Kattava oppas ketjukäyttöihin ja ketjutyyppeihin: insinöörien tärkein tieto

Ketjukäyttö erottuu tärkeänä mekaanisena voimansiirtoratkaisuna, jota käytetään yleisesti komponenttien välillä tapahtuvassa voimansiirrossa – sekä pitkien etäisyyksien (kuten viisikerroksisten merimoottorien) että lyhyiden (kuten polkupyöröissä) etäisyyksien osalta. Ketjukäyttö kuuluu viiteen yleisimpään mekaaniseen voimansiirtotapaan joukkoon, johon kuuluvat myös kytkimet, hammaspyöräkäytöt, hihnakäytöt ja voimaruuvit. Jokaisella menetelmällä on omat etunsa ja haittapuolensa, joten insinöörien on arvioitava huolellisesti näitä tekijöitä voidakseen valita parhaan vaihtoehdon tietyille sovelluksille. Tässä artikkelissa käsitellään ketjukäytön perusteita, sen luokittelua, yleisiä ketjutyyppejä, valintakriteerejä sekä keskeisiä etuja ja haittoja.

Mikä on ketjukäyttö?

Ketjukäyttö on mekaaninen voimansiirtosysteemi, jossa käytetään ketjua voimansiirtoon yhdestä päästä toiseen. Tyypillinen ketjukäyttö koostuu kahdesta tai useammasta hammasräädästä (hammastetut pyörät) ja itse ketjusta, jonka rei'illä ketjuterät asettuvat hammasräädäiden hampaiden väliin.
Kun pääkone (esim. sähkömoottori tai polttomoottori) pyörii, se kääntää akseliin kiinnitettyä ketjutarta. Tämä pyöriminen liikuttaa ketjua, joka on kierretty ketjutaralle, ja ketju kohdistaa mekaanisen voiman käyttöakselille, jolloin teho siirtyy tehokkaasti.

Tärkeitä vertailuja muihin siirtoyhteyksiin

Vaihteistojen kanssa: Toisin kuin hihnapyörät, ketjusiirrot eivät liuku, mikä takaa vakionopeussuhteen. Tämä poistaa tehonsiirron viiveen, mikä tekee niistä ihanteellisia käytettäväksi esimerkiksi polttomoottorien ajoitusketjuissa. Ketjusiirroissa tehon häviö johtuu vain ketjun lenkkien ja ketjutarpojen välisestä kitkasta, mikä johtaa korkeampaan mekaaniseen hyötysuhteeseen.
Pyyntöjen kanssa: Ketjusiirrot ovat etäisyyksien suhteen joustavampia. Ne soveltuvat hyvin tilanteisiin, joissa akselit ovat kauempana toisistaan kuin mitä vaihteet kykenevät käsittelemään, samalla säilyttäen kompaktin rakenteen. Lisäksi yhdellä ketjulla voidaan käyttää useita akselit samanaikaisesti – ominaisuus, jota vaihteet harvoin vastaavat.

Ketjukäyttötyypit (toiminnon mukaan)

Ketjukäytöt jaetaan kolmeen päätyyppiin niiden ensisijaisen toiminnon perusteella, joista jokainen on räätälöity tiettyjen sovellusten tarpeisiin:

1. Voimansiirron ketjukäytöt

 Näihin ketjukäyttöihin suunnitellaan yksinomaan voiman siirto kahden akselin välillä. Ne ratkaisevat yleisen ongelman: suurin osa voimaa tuottavista koneista (esim. pumppujen moottorit) ei voi käyttää paikalla tuottamaansa voimaa.
Yleiset sovellukset: Polkupyörät, maatalouskoneet, kompressorit ja moottorien kampiakseliketjut – kaikki ne tukeutuvat voimansiirron ketjuihin siirtämään voimaa lähteestä käyttöpaikkaan.

2. Kuljetinketjukäytöt

Kuljetinketjukäytöt on erityisesti suunniteltu materiaalien käsittelyyn. Niissä on satoja eri suunnitteluja, joilla on räätälöityjä ominaisuuksia, kuten alhainen kitka, korkean lämmön kestävyys, kemikaalien kestävyys, staattisen sähkön estokyky tai magneettisuus. Ketjuihin voidaan lisätä myös erilaisia varusteita monenlaisten tarpeiden tyydyttämiseksi.
Teollisuuden käyttö: Pakkauksissa, autoteollisuudessa, elintarvikkeiden ja lääkkeiden tuotannossa sekä tekstiiliteollisuudessa tehokkaan materiaalikuljetuksen vuoksi.

