第14章链传动设计

机械设计(MechanicalDesign)燕松山2013年09月第十四章

链传动设计§14-1链传动概述

§14-2链传动的运动特性和受力分析§14-3滚子链传动设计计算潘存云教授研制组成：链轮、环形链条作用：靠链与链轮轮齿之间的啮合实现平行轴之间的同向传动。§14-1链传动的类型、结构和特点

链传动的工作原理：间接啮合传动滚子链传动一.链传动的类型齿形链

导向板棱柱销轴齿形链板滚子链

二.滚子链的结构、参数及标记滚子链的组成滚子链的装配图一）滚子链结构分析——滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。

滚子滚子链的结构分析图h2内链板外链板销轴套筒销轴与外链板——用过盈配合连接，称为外链节。

套筒与内链板——用过盈配合连接，称为内链节。

销轴与套筒之间——间隙配合，当链条与链轮轮齿啮合时，内、外链相对转动。

滚子与套筒之间——为间隙配合，使滚子与轮齿间主要发生滚动摩擦。

p二）滚子链的主要参数

链节距p

——链条上相邻两滚子外圆中心之间的距离，是反映链条尺寸和承载能力的重要参数。节距p大，链各部分尺寸大，承载能力高，但重量也随之增大。

链的排数np——排数是反映链条承载能力的参数。排数多，链条承载能力高，当传动功率较大时，可采用双排链或多排链。但限于链条的制造与装配精度，各排链承受的载荷不易均匀，故排数不宜过多。双排链

链节数Lp——

链条节头数目称为链节数，是反映链条长度的参数。一般采用偶数链节，链条连成环形时正好是外链板与内链板相连接。滚子链的接头形式

若采用奇数链节，链条连成环形时必须使用过渡链节。过渡链节的链板受拉力时有附加弯矩的作用，所以强度仅为通常链节的80％左右，故设计时应尽量避免使用过渡链节。a)偶数链节用接头b）过渡链节3．滚子链的标记

——

链号—

排数x链节数标准号

链号，节距p=25.4mm按本标准制造的A系列链节数LP=80节标准号单排例如：

16

A—1×80

GB／T1243.1—1983

三．链传动的特点及应用

一）链传动的特点——

链传动兼有齿轮传动和带传动的特点。

与齿轮传动比较：链传动较易安装，成本低廉；远距离传动(中心距最大可达十多米)时，其结构要比齿轮传动轻便得多。特点：与带传动相比1.

链轮传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；2.需要的张紧力小，作用在轴上的压力小，可减少轴承的摩擦损失；3.结构紧凑；4.能在高温，有油污等恶劣环境下工作；与传齿轮动相比5.制造和安装精度较低，中心距较大时其传动结构简单；缺点：

瞬时转速和瞬时传动比不是常数，传动的平稳性较差，有一定的冲击和噪声。应用：

广泛应用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。工作范围：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：

η

≈0.95~0.98

一.链传动的运动特性

一）链传动的平均链速V平及平均传动比i平

与带传动相比，链传动相当于链条绕在多边形的轮子上，多边形的边长等于节距p，边数等于链轮齿数z，链轮每转一周，链就移动一个多边形的周长，所以链的平均速度为：链传动的平均传动比：§14-2链传动的运动特性和受力分析1.分析说明：1）研究滚子链销轴中心的运动；

2）设链的紧边（即主动边）在传动时，始终处于水平位置。2.链传动的瞬时链速V瞬二）链传动的瞬时链速V瞬及瞬时传动比i瞬

链传动速度分析AVV1V1′BVV2V2′D

图示为链条的销轴中心A在主动轮上啮进，销轴中心D在从动轮上啮出的速度分析。设主、从动链轮分别以角速度ω1、ω2转动，其节圆半径为R1、R2，销轴中心A、D亦随之作等速圆周运动，其圆周速度V1=R1ω1，V2=R2ω2

链传动速度分析AVV1V1′BVV2V2′DV1、V2可分解为沿链条前进方向的分速度V和垂直链条前进方向的分速度V1´、V2´。V1V=R1ω1cosβV1′=R1ω1sinβV2V=R2ω2cosγV2′=R2ω2sinγ式中：β——为铰链点A的圆周速度与前进分速度之间的夹角，在数值上等于A点在主动轮上的相位角，β在±180º/Z1之间变化。γ——为铰链点D的圆周速度与前进分速度之间的夹角，在数值上等于D点在主动轮上的相位角，γ在±180º/Z2之间变化。

可见，在链节的啮进过程中，链条前进方向速度V和垂直方向分速度V1′、V2′的数值随β、γ变化而改变。其变化情况只需分析一链节从进入啮合开始，到相邻的下一个链节进入啮合为止的一段时间的运动情况，以A链节在主动链轮1上啮合全过程为例分析瞬时速度变化。AVV1V1′BVV2V2′D1）A链节开始进入啮合——相位角：前进方向分速度：垂直方向分速度：AVV1V1′BVV2V2′D前进方向分速度：V=R1ω1cosβ；垂直方向分速度：V1′=R1ω1sinβ；ABV3）A链节与Y轴重合——相位角β=0

