第九章链传动分解课件

机械设计DesignofMachinery机电工程学院机械设计研究室8/8/20231机械设计机电工程学院7/31/20231第三篇机械传动9.1链传动的特点及应用9.2传动链的结构特点9.3滚子链链轮的结构和材料9.4链传动的工作情况分析9.5链传动的设计计算9.6链传动的布置、张紧、润滑与防护第九章链传动8/8/20232第三篇机械传动9.1链传动的特点及应用第九章一、组成链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动。§9.1链传动的特点及应用

8/8/20233一、组成链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动。§9.1链二、优、缺点1、优点与带传动相比：1）2）η高3）结构紧凑（∵带传动要求α1＞120°—a↑）4）压轴力小（啮合传动——张紧力小）。5）可在高温、潮湿等恶劣环境下工作。无弹性滑动8/8/20234二、优、缺点1、优点与带传动相比：1）2）η高3）结构紧与齿轮传动相比：1）适于远距离传动。2）成本低（制造、安装精度↓）。2、缺点1）只能用于平行轴间的传动，且同向转动。2），振动、平稳性差、噪音大。3）成本比带传动高。8/8/20235与齿轮传动相比：1）适于远距离传动。2）成本低（制造、安装精三、应用Pmax→5000kW，vmax→40m/s，imax→15，amax→8m一般：P＜100kW，v＜15m/s，i＜81、不宜用于载荷变化大和急促反向的传动。2、用于a较大，要求i平均不变，而不宜采用齿轮或带传动场合。∴广泛应用在自行车、摩托车挖掘机（恶劣工作条件）其它低速重载场合8/8/20236三、应用Pmax→5000kW，vmax→40m/s，ima8/8/202377/31/20237四、链的种类传动链——一般机械传动，v≤20m/s传动链起重链——提升重物，v≤0.25m/s起重链曳引链——移动重物，v=2~4m/s曳引链8/8/20238四、链的种类传动链——一般机械传动，v≤20m/s传动链起传动链按结构不同，分为：滚子链（套筒滚子链）、齿形链§9-2传动链的结构特点8/8/20239传动链按结构不同，分为：滚子链（套筒滚子链）、齿形链§9-2（一）滚子链结构：自由滚动，减小摩擦，磨损内、外链板呈“8”字形：?

等强度，↓惯性力内链节外链节形成铰链8/8/202310（一）滚子链结构：自由滚动，减小摩擦，磨损内、外链板呈“88/8/2023117/31/202311接头形式：连接链节：过渡链节：产生附加弯矩,承载↓,FQ=0.8FQ∴避免采用奇数链节。偶数节：奇数节：弹簧卡片↓冲击和振动开口销、8/8/202312接头形式：连接链节：过渡链节：偶数节：奇数节：弹簧卡片↓冲主要参数：1）链节距p——基本参数p↑——尺寸↑p=链号×25.4/16（mm）2）链节数Lp整数，一般为偶数。3）排数zp单排链排数↑—承载↑但：排数↑↑—承载不均，∴zp≯3-4多排链8/8/202313主要参数：1）链节距p——基本参数p↑——尺寸↑p=链8/8/2023147/31/202314标准化滚子链已标准化：P167表9-1GB1243.1—83×链号排数链节数标准编号例：08A—1×87GB2431—83？A系列、节距p=12.7mm，单排，87节分为A、B两个系列，常用的是A系列.8/8/202315标准化滚子链已标准化：P167表9-1GB1243.(二）齿形链带外导板带内导板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，工作时链板的侧边与链轮齿廓相啮合。链板的成形孔内装入棱柱，两棱柱相互滚动，可减小摩擦和磨损。p直边直边O60˚8/8/202316(二）齿形链带外导板带内导板齿形链是由许多齿形链板用铰链联接缺点：结构复杂、价格较贵、比较重。应用场合：多应用于高速（链速可达40m/s）、大传动比和小中心距等工作条件较为严酷的场合。优点：承受冲击能力比滚子链好，噪音低，平稳——“无声链”圆销式轴瓦式滚柱式铰链形式：8/8/202317缺点：结构复杂、价格较贵、比较重。应用场合：多应用于高速（链§9-3滚子链链轮的结构和材料组成轮齿轮缘轮毂轮辐设计内容：确定其结构和尺寸，选择材料和热处理方法。8/8/202318§9-3滚子链链轮的结构和材料组成轮齿轮缘轮毂轮(一)链轮齿形

