Razmerje med izbiro koraka valjčne verige in hitrostjo

Razmerje med izbiro koraka valjčne verige in hitrostjo

V industrijskih prenosnih sistemih sta korak in hitrost valjčne verige ključni spremenljivki, ki določata učinkovitost prenosa, življenjsko dobo opreme in obratovalno stabilnost. Mnogi inženirji in nabavno osebje, ki se pri izbiri preveč osredotočajo na nosilnost, pogosto spregledajo ujemanje teh dveh dejavnikov. To na koncu vodi do prezgodnje obrabe in loma verige ter celo do celotnega izpada proizvodne linije. Ta članek bo razčlenil osnovna načela in inherentno razmerje med korakom in hitrostjo ter predstavil praktične metode izbire, ki vam bodo pomagale izbrati optimalno valjčno verigo za različne obratovalne pogoje.

I. Razumevanje dveh temeljnih konceptov: definicija in industrijski pomen višine in hitrosti tona

Pred analizo razmerja med tema dvema pojmoma je pomembno razjasniti osnovne definicije – to je bistveno za preprečevanje napak pri izbiri. Ne glede na to, ali uporabljate valjčne verige po standardu ANSI (ameriški standard), ISO (mednarodni standard) ali GB (nacionalni standard), vpliv koraka in hitrosti na jedro ostaja nespremenjen.

1. Korak valjčne verige: Določa "nosilnost" in "glatkost delovanja"

Razdalja med valjčki je dimenzija jedra valjčne verige, ki se nanaša na razdaljo med središčema dveh sosednjih valjev (označena s simbolom »p« in običajno merjena v mm ali palcih). Neposredno določa dve značilnosti verige ključev:

Nosilnost: Večji korak običajno pomeni večje komponente verige, kot so plošče in zatiči, ter večjo nazivno obremenitev (tako statično kot dinamično), ki jo je mogoče prenesti, zaradi česar je primerna za težke aplikacije (kot so rudarski stroji in težka transportna oprema).

Gladkost delovanja: Manjši korak zmanjša »udarno frekvenco«, ko se veriga zaskoči z zobnikom, kar povzroči manj vibracij in hrupa med prenosom. Zaradi tega je bolj primerna za aplikacije, ki zahtevajo visoko stabilnost (kot so na primer precizna obdelovalna orodja in oprema za pakiranje živil).

2. Vrtilna hitrost: Določa »dinamično napetost« in »stopnjo obrabe«

Vrtilna hitrost se tukaj nanaša posebej na hitrost pogonskega zobnika, na katerega je veriga priključena (označeno s simbolom »n« in običajno merjeno v vrt/min), ne na hitrost gnanega konca. Njen vpliv na verigo se kaže predvsem v dveh vidikih:
Dinamična obremenitev: Višja kot je hitrost, večja je centrifugalna sila, ki jo ustvari veriga med delovanjem. To tudi znatno poveča "udarno obremenitev", ko se členi verige zataknejo v zobe verižnika (podobno kot pri udarcu avtomobila, ki pri visoki hitrosti pelje čez oviro).
Stopnja obrabe: Višja kot je hitrost, večkrat se veriga zaskoči z zobnikom in poveča se relativno vrtenje valjev in zatičev. Skupna obraba v istem časovnem obdobju se sorazmerno poveča, kar neposredno skrajša življenjsko dobo verige.

