第八章 链传动.doc

辽宁信息职业技术学院 机械设计基础精品课程
第八章 链传动
教学目地：1了解链传动的特点、适用场合
2了解链传动的运动特性
3掌握链传动的设计计算方法
4熟悉链传动使用、维护方法
教学重点：1链传动的运动特性
2链传动的设计计算
教学难点：1链传动的运动特性
2链传动的设计计算
第八章 链传动
8.1 链传动的特点和应用
8.1.1链传动结构和类型
链传动由两轴平行的大、小链轮和链条组成。链传动与带传动有相似之处：链轮齿与链条的链节啮合，其中链条相当于带传动中的挠性带，但又不是靠摩擦力传动，而是靠链轮齿和链条之间的啮合来传动。因此，链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。
链的种类繁多，按用途不同，链可分为：传动链、起重链和输送链三类。
在一般机械传动装置中，常用链传动，根据结构的不同，传动链又可分为：套筒链、滚子链、弯板链和齿形链等等。在链条的生产和应用中传动用短节距精密滚子链占有支配地位 。
8.1.2链传动的特点和应用
主要优点：与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比（平均传动比），传动效率较高（润滑良好的链传动的效率约为9798%）；又因链条不需要象带那样张得很紧，所以作用在轴上的压轴力较小；在同样条件下，链传动的结构较紧凑；同时链传动能在温度较高、有水或油等恶劣环境下工作。与齿轮传动相比，链传动易于安装，成本低廉；在远距离传动时，结构更显轻便。
主要缺点：运转时不能保持恒定传动比，传动的平稳性差；工作时冲击和噪音较大；磨损后易发生跳齿；只能用于平行轴间的传动。
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，且工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。中低速传动：i≤8(I=2~4)，P≤100KW，V≤12-15m/s，无声链Vmax=40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）
8.2滚子链和链轮
8.2.1滚子链
套筒滚子链 相当于活动铰链，由滚子；套筒；销轴；外链板；内链板组成。
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。
两销轴之间的中心距称为节距，用P表示。
链条的节距越大，销轴的直径也可以做得越大，链条的强度就越大，传动能力越强。节距P是链传动的一个重要参数。内外链板制成8字形，截面Ⅰ、Ⅱ强度大致相等，符合等强度设计原则，并减轻了重量和运动惯性。
链节数LP常用偶数。接头处用开口销或弹簧卡固定。一般前者用于大节距，后者用于小节距。当采用奇数链节时，需采用过渡链节。过渡链节的链板为了兼作内外链板，形成弯链板，受力时产生附加弯曲应力，易于变形，导致链的承载能力大约降低20%。因此，链节数应尽量为偶数。滚子链的接头形式见图5—18。
滚子链标记：链号—排数×链节数 标准号
例如：节距为15.875mm, 单排，86节A系列滚子链其标记为：
10A—1×86GB1243.1—83
套筒滚子链规格与主要参数见表5—11
8.2.2链轮
为了保证链与链齿的良好啮合并提高传动的性能和寿命，应该合理设计链轮的齿形和结构，适当地选取链轮材料。
1、链轮的尺寸参数
若已知节距P，滚子直径和链轮齿数Z，链轮主要尺寸可接表计算。
2、链轮齿形
为了便于链节平稳进入和退出啮合，链轮应有正确的齿形。滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，其链轮齿形的设计可以有较大的灵活性。因此GB1244-85中没有规定具体的链轮齿形。在此推荐使用目前较流行的一种，即三园弧一直线点形，如图所示。当采用这种齿形并用相应的标准刀具加工时，链轮齿形在工作图上可不画出，只需在图上注?quot;齿形按3R，GB1244-85规定制造"即可。链轮轴面齿形尺寸见表，轴面齿形有园弧和直线两种。园弧形齿廊有利于链节啮入和啮出。
3、链轮结构
　　小直径链轮可采用实心式；中等尺寸链轮可制成孔板式；大直径链轮可采用组合式结构，
4、链轮材料：一般链轮用碳钢、灰铸铁制作，重要的链轮用合金钢制造，齿面要经过热处理。小链轮的啮合次数多于大链轮，故小链轮的材料应优于大链轮。
链轮的结构有实心式、孔板式、组合式、和齿圈和轮心螺栓联结式几种。
8.3 链传动的运动特性
整根链条是可以曲折的挠性体，而每一链节则为刚性体。链轮可以看作一正多边形。因而链传动的运动情况和绕在多边形轮子上的带传动很相似，如动画所示，正多边形的边长即为节距P，边数即为链轮齿数Z。链轮每转一周，链条移动距离为ZP。
设主、从动轮的转速分别为n1、n2则链的平均速度V

