1. 체인 드라이브의 고장 모드
1) 체인의 피로파괴
체인이 작동 중일 때, 스프로킷 양쪽의 체인은 한쪽은 팽팽하고 다른 쪽은 느슨합니다. 체인은 순환 운동에서 느슨한 쪽에서 팽팽한 쪽으로 계속 움직이므로 모든 구성 요소는 교대로 응력을 받습니다. 특정 횟수의 사이클이 지나면 체인 플레이트에 피로 파괴가 발생하거나 부싱과 롤러 표면에 피로 피팅(다각형 효과로 인한 충격 피로)이 나타납니다. 따라서 체인의 피로 강도는 체인 드라이브의 하중 지지 용량을 결정하는 주요 요소가 됩니다. 중간 속도로 작동하는 윤활이 잘 된 체인에서 피로 파괴는 체인 플레이트에서 먼저 발생합니다. 체인이 짧을수록, 속도가 높을수록, 사이클이 빠를수록 피로 손상이 더 심각해집니다.
2) 체인 힌지의 마모 및 파손
체인이 작동할 때 힌지와 슬리브는 큰 압력을 받습니다. 변속 시 서로에 대해 회전하면서 힌지가 마모되고 힌지 피치가 늘어납니다. 그러나 기어 치 피치는 마모의 영향을 거의 받지 않습니다. 결과적으로 맞물림 지점이 바깥쪽으로 이동하고, 심한 경우 체인 스키핑이나 체인 탈선이 발생합니다.
그림 9-15는 힌지 마모 후 피치가 p에서 p+Δp로 증가하고, 맞물림 지점이 d에서 d+Δd로 증가하는 것을 보여줍니다. 체인 피치 증가 Δp와 맞물림 원의 외측 이동 Δd 사이에는 다음과 같은 관계가 있습니다. 피치가 일정하면 톱니 높이가 일정하며, 이는 맞물림 원의 허용 외측 이동이 일정함을 의미합니다. 톱니 z가 많을수록 맞물림 원의 외측 이동 Δd가 커지고 체인이 스프라켓에서 이탈할 가능성이 커집니다. 체인 수명을 확보하려면 톱니 수를 줄여야 합니다.
3) 핀과 슬리브의 접착력
언제스프라켓지나치게 빠른 속도에서는 체인 링크가 맞물릴 때 받는 충격 에너지가 증가하여 열 축적이 증가합니다. 이로 인해 핀과 슬리브 사이의 윤활유 막이 손상되어 작동 표면이 고온 고압에서 직접 접촉하게 되고, 이로 인해 소착이 발생합니다. 소착은 어느 정도 체인 구동 장치의 제한 속도를 결정합니다. (*Mechanical Engineering Digest*, 엔지니어 자료실에서 발췌)
4) 정적 장력 하에서 체인이 끊어짐
저속(v)
2. 롤러 체인 구동의 정격 출력
체인 구동 장치의 다양한 고장 모드는 특정 조건에서 하중 지지력을 제한합니다. 따라서 체인 모델을 선택할 때는 다양한 고장 모드의 원인과 조건을 충분히 고려하여 정격 출력 P0를 결정해야 합니다.
오른쪽 그림은 실험을 통해 얻은 단열 체인의 정격 출력 곡선을 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이, 중속의 윤활이 잘 된 체인 구동 장치에서 체인 구동 장치의 하중 지지 용량은 주로 체인 플레이트의 피로 강도에 따라 달라집니다. 회전 속도가 증가함에 따라 체인 구동 장치의 다각형 효과가 커지고, 전달 용량은 주로 부싱과 롤러의 충격 피로 강도에 따라 달라집니다. 회전 속도가 높을수록 전달 용량이 감소하고 힌지 접착이 발생하여 체인이 빠르게 파손됩니다.
