机械设计与分析基础 李会文 教案 第6章补充内容-链传动简介

６ 链传动简介链传动是具有中间挠性件的啮合传动，它兼有带传动和齿轮传动的一些特点。在机械传动中应用相当广泛，传动链的链速可达４０ｍ／ｓ，传动功率可达３６００ｋＷ，传动比可达１５。通常传动功率Ｐ≤１００ｋＷ，链速度ｖ１５ｍ／ｓ，传动比ｉ８。６ 链传动的类型、特点和应用链传动由主动轮１、从动轮２和绕在两轮上的链条３组成，如图６１１所示。链传动是靠链条与链轮齿的啮合来传递运动和动力。与带传动相比，链传动的主要优点是：①没有弹性滑动和打滑，能保证准确的平均传动比，传动效率较高；②能在低速、重载情况下工作；③在相同功率条件下，链传动结构较紧凑；④链条的张紧力小，作用在轴上的力也小；⑤链条由金属制成，能适应高温、多尘、油污、腐蚀等恶劣环境。其主要缺点是：①瞬时链速和瞬时传动比不恒定，传动平稳性较差，工作中有冲击和噪声，不宜用于变载和急速反转以及高速传动的场合；②只能传递平行轴之间的同向回转运动；③制造费用较高。

图６１１链传动简图１—主动轮 ２—从动轮 ３—链条链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。还可用于低速重载及极为恶劣的工作条件下。故广泛应用于农业、矿山、起重运输、冶金、建筑、石油、化工和各种车辆等的机械传动中。按用途不同，链可分为传动链、输送链和起重链。输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，一般机械传动中常用的是传动链。传动链有齿形链（图６１２）和短节距精密滚子链（简称滚子链，图６１３）。齿形链（Ｂ／Ｔ１０８５５—２００３）又称无声链，由成组齿形链板左右交错排列，并用铰链连接而成。它运转平稳，噪声小，承受冲击载荷的能力高。但结构复杂，质量大，价格高。常用于高速或运动精

图６１２齿形链度和可靠性要求较高的传动装置中。而滚子链结构简单，成本较低，生产量大，从低速到较高速、从轻载到重载都适用，在传动链中占有主要地位。本章主要介绍滚子链传动。６ 滚子链及链轮１滚子链的结构及标准如图６１３所示，滚子链由内链板１、外链板２、销轴３、套筒４和滚子５组成。其中，内链板与套筒、外链板与销轴分别用过盈配合固联。滚子和套筒、套筒与销轴分别采用间隙配合。当内外链板相对挠曲时，套筒可绕销轴自由转动。链条工作时，滚子与链轮齿廓形成滚动摩擦，以减少磨损。链板一般制成“”形，以减轻重量并使各截面抗拉强度接近相等。相邻两滚子中心线的距离称为节距，用ｐ表示（图６１３），它是链条的主要参数，节距越大，链条各零件的尺寸也越大，所能传递的功率也越大。当传递大功率时，可采用双排链或多排链。用排距ｐｔ表示相邻两排滚子中线间的距离（图６１４）。为承载均匀，一般不超过４排。链条长度以链节数表示。链节数最好为偶数，这样，将链联成环形时，正好是内外链板相接。大节距可用开口销锁紧，小节距可用弹簧夹锁紧，分别如图６１５ａ、ｂ所示。若链节数为奇数，则接头处应采用链板弯曲的过渡链节（图６１５ｃ）。它工作时要承受附加弯矩作用，应尽量避免采用。滚子链已标准化（Ｂ／Ｔ１２４３—２００６），有标准系列链条和重载系列链条。滚子链规格有Ａ、Ｂ两大系列，我国主要使用Ａ系列滚子链。表６１４列出了几种Ａ系列滚子链的基本参数和主要尺寸，其中链号数乘以２５４／１６即为节距ｐ值（ｍ）。２ 图６１３滚子链的结构１—内链板 ２—外链板 ３—销轴 ４—套筒 ５—滚子

