Внутреннее звено приводной быстроходной цепи

Полезная модель позволяет увеличить срок службы, обеспечить увеличение тягового усилия (нагрузок) и/или скорости, упростить технологию изготовления и сборку. Указанный технический результат достигается тем, что устройство содержит две пластины, втулки, закрепленные в отверстиях пластин с натягом. Каждая из пластин выполнена многослойной из, по меньшей мере, двух слоев, сопряженных друг с другом. Одна часть каждого отверстия слоев выполнена цилиндрической, а другая часть снабжена конической фаской. 4 д.п. ф-лы, 5 чертежей.

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводных втулочно-роликовых цепях машин и механизмов.

В настоящее время изготовление втулучно-роликовых цепей регулируется ГОСТ 13568-97 «Цепи приводные роликовые и втулочные. Общие технические условия», а также аналогичными отраслевыми техническими условиями и заводскими регламентами.

Однако, как показывают испытания, изготовленные по указанному стандарту приводные цепи имеют недостаточно большой срок службы, т.к. такие цепи в различных областях машиностроения часто эксплуатируются в условиях больших нагрузок и/или при больших скоростях.

Известна тяговая втулочно-роликовая цепь, содержащая соединенные осями пластины, взаимодействующие продольными узкими гранями с катками, причем они выполнены с накладками, закрепленными на узких гранях (SU, 585353, F16G 13/12, опубл. 25.12.1977).

В этом устройстве ролики-катки расположены снаружи втулок, а накладки закреплены на втулках. Такая конструкция не является технологичной, накладки приходится выполнять разнотолщинными, и устройство не позволяет значительно уменьшить износ рабочих поверхностей при больших скоростях и изменении направления работы привода с прямого на обратное.

Разрушение цепи обычно происходит на внутренних звеньях, т.к. втулки закрепленные во внутренних звеньях (сваркой, клепкой или по посадке с натягом) имеют больший диаметр, чем диаметр валиков (роликов) расположенных внутри втулок). Поэтому именно места соединения втулок с пластинами внутренних звеньев подвержены в условиях эксплуатации цепи с натягом и при больших скоростях разрушению (разрыву) пластин.

Попытка устранения этого недостатка предпринята в устройстве втулочно-роликовой цепи, содержащей шарнирно-соединенные между собой наружные и внутренние звенья с втулками, при этом половина каждой втулки, обращенная к концам внутреннего звена выполнена с повышенной твердостью (SU, 715854, F16G 13/06, опубл. 15.02.1980).

Однако такое устройство не позволяет значительно увеличить срок службы цепи, поскольку в основном при натяжении цепи разрывному разрушению подвержена в основном пластина, а не втулка.

Известна внутренняя пластина звена приводной быстроходной цепи, состоящая из наружных металлических слоев и центральной части, выполненной из композиционного материала (SU, 1649174, F16G 13/18, 13/24, опубл. 15.05.1991).

В этом устройстве центральная часть пластины выполнена из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном или углеволокном.

Это техническое решение позволяет снизить инерционную массу и шум, а также уменьшить металлоемкость. Однако конструкция является сложной, т.к. в ней предел прочности материала металлических слоев уменьшается от наружного слоя пластины к ее центру при одновременном увеличении толщины внутренней части пластины в этом же направлении. Устройство не позволяет значительно увеличить срок службы цепи без увеличения ее общей материалоемкости.

Наиболее близким является внутреннее звено приводной цепи, входящее в состав втулочно-роликовой цепи с дополнительными пластинами и содержащее, две пластины, с зазором между ними, втулки, закрепленные с натягом в отверстиях пластин и которые предназначены для установки внутри втулок валиков с длиной, выполненной больше длины втулок для крепления соответственно на концах валиков наружных звеньев (SU, 271975, F16G 13/18, опубл. 12.02.1971).

В этом устройстве дополнительные пластины установлены с одной стороны каждого наружного звена (а не внутреннего) для восприятия части нагрузки при работе цепи. При работе такой цепи дополнительная пластина воспринимает нагрузку от рабочего инструмента, а остальные пластины - тяговое усилие.

Однако такое устройство не позволяет значительно увеличить срок службы в условиях больших нагрузок и/или при больших скоростях, что связано с разрушением пластин внутреннего звена в области крепления втулок в отверстиях пластин. Кроме того, в этом устройстве валики выполнены с односторонними кольцевыми буртиками, что усложняет технологию изготовления и сборки устройства.

Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик и обеспечение массового и крупносерийного производства.

