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1、 第10章链传动 10 1链传动概述 10 2链传动工作情况分析 10 3滚子链传动的设计 10 4链传动的布置和润滑 链传动由装在平行轴上的链轮和跨绕在两链轮上的环形链条所组成 以链条作中间挠性件 靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力 10 1链传动概述 10 1 1链传动的特点和类型 链传动结构简单 耐用 维护容易 适用于中心距较大的场合 与齿轮传动相比 链传动的制造和安装精度要求较低 成本低廉 能实现远距离传动 但瞬时速度不均匀 瞬时传动比不恒定 传动中有一定的冲击和噪音 与带传动相比 链传动能保持准确平均传动比 没有弹性滑动和打滑 需要张紧力小 能在温度较高 有油污等环境下工作 链传
2、动的传动比i 8 中心距a 5 6m 传递功率P 100kW 圆周速度v 15m s 传动效率 0 92 0 96 链传动广泛用于矿山机械 农业机械 石油机械 机床及摩托车中 按照链条的结构不同 传递动力用的链条主要有滚子链和齿形链两种 其中齿形链结构复杂 价格较高 因此其应用不如滚子链广泛 销轴与外链板铆牢 分别称为内外链节 内外链节构成一个铰链 当链条啮入啮出时 内外链节作相对转动 同时滚子沿链轮链齿滚动 可减少链条与轮齿的磨损 内外链板均做成8字形 以减轻重量 并保持各横截面的强度大致相等 10 1 2链传动的结构与选择 1 链条 类型 滚子链的组成 滚子 套筒 销轴 内链板 外链板 齿
3、形链 滚子链 套筒与销轴 滚子与套筒均为间隙配合 销轴 滚子 外链板 套筒 内链板 内链板紧压在套筒两端 称为内链节 滚子链已标准化 分为A B两种系列 常用的是A系列 表10 9列出几种A系列滚子链的主要参数 链条长度以链节数来表示 链节数最好取为偶数 以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接 接头处可用开口销或弹簧夹锁紧 图10 22a b 若链节数为奇数时 则需采用过渡链节 图10 22c 在链条受拉时 过渡链节还要承受附加的弯曲载荷 通常应避免采用 滚子链的接头型式 双排滚子链 齿形链是由许多齿形链板用铰链联接而成 齿形链板的两侧是直边 工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合 铰链可做成滑动
4、副或滚动副 图b所示为棱柱式滚动副 链板的成形孔内装入棱柱 两组链板转动时 两棱柱相互滚动 可减少摩擦和磨损 与滚子链相比 齿形链运转平稳 噪声小 承受冲击载荷的能力高 但结构复杂 价格较贵 也较重 所以它的应用没有滚子链那样广泛 齿形链 滚子链链轮端面齿形 链轮齿形 这种三圆弧一直线齿形基本上符合标准齿槽形状范围 且具有较好的啮合性能 并便于加工 端面齿形 三圆弧一直线 轴面齿形 圆弧 直线便于进入或退出啮合 单排链轮轴面齿形 多排链轮轴面齿形 零件工作图 只绘制轴面齿形 不用绘制端面齿形 材料与热处理 碳素钢 铸铁 重要链轮可用合金钢 齿面需经热处理以提高接触强度和耐磨性 指采用标准刀具加
5、工 如选用三圆弧一直线齿形 则 链轮轴面齿形两侧呈圆弧状 以便于链节进入和退出啮合 链轮上被链条节距等分的圆称为分度圆 直径用d表示 若已知节距p和齿数z时 链轮主要尺寸计算式为 滚子链链轮轴面齿形 链轮齿形用标准刀具加工时 在链轮工作图上不需要画出端面齿形 只需注明链轮的基本参数和主要尺寸 并注明 齿形按3RGB T1244 85规定制造 即可 但须给出链轮轴面齿形 以便车削链轮毛坯 链轮齿应有足够的接触强度和耐磨性 故齿面多经热处理 小链轮的啮合次数比大链轮多 所受冲击力也大 故所用材料一般优于大链轮 常用的链轮材料有碳素钢 如Q235 Q275 45 ZG310 570等 灰铸铁 如HT
