机械设计 链传动.doc

第十一章 链传动
（一）教学要求
1、 了解套筒滚子链结构、掌握链运动的不均匀性
2、 掌握链传动失效形式和设计计算方法
（二）教学的重点与难点
1、 链运动不均匀性和动载荷
2、 失效形式和设计方法
（三）教学内容
本章主要内容
§ 链传动的工作原理及其优缺点；
§ 链传动的结构、规格及其材料；
§ 链传动的运动特性；
§ 链传动的受力分析、失效形式和许用功率
§ 滚子链传动的主要参数和链传动的设计计算过程；
§ 链轮结构。

重点与难点
§ 链传动的运动不均匀性及动载荷；
§ 链传动的受力分析；
§ 链传动的张紧与布置

第一节 概述
一、 链传动的组成
链传动是通过中间挠性件（链）与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。
它是由：主动链轮、从动链轮（有时也可能有两个以上的链轮）和环形链组成。
显然，其组成与摩擦带传动类似，只是工作原理不同，传递运动和动力的方式不同。链传动属于啮合传动。
二、 链传动的特点和应用、类型
与带传动相比，链传动具有如下特点：
优点：1.没有滑动（啮合传动），能保持准确的平均传动比
2．工作情况相同时，传动尺寸比较紧凑（即a可以小些）。
3．不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小。
4．效率较高。
5．能在温度较高、湿度较大的恶劣环境中工作。
6．可用于较大中心距间的传动。
缺点：
1． 只能用于平行轴间
2． 瞬时速比不均匀，传动平稳性差，工作时有噪音。
3． 不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用。
4． 制造费用比带传动高。
5． 与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。

§ 链传动的优点
§ 可获得准确的平均传动比
§ 传动效率高
§ 可做两轴中心距较大的传动
§ 作用于轴和轴承的载荷较带传动小
§ 链传动的缺点
§ 运转时瞬时传动比是变化的，冲击、振动和噪声较大，安装精度要求较高
§ 只能传递平行轴间的运动和动力

应用：适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、冶金、运输、起重、金属切削机床、摩托车、自行车、化工、纺织等机械中。中低速传动：i≤8(I=2~4)，最大可达15，P≤110KW，最大可达3600KW，V≤12-15m/s，最高可达40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）
最常见的是用于自行车、摩托车中的链传动。

三、类型：工业上应用的链分为：传动链、起重链、拽引链
本章主要讲套筒滚子链，传动链是链传动中的主要元件，传动链有滚子链和齿形链等类型。
1、滚子链的结构
◆ 滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。
◆ 内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接；
◆ 滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。

滚子链有单排链、双排链、多排链。
排数↑→承载能力↑
但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过3~4列为宜
当链节进入、退出啮合时，滚子沿齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损。
套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合（压配）固联，使内、外链板可相对回转。
为减轻重量、制成“8”字形，亦有弯板。这样质量小，惯性小，具有等强度。
链条接头处的固定形式有：用开口销固定，多用于大节距链；弹簧卡片固定，多用于小节距链。
设计时，链节数以取为偶数为宜，这样可避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承载能力下降。
滚子链标记：链号—排数×链节数 标准号
四、链轮
要求了解：1）链轮齿形的设计要求；2）链轮齿形特点；3）链轮的主要参数；
4）链轮的结构型式有哪些；5）对链轮的材料要求及适用情况

1．对齿形要求：①保证链节平稳进入和退出啮合；②减少啮合时冲击和接触应力；③链条节距因磨损而增长后，应仍能与链轮很好地啮合；④要便于加工。
2．链轮齿形及特点
端面齿形（如图11-5）——是三圆弧一直线，弧、、和一直线
优点：接触应力小、冲击小、磨损少，不易跳齿与脱链
轴面齿形：两侧呈圆弧状，以利链节的进入和退出啮合（如图11-6）
加工方法：标准刀具加工，一般为成型铣刀（只要P相同，Z不同的所有链轮均能加工）
3．链轮的主要参数
分度圆直径（公称直径）
齿顶圆直径
齿根圆直径
d—滚子直径，节距P，齿数Z
4、链轮的结构型式，如图11-7
整体式（直径较小时）
孔板式（轮齿与轮毂部分成一体），中等直径可在腹板上开孔，如图11-7b
组合式：大直径链轮可作成组合式。如图11-7c，齿圆与轮毂焊接
图11-7d，齿圆与轮毂螺栓联接
5、链轮的材料
要求：1）强度；2）耐磨；3）耐冲击（在冲击载荷时）
具体有普通碳素钢，优质碳素钢和合金钢，链轮较大（要求较低时）可用铸铁，小功率传动也可用夹布胶木。
具体的材料及适用场合见表11-2
注意：1）有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢→渗碳淬火→回火。
2）无剧烈冲击，中等速度较大的链轮，一般采用中碳钢和中碳合金钢→淬火、回火。
3）齿数较多（特大）Z>50的链轮→采用灰铸铁
4）中小功率传动→采用普通或优质碳素钢
大小功率传动→采用合金钢
5）P<6KW,高速链传动→采用夹布胶木，噪音较小，传动平稳
6）小链轮的材料与热处理要求应高于大链轮——因为小链轮的啮合次数比大链轮多，∴磨损和冲击比大链轮严重。