Технический результат, который может быть получен при выполнении полезной модели, - увеличение срока службы без увеличения материалоемкости, обеспечения функционирования при увеличении тягового усилия (нагрузок) и/или скорости, повышение надежности, упрощение технологии изготовления и сборки.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном внутреннем звене приводной цепи, содержащем две пластины, установленные с зазором между ними, две втулки, закрепленные с натягом в отверстиях пластин и которые предназначены для установки внутри втулок валиков с возможностью их вращения, валики выполнены с длиной, большей длины втулок для крепления соответственно на концах валиков наружных звеньев, согласно заявленной конструкции каждая из пластин выполнена многослойной из, по меньшей мере, двух слоев, сопряженных друг с другом, при этом одна часть каждого отверстия слоев выполнена цилиндрической, а другая часть снабжена конической фаской.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- отверстия каждого слоя были выполнены соосными;

- ось отверстия одного слоя была смещена относительно оси отверстия другого слоя, при этом цилиндрическая часть отверстия одного слоя выполнена с большим диаметром, чем диаметр цилиндрической части отверстия другого слоя, а максимальный диаметр конической фаски одного слоя выбран большим, чем максимальный диаметр конической фаски другого слоя;

- конические фаски отверстий каждого слоя были обращены в одном и том же направлении;

- конические фаски отверстий каждого слоя обращены противоположно.

Указанные преимущества, а также особенности настоящей полезной модели поясняются лучшим вариантом ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фигура 1 изображает устройство внутреннего звена;

Фиг.2 - многослойную пластину на фиг.1;

Фиг.3 - то же, что фиг.2, другой вариант;

Фиг.4 - то же, что фиг.2, другой вариант;

Фиг.5 - схему штампа для изготовления слоя пластины при помощи пуансонов.

Для упрощения описания конструкции и работы устройства рассматривается пластина, выполненная из двух слоев, при этом общая толщина составной многослойной пластины для обеспечения условия сохранения материалоемкости может быть выбрана соответствующей толщине и материалам по ГОСТ 13 568-97.

Внутреннее звено приводной цепи (фиг.1) содержит две пластины 1, установленные с зазором между ними, две втулки 2, закрепленные с натягом в отверстиях 3 пластин 1 и которые предназначены для установки внутри втулок 2 валиков 4 с возможностью их вращения. Валики 4 выполнены с длиной, большей длины втулок 2 для крепления соответственно на концах валиков 4 наружных звеньев 5. Каждая из пластин 1 выполнена многослойной из, по меньшей мере, двух слоев 6 и 7, сопряженных друг с другом. Одна часть каждого отверстия 3 слоев 6 и 7 выполнена цилиндрической 8, а другая часть снабжена конической фаской 9.

Отверстия 3 каждого слоя 6 и 7 могут быть выполнены сосными (фиг.1, 3, 4).

Ось отверстия 3 одного слоя 6 может быть смещена относительно оси отверстия 3 другого слоя 7 (фиг.2). Цилиндрическая часть 8 отверстия 3 одного слоя 6 при этом может быть выполнена с большим диаметром, чем диаметр цилиндрической части 8 отверстия 3 другого слоя 6. Максимальный диаметр конической фаски 9 одного слоя 6 может быть выбран большим, чем максимальный диаметр конической фаски 9 другого слоя 7.

Конические фаски 9 отверстий 3 каждого слоя 6, 7 могут быть обращены в одном и том же направлении (фиг.3).

Конические фаски 9 отверстий 3 каждого слоя 6, 7 могут быть обращены противоположно (фиг.4).

Работает устройство (фиг.1) следующим образом.

Внутреннее звено имеет две параллельные полые втулки 2, на обоих концах которых неподвижно (по посадке с натягом) закреплены пластины 1. Наружные звенья 5 имеют два параллельных валика 4, на обоих концах которых также неподвижно закреплены пластины наружных звеньев 5.

Наружные звенья 5 и внутренние звенья установлены друг за другом поочередно, при этом каждый валик 4 наружных звеньев 5 установлен во втулках 2 с возможностью вращения.

Расстояния между отверстиями 3 в пластинах 1 определяют шаг t цепи (фиг.2). Такие отверстия 3 можно получить сверлением полностью цилиндрическими, но это является трудной технологической операцией, т.к. необходимо строго выдерживать шаг цепи, а материал пластин выбирается достаточно закаленным (с высокими твердостными и прочностными параметрами).

В массовом и крупносерийном производстве отверстия 3 в пластинах 1 получают пробивкой пуансонами в штампах (фиг.5). Пуансоны 11 в штампе устанавливают в направляющих 12 с возможностью перемещения, то есть с зазором S₁ , который увеличивается при износе штампа.

В процессе работы штампа положение пуансонов 11 изменяется в пределах зазоров S₁, это приводит к тому, что расстояние между отверстиями 3 (точность по шагу) колеблется в пределах зазоров S₁ . Следовательно, в каждом звене пластины 1 могут отличаться друг от друга на величину, соответствующую технологической точности. Например, для цепей шага 38 мм на практике эта величина находится в пределах от 0,01 до 0,1 мм.

При получении отверстий 3 в слоях 6 или 7 пластин 1 пуансонами 11 они имеют цилиндрическую часть 8 и коническую фаску 9 (часть зоны скола). Длина конической фаски 9 тем больше, чем толще пластина 1. Кроме того, величина S₂ конической фаски 9 соответствует зазору между пуансоном 11 и матрицей (фиг.5). Размер S₂ тем больше, чем больше толщина пластин 1. На фиг.5 показан один из слоев 6.