3. Nostimien ja vetoketjukyklien asennus

Näitä ketjukytkimiä käytetään koneistoissa raskaiden kuormien nostamiseen ja laskemiseen, toimien usein yhdessä pulleiden kanssa vähentääkseen tarvittavaa voimaa. Esimerkkejä ovat ketjutaljat (manuaaliset, sähköiset tai pneumaattiset), joita käytetään yleisesti huoltoliitännöissä, korjaamoissa, rakennustyömailla, alusten konehuoneissa ja tehtaissa – kyky nostaa/laskea kuormia jopa 20 tonnin painoisia.
Nostoketjut jaetaan edelleen kahteen alatyyppeihin:

Elliptiset ketjut (kierrekkeet): Käytetään keskisuuriin ja kevyisiin kuormiin sekä matalan nopeuden nostoihin. Niiden lenkit ovat elliptisiä ja ne on yhdistetty hitsaamalla. Neliölenkkiketjut ovat joskus vaihtoehto, mutta niitä vältetään yleensä huonon jännitysjakautumisen ja solmimisongelmien vuoksi.
Holkkihissit: Suositeltuja suurten kuormien yhteydessä. Jokaisen linkin sisäleveyteen on asennettu holkki, joka estää solmimisen sekä parantaa vetolujuutta ja kestävyyttä. Niitä käytetään yleisesti laivan ankkureissa ja muussa raskaan kaluston nostolaitteistossa.

Yleisiä ketjutyyppejä ketjukäytöissä

Viisi ketjutyyppiä hallitsevat teolliset ja kaupalliset sovellukset, joilla on kukin erillinen rakenne ja edut:

1. Rullakketjut (varrelliset rullakketjut)

Tunnetuin ketjutyyppi, rullakketjut (tai varrelliset rullakketjut) ovat yleisesti käytössä voimansiirrossa polkupyörissä, moottoripyörissä ja kulkuneuvoissa. Ne on valmistettu tavallisesti hiiliteräksestä tai terässeoksista.
Rakenne: Koostuu sisälevyistä (rullalevyt), ulkolevyistä (nastalevyt), varreltia, nastoista ja rullista. Rullat ovat tasaisin välein linkkien välissä, ja ne koskettavat hammaspyörän hampaita voimansiirron toteuttamiseksi.
Keskeiset edut: Rullat pyörivät tarvittaessa koskettaessaan hyytyhampaita, mikä minimoi tehohäviöt. Tehonsiirtoketjuille rullaputkien korkeus (molemmilla puolilla rullia) on suurempi kuin rullan halkaisija, estäen sivulevyjen kosketuksen hyytyjen kanssa ja toimien ohjaimina estämään ketjun liukumista. Kuljetinketjuille rullan halkaisija on suurempi kuin sivutangon korkeus, mikä poistaa sivutankojen kosketuksen kuljeturadoissa ja vähentää kitkaa. Useamman haaran rullaketjuja on saatavilla suuritehoisiin tarpeisiin, mahdollistaen alhaisemmat nopeudet ja pienemmät jaksonmitat samalla kuormitustasolla.

2. Hilaiset ketjut (Käännetyt hampaat -ketjut)

Perinteiset ketjut ovat usein meluisia, mikä tekee niistä sopimattomia melunherkille ympäristöille, kuten suljettuihin tiloihin, kaivoksiin tai asuinkylpeisiin. Hilaiset ketjut (tai käännetyt hampaat -ketjut) ratkaisevat tämän toimimalla hiljaisesti samalla kun ne siirtävät suurta tehoa korkealla nopeudella.
Rakenne: Koostuu tasolevyistä, jotka on pinottu riveihin ja yhdistetty yhdellä tai usealla nivelellä. Jokaisen linkin pohjassa on profiili, joka vastaa hammaspyörän hampaita ja mahdollistaa sulavan kahdistumisen.
Suorituskyky: Käyttövoima, vetolujuus ja ketterän leveys kasvavat kunkin linkin tasolevyjen lukumäärän myötä.

3. Lehtiketjut

Yksinkertaisin ketjutyyppi, lehtiketjut koostuvat vain niveleistä ja levyistä, joissa levyt vaihtelevat niveleiden ja saranoiden välillä. Ne eivät kahdistu hammaspyöriin, vaan ne liikkuvat ohjaimien varassa.
Käyttösovellukset: Ihanteellinen nostamiseen ja tasapainotukseen, kuten hisseihin, varastokoneisiin, kantajakoneisiin ja hissimasteihin. Näissä matalan nopeuden koneissa ketjut ovat alttiina suurille staattisille kuormille ja vähäisille käyttökuormille, ja lehtiketjut selviytyvät erinomaisesti isku- ja hitausvoimille.
Kriittinen vaatimus: Sen on kestettävä suuri vetolujuus ilman venymistä tai murtumista, ja sillä on oltava riittävästi muovisuutta vastustamaan väsymistä. Voitelun ja ympäristöolosuhteiden on oltava huomioitu suunnittelussa.

