Результат интеллектуальной деятельности: ПЛАСТИНА ЗВЕНА ПРИВОДНОЙ РОЛИКОВОЙ ЦЕПИ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводных роликовых или втулочных цепях.

Известны пластины роликовых цепей, выполненных по стандарту [ГОСТ 13568-97. Цепи приводные роликовые повышенной прочности и точности. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 15 с.]. Указанный стандарт определяет лишь основные размеры пластин (в частности, максимальную ширину), не устанавливая соотношений между основными и другими размерами, влияющих на напряженно-деформированное состояние пластин и, в конечном счете, на долговечность работы цепи.

Известны также пластины роликовых цепей, выполненных по техническим условиям [ТУ 4173-001-25258449-2001. Цепи приводные роликовые повышенной прочности и точности. - Ульяновск: Ульяновский завод цепей, 2001]. Указанный документ также определяет лишь основные размеры пластин (в частности, максимальную ширину и толщину пластин), не устанавливая соотношений между основными и другими размерами, влияющих на напряженно-деформированное состояние пластин и, в конечном счете, на долговечность работы цепи.

Наиболее близким к предлагаемому решению является пластина с отверстиями внутреннего звена приводной роликовой цепи, контур которой, в целях снижения концентрации напряжений и повышения долговечности, выполнен с сопряженными криволинейными в виде дуг окружностей оконечной и срединной частей контура и плоскими участками, причем плоские участки расположены оппозитно относительно продольной оси пластины и симметрично относительно оси отверстий пластины [Цепи высокого качества: каталог фирмы Rexnord Kette GmbH, с. 40 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.inhydro.ru/docs/InHydro.Chains.pdf]. Анализ размерных параметров пластин цепей позволил установить зависимости размеров оконечной части пластины (ширины и радиуса округления) и размера плоских участков на контуре пластины от значения шага цепи.

Недостатком известного решения является то, что оно используется лишь для пластин внутренних звеньев цепи и без ограничения значений соотношений размеров плоских участков и криволинейных участков срединной части контура и значения шага цепи, существенно влияющих на напряженно-деформированное состояние пластин и долговечность работы цепи в целом.

Технический результат настоящего изобретения - улучшение технико-эксплуатационных характеристик цепи - повышение долговечности (увеличение срока службы цепи).

Технический результат достигается за счет того, что пластине с отверстиями звена приводной роликовой цепи, контур которой выполнен с сопряженными криволинейными в виде дуг окружностей оконечной и срединной частей контура и плоскими участками, причем плоские участки расположены оппозитно относительно продольной оси пластины и симметрично относительно оси отверстий пластины, размеры шага цепи, радиусов дуг окружностей оконечной и срединной частей контура, максимальной и минимальной ширины пластины выполнены удовлетворяющими соотношениям:

где R₁ - радиус дуги окружности оконечной части контура;

b - максимальная ширина пластины в оконечной части контура;

Δ - размер плоского участка на контуре пластины;

t - шаг цепи;

R_B - радиус дуги окружности срединной части контура;

b₁ - минимальная ширина пластины в срединной части контура.

На чертеже приведено схематичное изображение в плане одной четверти пластины звена приводной роликовой цепи, имеющей две оси симметрии.

Пластина звена приводной роликовой цепи выполнена в виде контура 1, представляющего собой дуги окружностей 2 и 3 и плоский участок 4, причем участок 4 длиной Δ расположен оппозитно горизонтальной оси 5 симметрии пластины и симметрично оси 6 отверстия 7 в пластине, отверстия 7 расположены симметрично относительно вертикальной оси 8 симметрии пластины. Радиус дуги 2 окружности оконечной части контура 1 равен R₁, радиус дуги 3 окружности срединной части контура 1 равен R_B, максимальная ширина пластины в оконечной части контура 1 равна b, минимальная ширина пластины в срединной части контура 1 равна b₁, расстояние между отверстиями в пластине равно t (шагу цепи).

Обоснование эффективности предложенного решения произведено проведением расчетов и серии экспериментов с последующим анализом результатов изменения геометрических характеристик и напряженно-деформированного состояния пластин с контуром по предлагаемому решению.

При оценке сопротивления усталости конструкции производили оценку ее напряженно-деформированного состояния, причем основным критерием рациональности конструкции принимали уровень максимальных напряжений либо коэффициент концентрации напряжений в опасном сечении.