При нагружении внутренних звеньев цепи рабочей нагрузкой пластины 1 с меньшим технологическим шагом испытывают как по сравнению с наружными звеньями 5, так и по сравнению между собой большие нагрузки. В итоге более нагруженные пластины 1 разрушаются первыми, в то время как другие пластины 1 остаются работоспособными. Данный недостаток усугубляется и проявляется сильнее, если ряд звеньев расположен так, что общая цепь получается серповидной.

При использовании только одной пластины 1 в отверстии 3 от посадки втулки 2 с натягом, возникает напряжение, которое неравномерно распределяется по толщине пластины 1. Наибольшее напряжение возникает в области цилиндрической части 8 отверстия, а в районе максимального диаметра конической фаски 9 посадочные напряжения могут отсутствовать. Кроме того, зона цилиндрической части 8 наиболее подвержена нагрузке от натяжения цепи.

Неравномерность распределения нагрузки по поперечному сечению пластин 1, в совокупности с рядом других факторов, приводит к необходимости применять цепи с большим запасом прочности, причем обычно цепи проектируют с запасом по прочности не менее чем в 6 раз превышающими нормативную разрушающую нагрузку.

Поэтому, как по точности соблюдения размеров по шагу, так и по диаметру отверстия 3 каждую из пластин 1 целесообразно изготавливать многослойной из, по меньшей мере, двух слоев 6 и 7, сопряженных друг с другом (например, с общей толщиной слоев 6 и 7, равной обычно используемой толщине пластины 1 в реальном устройстве). Одна часть каждого отверстия 3 при этом выполнена цилиндрической 8, а другая часть снабжена конической фаской 9. При этом, отверстия 3 каждого слоя 6 и 7 могут быть выполнены сосными (фиг.1, 3, 4). Это приводит к увеличению общей площади цилиндрических частей 8. Коническая фаска 9 каждого слоя 6 и 7 уменьшается и не выходит за пределы максимального натяга.

При монтаже многослойной пластины 1 со втулкой 2 в каждом слое 6 и 7, отличающихся друг от друга по шагу t происходит дополнительное распределение посадочных напряжений, изображенное на фиг.2. Ось отверстия 3 одного слоя 6 в этом случае смещена относительно оси отверстия 3 другого слоя 7. Цилиндрическая часть 8 отверстия 3 одного слоя 6 при этом может быть выполнена с большим диаметром, чем диаметр цилиндрической части 8 отверстия 3 другого слоя 6. Максимальный диаметр конической фаски 9 одного слоя 6 также может быть выбран большим, чем максимальный диаметр конической фаски 9 другого слоя 7. Конические фаски 9 служат своеобразными направляющими при запрессовке втулок 2, что упрощает сборку устройства.

Верхний слой 6, например, имеющий меньший шаг t дополнительно нагружается с наружной стороны пластины 1 (зона H₁ ), а нижний слой 7, имеющий больший шаг (t+2) дополнительно нагружается с внутренней стороны пластины 1 (зона H₂). За счет упругой и пластической деформации происходит само усреднение шага между слоями 6 и 7 пластины 1, т.е. суммарное отклонение шага t пластин в целом становится меньше отклонения по шагу, получаемое между слоями 6 и 7 (t_{суммарное}<2t_{в слоях}).

В итоге суммарные нагрузки от посадки с натягом и от натяжения цепи более равномерно распределяются между пластинами 1 цепи и по поперечному сечению каждой пластины 1.

Специалистам понятно, что для достижения указанного технического результата конические фаски 9 отверстий 3 каждого слоя 6, 7 могут быть обращены в одном и том же направлении (фиг.3) или противоположно (фиг.4).

Как показали предварительные испытания, заявленное звено приводной цепи позволяет увеличить срок службы цепи в 1,5÷2,2 раза, увеличить тяговое усилие на 15÷20% и скорость работы до 30%.

Наиболее успешно заявленное внутреннее звено приводной быстроходной цепи промышленно применимо в приводных втулочно-роликовых цепях различных машин и механизмов.

1. Внутреннее звено приводной цепи, содержащее две пластины, установленные с зазором между ними, две втулки, закрепленные с натягом в отверстиях пластин и которые предназначены для установки внутри втулок валиков с возможностью их вращения, валики выполнены с длиной, большей длины втулок для крепления соответственно на концах валиков наружных звеньев, отличающееся тем, что каждая из пластин выполнена многослойной из, по меньшей мере, двух слоев, сопряженных друг с другом, при этом одна часть каждого отверстия слоев выполнена цилиндрической, а другая часть снабжена конической фаской.

2. Внутреннее звено по п.1, отличающееся тем, что отверстия каждого слоя соосны.

3. Внутреннее звено по п.1, отличающееся тем, что ось отверстия одного слоя смещена относительно оси отверстия другого слоя, при этом цилиндрическая часть отверстия одного слоя выполнена с большим диаметром, чем диаметр цилиндрической части отверстия другого слоя, а максимальный диаметр конической фаски одного слоя выбран большим, чем максимальный диаметр конической фаски другого слоя.

4. Внутреннее звено по п.1, отличающееся тем, что конические фаски отверстий каждого слоя обращены в одном и том же направлении.

5. Внутреннее звено по п.1, отличающееся тем, что конические фаски отверстий каждого слоя обращены противоположно.