机械设计基础 课件 机械 第9章 链传动

第9章链传动§9-1特点及应用一、组成及工作原理二、链传动的特点和应用

链传动由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的链组成。链传动用链作中间挠性件，通过链和链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。1.主要特点⑴与带传动相比：①无弹性滑动及打滑，故：②无须大的预紧力，故压轴力小③同样条件下，结构紧凑，同时能在低速、高温和潮湿条件下工作。①制造、安装精度低，成本低，②远距离传递结构轻便。①中心距大②平均传动比准确

③传动效率高，达0.96～0.97⑶主要优点：⑵与齿轮传动相比:⑥链传动较易安装，成本低。④载荷由多个链齿承受，可传递较大功率，达数千瓦；⑤具有中间挠性件的啮合传动，刚柔并济②铰链磨损后，链节伸长，易脱链而报废；⑷主要缺点：①瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动中有一定的动载荷和冲击，噪声较大(尤其是链轮齿数少时)，不能用于高速；③要求两轴平行，两轮共面，用在同向回转的传动中。

主要用于两轴中心距较大、要求平均传动比不变但对瞬时传动比要求不严格的传动中，能在低速、重载、工作环境恶劣(如多尘、油污、腐蚀和高强度场合)和较高温度的情况下较好地工作。目前常用范围：功率不超过100kW;链速在12～15m/s以内、传动比imax=8;中心距不大于5～6m。2、应用3、分类按用途不同可分为传动链、输送链和起重链。用于传递动力的传动链有滚子链和齿形链。传动链一般在机械中用来传递运动和动力。

滚子链常用于传动系统的低速级，通常传递功率

P≤100kW，传动比i≤8，链速v≤15m/s，效率约为0.95～0.98。1、组成

滚子链由

内链板1、

销轴3、套筒4、滚子5组成。内、外链板交错连接构成铰链。

§9-2

传动链的结构特点一、滚子链

外链板与销轴、内链板与套筒之间采用过盈配合销轴与套筒之间为间隙配合。可以作相对转动。滚子与套筒之间采用间隙配合,使滚子与轮齿形成滚动摩擦。

链板一般制成8字形，使各个横截面抗拉强度接近相等，同时减小了链的质量和运动时的转动惯量。当传递大功率时，可采用双排链或多排链。单排滚子链

排数愈多,承载能力愈高,但制造、安装误差也愈大,各排链受载不均匀现象愈严重。一般链的排数不超过4排，以使各排载荷均匀。双排滚子链多排滚子链

工作时用接头链节将链连接成环形。接头链节有三种：连接链节、过渡链节、复合过渡链节。当链长为偶数链节数时，用普通联接链节，即开口销（大节距时）或弹簧卡片（小节距时）。2、滚子链接头形式过渡链节过渡链节连接当链节数为奇数时,需用一个过渡链节,如图所示。

由于过渡链节的弯链板工作时受到附加弯曲应力，其强度仅为通常链节的80%左右，故设计时应尽量避免奇数链节。

3、链与轮啮合的基本参数链的节距p，滚子外径d1，内链节宽度b1，排距pt（多排）。

节距p越大，链的各部分尺寸相应增大，传递P越大，承载能力也越高，重量也随之增加。链的使用寿命很大程度上取决于材料及热处理方法，因此链所有元件均需热处理，以增大耐磨性、耐冲击强度。

链条上相邻销轴的中心距称为节距p，它是链传动的主要参数。滚子链已标准化。标准中，滚子链的链节距是从英制折算成米制的单位，滚子链的标记为

链号—

排数×链节数标准代号

例如：A系列滚子链，链节距p=25.4mm，双排，链节数88，其标记为：16A-2×88GB/T1243—2006

4、滚子链的标准链节距p等于链号乘以25.4mm/16

分为A、B两个系列，常用A系列滚子链的主要参数和尺寸见P167表9-1。后缀A、B为系列代号。从表中可知链号数越大，链的尺寸就越大，其承载能力也就越高。

A系列，适用于一美国为中心的西半球区域，我国主要使用A系列。B系列适用于欧洲区域。二.齿形链

齿形链又称无声链：是由一组带有两个齿的链板左右交错并列铰接而成。链板的直侧边为工作边，其夹角称为齿楔角

一般60°。为防止工作时的侧向窜动，齿形链上设有导板。

齿形链传动平稳，无噪声，承受冲击性能好，工作可靠性高，但结构复杂、制造困难、成本高，故用于中心距小、高速、运动精度较高的传动中。本章只讨论滚子链。

链轮齿形应能使链轮与链条接触良好,受力均匀。齿形两侧呈圆弧状,以便链节顺利进入或退出啮合，且应形状简单，便于加工。齿形已有国家标准,并用标准刀具范成法加工。国标GB/T1243-2006规定了滚子链链轮端面齿形。