滚子链链轮的齿形齿面圆弧半径：re

齿沟圆弧半径：ri

齿沟角：ααmin、αmax各种链轮的实际断面齿形介于最大最小齿槽形状之间。这样处理使链轮齿廓曲线设计具有很大的灵活性。但齿形应保证链节能平稳自如地进入或推出啮合，并便于加工。国标规定最大值和最小值：reriα属非共轭啮合，链轮齿形设计比较灵活。8/8/202319(一)链轮齿形滚子链链轮的齿形齿面圆弧半径：re齿沟潘存云教授研制d180˚Z滚子链链轮端面齿形（一）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。r2bdcr3r1aa端面齿形：三圆弧一直线8/8/202320潘存云教授研制d180˚Z滚子链链轮端面齿形（一）链轮齿bg(h)r5gbB2B3ptptr5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。直线指采用标准刀具加工r48/8/202321bg(h)r5gbB2B3ptptr5轴面齿形：圆弧+直线滚子链链轮的参数链轮的节距：p----弦长分度圆直径：d1ddf=d-d1

齿顶圆直径：da齿根圆直径：链轮主要尺寸计算公式：§9-3滚子链链轮的结构和材料reriαdf360˚Zp(二）链轮的基本参数和主要尺寸基本参数：配用链条的节距p，套筒的最大外径d1，排距pt和齿数z。8/8/202322滚子链链轮的参数链轮的节距：p----弦长分度圆直径：表9-3链轮主要尺寸计算公式一览名称代号计算公式备注分度圆直径dd=p/sin(180/Z)齿顶圆直径da

damax=d+1.25p-d1

damin=d+(1-1.6/z)p-d1

da=p[0.54+ctg(180/z)]若为三圆弧一直线齿形，则有：分度圆弦齿高ha

hamax=(0.625-0.8/z)p-0.5d1

hamin=0.5(p-d1)z

若为三圆弧一直线齿形，则有：ha=0.27p齿根圆直径df

df=d-d1齿侧凸缘圆直径或排间槽dz

≤pctg(180/z)-1.04h2-0.76mmdgh2-内链板高度ha是为简化放大齿形的绘制而引入的辅助尺寸hamin相应damin

hamax相应damax

可在damax、damin范围内任意选取，但选用damax时，应考虑才用展成法加工有发生顶切的可能性。注：da、dg取整数，其它尺寸精确到0.01mm8/8/202323表9-3链轮主要尺寸计算公式一览名称表9-4链轮的结构尺寸计算公式倒角宽baba=(0.1~0.15)p倒角半径rxrx