6、200 等 重要的链轮可采用合金钢 链轮的结构如图10 26所示 小直径链轮可制成实心式 图a 中等直径的链轮可制成孔板式 图b 直径较大的链轮可设计成组合式 图c 若轮齿因磨损而失效 可更换齿圈 链轮轮毂部分的尺寸可参考带轮 链轮结构 链条绕上链轮后形成折线 因此链传动相当于一对多边形轮子之间的传动 设z1 z2为两链轮的齿数 p为节距 mm n1 n2为两链轮的转速 r min 则链条线速度 简称链速 为 10 2链传动工作情况分析 10 2 1链传动的运动特性 由以上两式求得的链速和传动比均为平均值 实际上 由于多边形效应 瞬时链速和瞬时传动比都是变化的 链传动的传动比 为了便于分析 设
7、链的主动边 紧边 处于水平位置 主动链轮以角速度 1回转 当链节与链轮轮齿在A点啮合时 链轮上该点的圆周速度的水平分量即为链节上该点的瞬时速度 其值为 式中 d1为主动链轮的分度圆直径 mm 为A点圆周速度与水平线的夹角 任一链节从进入啮合到退出啮合 角在 180 z到 180 z的范围内变化 由此可知 当主动轮以角速度 1等速转动时 链条瞬时速度v周期性地由小变大 又由大变小 每个节距变化一次 当 0o 链速最大 vmax d1w1 2 当 180 z时 链速最小 vmax d1w1 2 cos180 z 同理 链条在垂直于链节中心线方向的分速度v d1w1 2 sin 也作周期性变化 从而
8、使链条上下抖动 由于链速是变化的 工作时不可避免地要产生振动和动载荷 在从动链轮上 2角变化范围为 180 z2 180 z2 由于链速v和 2角不断变化 从动轮角速度 2也周期性变化 即瞬时传动比是变化的 2的波动将引起链条与链轮产生冲击 振动和噪音 加剧磨损 当链轮齿数增加时 则 1和 2相应减小 速度波动 冲击 振动和噪音都会减小 所以链轮的最小齿数不宜太少 通常取主动链轮 即小链轮 的齿数大于17 链传动工作时 紧边和松边的拉力不相等 若不考虑动载荷 则紧边所受的拉力F1为工作拉力F 离心拉力Fc和悬垂拉力Fy之和 松边拉力为 10 2 2链传动的受力分析 工作拉力为 式中 P为链传动
9、传递的功率 KW v为链速 m s 式中 q为每米链的质量 kg m 见表 离心拉力为 悬垂拉力为 式中 a为链传动的中心距 m g为重力加速度 g 9 81m s2 Ky为下垂度y 0 02a时的垂度系数 Ky值与两链轮轴线所在平面与水平面的倾斜角 有关 垂直布置时Ky 1 水平布置时Ky 7 对于倾斜布置的情况 30 时Ky 6 60 时Ky 4 75 时Ky 2 5 链作用在轴上的压力FQ可近似取为FQ 1 2 1 3 F 有冲击和振动时取大值 悬垂拉力为 由于链条受变应力的作用 经过一定的循环次数后 链板会发生疲劳破坏 在正常润滑条件下 疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素 10 3
10、滚子链传动的设计 10 3 1滚子链传动的失效形式 链传动的失效形式主要有以下几种 1 链板疲劳破坏 2 滚子 套筒的冲击疲劳破坏 链节与链轮啮合时 滚子与链轮间会产生冲击 高速时冲击载荷较大 使套筒与滚子表面发生冲击疲劳破坏 当润滑不良或速度过高时 销轴与套筒的工作表面摩擦发热较大 而使两表面发生粘附磨损 严重时则产生胶合 3 销轴与套筒的胶合 4 链条铰链磨损 链在工作过程中 销轴与套筒的工作表面会因相对滑动而磨损 导致链节伸长 容易引起跳齿和脱链 在低速 v 6m s 重载或瞬时严重过载时 链条可能被拉断 5 过载拉断 以上各种失效形式 将使链传动的工作能力受到限制 可通过实验作出单排滚
11、子链的极限功率曲线 10 3 2额定功率曲线图 对应每种失效形式 可得出一个极限功率表达式 常用线图表示 其极限功率急剧下降 单排滚子链的极限功率曲线 1是在正常润滑条件下 铰链磨损限定的极限功率曲线 2是链板疲劳强度限定的极限功率曲线 3是套筒 滚子冲击疲劳强度限定的极限功率曲线 4是铰链 套筒 销轴 胶合限定的极限功率曲线 图中阴影部分为实际使用的许用功率 区域 若润滑不良及工作情况恶劣 磨损将很严重 其极限功率大幅度下降 如图中虚线5所示 滚子链的额定功率曲线是在特定条件下制定的 即 1 两轮共面 2 小轮齿数z1 19 3 链长Lp 100节 4 载荷平稳 5 按推荐的方式润滑 图10
