantanee v₂ a lanțului și raza de rotație instantanee r₂' a pinionului acționat satisfac relația ω₂ = v₂ / r₂'.

Deoarece viteza liniară instantanee v₂ a lanțului fluctuează, raza de rotație instantanee r₂' în punctul de angrenare de pe pinionul acționat se modifică periodic odată cu rotația pinionului acționat (principiul este același ca și în cazul pinionului acționat). Acești doi factori acționează împreună pentru a determina viteza unghiulară instantanee ω₂ a pinionului acționat să prezinte fluctuații periodice mai complexe, ceea ce, la rândul său, afectează stabilitatea ieșirii întregului sistem de transmisie.

În al treilea rând, prezentare vizuală: manifestări specifice ale efectului poligonului

Efectul de poligon se manifestă în multe moduri în sistemele de transmisie cu lanțuri cu role. Nu numai că afectează precizia transmisiei, dar provoacă și vibrații, zgomot și alte probleme. Funcționarea pe termen lung poate accelera, de asemenea, uzura componentelor și reduce durata de viață a echipamentelor. Manifestările specifice includ următoarele:

(1) Fluctuația periodică a vitezei de transmisie

Aceasta este cea mai directă și esențială manifestare a efectului de poligon. Atât viteza liniară instantanee a lanțului, cât și viteza unghiulară instantanee a pinionului acționat prezintă fluctuații periodice pe măsură ce pinionul se rotește. Frecvența acestor fluctuații este strâns legată de viteza de rotație a pinionului și de numărul de dinți: cu cât viteza pinionului este mai mare și cu cât sunt mai puțini dinți, cu atât este mai mare frecvența fluctuațiilor de viteză. În plus, amplitudinea fluctuațiilor de viteză este, de asemenea, legată de pasul lanțului și de numărul de dinți ai pinionului: cu cât pasul lanțului este mai mare și cu cât sunt mai puțini dinți ai pinionului, cu atât este mai mare amplitudinea fluctuațiilor de viteză.

De exemplu, într-un sistem de acționare cu lanț cu role, cu un număr mic de dinți (de exemplu, z = 10) și un pas mare (de exemplu, p = 25,4 mm), atunci când pinionul de acționare se rotește cu o viteză mare (de exemplu, n = 1500 r/min), viteza liniară instantanee a lanțului poate fluctua pe o gamă largă, provocând „salturi” vizibile în mecanismul de lucru acționat (de exemplu, banda transportoare, axul mașinii-unelte etc.), afectând serios precizia transmisiei și calitatea lucrului. (2) Impact și vibrații

Datorită schimbării bruște a vitezei lanțului (de la o direcție în zig-zag la alta), în timpul procesului de angrenare dintre lanț și pinion se generează sarcini de impact periodice. Această sarcină de impact este transmisă prin lanț către componente precum pinionul, arborele și rulmenții, provocând vibrații în întregul sistem de transmisie.

Frecvența vibrațiilor este, de asemenea, legată de viteza de rotație a pinionului și de numărul de dinți. Atunci când frecvența vibrațiilor se apropie de sau coincide cu frecvența naturală a echipamentului, poate apărea rezonanță, amplificând și mai mult amplitudinea vibrațiilor. Acest lucru nu numai că afectează funcționarea normală a echipamentului, dar poate provoca și slăbirea și deteriorarea componentelor și chiar poate duce la accidente de siguranță.

(3) Poluare fonică

Impactul și vibrațiile sunt principalele cauze ale zgomotului. În timpul transmisiei cu lanț cu role, impactul angrenării dintre lanț și pinion, coliziunea dintre pașii lanțului și zgomotul structural generat de vibrațiile transmise cadrului echipamentului contribuie la zgomotul sistemelor de transmisie cu lanț cu role.

Cu cât efectul de poligon este mai pronunțat (de exemplu, pas mai mare, mai puțini dinți, viteză de rotație mai mare), cu atât impactul și vibrațiile sunt mai severe și cu atât zgomotul generat este mai mare. Expunerea pe termen lung la niveluri ridicate de zgomot nu numai că afectează auzul operatorilor, dar interferează și cu controlul producției și comunicarea la fața locului, reducând eficiența muncii.