第二节 链传动的运动特性
链传动的运动特性分析（为什么链传动不平稳，噪声大，i不恒定，不均匀性？）
一、链运动的运动不均匀性
链由许多刚性链节联接而成，当链与链条啮合，而绕在链轮上时，形成正多边形。
正多边形边数——（Z）（齿数）
正多边形边长——（P）（节距）
当链轮转过一周，链移动距离——ZP
当链轮转速为n1、n2，时，链的平均速度为：
（m/s）
平均传动比为：
（由于Z1，Z2为定值，所以平均传动比是准确的）
但是，在各个瞬时，链速和传动比是变化的，波动的，并不稳定。
请比较：带：
齿轮：
下面对瞬时链速和传动比是变化的进行分析和说明：
假设：链的紧边在传动过程中总是处于水平位置，并设在主动轮以角速度w1作匀速转动。如图所示，链的速度完全取决于图中B点的速度，而铰链B的速度即为主动轮的圆周速度，
链的水平（前进）速度

链的垂直速度
式中：V1——为A点的圆周速度
——为链节进入啮合后某点铰链中心与轮心联线与铅垂线夹角，（或铰链中心相对于铅垂线的位置角）。
由于在工作中，销轴的位置是不断变化的，故是变化的，的变化范围：。
由上式可见，链速是变化的，并且每转过一个链节，链速都要周期性变化一次，所以说，瞬时链速是变化的，链速的变化规律如图11-9。
结论：链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。这就造成链运动速度的不均匀，不恒定作有规律的周期性的波动。
对从动轮讲： （8-8）
瞬时传动比： （11-8）
∴即使w1恒定，而w2随（）而变化，∴it不恒定。
只有当Z1=Z2（d1=d2）,,a（中心距）为P的整数倍时，，因为此情况下、变化处处相同。
二、链传动的动载荷
传动过程中，动载荷原因主要有以下几个方面：
①链速V和从动轮角速度作周期性变化
速度变化，必然要引起加速度，从而引起惯性力，产生动载荷。
链条前进加速度为：
讨论：时，
时，
同理：——升降加速度
结论：链轮转速（n1）越高，节距（P）越大，齿数Z1越少，动载冲击越严重，噪音越大。所以说，链传动不适宜高速。
当V一定，Z1多，P小，是非常有利的。设计中，在满足承载能力的前提下，易选较小的P。
②链作直线运动，轮作圆周运动，则进入啮合时产生冲击，引起动载荷。而且，P↑,n↑→冲击↑
③张紧不适当，松边垂度过大，在起动、制动、反向、载荷突然变化等情况下，必出现惯性冲击，产生动载荷。
④链的垂直速度变化，使链抖动（横向振动），引起动载荷。
三、链传动的受力分析
不计动载荷，链传动中主要作用力有：
1、 工作拉力F1——作用于主动边
P——功率（KW） V——链速（V/m）
2、离心拉力：F2=qV2，作用于全链长 q——每米链长质量（kg/m）
V<7m/s时可不考虑F2。
3．垂度拉力：F3——是由于链下垂时，重力引起的拉力，作用于链全长（N）
Kf——垂度系数，表11-3
a——中心距
考虑以上部分，得：
紧边拉力 F=F1+F2+F3
松边拉力 F=F1+F2
4、作用于轴上载荷FQ
一般取FQ≈1.2 KA F1 ，KA——工作情况系数。见P225。

