PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 /9 3.3. LÁNCHAJTÁSOK 3.3.. Lánchajtások alapvető jellemzői és felosztása A lánchajtásokat teljesítmény illetve forgatónyomaték és mozgás közlésére alkalmazzák nagyobb tengelytávok esetében. A szíjhajtásokkal ellentétben, amelyeknek ugyanaz az alkalmazási területe, a lánchajtások a mozgás közlését alakjukkal végzik, így állandó áttételt biztosítanak. Alkalmasabbak nagyobb forgatónyomatékok átvitelére kisebb kerületi sebességeknél. A lánchajtás fő elemei a lánc és a lánckerekek. Széleskörű alkalmazásuk van elsősorban kerékpároknál, motorkerékpároknál, bányászati és építőipari gépeknél, szállítóeszközöknél stb. A lánchajtásnak vannak bizonyos jó tulajdonságai, de vannak hátrányai is. A lánchajtások előnyei: állandó áttétel, kis befogóméretek, a szíjhajtásokhoz hasonló előfeszítés nem szükséges és ezzel a tengelyterhelés kisebb, alkalmazhatók magas hőmérsékleten is (800 Cig), jó hatásfok (η=0,980,99); több lánckerék egyidejűleg hajtható, viszonylag hosszú élettartam. A hátrányaik: a hajtott lánckerék egy fordulaton belüli szögsebesség ingadozása a sokszögefektus miatt, a lánc elemeinek kopása, ami az osztás növekedéséhez, ill. a lánc megnyúlásához vezet, kenést kell alkalmazni, drágábbak a szíjhajtásnál, zajosak, a külső dinamikus hatásokat csillapítás nélkül átviszik egyik tengelyről a másikra. A lánchajtások különböző kiviteleit és különböző láncelhelyezést az 535 ábra mutat be. 335. Lánchajtások különböző megoldása [4]
PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 2/9 A legkedvezőbb a vízszintesen elrendezett lánchajtás vagy a ferde 60 fokos ferdeségig, míg az ennél nagyobb ferdeséget és a függőleges elrendezést kerülni kell mert az alsó lánckeréken a fogak kapcsolódása rossz. Ilyen esetekben kötelezően feszítőlánckereket vagy más feszítőmechanizmust kell alkalmazni. Kedvezőbb, ha a húzóág felül van. Függőleges tengelyek meghajtásánál kerülni kell a lánchajtás alkalmazását, mert ilyen esetben a lánchevederek és a lánckerék homlokfelületei gyorsan kopnak. Forgatónyomaték közlésére főleg görgős és fogazott láncokat alkalmaznak. A görgős láncokat nagy forgatónyomatéknál és kis kerületi sebességeknél alkalmaznak. Sokkal elterjedtebbek a fogazott láncoknál. A fogazott láncok a mozgás átvitelét fogakkal végzik, amelyek a lánckerék fogaival kapcsolódnak. A lánctagok lemezkötegből állnak, amelyek a csuklókban csapszegekkel vannak összekötve. A fogazott lánc fogai pontosabban elkészíthetők, mint a görgős láncok, így ez pontosabb kapcsolódást tesz lehetővé. A fogazott láncokat nagyobb kerületi sebességeknél, kisebb forgatónyomatékok esetében alkalmazzák. A fogazott szíjhajtások mindinkább kiszorítják őket. 3.3.2. Láncfajták, és a láncok