≥p名称代号计算公式备注齿宽双排、三排bn0.91b10.93b1

单排0.93b10.95b1

四排以上0.88b10.93b1

链轮齿总宽bfnbfn

=(n-1)pt+bf1

倒角深hh=0.5p齿侧凸缘（或排间距）圆角半径rara

≈0.04pp≤12.7mmp≥12.7mmP>12.7mm时，经制造厂同意，也可以使用p≤12.7mm时的齿宽。b1为内链节内宽。仅适用于B型n----排数bf1bf2bf3ptptr58/8/202324表9-4链轮的结构尺寸计算公式倒角宽链轮的结构实心式----小直径(三）链轮的结构8/8/202325链轮的结构实心式----小直径(三）链轮的结构7/31/20孔板式----中等直径链轮的结构实心式----小直径潘存云教授研制8/8/202326孔板式----中等直径链轮的结构实心式----小直径潘存云教组合式----大直径，齿圈可更换。孔板式----中等直径链轮的结构实心式----小直径潘存云教授研制8/8/202327组合式----大直径，齿圈可更换。孔板式----中等直径链轮(四）链轮的材料链轮的材料应能保证轮齿具有足够的耐磨性和强度，由于小链轮的工作情况较大链轮的恶劣些，故小链轮通常采用较好的材料制造。材料热处理热处理后硬度应用范围15、2050~60HRCZ<25，有冲击载荷的主从动轮35正火160~200HBS在正常工作条件下，齿数Z>25的链轮40、50、ZG310-570淬火、回火40~50HRC无剧烈振动及冲击的链轮15Cr、20Cr50~60HRC渗碳、淬火、回火有动载荷及传递角大功率的重要链轮Z<25Q235、Q23735SiMn、焊接后退火140HBS中等速度、传递较大功率的链轮35SiMn、40Cr35CrMo淬火、回火40~50HRC使用优质链条、重要的链轮灰铸铁(HT150以上)淬火、回火260~280HBSZ>50的从动链轮渗碳、淬火、回火功率小于6KW、速度较高、要求传动平稳和噪声小的脸轮夹布胶木材料与热处理：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。8/8/202328(四）链轮的材料链轮的材料应能保证轮齿具有足够的耐磨§9.4链传动的工作情况分析(一）链传动的运动特性（二）链传动的动载荷（三）链传动的受力分析8/8/202329§9.4链传动的工作情况分析(一）链传动的运动特性7/§9.4链传动的工作情况分析整条链：挠性体单个链节：刚性体链条绕上链轮时，链节与链轮轮齿啮合，形成正多边形一部分。链条与链轮分度圆在运动中交替呈现相割和相切。∵链轮转一周，链条转过长度为zp∴平均链速：平均传动比：（一）链传动的运动特性——多边形效应8/8/202330§9.4链传动的工作情况分析整条链：挠性体单个链节：刚性体实际上：ω1=const时，ω2、v是变化的。假设：紧边在传动时总是处于水平位置。—水平分速度,即链速,使链条前进,传递功率。—垂直分速度,使链条上下移动,消耗功率。主动轮：在某一时刻，销轴的圆周速度为。8/8/202331实际上：ω1=const时，ω2、v是变化的。假设：紧边在传由：可见时，——链节距对应的中心角，两个特殊位置：时：时：8/8/202332由：可见时，——链节距对应的中心角，两个特殊位置：时：时：如图：、均作周期性变化每转一个链节为周期——“忽快忽慢”——“忽上忽下”不平稳、有规律振动。↓—↑—运动不均匀性↑8/8/202333如图：、均作周期性变化每转一个链节为周期——“忽快忽慢”—从动轮：∵v、γ变化∴ω2变化由后果：1、i瞬时变化；2、链速不均匀。紧边长度为链节距的整数倍i瞬时=1z1=z2使i瞬时=const的条件：这种在链传动中，由于链呈多边形运动，链条瞬时速度和传动比发生周期性波动，链条上下振动造成传动不平稳现象，是链传动固有特性，是无法消除的，称为链传动的多边形效应。8/8/202334从动轮：∵v、γ变化∴ω2变化由后果：1、i瞬时变(二)链传动的动载荷主要原因有四点：1、由于v、ω2周期性变化附加动载荷链的加速度：时：p↑z1↓a↑动载荷↑可见：n1↑—ω1↑8/8/202335(二)链传动的动载荷主要原因有四点：1、由于v、ω2周期2、链条的垂直分速度周期性变化（大小、方向）链条横向振动。3、链条进入链轮瞬间，产生冲击附加动载荷。可见：q↑p↑n↑—↑Ek为↓Ek→↓p，n＜nlim。4、由于链张紧不好、链条松弛——在起动、制动、载荷变化等情况下——惯性冲击常数冲击动能：∴

链传动的运动不均匀性和动载荷是链传动的固有特性。8/8/2023362、链条的垂直分速度周期性变化（大小、方向）链条横向振动。3ω

vn↑、p↑,则→相对冲击动载荷↑d当链节啮上链轮轮齿的瞬间，作直线运动的链节铰链和以角速度ω作圆周运动的链轮轮齿，将以一定的相对速度突然相互啮合，从而使链条和链轮受到冲击，并产生附加动载荷。dω

8/8/202337ωvn↑、p↑,则→相对冲击动载荷↑d当链节啮降低动载荷的措施：(1)n1<nlim;(2)链传动尽量放在低速级；(3)选用小p，多z的链传动。思考：链传动为什么布置在低速级?带传动应布置在多级传动的高速级还是低速级？为什么？**链的节距越大，多边形效应越严重**链轮转速越高，多边形效应越严重8/8/202338降低动载荷的措施：思考：链传动为什么布置在低速级?带传动应布(三）链传动受力分析一、紧边拉力1、工作拉力FeP——kWv——m/s2、离心力Fcq——kg/m3、悬垂拉力Ff——布置方式、垂度大小悬垂拉力:F’f=Kfqa×10-2Na--为中心距，Kf--为垂度系数其值与链轮中心线与水平夹角有关,见下页F”f=(Ky+sinα)qa×10-2NFf=[F’fF”f]