第三节 滚子链传动的设计计算
一、链传动的主要失效形式
1）链板疲劳：正常润滑及中速的主要失效形式
2）链节的磨损：磨损后伸长（主要是销轴铰链磨损），造成脱链，跳齿，P227
3）冲击疲劳破坏：反复起制动、反转或受众多冲击载荷时，动载荷大，经多次冲击、销轴、滚子、套筒最终产生冲击断裂
4）胶合（重载高速）：铰链元件接触面之间的胶合
5）轮齿的过度磨损
6）（当低速重载V<0.6m/s，可能发生过载拉断、塑性变形等静强度破坏
二、额定功率曲线
1）额定功率曲线的由来，P225，图11-11，在良好的润滑条件下，
1为由链板疲劳限定的功率；
2为滚子、套筒冲击疲劳破坏限定的功率曲线；
3为销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线；
4为铰链磨损限定的功率曲线在1上方，没画出。
若润滑不好或工况恶劣，其功率较良好的润滑下低得多。
2）图11-12 A系列套筒滚子链额定功率曲线图（先看图再讲）
为避免上述失效，在特定的试验条件下经试验确定数据绘制而成。
试验条件：单列，水平布置，载荷平稳，Z1=19，i=3，LP=100P, th=15000h，ΔP/P≤3% (节距长度增量≤3%)
图中，纵轴表示的是不同型号滚子链的许用传递功率（单根）P0
当实际工作条件与上述试验条件不同时，应对P0进行修正。取一系列修正系数：小链轮齿数系数KZ、多排链系数Km和工作情况系数KA等。
设计时，应满足的条件是：
KZ——小链轮齿数系数 表11-4，由防止的失效形式不同，故KZ不同。
当工作点落在帐篷曲线顶点左侧时，查表中的KZ，设计时，往往先假设！
左侧时——表示为链板疲劳（主要外板）
当工作点落在曲线顶点右侧时，查表中的K'Z
右侧时——表示套筒与滚子冲击疲劳
当V<0.6m/s时属低速链，主要失效为：过载拉断——按静强度计算
静强度条件为：
（7-17）
式中：F1——紧边拉力（N） Q——链板的拉伸极限载荷（N），表11-1
ZP——链的排数
KA——工况系数 表8-9
三、主要参数的选择
1． 传动比
由于i过大时，会使小轮包角a1小，啮合齿数减少，则轮齿受力大，加速轮齿的磨损，导致“跳齿”，所以，通常限制，i£7， a1³120°
2． 链轮齿数
（1）Z1不能过少，原因是：
当Z1少时，①重量轻，但传动不均性和动载荷增大；
②当P一定时，Z1少，d1小，但Ft（=2T/ d1）↑，使链受拉力增加，加速轮与链的破坏
③使链节间的相对转角角增大，功率损失增加，磨损大；
（2）Z2不能过大，原因是：
Z2过多——重量大，且Z过多容易脱链，由于分度圆直径的增加量，显然，Z2越多，Dd越大，在大轮上容易脱链。，所以，Z2需加以限制，通常。
结论：1齿数过多，过少均不好，必须限制齿数，两面限制。
2考虑到，为了使轮齿和链条的各链节能均匀磨损，链轮的齿数最好成绩选：质数或不能整除链节数的数。
3． 链速V
v大，则动载荷大，故通常限制v<12m/s，如果链和轮的质量好，最高可达20——30m/s。
4． 链节距P
P大，则承载能力大，但是，质量大，速度不均匀大，动载荷增加。所以，应合理选择P。
设计时，在满足使用要求的前提下，应选取较小的P。
5． 中心距和链长
通常以节距倍数来表示链长LP，考虑到链接头的形式，LP最好选为偶数。
1）初选a0
∵a过小时则过小（包角），参加啮合齿数少，总的LP也少，在一定的V下，链节应力循环次数增加，寿命下降，但a过大，除不紧凑外，且使链的松边颤动。
一般推荐：初选a0=(30~50P)，amax=80P
当有张紧链装置时，可选a0>80P
当结构要求给定a时，则按给定计算
2）计算LP（链节数）
（11-14）
圆整为整数（最好为偶数）
计算实际中心距a，11-15
四、 链传动的设计计算
已知：P，载荷性质，工作条件，n1，n2 求Z1、Z2P，列数，a，润滑方式等。
例11-1

第四节 链传动的合理布置和润滑
一、 合理布置
原则：
1、 两链轮的回转平面应布置在同一垂直平面内，否则容易“脱链”和影响正常啮合，产生不正常磨损。
2、 两轮中心线最好是水平或与水平面夹角小于45°
3、 尽量紧边在上
二、张紧方法 （不同于带）
其目的不取决于工作能力，而会由垂度大小决定，垂度过大，会引起啮合不良和链条振动。
常用张紧方法见图11-16
三、润滑与防护
1）润滑
润滑有利于缓冲、减小摩擦、降低磨损，润滑良好否对承载能力与寿命大有影响。润滑方式按图11-17选取，注意链速越高，润滑方式要求也越高。
Ⅰ——人工定期；Ⅱ——滴油润滑；Ⅲ——油浴或飞溅润滑；Ⅳ——压力喷油润滑
润滑油牌号按机械设计手册选（普通机械油），运动粘度约为20~40st
2）防护
封闭护罩——目的是：安全、环境清洁、防尘、减小噪音和润滑需要等
齿形链传动计算简介（自学）