Цепная передача в автомобилестроении

Цепная передача

 

Цепная передача – это передача механической энергии между параллельными валами, осуществляемая с помощью двух колес — звездочек и охватывающей их цепи. Цепная передача, как и ременная передача, принадлежит к числу передач с гибкой связью. Здесь гибким звеном является цепь, входящая в зацепление с зубьями звездочек. Вот о том, какой бывает цепная передача, мы и поговорим в этой статье.

 

 

 

Для управления клапанами механизма газора­спределения служат распределительные валы. Они открывают и закрывают клапаны через тол­катели или коромысла. Цепной привод механизма газораспределенияНа современных двига­телях с верхним расположением клапанов и рас­положением распределительных валов в головке цилиндров привод распределительных валов осу­ществляется при помощи ременной или цепной передачи, в то время как распределительные валы нижнего расположения (в блоке цилиндров) соединяются с ведущей шестерней коленчатого вала посредством зубчатой передачи.

Наиболее важными критериями выбора типа привода являются стоимость, занимаемое пространство, легкость технического обслужи­вания, срок службы и уровень шума. Цепная передача имеет большое преимущество по сравнению с ременными передачами. Оно заключается в том, что цепная передача не требуют технического обслуживания на протяжении всего срока службы двигателя. Зубчатые ремни требуют перио­дической регулировки натяжения или замены.

На современных двигателях привод распредели­тельного вала часто служит также для привода других устройств. Такими устройствами являются масляный насос и топливный насос (см. рис. «Цепной привод механизма газораспределения» ). Поскольку как коленчатый, так и распределительный валы вращаются неравномерно и подвержены кру­тильным колебаниям, привод испытывает крайне сложные динамические напряжения. Кроме того, момент сопротивления топливного насоса высокого давления испытывает очень большие периодические колебания. Это создает дополнительные возмущения, воздействующие на цепную передачу привода механизма газора­спределения.

 

 

Конструкции цепей

 

В качестве стандартных цепей, цепная передача использует роликовые и вту­лочные цепи. Также существуют однорядные и двухрядные цепи. Специальным типом цепи является цепь зубчатого типа.

Роликовая цепь

 

Вращающиеся ролики роликовой цепи (рис. а, «Конструкции цепей» ), надетые на втулки, прокатываются с низким трением по боковым поверхностям зубьев звездочки таким образом, что контакт всегда имеет место в различных точках окруж­ности. Смазка между роликами и втулками помогает снизить уровень шума и демпфи­ровать удары.

 

Конструкции цепей

Втулочная цепь

 

В случае втулочной цепи (рис. «Конструкции цепей», b) боковые поверхности зубьев звездочки постоянно кон­тактируют с зафиксированными втулками в одной и той же точке, в связи с чем втулки подвергаются дополнительной нагрузке. Поэтому для таких цепей особенно важна хорошая смазка.

При одинаковом шаге и разрывном усилии втулочные цепи имеют большую поверхность соприкосновения, чем соответствующие ро­ликовые цепи, поскольку отсутствие роликов означает, что диаметр пальца может быть уве­личен. Большая поверхность соприкосновения дает снижение поверхностного давления и, соответственно, снижение износа в соединениях.

Втулочные цепи продемонстрировали высокие рабочие характеристики в приво­дах распределительных валов на дизельных двигателях, где вследствие повышенного про­никновения сажи в моторное масло требуется высокая износостойкость.

 

 

Зубчатая цепь

 

На зубчатой цепи (рис. «Конструкции цепей», с) соединительные звенья расположены таким образом, что они могут передавать усилия между цепью и звез­дочкой, в то время как в случае роликовой или втулочной цепи соединение со звездочкой осуществляется при помощи роликов или втулок.

Зубчатые цепи могут быть изготовлены буквально любой желаемой ширины без не­обходимости в серьезных конструктивных изменениях. Направляющие звенья, рас­положенные либо посередине, либо сбоку (на обеих сторонах), служат для предотвра­щения спадания цепи со звездочки. Еще од­ним вариантом зубчатой цепи является цепь с зубьями на обеих сторонах, позволяющая также реализовать отрицательный обхват (как на роликовых и втулочных цепях).

Выбор типа цепи

 

При выборе типа цепи (конструкции и шага) важно, придерживаясь максимального диаме­тра звездочки, стремиться к тому, чтобы число зубьев было более 18, с тем чтобы уменьшить динамические воздействия, вызываемые эф­фектом излома. Если это не может быть реали­зовано конструктивно, рекомендуется перейти на двухрядную цепь с меньшим шагом.

Многолетний опыт продемонстрировал, что некоторые размеры роликовых, втулочных и зубчатых цепей особенно хорошо подходят для приводов механизмов газораспределения.

Требования, предъявляемые к цепям

 

Предел усталости втулочных и роликовых цепейИмеются четыре важных фактора, опреде­ляющих рабочие характеристики цепей для приводов механизмов газораспределения:

  • предел прочности при растяжении;
  • предел усталости;
  • износостойкость;
  • акустические свойства.