és lánckerekek méretei A görgős láncok (336 ábra) egy pár belső () és egy pár külső hevederből (4), csapszegből (5), görgőből (3) és hüvelyből (2) állnak. A csuklós kapcsolatot az (5) csapszegek és az ezekre laza illesztéssel ráhúzott hüvelyek (2) valósítják meg. A hüvely egy pár belső hevederbe szoros illesztéssel van besajtolva és így ezek egy merev alegységet alkotnak. A hüvely kopásvédelme érdekében, egy laza illesztésű görgőt (3) húznak rá. Két belső és két külső heveder a hozzájuk tartozó csapszeggel, hüvellyel és görgővel egy lánctagot képeznek. 336 ábra. Görgős láncok felépítése [4] A láncvégek összekötése összekötő taggal történik. Ezek szétszerelhetők, a csapszög egyik végén váll van kialakítva a másik végét viszont kiesés ellen sasszöggel vagy különlegesen kialakított zárórugóval biztosítják (337 ábra). A csapszegek tengelytávolságát a lánc osztásának nevezik amely a többi mérethez hasonlóan szabványosított (323 táblázat) A görgős láncok lehetnek egykettő vagy háromsorosak (338 ábra). 337 ábra. Összekötő láncszemek 2
PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 3/9 338 ábra. Görgős láncok 323 táblázat. Görgős láncok méretei és teherbírása DIN 887, 895 A méretek mm ben, szakítóerő F M [kn] és a fajlagos tömeg q [kg/m]; A=d 2 b 2 [cm 2 ] Egysoros kétsoros Háromsoros Tip p b b 2 d e g a F M A q a 2 F M A q a 3 F M A q 03 04 05B 06B 08B 0B 2B 6B 20B 24B 28B 32B 40B 48B 56B 64B 72B 5 2,50 6 2,80 8 3,00 9,525 5,72 2,7 7,75 5,875 9,65 9,05,68 25,4 7,02 3,75 9,56 38,0 25,40 44,45 30,99 50,8 30,99 63,5 38,0 76,2 45,72 88,9 53,34 0,6 60,96 4,3 68,58 4,5 4,0 4,77 8,53,30 3,28 5,62 25,45 29,0 37,92 46,58 45,57 55,75 70,56 8,33 92,02 03,8 3,2 4 5 6,35 8,5 0,6 2,07 5,88 9,05 25,40 27,94 29,2 39,37 48,26 53,98 63,50 72,39 5,64 0,24 3,92 6,59 9,6 3,88 36,45 48,36 59,56 58,55 72,29 9,2 06,60 9,98 36,27 4,0 5 7, 8,26,8 4,73 6,3 2,08 26,42 33,40 37,08 42,29 52,96 63,88 77,85 90,7 03,63 7,4 7,4 8,6 3,5 7,0 9,6 22,7 36, 43,2 53,4 65, 67,4 82,6 99, 4,6 30,9 47,4 2 3 4,6 9, 8,2 22,7 29,5 58 95 70 200 260 360 560 850 00 400 0,06 0,07 0, 0,28 0,50 0,67 0,89 2,0 2,95 5,54 7,40 8, 2,76 20,63 27,9 36,25 46,7 0,08 0,2 0,8 0,4 0,70 0,95,25 2,7 3,6 6,7 8,3 0,5 6 25 35 60 80 4,3 3,0 36,2 42,2 68,0 79,7 0,8 24,7 26,0 54,9 90,4 22,2 250,8 283,7 8 7,3 3,8 45,4 59 0 80 324 38 495 680 000 060 200 2700 0,22 0,55,00,34,78 4,2 5,9,09 4,8 3,23 25,52 4,26 55,82 72,50 92,34 0,36 0,78,35,85 2,5 5,4 7,2 3,5 6,6 2 32 50 70 20 60 9,9 34,0 44,9 52,8 6,7 99,9 6, 50,2 84,3 84,5 227,2 28,6 330,0 370,7 420,0,4 25,4 45,4 68, 88,5 65 270 485 57 743 000 600 2350 300 4000 0,33 0,54 0,83,8,50 2,0 2,02 2,8 2,68 3,8 6,32 8 8,86 6,64 2 22,2 25 24,34 32 38,28 48 6,89 75 83,73 05 08,75 80 38,50 240 A görgős láncokhoz használt lánckerék alakja az 339 ábrán látható. A koszorú kialakítás olyan, hogy a lánc szinte súrlódás nélkül kapcsolódik, ill. lép ki a kapcsolatból. A lánckerék méretek szabványosítva vannak (324 táblázat). 339 ábra. A lánckerék alakja 3
PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 4/9 324 táblázat. Lánckerék méretei mmben (DIN 896 szerint) Típus B (h4) e B 2 B 3 r 4 Egysoros Két és háromsoros min. max. 03 04 05B 06B 08B 0B 2B 6B 20B 24B 28B 32B 40B 48B 56B 64B 72B 2,33 2,60 2,79 5,35 7,2 9,7,0 6,7 8,58 24,3 29,44 29,44 36,20 43,43 50,67 57,9 65,5 2,28 2,55 2,73 5,2 7,05 8,98 0,86 5,83 8,9 23,62 28,82 28,82 35,43 42,52 49,6 56,69 63,78 5,64 0,24 3,92 6,59 9,6 3,88 36,45 48,36 59,56 58,55 72,29 9,2 06,60 9,89 36,27 8,37 5,45 20,97 25,56 30,02 47,7 54,64 7,98 88,38 87,37 07,72 33,73 56,2 76,58 200,05 4,0 25,68 34,89 42,5 49,8 79,59 9,09 20,34 47,94 45,92 80,0 224,94 262,8 296,47 336,32 Osztókör átmérő a lánckeréken: p d = sin( τ / 2 ), Osztásszög: τ =360/z Lábkör átmérő: d f =dd Fejkör átmérő : d amax =d+,25 p d ; d amin =d+(,6/z)p d Fogazat méretei: r min =0,505 d ; r 2min =0,2 d (z+2) r max =0,505 d +0,069 3 d ; r 2max =0,008d (z 2 +80) A fenti kifejezésekben z a fogszámot jelenti. 0,2 0,3,6 0,4 2,5 0,5 6 3.3.3. A lánc és a lánckerék paramétereinek kiválasztása n z2 d2 A lánchajtás áttételének középértéke : u = = = n2 z d ahol d és d 2 a nagy, ill. kiskerék átmérője; z és z 2 a lánckerekek fogszámai, n i n 2 fordulatszámok. Normális üzemfeltételeknél, v 25 m/s sebesség mellet az áttétel értéke u< 7, míg kisebb kerületi sebességeknél az áttétel értéke elérheti a tízet is. A kis lánckerék fogszámát általában az áttétel alapján választjuk az 325 táblázat szerint. 325 táblázat. A kis lánckerék javasolt fogszámai z Láncfajta Áttétel u= z 2 /z 2 2 3 3 4 4 5 5 6 >6 Görgős láncok 273 2527 2325 223 72 57 Fogazott láncok 3235 3032 2730 2327 923 79 4
PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 5/9 A kis lánckerék legkisebb megengedett fogszáma a kerületi sebességtől függ, amint az 326 táblázatban meg van adva. A nagy lánckerék fogszámának felső határa görgős láncoknál 20, fogazott láncoknál pedig 40. 326 táblázat. A kis lánckerék legkisebb megengedett fogszáma v [m/s] < 4 7 5 z min 80 3 46 725 Az adott sebességeknél nagyobb kerületi sebességekhez a lánchajtás nem alkalmas, az ébredő belső dinamikus erők és a centrifugális erők miatt. Ezért a kiskerék legnagyobb fordulatszámai korlátozottak az 327 táblázat szerint. 327 táblázat. A kiskerék legnagyobb megengedett fordulatszáma min ben. Láncfajta A lánc osztása p mmben z 2,7 5,88 9,05 25,4 3,75 38, 50,8 Görgős láncok 5 9 23 27 30 2300 2400 2500 2550 2600 900 2000 200 250 2200 350 450 500 550 550 50 200 250 300 300 000 050 00 00 00 800 850 900 900 900 600 650 650 700 700 Fogazott láncok 735 3300 2650 2200 650 300 A lánc osztását a láncterhelés, a kis lánckerék fordulatszám, a rendelkezésre álló hely alapján végezzük. A tengelytáv értékét lehetőleg a következő határok közt kell választani: a= (30 50) p A tengelytáv maximális értéke görgős láncoknál a max =80 p, fogazott láncoknál pedig a max =70 p. A kiválasztott vagy adott tengelytávhoz szükséges lánctagok száma: z + z2 ( z2 z) γ 2a cosγ Z = + + 2 π p ahol a γ szög értéke radiánokban a következő képlettel számítandó (340 ábra): d2 d sinγ = 2a A Z fölvett lánctagok számának (mindig páros szám legyen) megfelelő tengelytávot a következő összefüggés adja: p a Z z + = z + z z 2 ( 2 ) γ 2cosγ 2 π. 340 ábra. Lánchajtás vázlata 5
PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 6/9 3.3.4. A lánc terhelése és teherbírása A lánchajtással közvetítő forgatónyomatékból adódóan, a lánc húzóágában ébredő kerületi erő névleges értéke: F t =2T/d. Mivel a kerületi erő csak a húzóágban hat, a hajtott keréken történő kapcsolódása folytán, a láncban ébredő erő nullától F t értékig növekszik, majd a hajtó keréken történő kapcsolódás során értéke újra nullára esik vissza. A lánc a külső dinamikus erőhatásokat is fölveszi, amelyek hajtó és hajtott gép egyenlőtlen terheléséből származnak. Ezért a kerületi erő névleges értékét szorozni kell a K A üzemtényezővel (35 táblázat), így a mérvadó kerületi erő K A F t. Ez mellett a lánc forgómozgásánál centrifugális erő ébred, amely a láncot teljes hosszában húzásra terheli. Ha q a lánc fajlagos tömege kg/m ben (323 táblázat), v pedig a lánc sebessége, a centrifugális erő értékét a következő összefüggés adja: F c = q v 2 A lánc és a lánckerék kapcsolódása egyenlőtlen. Jelentős belső dinamikus erők jellemzik (ennek oka a sokszögeffektus és a gyártási hibák), amit K v belső dinamikus erőtényezővel veszünk figyelembe (328 táblázat). Az előbbiek alapján a húzóágban ható erő: F= K v (K A F t +F c ) 328 táblázat. Dinamikus tényező K v Osztás A kis lánckerék fordulatszáma min p (mm) 50 00 200 300 400 500 600 800 000 2000 3000 4000 2,7 5,875 9,05 2,4 3,75 38, 44,45 50,8,0,03,05,07,09,4,07,07,08,0,2,5,7,22,4,5,6,8,20,23,25,30,9,20,2,23,26,28,3,36,23,24,24,26,29,34,40,25,26 27,30,35,38,43,28,29,30,35,37,40,46,34,35,38,4,44,50,34,35,37,39,42,44,47,44,45,46,49,50,5,52,55,56,57. A lánc hevederében ébredő feszültségek A váltakozó erőhatás miatt a lánc hevederei váltakozó húzófeszültségnek vannak kitéve. A hevederek szerkezeti kialakítása miatt nagy feszültséggyűjtő hatás alakul ki a csapszegnek kiképzett furatnál (34 ábra). A váltakozó feszültség miatt a hevederek fáradásos törésre hajlamosak. A dinamikus biztonsági tényező szakításra: FD ξ D FM SD = = >,5 2,5 F K v ( K A Ft + Fc ) ahol: F M sztatikus szakítóerő, ξ D =F D /F M A dinamikus és sztatikus szakítóerő viszonya (ξ D =0,50,2 görgős láncoknál és ξ D =0,040,05 fogazott láncoknál) 6
PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 7/9 A lánc csuklói felületi nyomásnak vannak kitéve p=f/a, ahol A a csukló érintkező felületének vetülete (323 táblázat). A felszíni nyomás eloszlása az 34 ábrán látható, p jelöléssel. A hüvely és a csapszeg között csúszás jelentkezik a lánctag elfordulása miatt. A felszíni nyomás és a csúszás a hüvely és a csapszeg érintkező felületeinek kopását idézi elő, ami a lánc hosszának növeléséhez vezet. A kopás kritikus nagyságát a lánc 3% os nyúlása jelenti. A lánc élettartamát a kritikus kopás határozza meg. A felszíni nyomás értékét, amely 5000 üzemóra után kritikus kopáshoz vezet p N el jelölik és értékét vizsgálatokkal határozzák meg. A vizsgálatok körülményei a következők: az áttétel u=3, tengelytáv a=40 p, a lánctagok száma Z=00, az üzemórák száma L h =5000 h. A kiválasztott láncnál a következő feltétel teljesülése szükséges: F KAFt + Fc p = = pnkakxkukpkh A A ahol: p N a felszíni nyomás határértéke u N/mm 2 (329 táblázat) K a tengelytávtényező (330 táblázat) K u áttétel tényező (33 táblázat) K x =0,9 x2 lánckerékszámtényező K p kenéstényező (332 táblázat) K h élettartamtényező Az előző feltételből kiszámítható az élettartamtényező és a lánc élettartama órákban L h KAFt + Fc Kh = ; Kh = 5000 3 p A K K K K L N a x u p 329 táblázat. A lánc csuklóiban ébredő felületi nyomás határértékei p N, N/mm 2 A kis lánckerék fogszáma z Sebe sség m/s 2 3 4 5 6 7 8 9 20 2 22 23 24 25 0, 0,2 0,4 0,6 0,8,0,5 2,0 2,5 3 4 5 6 7 8 0 2 5 8 30,8 28, 27,0 25,8 24,9 22,9 22, 2,3 20,5 7,4 4,0 0,5 8,5 3,2 28,5 27,4 26,2 25,3 24,2 23,3 22,4 2,6 20,8 8,3 5,5 2,3 0,0 8,0 3,7 28,8 27,8 26,5 25,6 24,5 23,6 22,7 2,9 2, 9,2 6,9 4,,5 0,2 8, 32,2 29,3 28,3 27,0 26, 24,9 24,0 23, 22,3 2,4 20,0 7,7 5,4 2,8, 9,0 32,7 29,8 28,7 27,4 26,5 25,2 24,3 23,5 22,6 2,7 20,7 8,4 6,4 4,0 2,0 0,2 8,2 33,0 30,0 28,9 27,6 26,7 25,4 24,5 23,7 22,8 2,9 2,0 9, 7,3 5, 3,, 9, 33,2 30,3 29, 27,8 26,8 25,6 24,7 22,9 22, 2,3 9,7 8, 6,2 4,2 2,0 0,7 8,9 33,5 30,6 29,5 28,2 27,2 25,9 25,0 24, 23,2 22,4 2,6 20, 8,8 7,4 5,6 3,2,7 9,7 34,0 3,0 29,8 28,5 27,5 26,2 25,3 24,4 23,5 22,6 2,8 20,5 9,5 8,5 7,0 4,3 2,6 0,5 8,8 34,3 3,2 30,0 28,7 27,7 26,4 25,5 24,6 23,7 22,9 22,2 2,0 9,9 8,7 7,4 4,6 3,0,0 9,6 34,5 3,4 30,2 28,9 27,9 26,6 25,7 24,7 23,2 22,6 2,5 20,4 9,0 7,8 5,0 3,5,5 0,5 34,8 3,7 30,7 29, 28, 26,8 25,9 24,9 24,0 23,5 23,0 2,8 20,7 9,4 8,2 5,7 4, 2,, 35,0 3,9 30,7 29,3 28,3 27,0 26, 25, 24,4 23,4 22, 2, 9,8 8,7 6,4 4,8 2,7,8 35,3 32,2 3,0 29,6 28,6 27,2 26,3 25,3 24,7 24,2 22,4 2,4 20,4 9, 7,0 5,4 3,3 2,4 h 35,5 32,4 3,2 29,8 28,8 27,4 26,5 25,5 25,0 24,6 24,2 22,8 2,8 20,6 9,6 7,7 6,0 4,0 3,0 330 táblázat. tengelytávtényező K a a 20p 30p 40p 60p 80p K a 0,85 0,94,08,5 33 táblázat. Áttétel tényező K u u 2 3 5 7 K u,22,08 0,92 0,86 7
PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 8/9 332 táblázat. Kenéstényező K p Kenés módja Tökéletes kenés, pormentes üzem Elégséges kenés, poros üzem Elégtelen kenés, poros üzem, v 4m/s Elégtelen kenés, szennyezett üzem v 4 m/s Kenés nélkül, szennyezett üzem K p 0,7 0,5 0,3 0,5 3.3.5. A lánc kiválasztása A görgős lánc nagyságának kiválasztását a teljesítmény és a kiskerék fordulatszáma alapján az 342 ábrán adott diagram alapján végezzük. A diagramot láncvizsgálatok alapján szerkesztették. A vizsgálatok üzemfeltételei: vízszintes tengelyek, két lánckerék, a kis lánckerék fogszáma z =9, az áttétel u=3, élettartam L h =5000 h, a lánctagok száma Z=00, egyenletes terhelés külső dinamikus erőhatások nélkül, 342 ábra. A P 0 teljesítmény Az ettől eltérő üzemmódnál a közvetíthető teljesítményt módosító tényezők bevezetésével lehet meghatározni: K LK ak xk uk hk p P L = P0 K AK z ahol: P 0 az a teljesítmény amelyet a lánc vizsgálati körülmények mellett elbír kwban Kz =. 085 9 fogszámtényező z K L lánctípustényező ; K L = fokozott terhelésű görgős láncok (342 ábra), K L =0,6 alacsony terhelésű láncoknál. 8
PTE, PMMK Stampfer M.: Gépelemek II / Mechanikus hajtások II / 6 9/9 A többi módosító tényező jelentése már az előző pontban ismertetve lett. Az 342 ábráról látszik, hogy egy bizonyos fordulatszám mellett a teljesítmény a lánc osztásától függ és attól, hogy egy, két vagy háromsoros láncról vane szó. A lánc kiválasztásánál sokszor jelentkezhet az a dilemma, hogy egy nagyobb osztású egysoros lánc és egy azonos teherbírású többsoros de kisebb osztású lánc közül melyiket válasszuk? Ilyenkor azt kell szem előtt tartani, hogy a többsoros lánc kisebb osztása kisebb lánckerekeket eredményez és a hajtásnak kis méreteket biztosít. Az a lánchajtás, ahol kisebb osztás mellett nagyobbak a lánckerék fogszámok, csendesebb járású, mint a nagyosztású, kis fogszámú hajtás. A kiválasztott lánc biztonsági tényezőjét és élettartamát ellenőrizni kell az 3.3.4. pont alatt adottak alapján. Ha a biztonsági tényező vagy az élettartam nem kielégítők, nagyobb osztású vagy többsoros láncot kell választani. 3.3.6. Lánchajtások kenése A lánchajtás megfelelő kenésével, a lánc kopása lassítható a csuklókban és a lánckerék fogak érintkezésénél. A kenésmód megválasztása a lánc sebességétől függ. Nagyobb láncsebességnél intenzívebb kenés szükséges. A láncok kenése végezhető csöpögtetéssel, merüléssel vagy olajsugárral. A kenés megválasztásának irányelveit az 343ábra tartalmazza. 343 ábra. A kenési mód kiválasztása 9