A链节与Y轴重合（β=0

）前进方向分速度：V=V1=R1ω1；垂直方向分速度：V1′=0DAVV1V1′DVV2V2′前进方向分速度：V=R1ω1cosβ；垂直方向分速度：V1′=R1ω1sinβ；B5）A链节结束啮合时——相位角：AVV1V1′DVV2V2′前进方向分速度：垂直方向分速度：B每啮进一个链节时，链速变化情况相位角β变化：前进方向分速度：即：时而加速啮进，时而减速啮进垂直方向分速度：即：时而减速上升，时而加速下降链速V时快时慢，V′忽上忽下的变化，称为多边形效应。上述链速变化规律可用下图描述。减速啮进加速啮进加速下降减速上升/z1-1800/z1啮进一个链节βVV′0链传动的瞬时链速变化

链节在从动轮上退出啮合时链速变化，可参照上述分析。即分析某一链节D从其前一相邻敛迹链节退出啮合时开始，到该D链节退出啮合时为止时间内的运动情况。从动轮节圆上圆周速度：从动轮的角速度：3.链传动的瞬时传动比i瞬——

i瞬=常数的条件：1）i=1，即Z1=Z2，β和γ变化范围相同；2）传动的中心距为链节距的整数倍，使β和γ同步变化。结论：链传动存在多边形效应，使链节啮合速度周期性变化，瞬时传动比不等于常数，使运动产生不均匀性和动载荷。

二.链传动的受力分析一）链传动工作时受力分析

链紧边受到的拉力：F1=F+Fc+Fy链松边受到的拉力：F2=Fc+FyF—

链传动的圆周力（有效拉力）Fc—

作圆周运动的链节产生的离心力Fy—

链条重量产生的悬垂拉力，Fy=KyqgaN式中：q—

链每米长度的质量，kg/m，见表9-1；v—

链的圆周速度，m/s；a—

链传动的中心距，m；g—

重力加速度，g=9.81m/s2；Ky

—

垂度系数，即下垂量为y=0.02a时的拉力系数，见表14-2，表中β为两链中心连线与水平面的夹角。二）链作用于轴上的压力FQ

链传动为间接啮合传动，安装时只需较小的张紧力，目的是使松边的垂度不致过大。一防松边在下时，导致链轮啮合齿数较少，加速磨损，产生较大振动、跳齿或脱链。

与带传动相比之下，链作用于轴上的压力要小得多，若忽略传动中的动载荷，可近似取为：FQ=F1+F2≈(1.2~1.3)F三.链传动中的动载荷链传动中的动载荷包括

外部附加动载荷——由于工作载荷和原动机的工作特性带来的振动、冲击等因素引起的附加载荷，用工作情况系数加以考虑；

内部附加动载荷——由链传动本身速度变化及制造、安装误差引起的附加动载荷。内部附加动载荷产生原因：1）由于链速v的周期性变化产生的加速度a，当β=±φ1/2时，加速度达到最大值：

可见，链速越高，节距越大，链的加速度越大，则链传动的动载荷也越大。2）链条上下方向运动速度v周期性变化产生横向振动，引起动载荷。3）当链条的铰链与轮齿突然啮合时，相当于链节铰链敲击轮齿，它们之间产生冲击动载荷。4）链和链轮的制造误差以及安装误差。5）由于链条的松弛，在启动、制动、反转、突然超载或卸载情况下出现的惯性冲击等。四.影响链传动运动不均匀性和动载荷的主要因素及其减小措施一）影响因素小链轮齿数Z1：链节距p：小链轮的角速度ω1：二）减小运动不均性动载荷的措施1）选较多的链轮齿数；2）链传动放在低速级，限制Vmax≤15m/s;3）尽可能使用较小的链节距。一.滚子链传动的主要失效形式及计算准则一）主要失效形式

1.铰链磨损—

链节在进入和退出啮合时，销轴与套筒之间存在相对滑动，在不能保证充分润滑的条件下，将引起铰链的过度磨损，导致链轮节圆增大，链与链轮的啮合点外移，最终将产生跳齿或脱链而使传动失效。由于磨损主要表现在外链节节距的变化上，内链节节距的变化很小，因而实际铰链节距的不均匀性增大，使传动更不平稳，通常节距增大3%，则为失效。它是开式链传动的主要失效形式。§14-3滚子链传动设计计算PP+△P△P