II. Osnovna logika: Načelo »inverznega ujemanja« višine tona in hitrosti

Obsežna industrijska praksa je potrdila, da imata korak valjčne verige in hitrost jasno »obratno ujemanje« – to pomeni, da višja kot je hitrost, manjši mora biti korak, nižja kot je hitrost, večji je lahko korak. Bistvo tega načela je uravnotežiti »zahteve glede obremenitve« z »tveganjem dinamične obremenitve«. To lahko razdelimo na tri dimenzije:

1. Delovanje pri visoki hitrosti (običajno n > 1500 vrt/min): Majhen korak je bistvenega pomena.
Ko hitrost pogonskega zobnika preseže 1500 vrt/min (na primer pri ventilatorjih in majhnih motornih pogonih), se dinamična obremenitev in centrifugalna sila na verigi močno povečata. Uporaba verige z velikim korakom v tej situaciji lahko povzroči dve kritični težavi:

Preobremenitev zaradi udarne obremenitve: Verige z velikim korakom imajo večje člene, kar ima za posledico večjo kontaktno površino in udarno silo z zobmi verižnika med zaklepanjem. To lahko pri visokih hitrostih zlahka povzroči »preskok člena« ali »zlom zoba verižnika«.

Ohlapnost zaradi centrifugalne sile: Verige z velikim korakom imajo večjo lastno težo, centrifugalna sila, ki nastane pri visokih hitrostih, pa lahko povzroči, da se veriga odklopi od zob zobnika, kar povzroči »padec verige« ali »zdrs pogona«. V hujših primerih lahko to povzroči trke opreme. Zato se za visokohitrostne aplikacije običajno izberejo verige z korakom 12,7 mm (1/2 palca) ali manj, kot so serije ANSI št. 40 in št. 50 ali serije ISO 08B in 10B.

2. Aplikacije s srednjo hitrostjo (običajno 500 vrt/min < n ≤ 1500 vrt/min): Izberite srednji korak.
Srednjehitrostne aplikacije so najpogostejše v industrijskih aplikacijah (kot so transporterji, vretena obdelovalnih strojev in kmetijski stroji). Pomembno je ravnovesje med zahtevami glede obremenitve in zahtevami glede gladkosti.
Za zmerne obremenitve (kot so lahki transporterji z nazivno močjo 10 kW ali manj) so priporočljive verige z razmikom med zobmi od 12,7 mm do 19,05 mm (1/2 palca do 3/4 palca), kot so serije ANSI #60 in #80. Za večje obremenitve (kot so srednje veliki obdelovalni stroji z nazivno močjo 10 kW–20 kW) je mogoče izbrati verigo z razmikom med zobmi od 19,05 mm do 25,4 mm (3/4 palca do 1 palec), kot so serije ANSI #100 in #120. Vendar pa je za preprečitev nestabilnosti zatikanja potrebno dodatno preverjanje širine zob zobnika.

3. Delovanje pri nizki hitrosti (običajno n ≤ 500 vrt/min): Izbrati je mogoče verigo z velikim korakom.

Pri nizkih hitrostih (kot so drobilniki v rudnikih in težka dvigala) sta dinamična obremenitev in centrifugalna sila verige relativno nizki. Nosilnost postane glavna zahteva in prednosti verige z velikim korakom je mogoče v celoti izkoristiti:
Verige z velikim korakom ponujajo večjo trdnost komponent in lahko prenesejo udarne obremenitve več sto kN, kar preprečuje lomljenje verižne plošče in upogibanje zatičev pri velikih obremenitvah.
Stopnja obrabe je pri nizkih hitrostih nizka, kar omogoča, da verige z velikim korakom ohranijo življenjsko dobo, ki ustreza celotni življenjski dobi opreme, s čimer se odpravi potreba po pogosti menjavi (običajno 2–3 leta). V tem primeru se pogosto uporabljajo verige z korakom ≥ 25,4 mm (1 palec), kot so serije ANSI št. 140 in št. 160, ali prilagojene verige z velikim korakom za težka dela.

III. Praktični vodnik: Natančno ujemanje višine tona in hitrosti v 4 korakih

Ko razumete teorijo, je čas, da jo uvedete v prakso s standardiziranimi postopki. Naslednji štirje koraki vam bodo pomagali hitro izbrati primerno verigo in se izogniti napakam, ki nastanejo zaradi zanašanja na izkušnje:

1. korak: Določite ključne parametre – najprej zberite 3 ključne podatke

Preden izberete verigo, morate pridobiti te tri ključne parametre opreme; nobenega od njih ne smete izpustiti:

Hitrost pogonskega zobnika (n): To vrednost dobite neposredno iz priročnika za motor ali pogonski del. Če je na voljo samo hitrost gnanega dela, jo izračunajte obratno z uporabo formule »Prenosno razmerje = število zob na pogonskem zobniku / število zob na gnanem zobniku«.

