一种链传动传动箱的设计

工业技术
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2005-5253-6545
一种链传动传动箱的设计
曹振波 郑玉峰
(沈阳新松机器人自动化股份有限公司 辽宁沈阳 110167)
摘 要：齿轮传动和带传动的传动箱具有对重载工况的适应性较差，不适用于较远距离的传动的缺点。

针对上述缺点，本文提出了一种链传动传动箱的设计，并对传动箱的链条、轴承等关键零部件进行了计算。

经过计算，这种链传动传动箱能够满足既定的使用要求。

这种传动箱很好地适应了重载远距离的工况，同时可以适应高污染环境。

这种传动箱会在重载工况下的机械设备上有较高的应用价值。

关键词：链传动 传动箱 设计 计算
中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)10(b)-0027-05
Design of a Chain Drive Box
CAO Zhenbo ZHENG Yufeng
(Special Robot BG, Shenyang SIASUN Robot & Automation Co., Ltd., Shenyang, Liaoning Province,
110167 China)
Abstract:The gearbox with gear or belt drive has the disadvantage of poor adaptability to heavy load condition and not suitable for long-distance transmission. In view of the above shortcomings, this paper proposes a design of chain drive box, and calculates the key parts of the drive box, such as chain, bearing, etc.
After calculation, the chain drive box can meet the established use requirements. This kind of driving box is well adapted to the long-distance working condition of heavy load, and can adapt to the high pollution environment at the same time. This kind of driving box will have high application value in the mechanical equipment under heavy load condition.
Key Words: Chain drive; Drive box; Design; Calculate
传动箱是许多机械设备上的重要组成部件，在机床、车辆、自动化设备、农用机械等工业产品中有着广泛应用。

谢斌等提出了一种双电机机驱动单元[1]，该驱动单元并没有充分利用电机的性能；张明提出一种机械液压复合传动箱[2]；董鲁波等人提出了一种包含传动、差速、转向、控制功能的传动箱[3]；宁吉平等提出了一种液压机械复合传动箱[4]。

这些传动箱结构复杂，并不适用于低成本设备。

王培通提出了一种后桥锥齿轮传动箱[5]，一定程度上缩小了传动箱的体积。

计算方面，闫思宏等人设计并分析了一种齿轮传动箱，该方法较为复杂，计算困难[6]。

因此，对于低成本设备，需要提出一种结构更加简单、计算方法更加简单的传动箱系统。

本文提出了一种链传动传动箱的设计，并对传动箱的关键零部件进行了计算。

这种传动箱很好地适应了重载远距离的工况，同时可以适应高污染环境。

这种传动箱会在重载工况下的机械设备上有较高的应用价值。

1 传动箱的工作原理和计算
传动箱的输入端需要接入动力源。

动力源一般为发动机、直流电机、感应交流电机、永磁同步电机交流驱动系统等。

其中，发动机利用汽油或者柴油驱动，驱动时间长，但体积较大；直流电机结构简单，效率低，体积和质量大，但由于直流供电系统结构简单，特别适合低成本简易设备使用；感应交流电机具有效率高、体积小、质量小、结构简单，免维护、易于冷却和寿命长等优点，低速性能和高速性能均较好；永磁同步电机交流驱动系统具有效率高，体积最小，质量最小的优点，但是由于永磁体成本较高，限制了这种驱动系统的使用。

本项目所设计的传动箱用于自动化设备，因此综合各方面考虑，采用结构简单的直流电机作为动力源。

工业技术
如图1和图2所示，在本项目中，传动箱驱动2套部件，单个部件对传动箱径向力2500N，轴向力1240N，圆周力2000N，力保持状态下驱动力为电机满载。

由于部件的正反转，轴向力和驱动力会变换正反方向。

传动箱使用5kW直流电机一台和1:20减速机一台，该
电机工作转速850r/min。

传动箱有两组链条分别驱动前后负载，两组链条的主动轮和从动轮均为21齿。

考虑减速机的效率为0.94左右，假设两组链条受力相同，则可以得到：负载转速42.5r/min，减速机驱动扭矩1123.52N ·
m；
每根链条对从动轮的驱动扭矩为
图1 传动箱原理正视图
1-轴承7009C；2-链轮16A 21齿；3-轴承7010C；4-被驱动的部件
图2 传动箱原理俯视图
工业技术
561.76N·m，传递功率4700W。

取工况系数KA=1.0，齿数系数1.1，得到链条传递功率5170kW,查表选用16A 链条，链条速度0.378m/s，链轮节圆直径170.421mm，链条受力6216N。