图６１４双排滚子链图６１５滚子链的接头形式 表６４滚子链的基本参数和主要尺寸（摘自Ｂ／Ｔ３—６） 链号节距ｐ排距ｐｔ滚子直径ｄ１ｍａｘ销轴直径ｄ２ｍａｘ套筒孔径ｄ３ｍｉｎ内节内宽ｂ１ｍｉｎ内节外宽ｂ２ｍａｘ外节内宽ｂ３ｍｉｎ内链板高度ｈ２ｍａｘ单排抗拉强度Ｆｕｍｉｎ单排每米质量ｑｍｍｋＮｋｇ／ｍ０８Ａ１２７０１４３８７９２３９８４００７８５１１１７１１２３１２０７１３９０６０１０Ａ１５８７１８１１１０１６５０９５１２９４０１１３８４１３８９１５０９２１８１００１２Ａ５２２７８１１９１５９６５９８２５７１７７５１７８１１８１０３１３１５０１６Ａ１９０５２９２９１５８８７９４７９６１５７５２２６０２２６６２４１３５５６２６０２０Ａ２５４０３５７６１９０５９５４９５６１８９０２７４５２７５１３０１７８７０３８０２４Ａ３１７５４５４４２２２３１１１１１１１４２５２２３５４５３５５１３６２０１２５０５６０２８Ａ３８１０４８８７２５４０１２７１１２７４２５２２３７１８３７２４４２２３１７００７５０３２Ａ４４４５５８５５２８５８１４２９１４３１３１５５４５２１４５２６４８２６２２３０１０１０４０Ａ５０８０７１５５３９６８１９８５１９８７３７８５５４８８５４９４６０３３３４７０１６１０４８Ａ６３５０７６２０８７８３４７６３２３８１２３８４４７３５６７８１６７８７７２３９５０００２２６０滚子链的标记方法为：标准链号排数，例如：０８Ａ１，１６Ｂ３。３２滚子链链轮链轮齿形应保证链节能顺利地啮入和退出，啮合时接触良好，因磨损而节距增大时不易脱链，并便于加工。图６１６滚子链链轮端面齿形ＧＢ／Ｔ１２４３—２００６中没有规定具体的链轮齿形，仅规定了滚子链链轮齿槽圆弧半径ｒｅ、齿沟圆弧半径ｒｉ和齿沟角α（图６１６ａ）的最大值和最小值。凡在此极限范围以内的各种齿形均可采用。这样，不仅为不同使用要求时选择齿形参数留有较大的余地，也为研究发展更为理想的新齿形创造了条件，各种标准齿形的链轮之间也可以进行互换。图６１６ｂ为滚子链链轮常用的端面齿形，由三圆弧ａａ、ａｂ、ｃｄ和一直线ｂｃ组成。选用这种齿形并用相应标准刀具加工时，在链轮工作图上不必画出端面齿形，但为便于车削链轮毛坯，应绘出链轮的轴向齿形 （图６１７），其尺寸见有关设计手册。链轮上被节距等分的圆称为分度圆，其直径用ｄ表示 （图６１６）。若已知节距ｐ和齿数ｚ，链轮主要尺寸的计算式为ｚｚ分度圆直径ｄ＝ｐ／ｓｉｎ１８０° 齿顶圆直径ｄａ＝ｐ０．５４＋ｃｏｔ１８０°齿根圆直径ｄｆ＝ｄ－ｄ１（ｄ１为滚子直径）ｚｚ

（６１６）链轮常用的结构形式有整体式钢制小链轮、腹板式中等直径铸造链轮以及组合式大直径链轮，如图６１８所示。组合式链轮的齿圈磨损后可以更换。图６１７滚子链链轮轴向齿形 图６１８链轮的结构ａ）整体式 ｂ）腹板式 ｃ）组合式链轮的材料应能保证轮齿有足够的强度和耐磨性。常用碳素钢、合金钢、灰铸铁等材料，小功率高速链轮也可用夹布胶木。齿面通常应热处理，使其达到一定硬度。由于小链轮啮合次数多，磨损和冲击也较严重，所用材料常优于大链轮。链轮常用材料及应用范围见表６１５。４表６１５链轮常用材料及应用范围材料热处理齿面硬度应用范围１５、２０渗碳、淬火、回火５０～６０ＨＲＣｚ２５，有冲击载荷的链轮３５正火１６０～２００ＨＢＷｚ＞２５的主、从动链轮４５、５０、４５ｎ、３１０５７０淬火、回火４０～５０ＨＲＣ无剧烈冲击振动和要求耐磨的主、从动链轮１５Ｃｒ、２０Ｃｒ渗碳、淬火、回火５５～６０ＨＲＣｚ＜３０传递较大功率的重要链轮４０Ｃｒ、３５Ｓｎ、３５Ｃｏ淬火、回火４０～５０ＨＲＣ要求强度较高和耐磨损的重要链轮Ｑ２３５Ａ、Ｑ２７５Ａ焊接后退火１４０ＢＷ中低速、功率不大的较大链轮不低于ＨＴ２００的灰铸铁淬火、回火２６０～２８０ＨＢＷｚ＞５０的从动链轮以及外形复杂或强度要求一般的链轮夹布胶木——Ｐ＜６ｋＷ，速度较高，要求传动平稳、噪声小的链轮６ 链传动的运动特性由于链传动是由刚性链节通过销轴铰接而成，当其绕在链轮上与链轮啮合时，形成折线，可看成是将链条绕在正多边形链轮上（图６１９）。该正多边形的边长等于链条的节距ｐ，边数等于链轮齿数ｚ。链轮每转一圈，链条转过的长度为ｚｐ，若设ｖ为链条的速度（ｍ／ｓ），则图６１９链传动的速度分析ｖｖ＝ １１６０×１０００