Nazivna prenosna moč (P): To je moč (v kW), ki jo mora oprema prenesti med normalnim delovanjem. To vključuje konične obremenitve (kot so udarne obremenitve med zagonom, ki se običajno izračunajo kot 1,2–1,5-kratnik nazivne moči).
Delovno okolje: Preverite, ali so prisotni prah, olje, visoke temperature (> 80 °C) ali korozivni plini. Za zahtevna okolja izberite verige z mazalnimi utori in protikorozijskimi premazi. Korak verige je treba povečati za 10 %–20 %, da se upošteva obraba.

2. korak: Predhodna izbira obsega višine tona glede na hitrost
Za določitev predhodnega območja koraka glede na hitrost pogonskega zobnika glejte spodnjo tabelo (kot primer uporabite verigo po standardu ANSI; druge standarde je mogoče ustrezno pretvoriti):
Hitrost pogonskega zobnika (vrt/min) Priporočeno območje koraka (mm) Ustrezna serija verig ANSI Tipične uporabe
>1500 6,35–12,7 Ventilatorji št. 25, št. 35, št. 40, majhni motorji
500–1500 12,7–25,4 #50, #60, #80, #100 Transportni trakovi, strojna orodja
<500 25,4–50,8 #120, #140, #160 Drobilnik, Elevator

3. korak: Preverite, ali naklon ustreza nosilnosti z uporabo napajanja
Po predhodni izbiri koraka preverite, ali veriga prenese nazivno moč z uporabo »Formule za izračun moči«, da se izognete preobremenitvi. Za primer valjčne verige po standardu ISO je poenostavljena formula naslednja:
Dovoljena prenosna moč verige (P₀) = K₁ × K₂ × Pₙ
Kjer je: K₁ korekcijski faktor hitrosti (višje hitrosti pomenijo nižji K₁, ki ga najdete v katalogu verig); K₂ korekcijski faktor obratovalnih pogojev (0,7–0,9 za zahtevna okolja, 1,0–1,2 za čista okolja); in Pₙ ​​nazivna moč verige (ki jo najdete glede na korak v katalogu proizvajalca).
Pogoj za preverjanje: P₀ mora ustrezati ≥ 1,2 × P (1,2 je varnostni faktor, ki se lahko za težka bremena poveča na 1,5).

4. korak: Prilagodite končni načrt glede na prostor za namestitev.
Če je prvotno izbrani korak omejen z namestitvenim prostorom (npr. notranji prostor opreme je preozek za verigo z velikim korakom), sta možni dve prilagoditvi:
Zmanjšajte korak + povečajte število vrst verige: Na primer, če ste prvotno izbrali eno vrsto z korakom 25,4 mm (#100), lahko to spremenite v dve vrsti z korakom 19,05 mm (#80-2), ki ponujata podobno nosilnost, vendar manjšo velikost.
Optimizirajte število zob zobnika: Ob ohranjanju enakega koraka lahko povečanje števila zob na pogonskem zobniku (običajno na vsaj 17 zob) zmanjša udarce verige in posredno izboljša prilagodljivost pri visokih hitrostih.

IV. Pogoste napake, ki se jim je treba izogniti: Izogibajte se tem 3 napakam

Tudi ko obvladajo postopek izbire, mnogi ljudje še vedno ne uspejo, ker spregledajo podrobnosti. Tukaj so tri najpogostejše zmote in njihove rešitve:

Zmota 1: Osredotočanje izključno na nosilnost, pri čemer se ignorira usklajevanje hitrosti

Zmotno prepričanje: V prepričanju, da »večji korak pomeni večjo nosilnost«, se za delovanje pri visokih hitrostih izbere veriga z večjim korakom (npr. veriga št. 120 za motor s 1500 vrt/min). Posledice: Raven hrupa verige preseže 90 dB, razpoke na plošči verige pa se razvijejo v dveh do treh mesecih. Rešitev: Korake izberite strogo glede na »prioritetno hitrost«. Če nosilnost ni zadostna, dajte prednost povečanju števila vrst in ne povečanju koraka.