链传动平均传动比为：i=n1/n2=z2/z1=常数
假设链的紧边在传动时始终处于水平位置。若主动链轮以等角速度回转时，链条铰链销轴A的轴心作等速圆周运动，其圆周速度为V1=ωd1/2。V1可以分解为使链条沿水平方向前进的分速度Vx1（链速）和使链上下运动的垂直分速度Vy1:　　　　　　　　　　　　
式中，β为啮合过程中链节铰链中心在主动轮上的相位角，β=-180/z1～＋180/ z1，同样每一链节在与从动链轮轮齿啮合的过程中，链节铰链中心在从动轮上的相位角γ在±180/ z1范围内不断变化。紧边链条沿x方向的分速度为VX2=d2ω2/2式中, ω2为从动链轮的角速度。不计链条变形,则有vx1=vx2 于是得ω2=ω1d1cosβ/ d2cosγ。瞬时传动比为: i=ω1/ω2=d2 cosγ/ d1cosβ
通常 β≠γ 。显然，即使主动链轮以等角速度回转，瞬时链速、从动链轮的角速度和瞬时传动比等都是随 β、γ 作周期性变化。可见，由于绕在链轮上的链条形成正多边形，造成链传动运动的不均匀性。因此，这是链传动的固有特性。
由于链速和从动轮角速度作周期性变化，产生加速度a，从而引起动载荷。
链条垂直方向的分速度Vy也作周期性变化，使链产生横向振动。这是产生动载荷的重要原因之一。在链条链节与链轮轮齿啮合的瞬间，由于具有相对速度，造成啮合冲击和动载荷。链、链轮的制造、安装误差也会引起动载荷。由于链条松驰，在启动、制动、反转、载荷突变等情况下，产生惯性冲击，引起较大的动载荷。这些应引起注意。
8.4 滚子链传动的设计计算
8.4.1传动的主要失效形式
链传动的失效主要表现为链条的失效。链条的失效形式主要有：
1.链条疲劳破坏:
链传动时，由于链条在松边和紧边所受的拉力不同，故链条工作在交变拉应力状态。经过一定的应力循环次数后，链条元件由于疲劳强度不足而破坏，链板将发生疲劳断裂，或套筒、滚子表面出现疲劳点蚀。在润滑良好的链传动时，疲劳强度决定链传动能力的主要因素。
1、 链条冲击破断：
　　对于因张紧不好而有较大松边垂度的链传动，在反复起动、制动或反转时所产生的巨大冲击，将会使销轴、套筒、滚子等元件不到疲劳时就产生冲击破断。
2、 链条铰链的魔损:
链传动时，销轴与套筒的压力较大，彼此又产生相对转动，因而导致铰链摩损，使链的实际节距变长。铰链磨损后，增加了各链节的实际节距的不均匀性，使传动不平稳。链的实际节距因磨损而伸长到一定程序时，链条与轮齿的啮合情况变坏，从而发生爬高和跳齿现象，磨损是润滑不良的开式链传动的主要失效形式。造成链传动寿命大大降低。
４、链条铰链的胶合：
在高速重载时，销轴与套筒接触表面间难以形成润滑油膜，金属直接接触导致胶合。胶合限制了链传动的极限转速。
５、链条的过载拉断：