max8/8/202339(三）链传动受力分析一、紧边拉力1、工作拉力FeP——kW二、松边拉力注意：1）链传动紧边布置与带传动相反。2）张紧力：带传动张紧力决定传动工作能力；链传动张紧力不决定工作能力，防止脱链、跳齿3）因张紧力小，压轴力比带传动小。控制松边垂度而是8/8/202340二、松边拉力注意：1）链传动紧边布置与带传动相反。2）张紧力§9.5滚子链传动的设计计算（一）失效形式1、链条元件的疲劳破坏（∵交变应力下工作）2、链条铰链磨损→p↑—脱链3、胶合：销轴与套筒（高速或润滑不良）4、冲击破坏：起动、制动、反转6、链轮轮齿磨损5、静力拉断：下，过载拉断8/8/202341§9.5滚子链传动的设计计算（一）失效形式1、链条元件的1.极限功率曲线针对各种失效形式——极限功率曲线（帐篷曲线）实际使用区域4321极限功率曲线n1P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。曲线1--正常润滑条件下，链条铰链磨损限定的极限功率；曲线2--链板疲劳强度限定的极限功率；曲线3--滚子、套筒的冲击疲劳强度限定的极限功率；曲线4--铰链胶合限定的极限功率；其极限功率急剧下降；密封润滑不良(二)链传动的额定功率2、额定功率P0为避免上述失效形式——特定条件下，试验曲线各种失效形式都与链速有关为保证链传动工作的可靠性，采用额定功率来限制链传动的实际工作能力。8/8/2023421.极限功率曲线针对各种失效形式实际使用区域4321极限功率潘存云教授研制10152040608010015020040060080010001500200040006000小链轮转速n1(r/min)0.10.150.20.40.60.811.52468101520406080100150200300功率p0(kw)48A单排A系列滚子链的功率曲线链号节距08A12.710A15.87512A19.0516A25.420A31.7524A38.128A44.4532A50.840A63.548A76.240A32A28A24A20A16A12A10A08A8/8/202343潘存云教授研制10152040608010015020040特定条件：z1=25、Lp=120、Lh=1500h,单排,水平,实际使用：修正考虑：1）工作情况；2）主动链轮齿数；3）链传动排数。8/8/202344特定条件：z1=25、Lp=120、Lh=1500h,单排,(三）链传动的参数选择1、传动比ia一定时，i↑—α↓—同时啮合齿数少—磨损↑—跳齿∴，通常：α1≥120°，i=2~3.52、链轮齿数1）不宜过少z↓—↑运动不均匀性、↑动载荷—↑垂直分速度，↑功率消耗z↓，同时啮合齿数↓，磨损↑z↓，链节间相对转角↑，↑功率消耗∴限制zmin8/8/202345(三）链传动的参数选择1、传动比ia一定时，i↑—α↓—2）不宜过多z1↑→z2↑↑─→d+Δd↑→跳齿、脱链↑→寿命↓磨损由于：磨损后：p→p+Δp即：当Δp相同时：z↑—Δd↑—链节外移(爬齿)↑—脱链可能性↑∴zmax=120问：自行车链传动，磨损后脱链从哪轮开始？前轮：z多3）均匀磨损Lp为偶数→链轮齿数应采用与Lp互质的奇数。

8/8/2023462）不宜过多z1↑→z2↑↑─→d+Δd↑→跳齿、脱链↑→寿3、链速、链轮极限转速v↑—动载荷↑∴v＜12m/snlim—右侧竖线（图9-11）。4、链节距p和排数p↑链传动尺寸↑—承载能力↑运动不均匀性↑、动载↑、振动噪音↑∴尽量采用小节距链条。速度高、功率大或a小、i大：小节距、多排链；v小、a大、i小：大节距、单排链；一般8/8/2023473、链速、链轮极限转速v↑—动载荷↑∴v＜125、中心距和链长v一定：a↓—Lp↓—屈伸次数↑—磨损↑d一定：a↓—α1↓—同时啮合齿数↓—磨损↑a↑↑—松边上下颤动，传动不平稳。∴a=（30~50）pamax=80pa↓8/8/2023485、中心距和链长v一定：a↓—Lp↓—屈伸次数↑—磨损1.已知条件及设计内容：已知条件设计内容传递的额定功率P主动轮转速n1从动轮转速n2或传动比i传动位置要求

工况条件、原动机类型等链条的型号、链节数和排数传动中心距a链轮齿数、材料和结构压轴力、润滑方式和张紧装置等（四）滚子链传动的设计计算8/8/2023491.已知条件及设计内容：已知条件设计内容传递的额定功率P链2、计算当量的单排链的计算功率Pca3、确定链条型号和节距据Pca和n1,由图9-11。由表9-1确定p2.设计步骤和方法1、选择链轮齿数和确定传动比4、计算链节数和中心距5、计算链速，确定润滑方式6、计算链传动在轴上的压轴力FpZ在17~114间由图9-14选择-8/8/2023502、计算当量的单排链的计算功率Pca3、确定链条型号和节距据kz——主动链轮齿数系数,(见图9-13)kp——多排链系数,双排kp=1.75

，三排kp=2.5

；P——传递的功率，KW.特定条件：z1=25、Lp=120、Lh=1500h,单排,水平,实际使用：修正考虑：1）工作情况；2）主动链轮齿数；3）链传动排数。将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率：式中：kA——工