第四章　链传动设计

机械设计教程第3版机械工业出版社第四章链传动设计第一节链传动的特点和类型

第二节链传动的运动分析第三节链传动的受力分析第四节链传动的设计计算第五节链传动的布置、张紧和润滑

第一节链传动的特点和类型链传动是由链条和安装在平行轴上的链轮组成的,如图4-1所示。链传动以链条为中间挠性件,通过链条链节和链轮轮齿连续不断的啮合来传递运动和动力。图4-1链传动第一节链传动的特点和类型一、链传动的特点与带传动相比,链传动的优点是:①没有弹性滑动,平均传动比准确,传动可靠。②张紧力小,轴与轴承所受载荷较小。③效率较高,可达98%。④链条在机构中应用很广泛。与齿轮传动相比,链传动的优点是:①可以有较大的中心距。②可在高温环境中工作,也可以用于灰尘多的环境(如农业机械、建筑机械),但寿命缩短。③成本较低。链传动的缺点是:①链的瞬时速度和瞬时传动比都是变化的,传动平稳性较差,工作时有噪声,不适合高速场合。②不适用于转动方向频繁改变的情况。③只能用于平行轴间传动。链传动主要用于中心距较大、要求平均传动比准确、对平稳性要求不高的场合,在农业、冶金、起重、石油、化工等行业都有广泛的应用。按用途不同,链传动中的链可分为传动链、起重链和曳引链。起重链和曳引链用于起重机械和运输机械,传动链在一般机械传动中的应用最广泛。通常传动链的工作范围是:链速v≤15m/s,传递功率P<100kW,传动比i≤8。第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(一)滚子链1.滚子链的结构滚子链的结构如图4-2所示,它由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。内链板与套筒之间、外链板与销轴之间分别用过盈配合连接。滚子与套筒之间、套筒与销轴之间分别用间隙配合连接。当链节屈伸时,套筒可绕销轴自由转动。图4-2套筒滚子链的结构简图1—内链板2—外链板3—销轴4—套筒5—滚子第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(一)滚子链2.滚子链的主要参数滚子链是标准件,其规格和主要参数见表4-1。A系列起源于美国,流行于世界各国;B系列起源于英国,主要流行于欧洲;我国以A系列的设计应用为主,B系列主要供维修与出口。滚子链的特性参数是链的节距p,即链条上相邻两销轴中心的距离。链的节距p越大,链的尺寸和传递的功率就越大。传递的功率较大时,可采用双排链(图4-3)或多排链。多排链是将单排链并列,由长销轴连接而成的。多排链的承载能力和排数成正比,但排数越多,各排链受力不均匀的现象就越明显,因此一般排数不超过3~4排。GB/T1243—2006规定了滚子链的标记方法:链号—排数-整链链节数—国家标准代号例如,10A-2-90GB/T1243—2006表示按本标准制造的A系列、节距为15.875mm,双排、90节的滚子链。节距=链号×25.4/16mm。链的长度用链节数表示,为使链条连成环形时正好是内链板与外链板相连接,链节数最好是偶数,这时接头处可用开口销(图4-4a)或弹簧锁片(图4-4b)来固定。当链节数是奇数时,采用过渡链节连接(图4-4c)。第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(一)滚子链2.滚子链的主要参数第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(一)滚子链2.滚子链的主要参数图4-3双排链第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(一)滚子链2.滚子链的主要参数图4-4链接头形式第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(二)其他传动链1.套筒链套筒链除了没有滚子外,其他结构与滚子链相同。套筒链的结构简单,价格便宜,但工作时套筒与链轮轮齿有相对滑动,易引起链轮的磨损,因而用在传递功率小、速度低的场合。第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(二)其他传动链2.齿形链齿形链(图4-5)由多排链片铰接而成,比套筒滚子链工作平稳,噪声小,承受冲击载荷能力强,但结构较复杂,成本较高。图4-5齿形链第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(三)滚子链链轮的齿形和基本参数

第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(三)滚子链链轮的齿形和基本参数图4-6三圆弧一直线齿形第一节链传动的特点和类型二、传动链与链轮(三)滚子链链轮的齿形和基本参数图4-7滚子链轮的轴向齿廓第二节