如图3所示，负载施加给轴的轴向力2500N。

考虑正反转情况。

A轴和C轴受到链轮拉力F11=F22=6216N。

将各受力分别使用平行四边形法则分配到与前进方向平行的X轴、和地面垂直的Z轴以及轴向Y轴三个方向上，利用杠杆原理，可以得到轴承7009C和7010C受径向力。

查表可得轴承7009C和7010C的计算系数e和Y, 根据计算系数e可以得到轴承的参考受力F(p,q)a参考= eF(p,q)r,其中p=1或2，q=1或2。

若F(p,2)a参考+F a>F(p,1)a参考,则F(p,1)a参考=F(p,2)a参考+F a，F(p,2)a=F(p,2)a参考；否则F(p,1)a=F(p,1)a参考，F(p，2)a参考=F(p,1)a参考-F a。

径向当量动载荷P(p,q)r=X×F(p,q)r+YF(p,q)a。

查表可得可得轴承7009C和7010C的计算系数Y0。

P(p,q)0r参考=0.44×F(p,q)r+Y0F(p,q)a。

如果P(p,q)0r参考>F(p,q)r，则P(p,q)0r=P(p,q)0r参考，否则P(p,q)0r=F(p,q)r。

经过计算的轴承受力如表1所示。

本设备使用寿命5年，每年工作365d，每天工作8h，设计寿命14600h。

根据轴承寿命，设计满足使用要求。

2 结语
本文提出了一种链传动传动箱的设计，并对传动箱的链条、轴承等关键零部件进行了计算。

经过计算，这种链传动传动箱能够满足既定的使用要求。

这种传动箱很好地适应了重载远距离的工况，同时可以适应高污染环境。

这种传动箱会在重载工况下的机械设备上有较高的应用价值。

图3 传动箱受力分析
表1 工作状态下传动箱受力分析
轴A轴B轴
工况正转反转正转反转轴转速/（r/min）42.50 42.50 42.50 42.50
负载X轴力/N2000.00 -2000.00 2000.00 -2000.00
负载Z轴力/N2500.00 2500.00 2500.00 2500.00
负载Y轴力/N1240.00 -1240.00 -1240.00 1240.00
负载力臂/mm-256.00 -256.00 -256.00 -256.00
链轮受力/N6216.00 6216.00 6216.00 6216.00
链轮受X轴力/N5721.86 5721.86 -5721.86 -5721.86
链轮受Z轴力/N2428.78 2428.78 2428.78 2428.78
链轮力臂/mm52.20 52.20 130.06 130.06 轴承7009C力臂/mm195.20 195.20 195.20 195.20 轴承7009C受X方向力/N-1092.82 4153.08 -6435.37 -1189.47 轴承7009C受Z方向力/N-2629.19 -2629.19 -1660.41 -1660.41 轴承7009C受轴向力/N2847.26 4915.35 6646.13 2042.50 轴承7010C受X方向力/N8814.68 -431.22 2713.52 -6532.39 轴承7010C受Z方向力/N7557.97 7557.97 6589.20 6589.20 轴承7010C受径向力/N11611.27 7570.26 7126.06 9278.45 轴承7009C e值0.32 0.32 0.32 0.32
轴承7010C e值0.43 0.43 0.43 0.43
F22a参考 N911.12 1572.91 2126.76 653.60
F21a参考 N4992.85 3255.21 3064.20 3989.73 判断F d7009C+F a>F d7010C否否否否F22a/N3752.85 4495.21 4304.20 2749.73
F21a/N4992.85 3255.21 3064.20 3989.73
F22a/C0r0.18 0.22 0.21 0.13
F21a/C0r0.23 0.15 0.14 0.18
F22a/F r 1.32 0.91 0.65 1.35
F21a/F r0.43 0.43 0.43 0.43 轴承7009C X值0.44 0.44 0.44 0.44
轴承7010C X值0.44 0.44 0.44 0.44
轴承7009C Y值 1.00 1.00 1.00 1.00
轴承7010C Y值 1.00 1.00 1.00 1.00
轴承7009C径向当量动载荷P r/N5005.64 6657.97 7228.50 3648.43
轴承7010C径向当量动载荷P r/N13808.12 9002.56 8474.31 11033.93 轴承7009C P0r参考3149.94 4525.47 5303.00 2286.13
轴承7010C P0r参考8102.34 5282.53 4972.56 6474.50
轴承7009C P0r3149.94 4915.35 6646.13 2286.13
轴承7010C P0r11611.27 7570.26 7126.06 9278.45 轴承7009C平均受力P m/N4326.88 5192.79
轴承7010C平均受力P m/N10264.27 8560.98
轴承7009C额定动载荷 C/N25800.00 25800.00
轴承7010C额定动载荷 C/N26500.00 16500.00
轴承7009C额定静载荷 C0/N20500.00 20500.00
轴承7010C额定静载荷 C0/N22000.00 22000.00 轴承7009C寿命/h760862.42 414208.82
轴承7010C寿命/h46725.10 17634.30
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