有两种：二圆弧齿形、三圆弧一直线齿形。

§9-3

滚子链轮的结构和材料一、链轮的齿形推荐采用“三圆弧一直线”的齿形

滚子链链轮端面标准齿形“三圆弧—一直线”的形状(三段圆弧

aa

、ab

、cd

和一段直线bc)链轮工作图一般不绘制端面齿形只注明基本参数及主要尺寸。需要时可查阅机械设计手册。表9-2滚子链轮齿槽尺寸二、链轮的基本参数和主要尺寸P148表9-3滚子链轮的几何参数和尺寸表9-3滚子链轮的几何参数和尺寸（续）表9-4滚子链轮轴向齿廓尺寸三、链轮的结构

链轮结构见下图

实心链轮齿圈焊接组合式链轮孔板式链轮紧固件连接小直径较大直径直径很大

要求轮齿有：足够的耐磨性和强度。材料一般为：中碳钢淬火处理；高速重载:低碳钢渗碳淬火处理；低速:可用铸铁等温淬火处理；可根据其尺寸大小及工作条件选择。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，所受冲击也大，故小链轮所选材料较好（如：当大链轮用铸铁时，小链轮用钢）。四、链轮的材料表9-5链轮材料及齿面硬度

由销轴铰接而成的刚性链节的链条呈多边形绕在链轮上，如同具有柔性的传动带绕在正多边形的带轮上，多边形的边长和边数分别对应于链条节距p和链轮齿数z。§9-4链传动的工作情况分析

当链绕上链轮啮合时，这一段将曲折成多边形的一部分，因此边长等于节距P。链轮每转一周，链就移动了z×p的距离，1、平均速度及传动比（9-1）

一、链传动的运动特性所以链的平均速度为：故平均传动比

（9-2）

2、瞬时链速

实际上，即使主动轮的角速度ω＝常数，其瞬时链速、从动轮角速度及瞬时传动比都是变化的，且按每一链节的啮合过程作周期性变化。

设链的紧边(即主动边)在传动时始终处于水平位置，如图所示。

图9-7链传动的速度分析

设主动链轮的分度圆半径为R1，并以等角速度ω1转动，现通过某一链节AB的运动来分析链速v。当该链节进入啮合时，销轴A开始随链轮作等速圆周运动，

链速v是销轴A圆周速度vA的水平分量。在图（b）位置时，链速为设主动链轮分度圆圆周速度为v1=

R1

ω1

又设链水平运动的瞬时速度为v在图（c）位置时，链速为在图（d）位置时，（

1为主动轮上一个节距所对的圆心角）链速为

在链节AB的啮入过程中，主动链轮虽以等角速度ω1转动，而链条的瞬时速度却按上述规律周期性变化。每转过一个链节，就重复一次这种变化的链速。

β的变化范围在±j1/2之间(

1=360°/z1，β的变化范围：±

180°/z1

）。Z1

越少，β角的变化范围就越大，链速的不均匀性也就越显著；与此同时，链节销轴A速度的垂直分量（vy1=v1sinβ=R1ω1sinβ）由于vy1的变化使链节减速上升，加速下降，因而引起链的忽上忽下运动；周期性变化使链条沿铅垂方向产生有规律振动，引起附加动载荷。

同理：在主动链轮牵引链条变速运动的同时，从动链轮也发生着类似的过程。在传动过程中，因为γ1在±180°/z2范围内不断变化，加上β也在变化，所以当ω1为常数时，ω2作周期性变化。3、链传动的瞬时传动比特殊情况：只有在二、链传动的动载荷1、vx的变化引起的动载荷m

—紧边链条的质量ac—链条的速度

传动比与链条绕在链轮上的多边形特征有关，将这种瞬时传动比变化的现象称为链传动多边形效应。如果主动链轮匀速转动：当时，即讨论：2、从动轮角加速度引起的动载荷J:从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量由此可知：链轮n↑,p↑,z↓→Fd↑3、vy

的变化（颤动）

vy作周期性地变化，使链条发生横向振动，这也是链传动产生动载的原因之一。4、链节和链轮啮合瞬间，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。显然，节距p↑，ω↑，其冲击动能为：n↑,p↑→E↑，冲击越严重。链节质量为