链传动的运动分析一、链传动的平均速度与平均传动比

第二节

链传动的运动分析二、链传动的运动不均匀性

第二节

链传动的运动分析二、链传动的运动不均匀性图4-8链传动的速度分析第二节

链传动的运动分析二、链传动的运动不均匀性

第二节

链传动的运动分析二、链传动的运动不均匀性图4-9链速的变化规律第二节

链传动的运动分析三、链传动的动载荷由于链传动的啮合特点,工作中不可避免地产生动载荷。引起动载荷的原因主要有以下几点:1)链速和从动链轮角速度的周期性变化产生加速度,从而引起动载荷。动载荷的大小与零件质量和加速度的大小有关。链轮转速越高,链节距越大,链轮齿数越少,动载荷越大。2)链条垂直分速度的周期性变化产生垂直加速度,使链条横向振动。3)链节进入链轮的瞬间,链节和轮齿以一定的相对速度啮合,使链和轮齿受到冲击,并产生附加的冲击载荷(图4-10)。4)若链张紧不好,有较大的松边垂度,在起动、制动、反转、载荷变化的情况下,将产生惯性冲击,使链传动产生较大的惯性冲击载荷。第二节

链传动的运动分析三、链传动的动载荷图4-10链节和链轮啮合时产生冲击载荷第三节

链传动的受力分析

第三节

链传动的受力分析图4-11链的紧边拉力与松边拉力第四节

链传动的设计计算一、链传动的失效形式1.铰链的磨损链条工作时销轴与套筒间承受较大的压力,且彼此相对转动,导致铰链的磨损,使链条节距增大,容易造成跳齿和脱链的现象。2.链板的疲劳破坏链条工作时各元件处于变应力的作用下,经过一定的循环次数后链板会出现疲劳断裂,滚子、套筒表面会出现疲劳点蚀。3.冲击疲劳由于链传动的工作特点,销轴、套筒和滚子受到较大的冲击载荷,经过一定次数的冲击后会产生冲击疲劳。4.铰链的胶合在润滑不当或链轮转速过高时,销轴和套筒间的润滑油膜被破坏,导致胶合。5.过载拉断在链速很低(v<0.6m/s)时,传动链承受的载荷超过链条极限拉伸载荷Q时链条会被拉断。第四节

链传动的设计计算二、滚子链传动的额定功率1.极限功率曲线不同工作条件链传动的主要失效形式也不同,链传动的承载能力受到多种失效形式的限制。图4-12所示为链传动在一定的使用寿命和润滑良好的条件下,由各种失效形式所限定的极限功率曲线。曲线5是在润滑良好条件下的额定功率曲线,它在各极限功率曲线的范围之内,是链传动设计的依据。图4-12链的极限功率曲线1—润滑良好时由磨损失效限定2—由链板疲劳破坏限定3—由滚子、套筒冲击疲劳限定

4—由销轴和套筒胶合限定5—额定功率曲线6—润滑恶劣时由磨损失效限定第四节

链传动的设计计算二、滚子链传动的额定功率2.额定功率曲线图4-13所示为部分单排滚子链的额定功率曲线,是在标准试验条件下得到的,即:①两链轮安装在平行的水平轴上,两链轮共面。②小链轮齿数z1=19。③链长LP=120节。④单排链,载荷平稳。⑤按推荐的方式润滑。⑥能连续15000h满负荷运转。⑦链条节距因磨损引起的相对伸长量Δp/p不超过3%。B系列滚子链的额定功率曲线可参阅文献[25]。实际使用条件大多与试验条件不同,因而应对其传递功率进行修正,得到链传动的设计计算公式为Pca=KAP≤KzKmP0(4-8)式中,P0为额定功率(kW),即在上述试验条件下,单排链所能传递的功率,由图4-13查得;P为名义功率(kW);Pca为计算功率(kW);KA为工作情况系数,见表4-2;Kz为小链轮齿数系数,见表4-3;Km为多排链的排数系数,见表4-4。图4-14所示为推荐的润滑方式,若不能按此方式润滑,则设计时应将额定功率值P0适当降低,参见文献[19]。第四节

链传动的设计计算二、滚子链传动的额定功率图4-13部分单排滚子链的额定功率曲线(GB/T18150—2006)第四节

链传动的设计计算二、滚子链传动的额定功率第四节

链传动的设计计算二、滚子链传动的额定功率图4-14推荐的润滑方式1—定期人工润滑2—滴油润滑3—油池润滑或油盘飞溅润滑4—强制润滑第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法原始数据:功率P、主动链轮转速n1、从动链轮转速n2(或传动比i)、原动机种类、工作情况等。1.链轮齿数z1、z2和传动比i