低速重载的链传动在过载时，因静强度不足而被拉断。
8.4.2功率曲线图
在规定试验条件下，把标准中不同节距的链条在不同转速时所能传递的功率，称为额定功率P0，滚子链额定功率曲线如教材图5—24所示。
链传动的试验条件：
　　1)、两链轮安装在水平轴上并共面；
　 2)、小链轮齿数Z1=19 链长LP=100节；
　 3)、单排链，载荷平稳；
4)、按规定润滑方式润滑；
5)、满载荷连续运转15000h；
　 6)、链条因摩损而引起的相对伸长量不超过3%；　　
7)、链速v>0.6m/s 。
8.4.3链传动的设计计算
已知：P，载荷性质，工作条件，转速n1、n2求：链轮齿数Z1、Z2，节距P，列数，中心距a，润滑方式等。
1. 中、高速链传动（V≧0.6m/s）
对于中、高速链传动，其主要失效形式是链条的疲劳破坏，它可按功率曲线图进行设计。当实际工作条件与上述条件不同时，应对查得的P0值加以修正。则链传动的功率P为：
P≦P0KzKiKαKpt/KA
式中：P名义功率，kW； KA为工作情况系数，查表5—15；
Kz为小链轮系数，查表5—16；Ki为传动比系数，查表5—17；
Kα为中心距系数，查表5—18；Kpt为多排链系数，查表5—19.
2. 低速链传动（V≦0.60.6m/s）
对于低速传动，其主要失效形式为链条过载拉断，必须对静强度进行计算。通常是校核链条的静强度安全系数S，其计算公式为：
S=FQ/KAF≧4~8
式中：FQ为极限拉伸载荷，N。F为链的工作拉力，N。
P为链传动的名义功率，kW;
8.4.4链传动主要参数的选择
1． 链节距
链节距P越大，承载能力越大，但引起的冲击，振动和噪音也越大。为使传动平稳和结构紧凑，应尽量选用节距较小的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。
2. 链轮齿数Z1、Z2
小链轮齿数少，动载荷增大，传动平衡性差。因此需要限制小链轮最少齿数,一般Z1MIN=17。链速很低时，Z1可取为9，Z1也不可过多，以免增大传动尺寸。推荐范围：Z1≈292i。 Z1=Iz2 链轮齿数ZMAX=120，因为链轮齿数过多时，链的使用寿命将缩短，链条稍有摩损即从链轮上脱落。 另外，为避免使用过度链节，链节数LP一般为偶数，考虑到均匀摩损，链轮齿数Z1、Z2最好选用与链节数互为质数的奇数，并优先选用数列17、19、21、23、25、38、57、76、85、114。 通常，链传动传动比i≤6。推荐i=23.5。
3. 中心距a和链节数ZP:
中心距a取大些，链长度增加，链条应力循环次数减少，疲劳寿命增加，同时，链的磨损较慢 ，有利于提高链的寿命；中心距a取大些，则小链轮上包角增大，同时啮合轮齿多，对传动有利。但中心距Q过大时，松边也易于上、下颤动，使传动平稳性下降，因此，一般取初定中心距a0=（30-50）P，最大中心距amax=80p ，且保证小链轮包角α1≥120°。 链条长度常以链节数LP来表示，L=pLP;

Lp计算后园整为偶数。然后根据Lp计算理论中心距a:

8.5 链传动的布置、张紧和润滑
8.5.1链传动的布置
布置链传动时注意：
（1）、传动装置最好水平布置。 当必须倾斜布置时，中心连线与水平面夹角应小于45°。
（2）、应尽量避免垂直传动。两轮轴线在同一铅垂面内时，链条因磨损而垂度增大，使与下链轮啮合的链节数减少而松脱。若必须采用垂直传动时,可考虑采取以下措施：
1）、中心距可调；
2）、设张紧装置；
3）、上下两轮错开，使两轮轴线不在同一铅垂面内。
4）、链传动时，松边在下，紧边在上，可以顺利地啮合。若松边在上，会由于垂度增大，链条与链轮齿相干扰，破坏正常啮合，或者引起松边与紧边相碰。
链传动的垂直布置见教材图5—26
8.5.2链传动的张紧
链传动正常工作时，应保持一定张紧程度，链传动的张紧程度，合适的松边垂度推荐为f=(0.010.02)a，a为中心距。对于重载，经常起动，制动，反转的链传动，以及接近垂直的链传动。松边垂度应适当减少。
链传动的张紧可采用以下方法：
1）、调整中心距，增大中心距可使链张紧，对于滚子链传动，其中心距调整量可取为2P，P为链条节距。
2缩短链长，当链传动没有张紧装置而中心距又不可调整时，可采用缩短链长（即拆去链节）的方法对因磨损而伸长的链条重新张紧。
3）、用张紧轮张紧，下述情况应考虑增设张紧装置：两轴中心距较大；两轴中心距过小，松边在上面；两轴接近垂直布置；需要严格控制张紧力；多链轮传动或反向传动；要求减小冲击，避免共振；需要增大链轮包角等。
8.5.3链传动的润滑
良好的润滑可以减少链传动的磨损，提高工作能力，延长使用寿命。
链传动采用的润滑方式有以下几种：
1）、人工定期润滑　 用油壶或油刷，每班注油一次。适用于低速v≤4m/s 的不重要链传动。
2）、滴油润滑 用油杯通过油管滴入松边内、外链板间隙处，每分钟约5～20滴。适用于v≤10m/s 的链传动。
3）、油浴润滑　将松边链条浸入油盘中，浸油深度为6～12mm，适用于v≤12m/s 的链传动。
4）、飞溅润滑　在密封容器中， 甩油盘将油甩起，沿壳体流入集油处，然后引导至链条上。但甩油盘线速度应大于3m/s。
5）、压力润滑　当采用 v ≥8m/s 的大功率传动时，应采用特设的油泵将油喷射至链轮链条啮合处。
润滑油牌号按机械设计手册选（普通机械油），精度约为20~40st。