ｚｎｐ＝ ２＝ ２２

（６１７）式中 ｚ１、ｚ２———主、从动链轮的齿数；ｎ１、ｎ２———主、从动轮的转速，ｒ／ｉｎ；ｐ———链节距 （ｍ）。由式 （６１７）可得链传动的传动比ｉ为

ｎｉ１２＝ｎ１ｎ２

＝ｚ２ｚ１ｚ

（６１８）通常用式（６１７）、（６１８）来求链速度和传动比，但所得结果是平均值。实际上，即使主动轮的角速度ω１为常数，其瞬时链速和瞬时传动比都是周期性变化的，这就是链传动运动不均匀的原因。上述链传动的运动特性分析，如图６。为便于分析，设传动中紧边始终处于水平位置。链在传动时紧边的运动取决于其主动端销轴Ａ的运动，当分度圆半径为Ｒ１的主动链轮以角速度ω１等速转动时，销轴Ａ的轴心沿链轮分度圆作等速圆周运动，其圆周速度ｖ１＝Ｒω。ｖ１可分解为链条向前运动的分速度ｖ和上下横向运动的分速度ｖ′，其值分别为ｖ＝ｖ１ｃｏｓβ＝Ｒ１ω１ｃｏｓβ１１１ｖ′＝ｖｓｉｎβ＝Ｒωｓｉｎβ１１１

（６１９）式中 β———销轴Ａ的圆周速度方向与链条前进方向的夹角，也是铰链Ａ在主动链轮上的位置角，由图５１８０°１８０°６１９可知，β的变化范围为－１８０°／ｚ１～＋１８０°／ｚ１。当β＝０°时，ｖ＝ｖｍａｘ＝Ｒ１ω１，ｖ′＝ｖｍｉｎ１８０°１８０°当β＝±ｚ１时，ｖ＝ｖｍｉｎ＝Ｒ１ω１ｓｚ１，ｖ′＝ｖ′ｍａｘ＝Ｒ１ω１ｉｎ

１８０°ｚ１可见，链条在传动过程中，每转过一个链节，链条前进的瞬时速度就周期性地变化一次，同时，链条上下的横向运动也呈周期性变化。同理，由于链节铰链销轴在从动轮上的位置角γ在－１８０°／ｚ２～＋１８０°／ｚ２范围内变化，且链速度ｖω２＝ １１不为常数，则从动链轮的角速度ωω２＝ １１式中，Ｒ２为从动链轮分度圆半径。由上式可得链传动的瞬时传动比为

ｖ Ｒ２ｃｏｓγ

ＲωｃｏｓβＲ２ｃｏｓγ

（６２０）ωｉ＝ω１ω２

ＲｃｏｓγＲ１ｃｏｓβ

（６２１）＝ ２由于β和γ均随时间变化，且通常β≠γ，该式表明：链传动的瞬时传动比通常是不恒定的。上述链传动运动不均匀性的特征，是由于绕在链轮上的链条形成了正多边＝ ２形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应，这是链传动的固有特性。它不仅导致链条和从动链轮上产生动载荷，而且在链条啮入链轮的瞬间，会引起链节与链轮轮齿以一定的相对速度发生啮合碰撞（图６２０），并产生附加动载荷。此外，链条周期性的横向运动导致链条产生颤动，这也是链传动产生动载荷的主要原因之一。可见，链传动不可避免地会产生动载荷，使传动不平稳。而且，链轮齿数ｚ越少，节距ｐ越大，转速ｎ越高，多边形效应越明显，动载荷也就越大。６ 滚子链传动的工作能力计算准则１滚子链传动的受力分析若不计传动中的动载荷，作用在链上的力有（１）有效圆周力Ｆ 作用在链条的紧边上，其值为ｖＦ＝１０００Ｐｖ