Zmota 2: Zamenjava "hitrosti pogonske jermenice" s "hitrostjo gnane jermenice"

Zmotno prepričanje: Uporaba hitrosti gnane jermenice kot izbirnega faktorja (npr. če je hitrost gnane jermenice 500 vrt/min in dejanska hitrost pogonske jermenice 1500 vrt/min, se na podlagi 500 vrt/min izbere večji korak). Posledice: Prekomerna dinamična obremenitev verige, kar povzroči "prekomerno obrabo zatičev" (obraba, ki presega 0,5 mm v enem mesecu). Rešitev: Kot standard je treba uporabiti "hitrost pogonske jermenice". Če niste prepričani, izračunajte z uporabo hitrosti motorja in prestavnega razmerja (hitrost pogonske jermenice = hitrost motorja / prestavno razmerje).

Zmota 3: Ignoriranje vpliva mazanja na ujemanje hitrosti in naklona

Napaka: predpostavka, da je »izbira pravega koraka dovolj«, izpuščanje mazanja ali uporaba slabše kakovosti maziva pri visokih hitrostih. Posledica: Tudi pri majhnem koraku se lahko življenjska doba verige skrajša za več kot 50 %, lahko pa pride celo do zatikanja zaradi suhega trenja. Rešitev: Pri visokih hitrostih (n ​​> 1000 vrt/min) je treba uporabiti kapljično mazanje ali mazanje v oljni kopeli. Viskoznost maziva mora biti prilagojena hitrosti (višja kot je hitrost, nižja je viskoznost).

V. Študija primera iz industrije: Optimizacija od neuspeha do stabilnosti

Na tekočem traku v tovarni avtomobilskih delov se je veriga enkrat mesečno pretrgala. Z optimizacijo usklajevanja koraka in hitrosti smo podaljšali življenjsko dobo verige na dve leti. Podrobnosti so naslednje:
Prvotni načrt: Hitrost pogonske jermenice 1200 vrt/min, enovrstna veriga z razmikom 25,4 mm (#100), prenos moči 8 kW, brez prisilnega mazanja.
Vzrok okvare: 1200 vrt/min je na zgornji meji srednje hitrosti, veriga z razdaljo 25,4 mm pa je pri tej hitrosti izpostavljena prekomerni dinamični obremenitvi. Poleg tega pomanjkanje mazanja vodi do pospešene obrabe.
Načrt optimizacije: Zmanjšajte korak na 19,05 mm (#80), preklopite na dvovrstno verigo (#80-2) in dodajte sistem kapljičnega mazanja.
Rezultati optimizacije: Hrup med delovanjem verige se je zmanjšal z 85 dB na 72 dB, mesečna obraba se je zmanjšala z 0,3 mm na 0,05 mm, življenjska doba verige pa se je podaljšala z 1 meseca na 24 mesecev, kar je prihranilo več kot 30.000 juanov pri stroških zamenjave letno.

Zaključek: Bistvo izbire je ravnovesje.
Izbira koraka in hitrosti valjčne verige ni nikoli preprosta odločitev, ki bi bila »velika ali majhna«. Gre za iskanje optimalnega ravnovesja med nosilnostjo, delovno hitrostjo, prostorom za namestitev in stroški. Z obvladovanjem načela »obratnega ujemanja«, ki ga kombiniramo s standardiziranim štiristopenjskim postopkom izbire in se izogibamo pogostim pastem, lahko zagotovimo stabilen in dolgotrajen prenosni sistem.