第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法1.链轮齿数z1、z2和传动比i由上式可知,对于相同磨损程度的链条,即当节距增量Δp一定时,齿数越多,Δd越大,发生脱链(图4-16)和跳齿(图4-17)的可能性就越大。所以脱链总是先出现在大链轮上。大链轮齿数z2不宜过多,通常限定最大齿数z2max=120,小链轮齿数z1的选择见表4-5。由于链条的链节数常是偶数,为考虑磨损均匀,链轮齿数一般应取与链条的链节数互为质数的奇数。通常,限制链传动的传动比i≤8,推荐的传动比i=2~3.5。当v≤2m/s、载荷平稳时,i可达10。传动比过大时,由于链条在小链轮上的包角过小,将减少啮合齿数,因而易出现跳齿或加速链轮的磨损,故可采用二级或二级以上传动。第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法1.链轮齿数z1、z2和传动比i图4-15链条磨损后节距的增加第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法1.链轮齿数z1、z2和传动比i图4-16链节距的增长量和啮合圆外移量的关系第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法1.链轮齿数z1、z2和传动比i图4-17跳齿第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法2.链节距p在一定条件下,链节距p的大小反映了链传动的承载能力。链节距p可根据计算功率Pca和小链轮转速n1由额定功率曲线(图4-13)选取。链节距越大,承载能力越强,传动尺寸越大,链条的速度越高,于是振动、冲击、噪声也就越严重。所以设计时,在满足承载能力的条件下,应尽量选用较小节距的单排链。高速、重载、中心距小时,则选用小节距的多排链。第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法

第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法

第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法4.链传动作用在轴上的力(简称压轴力)FQ链传动的压轴力FQ可近似取为FQ≈KQFe(4-11)式中,Fe为有效圆周力(N);KQ为压轴力系数。对水平传动或倾斜传动,KQ=(1.15~1.20)KA;对垂直传动,KQ=1.05KA。其中,KA为工作情况系数(表4-2)。需要明确的是,在传递载荷相同时,链传动的压轴力较带传动小得多。这是因为给链条一定张紧力的目的与带传动不同。链传动张紧力的大小并不决定传动的工作能力,而主要是使松边垂度不至过大。若松边太松,将影响链条与链轮轮齿的啮合,容易产生振动、跳齿和脱链。链传动的张紧力是靠保持适当的垂度产生悬垂力或通过张紧装置达到的。第四节

链传动的设计计算三、滚子链传动的典型设计步骤和设计计算方法

第四节

链传动的设计计算四、链传动的应用(一)链条机构简介链条作为一种标准化零件,其结构简单,经济实用,不仅是一种重要的传动零件,而且也是一种应用广泛的机构元件。链条机构种类很多,而且不断有所创新。1.利用链条形式的改变,组成各种机构链传动通常是由主、从动链轮和环形链条(图4-18)组成的,通过变换链条形式,如把链条断开、拉直或组成齿圈,且只用一个链轮时,便组成各种新型链条机构。直线式链条和链轮组成链式齿条(图4-18a);链式齿圈和链轮组成齿圈机构(图4-18b);非圆齿圈和链轮组成仿形机构(图4-18c);链条绕过链轮铰接在工作台上形成摆动倾斜机构(图4-19)。第四节

链传动的设计计算四、链传动的应用(一)链条机构简介图4-18不同链条形式组成不同传动方式a)链式齿条b)齿圈机构c)仿形机构1.利用链条形式的改变,组成各种机构第四节

链传动的设计计算四、链传动的应用(一)链条机构简介图4-19摆动倾斜机构1.利用链条形式的改变,组成各种机构第四节

链传动的设计计算四、链传动的应用(一)链条机构简介2.利用链条元件的某些改变,形成调节与控制机构如图4-20所示,在链条的某个链节上装有一个小凸块,链条每运行一周,小凸块将摆杆顶起一次,也就使接触器触点断开一次。可以通过改变链条长度的方法来调节通断时间。图4-20接触器通断控制机构第四节

链传动的设计计算四、链传动的应用(二)播种机中链传动的应用链传动主要用于中心距较大、转速较低、对平稳性要求不高的场合。图4-21所示为播种机中链传动的应用。由于链传动与带传动比较具有张紧力小、轴与轴承的载荷较小等优点,因此在播种机中采用链传动更有尺寸小、调整方便的优势。此外,播种机的转速较低,地轮转速约为36r/min,也不适合采用带传动。图4-21播种机中链传动的应用第五节链传动的布置、张紧和润滑一、链传动的布置链传动的合理布置应从以下几方面考虑:1)链传动应布置在铅垂平面内,尽可能避免布置在水平或倾斜平面内。如确有需要