(IV) Uzură crescută a componentelor

Sarcinile ciclice la impact și vibrațiile accelerează uzura componentelor precum lanțurile cu role, pinioanele, arborii și rulmenții. Mai exact:

Uzura lanțului: Impactul crește tensiunea de contact dintre rolele, bucșele și pini ai lanțului, accelerând uzura și lungind treptat pasul lanțului (cunoscută în mod obișnuit ca „întinderea lanțului”), exacerbând și mai mult efectul de poligon.

Uzura pinionului: Impactul și frecarea frecventă dintre dinții pinionului și rolele lanțului pot provoca uzura suprafeței dinților, ascuțirea vârfului dinților și fisuri la rădăcina dinților, rezultând o performanță redusă de angrenare a pinionului.

Uzura arborelui și a rulmentului: Vibrațiile și impactul supun arborii și rulmenții unor sarcini radiale și axiale suplimentare, accelerând uzura elementelor de rostogolire ale rulmentului, a căilor de rulare interioare și exterioare și a fusurilor, reducând durata de viață a rulmentului și chiar provocând îndoirea arborelui.

(V) Eficiență redusă a transmisiei

Impactul, vibrațiile și pierderile suplimentare prin frecare cauzate de efectul de poligon reduc eficiența transmisiei sistemelor de transmisie cu lanț cu role. Pe de o parte, fluctuațiile de viteză pot provoca o funcționare instabilă a mecanismului de lucru, necesitând mai multă energie pentru a depăși sarcinile suplimentare cauzate de fluctuații. Pe de altă parte, uzura crescută crește rezistența la frecare dintre componente, crescând și mai mult pierderea de energie. Pe termen lung, această eficiență redusă poate crește semnificativ consumul de energie al echipamentului și poate crește costurile de producție.

În al patrulea rând, răspuns științific: strategii eficiente pentru atenuarea efectului poligonului

Deși efectul de poligon este o caracteristică inerentă a transmisiilor cu lanț cu role și nu poate fi eliminat complet, acesta poate fi atenuat eficient prin măsuri adecvate de proiectare, selecție și întreținere, îmbunătățind astfel fluiditatea, precizia și durata de viață a sistemului de transmisie. Strategiile specifice sunt următoarele:

(I) Optimizarea proiectării și selecției pinioanelor dentare

Creșterea numărului de dinți ai pinionului: Respectând cerințele privind raportul de transmisie și spațiul de instalare, creșterea corespunzătoare a numărului de dinți ai pinionului poate reduce raportul dintre numărul de laturi și lungimea „poligonului”, reducând fluctuația razei instantanee de bracaj și, prin urmare, minimizând eficient magnitudinea fluctuațiilor de viteză. În general, numărul de dinți de pe pinionul de acționare nu trebuie să fie prea mic (în general, se recomandă nu mai puțin de 17 dinți). Pentru transmisii de mare viteză sau aplicații care necesită o fluiditate ridicată, trebuie selectat un număr mai mare de dinți ai pinionului (de exemplu, 25 sau mai mulți). Reducerea erorilor diametrului de pas al pinionului: Îmbunătățirea preciziei de prelucrare a pinionului și reducerea erorilor de fabricație și a erorilor de bătaie circulară în diametrul de pas al pinionului asigură modificări mai line ale razei de rotație instantanee a punctului de angrenare în timpul rotației pinionului, reducând șocurile și vibrațiile.

Utilizarea pinioanelor cu profile speciale ale dinților: Pentru aplicații care necesită o transmisie extrem de lină, se pot utiliza pinioane cu profile speciale ale dinților (cum ar fi pinioanele în formă de arc). Dinții în formă de arc fac procesul de angrenare dintre lanț și pinion mai lin, reducând șocul de angrenare și atenuând astfel impactul efectului de poligon.