因链节的运动速度和链轮轮齿的运动速度在大小和方向的差别，从而产生附加动载荷。紧边拉力：F1=Fe+Fc

+Ff

松边拉力:F2=Fc+Ff三、链传动的力分析

链传动的张紧力，是通过使链条保持适当的垂度所产生的悬垂力来获得的。

若不计传动中的动载荷；式中：P—

链传动功率，kW；v—

链速，m/s。Kf

——垂度系数，与两轮连心线的倾角α有关，q——每米链的质量，kg/ma——链轮中心距,m。当链速v<1m/s时，链的离心力可略去不计。图9-9图中：f

——下垂度，

a——中心距，§9-5链传动的失效形式、计算准则和设计计算一、链传动的失效形式

在变载荷下，经过一定的循环次数，链板疲劳断裂；滚子、套筒、销轴工作表面点蚀和冲击疲劳裂纹。2、铰链磨损1、疲劳破坏

铰链磨损使外链节节距变长，啮合点沿齿高外移，增加了运动的不均匀性和动载荷，引起跳齿、在大链轮上易脱链。4、链条的静载破坏

低速(v<0.6m/s)重载时，或突然巨大过载时，链会发生塑性变形或产生静载裂断。

导致链条发生塑性变形的最小负载将限制链条能承受的最大载荷。3、铰链胶合

铰链中的销轴和套筒在高压下接触，同时相对转动产生摩擦热，从而导致胶合。胶合在一定程度上限制了其极限转速。

1、链传动的计算准则是依据实验得出的在一定使用寿命和规定条件下，各失效形式限定的极限功率曲线。二、链传动的计算准则（链传动的额定功率）2、滚子链的额定功率曲线

图9-11为标准单排A系列滚子链的额定功率曲线，在特定的实验条件下由实验结果绘制而成。特定的实验条件是：

⑴两链轮轴平行，水平布置，

⑵小链轮齿数z1＝25，⑶无过渡链节的单排链，

⑷链长Lp＝120节；⑸减速传动i=3⑹预期工作寿命15000h；

⑺工作环境温度：－5~70℃⑻两链轮共面，链条保持规定的张紧度；

⑼载荷平稳，⑽环境清洁，润滑方式符合规定；链条因磨损引起的相对伸长量不超过3％。根据小链轮转速n1可在图上查出各型号链条所能传递的额定功率，也可由所要求传递的功率在图中选定所需链条的型号。图9-11

与试验条件不同，额定功率应予以修正。主要考虑：⑴工作情况⑵主动链轮齿数⑶链传动的排数A系列单排滚子链额定功率曲线三、链传动的参数选择1、选择链轮齿数z1、z2

小轮齿数z1不宜太小，否则传动不平稳。通常取z1min

=17，小轮齿数按链速由下表选取；大轮齿数z2不宜过大，否则铰链磨损后，易脱链。取zmax

≤114。2、选择传动比

i

传动比过大，链条在小链轮上的包角就会过小，参与啮合的齿数少，每个轮齿承受载荷大，轮齿磨损加速，且易出现跳齿、脱链。一般取常取且小链轮包角3、中心距a一般取中心距：a=(30～50)p，最大可取：a0max

=80p。有张紧装置或托板时：a0max可大于80p，若中心距不能调整：a0max≈30p，4、链节距p和排数节距p间接反映链条和链齿各部分尺寸的大小，一般p↑→承载↑，但多边形效应↑。

中心距小，传动比大，选小节距多排链；传动比小，选大节距单排链。㈠、已知条件：链传动的的工作条件，传动位置与总体尺寸限制，传递的功率P，主动链轮的链速n1、从动链轮转速n2（或传动比i)。设计内容：确定参数节距p、排数，链轮齿数z1、z2以及链轮结构、几何尺寸、材料，中心距a、压轴力FP、润滑方式及张紧装置。四、滚子链传动的设计计算㈡、设计步骤和方法链轮齿数一般取：17~114之间1、选择链轮齿数

z1、z2和确定传动比

i

3、确定链条型号和节距P工作情况系数KA由表9-6（P178）选取。

2、计算当量单排链的计算功率Pca主动链轮齿数系数Kz由图9-13（P179）选取。

多排链系数，双排链KP=1.75三排链KP=2.5P：需传递的功率由图9-11（P176）根据Pca和n1选取链条型号。

再由表9-1（P167）确定链条节距P

。

4、计算链节数和中心距a⑴初选中心距a

=(30～50)p，计算链节数Lp0

由于链条长度不能为任意值，必须是链节长度的整倍数，所以链长用链节数Lp=L/p

来表示：圆整后取偶数⑵最大中心距为中心距计算系数f1

查表9-7（P180）。a可调时△a取大值。

补充：为保证链条有一定的初垂度，实际a比计算的a小2~3mm。实际链传动往往做成中心距可调的，以使链节伸长后，可随时调整张紧度。5、计算链速v，确定润滑方式根据链速v，择合适的润滑方式由图9-14（P181）选图9-14链传动润滑方式的选择6、链传动作用于轴上的压力FpFe：链传递的有效圆周力，N（P174）KFp：压轴力系数，水平传动KFp=1.15垂直传动KFp=1.05

当确定了链和链条的节距、小轮齿数后，则链轮的结构和各部分尺寸基本确定（表9-3），毂孔的dkmax也可定出，但dkmax须≥安装链轮处的轴径，否则可采用特殊结构的链轮（如链轮轴）或重新选择传动参数（增大z1或p）。7、小链轮的毂孔最大直径dkmax

（补充）GB/T10855-2003《

齿形链和链轮》式中：Sca—

链的抗拉静力强度的计算安全系数

对v＜0.6m/s的传动，因为抗拉静力强度不够而破坏的机率很大，故常按下式进行抗拉静力强度计算：F1—

链的紧边工作拉力，单位kN

Flim—

单排链的极限拉伸载荷，单位kN，见表9-1。

N—

排数KA—

工作情况系数，查表9-9五、低速链传动的静力强度计算（补充）§9-6链传动的布置、张紧、润滑与防护一、链传动的布置

链传动的布置是否合理，对传动的质量和使用寿命有较大的影响。1、链轮必须位于铅垂面内，两链轮的回转平面应在同一平面内,否则易使链条脱落或产生不正常磨损。不合理布置2