4. Tasapohjaketjut

Käytetään ainoastaan kuljetukseen, litteiden yläosien ketjut korvaavat kuljetinhihnat ja hihnapyörät - materiaalit voidaan kuljettaa suoraan niiden lenkeissä.
Rakenne: Yksittäiset lenkit ovat yleensä valmistettu teräslevyistä, joiden pohjalla on tynnyrimäisiä onttoja ulokkeita. Nastat kulkevat näiden ulokkeiden läpi yhdistääkseen vierekkäiset lenkit, mikä sallii liikettä vain yhteen suuntaan. Erityiset litteän yläosan ketjut voivat taivutella sivusuunnassa (muokattujen nastarakenteiden kautta), mikä mahdollistaa kuljetuksen kaarteissa.
Käyttösovellukset: Käytetään matalan nopeuden kuljetusjärjestelmissä materiaalien kuljetuksessa kokoonpanolinjoilla.

5. Teknisiin sovelluksiin tarkoitetut teräsketjut

Teknisiin sovelluksiin tarkoitetut teräsketjut kehitettiin 1880-luvulla ja ne on suunniteltu koville olosuhteille ja vaativiin käyttökohteisiin. Ne valmistetaan kuumavalssatusta teräksestä (joskus lämpökäsitelty lisävahvuutta varten), ja niissä on suuremmat välykset komponenttien välillä kestävän pölyä, likaa ja kovia aineita käytön aikana.
Nykykäyttö: Näitä käytetään pääasiassa materiaalinkuljetusketjuina, mutta jotkut toimivat ajojenä. Niitä käytetään kuljetinkoneissa, varrellisissa nostimissa, kaukkajoukossa ja öljynporauslaitteistoissa - parannetulla lujuudella, kulumislujuudella, kuormituskapasiteetilla ja jaolla vastaamaan nykyaikaisia teollisuustarpeita.

Miten valita oikea ketjuaajo

Oikean ketjuajon valitseminen edellyttää sovellustarpeiden arviointia sopivien vaihtoehtojen löytämiseksi. Keskeiset tekijät, joihin on kiinnitettävä huomiota, ovat:

1. Kuorma

Määritä siirrettävä teho - ketjun on kestettävä pääkoneen tuottama teho. Tarkat laskelmat ovat kriittisiä turvallisuuden kannalta, ja suositeltavana on riittävä turvatekijä.

2. Ketjun nopeus

Kaikki ketjuaajot eivät toimi korkeilla nopeuksilla; jotkut on suunniteltu matalille nopeuksille. Laske tarvittava nopeus ja varmista, että se on ketjun suositeltavissa nopeusalueissa vaihtaaksesi vaihtoehtoja.

3. Akselijärjestely

Useimmat ketjuaajot toimivat vain rinnakkain asennettujen akselien kanssa. Jos akselit ovat vinossa, hammaspyöräajot voivat olla parempia vaihtoehtoja.

4. Akselien välinen keskietäisyys

Akselien välisten keskietäisyyksien suositeltu arvo on 30–50 kertaa ketjun jakso. Lisäksi varmista, että pienemmässä hammaspyörässä on vähintään 120°:n kosketuskaari; jos hammaspyörällä on vähän hampaita, vähintään viiden hampaan tulee olla kosketuksessa ketjuun koko ajan.

5. Käyttöympäristö

Ympäristö määrittää ketjun tarpeen kestää kosteutta, likaa, kulumista, korroosiota ja korkeita lämpötiloja. Se vaikuttaa myös tärinän, melutason ja väsymislujuuden tasoihin. Esimerkiksi käänteisiä hammasketjuja (hilaiset ketjut) suositellaan käytettäväksi melunherkissä tiloissa.

6. Voitelu

Useimmat ketjut tarvitsevat voitelua, jotta niiden kulumisaika pitenee. Ketjutyypin, koon, kuorman ja nopeuden perusteella valitaan voitelumenetelmä (manuaalinen, tippavoitelu, öljykylpy tai pakotettu voitelu). Itsevoitelevia ketjuja on saatavilla – ne käyttävät öljyä sisältävää muovia tai metallia valmistetuista laakereista, jotka tarjoavat jatkuvan voitelun ilman ulkoista huoltoa.

Ketjutuksen edut

Voi siirtää vääntöä pitkiä matkoja.
Ei liukumista (toisin kuin hihnapykivät), mikä takaa tasaisen suorituskyvyn.
Tiiviimpi kuin hihnapykivät, sopii suhteellisen pienten tiloihin.
Yksi ketjupyyty voi käyttää useita aksseja.
Monikäyttöinen, toimii korkeassa lämpötilassa ja erilaisissa olosuhteissa (kuiva, märkä, hankaava, syövyttävä jne.).
Pienten kitkajärjestelmä, joka takaa korkean mekaanisen hyötysuhteen.

Ketjupyydyn haittapuolet

Ei voida käyttää ei-yhdensuuntaisilla aksseilla.
Altis melulle ja tärinälle käytön aikana.
Epätasapaino voi aiheuttaa ketjun liukumista.
Jotkin suunnittelut vaativat jatkuvaa voitelua.
Yleensä tarvitaan kotelo suojaukseen.
Jaksonut kiristäminen (esim. välityksellä) on välttämätöntä suorituskyvyn ylläpitämiseksi.