12、 27 6 工作寿命为15000h 7 链条因磨损而引起的相对伸长量不超过3 单排A系列滚子链的功率曲线 上图表明 当采用推荐的润滑方式时 链传动所能传递的功率P0 小轮转速n1和链号三者之间的关系 若润滑条件与推荐的润滑方式不同时 则根据链速v的不同 将P0的值降低 当链速v 1 5m s时 降低到50 当1 5m s v 7m s时 降低到25 当v 7m s而润滑又不当时 不宜用链传动 设计时 若实际选用参数与上述特定条件不同 则需要引入一系列相应的修正系数对图中额定功率P0进行修正 单排链传动的额定功率应按下式确定 式中 KA为工作情况系数 由表10 10确定 P0为单排链的额定功率
13、kW P为链传动传递的功率 KW Kp为多排链系数 表10 12 Kz为小链轮的齿数系数 由表10 11确定 当工作点落在图10 26的曲线顶点左侧时 属于链板疲劳 查表中Kz 当工作点落在图10 26的曲线右侧时 属于套筒 滚子冲击疲劳 查表中k z KL为链长系数 图10 28 图中曲线1为链板疲劳计算用 曲线2为套筒 滚子冲击疲劳计算用 当失效形式无法预先估计时 取曲线中小值代入计算 表10 10工作情况系数KA 表10 11小链轮齿数系数Kz和 表10 12多排链系数KP 链轮的齿数越少 瞬时链速变化越大 而且链轮直径也较小 当传递功率一定时 链和链轮轮齿的受力也会增加 为使传动平稳
14、小链轮齿数不宜过少 但如齿数过多 又会造成链轮尺寸过大 而且 当链条磨损后 也容易从链轮上脱落 滚子链传动的小链轮齿数z1应根据链速v和传动比i 由表10 13进行选取 然后按z2 iz1 选取大链轮的齿数 并控制z2 120 10 3 3滚子链传动参数的选择 1 链轮齿数z1 z2 因链节数常取偶数 故链轮齿数最好取奇数 以使磨损均匀 但如z1选得太大时 大链轮齿数z2将更大 除增大了传动的尺寸和质量外 也易于因链条节距的伸长而发生跳齿和脱链现象 同样会缩短链条的使用寿命 若链条的铰链发生磨损 将使链条节距变长 链轮节圆d 向齿顶移动节距增长量 p与节圆外移量 d 的关系 可由式导出 节圆外
15、移量与链节距增长量的关系 由此可知 p一定时 齿数越多节圆外移量 d 就越大 也越容易发生跳齿和脱链现象 所以大链轮齿数不宜过多 一般应使z2 120 一般链条节数为偶数 而链轮齿数最好选取奇数 这样可使磨损较均匀 链的节距p是决定链的工作能力 链及链轮尺寸的主要参数 正确选择p是链传动设计时要解决的主要问题 链的节距越大 承载能力越高 但其运动不均匀性和冲击就越严重 如图10 31所示 当链节以一定的相对速度与链轮齿啮合的瞬间 将产生冲击和动载荷 因此 在满足传递功率的情况下 应尽可能选用较小的节距 高速重载时可选用小节距多排链 2 链的节距p 传动比受链轮最小齿数和最大齿数的限制 且传动尺
16、寸也不能过大 因此传动比一般不大于6 传动比过大时 小链轮上的包角 1将会太小 同时啮合的齿数也太少 将加速轮齿的磨损 因此 通常要求包角 1不小于120 3 传动比i 啮合瞬间的冲击 4 中心距a和链节数Lp 若链传动中心距过小 则小链轮上的包角也小 同时啮合的链轮齿数也减少 链的长度以链节数LP 节距p的倍数 来表示 与带传动相似 链节数LP与中心距a之间的关系为 若中心距过大 则易使链条抖动 一般可取中心距a 30 50 p 最大中心距amax 80p 计算出的Lp应圆整为整数 最好取为偶数 如已知Lp时 也可由式 10 37 计算出实际中心距a 即 通常中心距设计成可调的 若中心距不能调节而又没有张紧装置时 应将计算的中心距减小2 5mm 使链条有小的初垂度 以保持链传动的张紧 对于v 0 6m s的低速链传动 其失效形式主要是链条因过载被拉断 故应按抗拉静强度条件进行计算 根据已知的传动条件 由滚子链的额定功率曲线图初选链条型号 然后校核安全系数S 10 3 4低速链传动的设计 S 为许用静强度安全系数 通常 S 4 8 式中 S为静强度计算的安全系数 FQ为链条的最低破坏载