图６２０链节与链轮啮合时的冲击（６２２）式中 Ｐ———传递的功率 （ｋＷ）；ｖ———链速度 （ｍ／ｓ）。（２）离心拉力Ｆｃ是由链条随链轮转动时的离心力产生的拉力，它作用于整个链条上，其值为Ｆｃ＝ｖ２ （６２３）式中 ｑ———链条每米质量 （表６１４）（ｋｇ／ｍ）。（３）悬垂拉力Ｆｆ由链条松边垂度引起的拉力，作用在整个链条上，其值与松边垂度及传动的布置方式有关 （图６２１），在Ｆｆ和Ｆｆ″中选用大者，其值为Ｆｆ＝Ｋｆｑａ×１０－２Ｆｆ＝（Ｋｆ＋ｓｉｎα）ｑａ×１０－２

（６２４）式中 ａ———链传动的中心距 （ｍ）；Ｋｆ———垂度系数，由图６２１选取，图中ｆ为下垂度；α———两轮中心连线与水平面的倾斜角。ｆ设Ｆ１为紧边工作拉力 （Ｎ），Ｆ２为松边工作拉力 （Ｎ），则ｆＦ１＝Ｆ＋Ｆｃ＋ＦｆＦ２＝Ｆｃ６

＋Ｆ

（６２５）

图６２１悬垂拉力的确定由此可见，链条在传动过程中，紧边和松边所受的拉力是不等的，链条上的每一个链节都承受着交变载荷。２滚子链传动的失效形式滚子链传动的失效通常是因链条的失效引起的，常见的失效形式见表６１６。表６１６滚子链传动常见失效形式失效形式发 生 原 因疲劳破坏链传动时循环往复地从松边到紧边运动，链条各元件经受交变应力作用，链条与链轮产生啮合冲击以及反复起动、制动或反转，引起冲击载荷。经过一定的循环次数，链板出现疲劳断裂；滚子、套筒和销轴发生冲击破断铰链磨损链条工作时，销轴与套筒间在承受较大压力下相对转动，并有相对滑动，导致铰链磨损，使链节增长，动载荷增加，引起脱链，甚至使销轴磨损削弱而断裂铰链胶合当润滑不良或链速过高时，在载荷作用下销轴与套筒工作表面间的油膜破坏而相互粘着，在相对转动中较弱的金属撕下形成沟纹，这种现象称为胶合。胶合在一定程度上限制了链轮的极限转速静强度破断在低速（ｖ＜０６ｍ／ｓ）重载或短期过载时，链条将因静强度不足而被拉断３滚子链的极限功率曲线如上所述，链传动有多种失效形式，各种失效形式都在一定条件下限制它的承载能力。图６２２是通过实验作出的单排链的极限功率曲线。曲线１是润滑良好时磨损破坏限定的极限功率；曲线２是链板疲劳破坏限定的极限功率；曲线３是滚子、套筒冲击疲劳破坏限定的极限功率；曲线４是销轴与套筒胶合所限定的极限功率；曲线５是链传动的额定功率曲线，它应在各极限功率曲线范围内。若润滑不良或工作环境恶劣，磨损将很严重，其极限功率大幅度下降，如虚线６所示。这种情况下，链传动潜在的工作能力未发挥，应予以避免。４工作能力计算准则