链条磨损后的节距增量p+Δpp3600/z3600/zdˊdˊ+Δdˊ链节距伸长量与节圆增大量之间关系2.链板的疲劳破坏

因而链板在变应力状态下工作，经过一定的循环次数链板会产生疲劳断裂。在润滑条件良好且设计安装正确的情况下，链板的疲劳强度是决定链传动工作能力的主要因素。3.点蚀和多次冲击破断

工作中由于链条反复启动、制动、反转或受重复冲击载荷时承受较大的动载荷，经过多次冲击，滚子表面产生点蚀，且滚子、套筒和销轴会产生冲击断裂。4.销轴与套筒的胶合

由于套筒和销轴间存在相对运动，在变载荷的作用下，润滑油膜难以形成，当转速过高时，套筒与销轴间产生的热量导致套筒与销轴的胶合失效。5.过载拉断

在低速重载的传动中或者链传动严重过载时，链元件被拉断。二）链传动计算准则

通常链轮的寿命为链寿命的2—3倍以上，故链传动的承载能力以链的强度和寿命为依据。闭式传动V≥0.6m/s链传动：按由铰链磨损，链板的疲劳破坏，滚子、套筒和销轴冲击破断，销轴与套筒的胶合限制的额定功率曲线设计；V<0.6m/s链传动：主要失效为过载拉断，按强静度计算。开式链传动——主要失效为磨损，进行磨损条件性计算即：p[p]。下面介绍额定功率曲线法二.滚子链传动的功率曲线一）滚子链传动的极限功率曲线

6是润滑条件不好或工作环境恶劣的情况下的极限功率曲线，这种情况下链磨损严重，所能传递的功率甚低。

1是在良好而充分润滑条件下由磨损破坏限定的极限功率曲线；2是在变应力下链板疲劳破坏限定的极限功率曲线；

3是由滚子套筒冲击疲劳破坏限定的极限功率曲线；4是由销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线；5是良好润滑条件下的额定功率曲线，是设计时所使用的曲线；

一）滚子链传动的额定功率曲线Ａ系列滚子链传动的额定功率曲线注：双排链的额定功率曲线可以用单排链的Ｐ０×１.７５计算得到三排链的额定功率曲线可以用单排链的Ｐ０×２.５计算得到说明：1、是在特定条件下得到的。

特定条件：Ｚ１=２５；ＬＰ=1２０节；单排链；传动比i=3，两链轮安装在平行的水平轴上，两链轮共面；载荷平稳；按照推荐的润滑方式润滑；工作寿命为15000小时；链因磨损而引起的相对伸长量不超过3％。

设计时修正公式：Ｐ０＝ＰＫＡＫZＫＡ

为工作情况系数

ＫZ

小链轮齿数系数

2、当实际情况不符合特定条件时，应对查得Ｐ０的值进行修正。

3、当不能保证按图示推荐的润滑方式时，则设计时应将Ｐ０值按如下数值降低：当v≤1.5m/s，润滑不良时，降至(0.3～0.6)；无润滑时，降至0.15(寿命不能保证15000小时)；

当1.5m/s<v≤7m/s，润滑不良时，降至(0.15～0.3)；

当v>7m/s，若润滑不良时，该传动不可靠，不宜采用。

链传动设计根据链速不同分为一般与低速两种情况：通常，一般(0.6m/s)的链传动按功率曲线设计计算；低速(<0.6m/s)链传动按静强度设计计算。

1、一般(V≥0.6m/s)的链传动设计方法

(1)确定链轮齿数和速比

对使用寿命有很大影响。若小链轮齿数

Ｚ１↓｛三、链传动的设计计算和主要参数的选择

当链速很低时，滚子链传动小链轮最小齿数可选到Ｚ１min≥9，一般小链轮齿数可根据传动比按表９-４选取。－－－－运动速度的不均匀性和动载荷↑

－－－－链节进入和退出啮合时，相对转角↑，

铰链磨损↑－－－－冲击和功率损耗↑

。

表14-４小链轮齿数Ｚ１链速Ｖ（m/s）0.6～3

3～8>8Z1≥17≥21≥25但是Ｚ１↑↑→Ｚ２↑↑｛传动尺寸和重量↑链条节距的伸长后发生脱链，使用寿命↓

p＋Δpp从动轮齿数Ｚ２=iＺ１，通常Ｚ２max=120。链传动速比通常i≤6，推荐=2～3.5，但在v<3m/s，载荷平稳外形尺寸不受限制时，imax＝10。为了磨损均匀，大小链论齿数互为质数(2)选择型号，确定链节距和排数

为了即保证链传动有足够的承载能力，又减小冲击、振动和噪声，设计时应尽量选用较小的链节距。

高速重载时，宜用小节距多排链；低速重载时，宜用大节距排数较少的链。

链条型号、链节距由Ｐ０和小链轮转速n1由滚子链额定功率曲线确定。p↑｛链的尺寸、重量和承载能力↑运动不均匀性(多边形效应)

↑

冲击、振动和噪声↑

(3)确定中心距