(II) Selectarea corectă a parametrilor lanțului

Reducerea pasului lanțului: Pasul lanțului este unul dintre parametrii cheie care afectează efectul de poligon. Cu cât pasul este mai mic, cu atât lungimea laturii „poligonului” este mai mică și cu atât fluctuația vitezei liniare instantanee a lanțului este mai mică. Prin urmare, îndeplinind cerințele privind capacitatea portantă, ar trebui selectate lanțuri cu pași mai mici. Pentru aplicații de transmisie de mare precizie și viteză mare, se recomandă lanțuri cu role cu pași mici (cum ar fi standardele ISO 06B și 08A). Selectarea lanțurilor de înaltă precizie: Îmbunătățirea preciziei de fabricație a lanțului, cum ar fi reducerea abaterii pasului lanțului, a bătăii radiale a rolelor și a jocului dintre știftul bucșei, asigură o mișcare mai lină a lanțului în timpul funcționării și reduce efectul de poligon exacerbat de precizia insuficientă a lanțului.

Utilizarea dispozitivelor de tensionare: Configurarea corectă a dispozitivelor de tensionare a lanțului (cum ar fi întinzătoarele cu arc și întinzătoarele cu greutate) asigură menținerea unei tensiuni adecvate a lanțului, reducând slăbirea și vibrațiile în timpul funcționării, atenuând astfel impactul și fluctuațiile de viteză cauzate de efectul de poligon.

(III) Controlul parametrilor de funcționare ai sistemului de transport
Limitarea vitezei de transmisie: Cu cât viteza pinionului este mai mare, cu atât sunt mai mari fluctuațiile de viteză, impactul și vibrațiile cauzate de efectul poligonului. Prin urmare, la proiectarea sistemului de transmisie, viteza de transmisie trebuie limitată în mod corespunzător, în funcție de specificațiile lanțului și pinionului. Pentru lanțurile cu role standard, viteza maximă admisă este de obicei menționată clar în manualul produsului și trebuie respectată cu strictețe.

Optimizarea raportului de transmisie: Alegerea unui raport de transmisie rezonabil și evitarea rapoartelor excesiv de mari (în special în transmisia cu reducere a vitezei) pot reduce fluctuațiile vitezei unghiulare a pinionului acționat. Într-un sistem de transmisie în mai multe etape, cel mai mare raport de transmisie ar trebui atribuit etapei de viteză mai mică pentru a minimiza impactul efectului de poligon asupra etapei de viteză mai mare.

(IV) Consolidarea instalării și întreținerii echipamentelor

Asigurați precizia instalării: La instalarea unui sistem de transmisie cu lanț cu role, asigurați-vă că eroarea de paralelism dintre axele pinionului motoare și acționat, eroarea de distanță centrală dintre cele două pinioane și eroarea de bătaie circulară a feței frontale a pinionului se încadrează în intervalul admis. O precizie inadecvată a instalării poate exacerba dezechilibrul de sarcină și angrenarea deficitară dintre lanț și pinion, amplificând și mai mult efectul de poligon.

Lubrifiere și întreținere regulată: Lubrifierea regulată a lanțului cu role și a pinioanelor poate reduce frecarea dintre componente, încetini uzura, poate prelungi durata de viață a lanțului și a pinioanelor și, de asemenea, poate atenua într-o anumită măsură șocurile și vibrațiile. Selectați un lubrifiant adecvat (cum ar fi ulei sau vaselină) în funcție de mediul și condițiile de funcționare ale echipamentului și lubrifiați și inspectați echipamentul la intervalele prescrise. Înlocuiți prompt piesele uzate: Când lanțul prezintă o alungire semnificativă a pasului (în general, care depășește 3% din pasul original), uzura rolelor este severă sau uzura dinților pinionului depășește limita specificată, lanțul sau pinionul trebuie înlocuite prompt pentru a preveni exacerbarea uzurii excesive a componentelor și a preveni defectarea echipamentului.

În al cincilea rând, rezumat
Efectul de poligon al lanțurilor cu role este o caracteristică inerentă a structurii lor de transmisie. Acesta are un impact semnificativ asupra performanței și duratei de viață a sistemului de transmisie, afectând stabilitatea vitezei de transmisie, generând vibrații și zgomot, precum și accelerând uzura componentelor. Cu toate acestea, prin înțelegerea aprofundată a principiilor și manifestărilor specifice ale efectului de poligon și prin implementarea unor strategii științifice și adecvate de atenuare (cum ar fi optimizarea selecției pinioanelor și lanțului, controlul parametrilor de funcționare și consolidarea instalării și întreținerii), putem atenua eficient impactul negativ al efectului de poligon și putem utiliza pe deplin avantajele transmisiei cu lanț.