图６２２滚子链的极限功率曲线对于一般链速度 （ｖ＞０６ｍ／ｓ）的链传动，工作能力计算准则是：采用额定功率来限制传递的功率（计算功率）。由于链传动的额定功率是在特定实验条件下测定的 （如图６２２中曲线５），因此工作能力计算时应根据实际工作条件对其进行修正。有关链传动工作能力计算方法和步骤可参阅相关机械工程手册。６ 链传动的使用与维护１链传动的布置链传动的合理布置见表６１７。表６１７链传动的合理布置传动参数合理布置说 明ｉ＝２～３ａ＝（３０～５０）ｐ两轮中心连线最好成水平，或与水平面成＜６０°倾角。松边在上面或在下面均可，但在下面较好ｉ＞２ａ＜３０ｐ两轮轴线不在同一水平面时，松边应在下面，否则松边下垂量增大后，链条易与链轮卡死ｉ＜１５ａ＞６０ｐ两轮轴线在同一水平面上时，松边应在下面，否则松边下垂量增大后，链条松边会与紧边相碰７（续）传动参数合理布置说 明ｉ、ａ为任意值当两轮中心连线成铅垂时，链的下垂量集中在下端（图ａ），将减少下链轮的有效啮合齿数，降低承载能力。措施有：①调中心距；②设张紧装置（图ｂ）；③上下轮左右错开（图ｃ）２链传动的张紧链传动应适当张紧，以避免链条松边垂度过大而产生啮合不良和振动过大。常用的张紧方法有：①调整中心距；②中心距不可调时，采用张紧装置或将磨损变长后的链条拆掉１～２个链节。图６２３ａ、ｂ所示为利用张紧轮靠弹簧或挂重自动张紧的装置。张紧轮可以是链轮或带挡边的辊轮，一般布置在链条松边并根据需要确定其位置。图６ｃ为利用托板靠螺旋定期张紧的装置，调节螺钉可采用细牙螺纹并带锁紧螺母，适合中心距较大的场合。３链传动的润滑

图６２３链传动的张紧ａ）弹簧调节 ｂ）挂重调节 ｃ）螺旋调节良好的润滑可以缓和冲击、减小摩擦和磨损，延长链条的使用寿命，并发挥其传动能力。润滑方式的选择见图６２４。润滑方法和供油量见表６１８。图６２４润滑方式的选择图Ⅰ—人工定期润滑 Ⅱ—滴油润滑 Ⅲ—油浴或飞溅润滑 Ⅳ—压力喷油润滑８表６１８滚子链的润滑方法和供油量润滑方式润滑方法供 油 量人工润滑用刷子或油壶定期在链条松边内、外链板间隙中注油每班注油一次滴油润滑装有简单外壳，用滴油壶或滴油器在从动边的内外链板间隙处滴油单排链，每分钟供油５～２０滴，速度高时取大值油浴供油采用不漏油的外壳，使链条从油槽中通过一般浸油深度为６～１２ｍｍ。链条浸入油面过深，搅油损失大，油易发热变质，浸入过浅则润滑不可靠飞溅润滑采用不漏油的外壳，在链轮侧边安装甩油盘，甩油盘圆周速度ｖ＞３ｍ／ｓ。当链条宽度大于１２５ｍｍ时，链轮两侧各装一个甩油盘甩油盘浸油深度为１２～３５ｍｍ压力供油采用不漏油的外壳，用油泵强制供油，喷油管口设在链条啮入处，循环油可起冷却作用每个喷油口供油量可根据链条节距及链速大小查阅有关手册４链传动的安装与维护１）链传动安装时，两链轮的回转平面应在同一铅垂平面内，否则将引起脱链或不正常磨损。如图６２５所示，两链轮回转平面间夹角误差Δθ≤０００６ｄ；两链轮轮宽的中心平面轴向位移误差Δｅ０００２ａ。２）安装接头链节时，如用弹簧夹作为锁紧件，应使弹簧夹开口端背向链的运动方向，以免链运动时受到撞击而脱离。３）应定期清洗滚子链，及时更换已损坏链节。若更换次数太多，应更换整根链条，以免新旧链节并用时加速链条跳动并损坏。４）通常，链传动应装设防护罩封闭，既能防尘又能减轻噪声，并起安全防护作用。５）链传动工作时如噪声过大，导致的原因可能是链轮不共面、松边垂度不合适、润滑不良、链罩或支承松动、链条或链轮磨损、链条振动等，图６２５链传动的安装误差应及时检查修理。９７ 齿轮齿厚的检测项目由于齿轮加工时无法准确测量弧齿厚，因此公法线长度和分度圆弦齿厚是齿轮检测中常用的齿厚测量项目。１公法线长度测量公法线长度测量方法简便，结果准确，在齿轮加工