Определение параметров напряженно-деформированного состояния пластин цепей в экспериментах осуществлялось на основе математического моделирования методом конечных элементов (МКЭ), используемого при решении различных инженерных задач [Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов: Пер. с англ. - М.: Мир, 1981. - 304 с.], с применением универсальной CAE-системы «ANSYS». Разработанная для этих целей параметрическая модель цепи представляла собой комбинацию конечно-элементных моделей наружного звена цепи и двух ее внутренних звеньев.

В известном [Цепи высокого качества: каталог фирмы Rexnord Kette GmbH, с. 40 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.inhydro.ru/docs/InHydro.Chains.pdf] решении пластины установлены соотношения размеров:

В результате расчетов по зависимостям (1) и (2) и экспериментов для пластин толщиной δ с отверстиями диаметром 2r звеньев (внутренних ВП и наружных НП) стандартных приводных цепей с шагом 25,4 мм [ТУ 4173-001-25258449-2001. Цепи приводные роликовые повышенной прочности и точности. - Ульяновск: Ульяновский Завод Цепей, 2001], модифицированных по предлагаемому решению с сохранением значений b и b₁ и переменным значением длины Δ плоского участка контура, получены значения размеров радиусов R₁ и R_B дуг окружностей криволинейных участков контура пластин, номинальных σ_ном и максимальных σ_max напряжений и коэффициентов концентрации напряжений α_σ в опасных сечениях пластин в зависимости от размера Δ плоских участков контура пластины (табл. 1 и 2):

Для пластины ВП по известному решению [Цепи высокого качества: каталог фирмы Rexnord Kette GmbH, с. 40 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.inhydro.ru/docs/InHydro.Chains.pdf] долговечность пластин повышается в 1,3 раза, что соответствует изменению коэффициента концентрации напряжений в 1,0385 раза (с учетом значения показателя кривой усталости 6,95 для роликовых приводных цепей [Воробьев Н.В. Цепные передачи: монография / Н.В. Воробьев. - М.: Машиностроение, 1968. - 262 с.]). При этом максимальные значения напряжений в пластине снижаются до 0,9578 значений максимальных напряжений в исходной стандартной пластине при сохранении веса пластины.

Для пластины внутреннего звена (ВП) цепи с шагом 25,4 мм при реализации пластины по известному (Цепи высокого качества: каталог фирмы Rexnord Kette GmbH, с. 40 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.inhydro.ru/docs/InHydro.Chains.pdf) решению по зависимости (3) получены расчетом значения R_1и, b_и и Δ_и:

Используя расчетное значение Δ_и, для модифицированной по предложенному решению пластины по зависимостям (1) и (2) получим значения R₁ и R_B:

Используя данные табл. 1 (две предпоследние строки), интерполированием получим значение коэффициента концентрации напряжений α_σ=2,6526, которое меньше значения в исходной стандартной пластине (первая строка табл. 1) в 1,0695 раза (максимальные значения напряжений снижаются до 0,9305 значений максимальных напряжений в исходной стандартной пластине при увеличении веса пластины в 1,1016 раза).

Для пластины НП наружного звена по предлагаемому решению максимальные напряжения уменьшаются до 0,9480 значений максимальных напряжений в исходной стандартной пластине при увеличении веса пластины в 1,11145 раза.

Расчетное значение долговечности пластины по предложенному решению для пластины ВП выше долговечности пластины по известному решению в 1,2226 раза, а для пластины НП - в 1,4459 раза. Следовательно, долговечность цепи в целом будет определяться долговечностью пластин ВП.

В качестве примера. Если срок службы машины с цепным приводом (например, буровой установки) составляет 36 тыс.часов, а долговечность цепи привода с пластинами по известному решению - около 5 тыс.часов, то необходимо за весь срок службы машины произвести 6 замен цепи. Для цепи с пластинами по предлагаемому решению долговечность составит около 6,1 тыс. часов и нужно произвести 5 замен цепи. Если принять металлоемкость цепей по первому варианту за единицу, то по второму варианту металлоемкость составит 0,918 и дополнительно уменьшаются время и затраты на ремонт цепного привода на 16,7% (исключается одна замена цепи), то есть достигается поставленная цель изобретения.