그림은 표준 실험 조건에서 얻은 A 시리즈 롤러 체인의 정격 출력 곡선을 보여줍니다.1) 두 개의 스프로킷이 수평축에 장착되어 동일 평면에 있습니다.2) z1=19입니다.3) Lp=100 링크입니다.4) 부하가 안정적입니다.5) 권장 방법에 따라 윤활합니다.6) 15,000시간 동안 연속적인 전부하 작동이 가능합니다.7) 마모로 인한 체인의 상대적 신장은 3%를 초과하지 않습니다.작은 스프로킷 속도를 기준으로 0.6m/s 이상의 체인 속도에서 다양한 체인이 전달할 수 있는 정격 출력 P0는 이 그림에서 찾을 수 있습니다.설계된 체인 드라이브가 위의 실험 조건을 충족하지 않는 경우 그림에서 얻은 P0 값에 일련의 보정 계수를 곱해야 합니다.
여기서: KA—운영 조건 계수, 표 9-9.
Kz—소형 스프로킷 이빨 수 계수. 표 9-10.
KL—사슬 길이 계수, 표 9-10.
Kp — 다중 행 사슬 계수, 표 9-11.
다이어그램에서 권장하는 윤활 방법을 보장할 수 없는 경우, 선형 그래프의 P0 값을 다음 값으로 줄여야 합니다.
윤활이 불량하면 (0.3~0.6)P0로 떨어지고, 윤활이 없으면 0.15P0로 떨어진다.(15,000시간 수명을 보장할 수 없다.)
윤활이 불량하면 (0.15~0.3)P0로 떨어진다.
윤활이 불량하면 변속기가 신뢰할 수 없으므로 사용해서는 안 됩니다.
필요한 실제 작동 수명이 15,000시간 미만인 경우, 유한 수명 시스템으로 설계해야 합니다. 이 경우, 전달 가능한 전력은 더 높아질 수 있습니다.
3. 롤러 체인 구동을 위한 설계 계산
주어진 사항: 변속 목적, 작업 조건, 원동기 유형, 전달 동력 P, 스프로킷 속도 n1, n2(또는 i), 구조적 치수 요구 사항 등.
설계 내용: 체인 피치 p, 열 수, 체인 링크 수 Lp, 전달 중심 거리 a; 대형 및 소형 스프라켓의 이빨 수 z1 및 z2; 샤프트 압력 Q; 윤활 방법.
설계 단계:
1)스프라켓이빨 수 z1, z2 및 변속비 i
소형 스프라켓의 톱니 수(z1)는 체인 구동 장치의 부드러움과 수명에 상당한 영향을 미칩니다. 톱니 수가 적으면 전체 치수가 작아지지만, 톱니 수가 너무 적으면 운동 불균일성이 심화되어 동적 하중과 충격이 증가합니다. 체인이 맞물리거나 빠질 때 체인 링크 사이의 상대 회전 각도가 증가하여 힌지 마모가 가속화됩니다. 체인에 의해 전달되는 원주 방향의 힘이 증가하면 체인과 스프라켓의 손상이 가속화됩니다.
이가 너무 많으면 변속기의 크기와 무게가 증가합니다. 체인이 마모된 후 피치가 늘어나면 이가 튀거나 체인이 탈선하기 쉬워 체인의 수명이 단축됩니다.
이빨 수의 선택 원칙: (1) 체인 구동 속도가 높을 때 이빨 수는 많아야 합니다. (2) 균일한 마모를 고려하기 위해 스프로킷 이빨 수는 체인 링크의 소수인 홀수여야 하며 다음 순서가 선호됩니다: 17, 19, 21, 23, 25, 38, 57, 76, 95, 114.
(가장 가까운 정수로 반올림) 그리고. 표 9-8에서 v를 선택하고 z1을 선택해 보세요. 가능하면 z1은 홀수여야 합니다.
권장값: 2~3.5. v
2) 계산된 전력 Pca를 결정하세요.
계산된 전력 Pca는 전달된 전력 P에 기초하여 결정되며, 부하의 특성과 원동기의 유형을 고려합니다.
3) 중심거리 a0의 초기 선택
a 값이 작으면 변속 구조가 간결해지지만, a 값이 너무 작으면 전체 체인 길이가 너무 짧아 단위 시간당 링크당 결합 시간이 너무 길어져 체인 마모 및 피로가 가속화됩니다. 반대로, a 값이 크면 하중 지지력은 우수하지만 체인 길이가 길어지고 측면 진동이 심해집니다. 일반적으로...
(인장판이나 지지판) 중심거리를 조절할 수 없는 경우.
4) 체인링크 개수 Lp
반올림해서 짝수로 만드는 것이 좋습니다.
5) 피치와 행 수 결정
특정 조건에서는 피치가 클수록 체인 구동 장치의 하중 지지력이 강해집니다. 그러나 피치가 클수록 체인 구동 장치의 다각형 효과가 커지고 동적 하중, 충격 및 진동도 커집니다. 따라서 체인 구동 장치의 구조를 콤팩트하게 만들고 긴 수명을 유지하려면 피치가 작은 단열 체인을 최대한 사용해야 합니다.
전달 속도가 높고 전달되는 전력이 크거나, 전달 중심 거리가 짧고 변속비가 큰 경우에는 피치가 작은 다열 체인을 사용해야 합니다.
변속장치의 중심거리가 크고 변속비가 작은 경우에는 피치가 큰 단열체인을 선택해야 합니다.
설계 과정에서 먼저 전송 열의 수를 결정합니다. 표 9-11에서 Kp를 구합니다. 위 공식을 사용하여 P0를 계산합니다. 그림 9-13에서 체인 번호를 구합니다. 표 9-1에서 피치 p를 구합니다.
6) 체인 속도가 가정과 일치하는지 확인합니다.
7) 실제 중심거리를 결정하세요
느슨한 가장자리가 적절한 처짐을 갖도록 하려면
실제 중심 거리
변속기의 중심 거리를 조정할 수 있는 경우, △a는 더 큰 값을 취하고, 중심 거리를 조정할 수 없는 경우, △a는 더 작은 값을 취합니다.
8) 소형 스프라켓 허브 구멍의 최대 직경
체인 피치와 소형 스프라켓의 잇수가 결정되면 스프라켓 각 부분의 구조와 치수를 결정할 수 있으며(표 9-3), 허브 구멍의 최대 직경인 dkmax도 결정할 수 있습니다. 단, dkmax는 스프라켓 장착 위치의 샤프트 직경보다 작아서는 안 됩니다. 이러한 요구 사항을 충족할 수 없는 경우, 특수 구조의 스프라켓(예: 스프라켓 샤프트)을 사용하거나 체인 구동 매개변수를 재선택(z1 또는 p 증가)할 수 있습니다.
9) 축 압축력 Q를 계산하세요.
공식에서: Fe는 사슬에 의해 전달되는 효과적인 원주력(N)입니다.
KQ—축력 계수. 수평 전달의 경우 KQ=1.15, 수직 전달의 경우 KQ=1.05입니다.
10) 스프라켓 구조 설계, 재료 및 치수.
11) 체인 드라이브의 윤활 및 보호.
4. 저속 체인 드라이브의 정적 강도 계산
저속 체인 드라이브의 경우, 정적 인장 강도 부족으로 인한 파손 가능성이 높습니다. 따라서 정적 인장 강도는 종종 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
여기서: Sca — 체인의 인장 정적 강도를 계산하기 위한 안전 계수.
Q—단일열 체인의 최대 인장 하중, kN, 표 9-1 참조
n—행의 수
KA—작업 수행 계수, 표 9-9 참조
F1 — 체인의 단단한 쪽의 작동 장력, kN.
저속 체인 구동의 경우, 작은 스프라켓의 이빨 수는 17개 미만일 수 있지만 9개 이상일 수 있습니다.