Превышение допустимой статической или динамической разрывной нагрузки может вызвать разрыв цепи. В случае приводов меха­низмов газораспределения нагрузка является неравномерной, поэтому характеристикой, ограничивающей прочность, является предел усталости. Цепь испытывает динамические нагрузки вследствие пульсаций крутящего момента распределительного вала (валов), топливного насоса и неравномерности вра­щения коленчатого вала и пульсаций осевого Усилия, воздействующего на цепь, вызванных эффектом излома. При этом не должен быть превышен предел усталости цепи, поскольку количество таких изменений нагрузки на про­тяжении всего срока службы двигателя пре­вышает 108 (см. рис. «Предел усталости втулочных и роликовых цепей» ).

Характеристические значения цепей:жесткость и массаНа современных двигателях с точной синхронизацией и минимальными зазорами между поршнями и клапанами можно достиг­нуть минимального удлинения цепи вслед­ствие износа. Оптимизация трибо-соединения пальцев и втулок цепи позволяет уменьшить удлинение цепи до всего лишь 0,2-0,5 % ее длины после пробега до 350 000 км.

Надлежащая работа цепного привода ме­ханизма газораспределения определяется массой и жесткостью цепи, а также демпфиро­ванием колебательной системы с несколькими степенями свободы. Под действием возму­щений со стороны распределительного вала, коленчатого вала, топливного насоса и т.д., в результате различных сложных взаимодей­ствий в системе могут возникнуть резонанс­ные эффекты, вызывающие очень высокие нагрузки на компоненты привода.

За счет различных мер оптимизации (напри­мер, увеличения жесткости цепи при сохране­нии удельной массы, применения звездочек специальной геометрии, оптимизации ги­дравлического натяжителя цепи в отношении демпфирования и жесткости) можно сдвинуть точки резонанса в область более высоких обо­ротов двигателя (или даже за пределы реаль­ного диапазона оборотов (см. рис. «Характеристические значения цепей:жесткость и масса» ).

 

 

Звездочки

 

ЗвездочкиДля роликовых, втулочных и зубчатых цепей форма зубьев звездочек стандартизована:

  • DIN 8187-1 для роликовых цепей европей­ского типа;
  • DIN 8188-1 для роликовых цепей амери­канского типа;
  • DIN 8154 для втулочных цепей со сплош­ными пальцами;
  • DIN 8190 для зубчатых цепей. Оптимизированная конфигурация формы зу­бьев столь же важна для безопасной работы привода механизма газораспределения, как, например, износостойкость или усталостная прочность самой цепи.

 

Стандарт DIN допускает значительную свободу в отношении прецизионной кон­фигурации зубьев звездочки. Как правило, применяются звездочки с максимальным пространством между зубьями. Благодаря низкой высоте головки зуба и большому про­странству между зубьями эта конструкция позволяет цепи без возмущений находить на звездочку и сходить с нее даже при высоких скоростях движения цепи.

В зависимости от доступного свободного пространства применяются дисковые колеса или звездочки с односторонними или двусто­ронними ступицами, а также звездочки пла­стинчатого типа. Выбор материала зависит от доступного пространства, условий работы и величины мощности, которую передает цепная передача (см. рис. «Звездочки» ).

Применяются звездочки, изготовленные из углеродистой и легированной, стали и колеса, изготовленные из керамических материалов. Также применяются колеса, изготавливае­мые посредством прецизионной штамповки или механической обработки с последующей термообработкой, зависящей от используе­мого материала. Решающую роль в выборе материала играют доступное пространство и последовательность сборки.

Натяжители и успокоители цепей

 

Применение постоянно действующих натяжи­телей и успокоителей (см. рис. «Цепной привод механизма газораспределения» ), точно со­гласованных с конкретным двигателем, позволяет оптимизировать цепную передачу таким обра­зом, что срок ее службы будет соответствовать сроку службы двигателя.

Натяжитель цепи

 

Натяжитель цепи (гидравлический) выполняет в приводе механизма газораспределения ряд задач. С одной стороны, цепь при любых условиях работы должна иметь надлежащее натяжение ведомой ветви при определенной нагрузке, даже в случае удлинения вследствие износа, возникающего в процессе эксплуа­тации. Снижение вибрации до приемлемого уровня осуществляется фрикционным или вязкостным демпфирующим элементом.

В приводах масляных насосов, работающих в условиях низких нагрузок, как правило, при­меняются механические натяжители цепи без дополнительного гидравлического демпфи­рования. В особых случаях эти механические натяжители цепи могут отсутствовать.

Успокоитель цепи

 

Иногда в качестве натяжительных и направля­ющих элементов используются простые успо­коители. Они изготовливаются из пластмассы или металла (алюминия или листовой стали). По форме успокоители цепи бывают плоскими или изогнутыми, в зависимости от трассы цепи. В последнее время применяются недо­рогие, литые под давлением, пластмассовые успокоители двухкомпонентной конструкции (основа и фрикционная накладка).

В случае натяжительных успо­коителей фрикционный слой не содержащего стекловолокна полиамида напыляется или на­клепывается на основу из термостойкого по­лиамида с содержанием стекловолокна от 30 до 50%. Для направления цепи используются однокомпонентные пластмассовые направ­ляющие скольжения.

В следующей статье я расскажу об обгоне автомобиля.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *