链轮设计

第七章 链传动§7-1 链传动的特点和应用1．组成：链传动由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链条组成。

工作时，靠链条链节与链轮轮齿的啮合带动从动轮回转并传递运动和动力。

2．特点：1）由于链传动属于带有中间挠性件的啮合传动，所以可获得准确的平均传动比；2）与带传动相比，链传动预紧力小，所以链传动轴压力小，而传递的功率较大，效率较高，链传动还可以在高温、低速、油污等情况下工作；3）与齿轮传动相比，两轴中心距较大，制造与安装精度要求较低，成本低廉。

4）链传动运转时不能保持恒定的瞬时传动比和瞬时链速，所以传动平稳性较差，工作时有噪音且链速不宜过高。

3．应用：适用于中心距较大，要求平均传动比准确的场合。

传动链传递的功率一般在100kW 以下，最大传动比8max i ，链速不超过15m/s 。

本章主要讨论滚子链。

§7-2 传动链的结构特点一．滚子链滚子链是由滚子1、套筒2、销轴3、内链板4和外链板5组成。

内链板和套筒之间、外链板与销轴之间分别用过盈联接固联。

滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。

当内、外链板相对挠曲时，套筒可绕销轴自由转动。

滚子活套在套筒上，工作时，滚子沿链轮齿廓滚动，减轻了齿廓的磨损。

链的磨损主要发生在销轴与套筒的接触面上。

因此，内、外链板间应留少许间隙，以便润滑油渗入销轴和套筒的摩擦面间。

内、外链板制成8字形，是为了使链的各剖面具有相近的抗拉强度，也可减轻链的质量和运动时的惯性力。

传动链使用时首尾相连成环形，当链节数为偶数时，接头处可用内、外链板搭接，插入开口销或弹簧夹锁住。

若链节为奇数，需采用一个过渡链节才能首尾相连，链条受拉时，过渡链节将受附加弯矩，所以应尽量采用偶数链节的链条。

滚子链与链轮啮合的基本参数是节距p 、滚子外径d 1和内链节内宽b 1。

其中，节距是滚子链的主要参数。

节距增大时，链条中各零件的尺寸也要相应增大，可传递的功率也随之增大。

但当链轮齿数一定时，节距越大，链轮直径D 也越大，为使D 不致过大，当载荷较大时，可用小节距的双排链或多排链。

多排链的承载能力与排数成正比，列数越多，承载能力越高。

但由于制造、安装误差，很难使各排的载荷均匀，列数越多，不均匀性越严重，故排数不宜过多，一般不超过四列。

考虑到我国链条生产的历史和现状，以及国际上几乎所有国家的链节距均用英制单位，我国链条标准GB1243.1-83中规定节距用英制折算成米制的单位。

链号与相应的国际标准链号一致，链号数乘以25.4/16mm 即为节距值。

后缀A 或B 分别表示A 或B 系列。

A 系列用于重载、重要、较高速的传动，B 系列用于一般的传动中。

滚子链标记：链号—排数*链节数 标准编号例：10A —1*88 GB1243.1--83二．齿形链齿形链又称无声链。

由一组带有两个齿的链板左右交错并列铰接而成。

每个齿的两个侧面为工作面，齿形为直线，工作时链齿外侧边与链轮轮齿相啮合来实现传动。

特点：工作平稳，噪音小，允许的链速高，承受冲击能力好，传动效率一般为0.95~0.98，润滑良好的传动可达0.98~0.99。

但价格较高，重量较大，对安装、维护要求较高。

应用：适宜于高速传动；又实用于传动比大和中心距较小的场合，多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。

§7-3 滚子链链轮的结构和材料链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已标准化。

链轮设计主要是确定其结构及尺寸，选择材料及热处理方法。

一．链轮的基本参数及主要尺寸链轮的基本参数是配用链条的节距p ，套筒的最大外径d 1、排距p t 及齿数z 。

二．链轮的齿形链轮的端面齿形是标准齿形，由弧aa 、ab 、cd 、和直线bc 构成--三圆弧一直线齿形。

当选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不画出，只需注明链轮的基本参数和主要尺寸（节距p ，节圆直径d ，齿顶圆直径d a ，齿根圆直径d f 和齿数z ），并注明“齿形按3R GB1244—85规定制造”即可。

节圆—链轮上链条的销轴中心所在的圆，直径用d 表示。

若已知p 、z ()滚子直径---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==11018054.0180sind d d d zctg p d zp d f a链轮轴向齿廓及尺寸，应符合GB1244—85的规定。

在零件的工作图上应绘出链轮的轴面齿形，以便制造链轮切齿前的毛坯。

三．链轮的结构小直径----整体式；中等尺寸---孔板式；大直径---组合式（齿圈、轮芯用不同材料，用焊接或螺栓联接在轮芯上）。

四．链轮的材料材料应能保证轮齿具有足够的强度和耐磨性，常用碳钢、合金钢，齿面多经热处理。

工作时，小链轮轮齿参与啮合的次数比大链轮多，磨损、冲击较严重，所以，小链轮的材料应较好，齿面硬度较高。

§7-4 链传动的运动特性链条整体是一挠性体，但对单个链节，却是刚性体。

所以链条绕在链轮上时，并非沿轮周弯曲成圆弧性，而是折成正多边形的一部分，此正多边形的边长为，边数为链轮的齿数。

链轮每转一周，带动链条转过的长度为zp ，所以链条的速度为2211/1000*601000*60sm p z n p z n v ==平均进入啮合。

设小链轮以匀角速转动A 点：101111101011101111180sin2sin )1802,360(180cos 2cos z R v v z z z R v v y x ωϕϕϕωϕ-=⎪⎭⎫⎝⎛-==∴==⎪⎭⎫ ⎝⎛-=C 点：0111===y x v R v v ωB 点：101111101111180sin2sin 180cos2cos z R v v z R v v y x ωϕωϕ=⎪⎭⎫⎝⎛==⎪⎭⎫⎝⎛=任一位置：βωββωβsin sin cos cos 111111R v v R v v y x ==== （β为铰链A 在链轮上的相位角）由以上分析可知：在前一链节进入啮合到后一链节进入啮合的过程中，链条线速为βωcos 11R v x =，x v 随β的变化而变化。

βωsin 11R v y =，β在⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=±101118022z ϕϕ之间变化。

链条这样忽快忽慢、忽上忽下，给链传动带来运动的不均匀和振动拍击，若齿数z越少或节距p 越大---φ越大，运动的不均匀性越严重。

在每一瞬时都发生变化之间变化，在之间变化，而在221221121180180cos cos cos cos ωγβγωβωγβ∴±±===z z R R v v v xβγωωcos cos 1221R R i ==瞬时变化。

只有当()2121r r z z ==，且链传动的中心距恰为节距的整数倍时（只有具备上述条件，β、γ才能同步变化），传动比才能恒定不变（恒为1）。

三．链传动的动载荷 链传动在工作过程中，链条和从动链轮都是作周期性的变速运动，因而造成和从动链轮相连的零件也产生周期性的速度变化，从而引起了动载荷。

动载荷的大小与回转零件的质量和加速度的大小有关。

1．链条前进引起的动载荷为：c d ma F =1 N式中：m---紧边链条的质量，kg ；a c ---链条加速度，m/s 2。

βωβωsin cos 21111R R dtd dtdv a x c -===当1180z ±=β时，2180sin211211max pz R a ωω==2．从动链轮的角加速度引起的动载荷为：N dtd R J F d 222ω=间作周期性的变化，导致运动不均匀并发生动载荷、冲击和振动现象，这是链传动的固有特性。

为获得较平稳的链传动，设计时，合理选择各项运动参数（小节距、多齿数、限制链轮最高转速）。

§7-5 链传动的受力分析链传动在安装时，应使链条受一定的张紧力，其张紧力是通过使链保持适当的垂度所产生的悬垂拉力获得的。

链传动张紧的目的主要是使松边不致太松，以免影响链条正常退出啮合和产生振动、跳齿或脱链现象，因而所需的张紧力比带传动小得多。

链在工作过程中，紧边和松边的拉力不等。

若不计传动中的动载荷，链的紧边受到的拉力F 1是由链传递的有效圆周力F e 、链的离心力F c 及链条松边垂度引起的悬垂拉力F f 三部分组成。

f c e F F F F ++=1 N链的松边所受的拉力F 2由F c 及F f 两部分组成。

f c F F F +=2有效圆周力 vPF e 1000= N式中：P---链传动所传递的功率，kW ； v---链速，m/s 。

离心力引起的拉力 2q v F c = N 式中：q---单位长度链条的质量，kg/m 。

v---链速，m/s 。

悬垂拉力F f 的大小与链条的松边垂度及传动的布置方式有关，在F ’f 和F ”f 中选大者。

2"2'10*)sin (10*--+==qa KF qa K F fff f α N式中：a---链传动的中心距，mm 。

q---单位长度链条的质量，kg/m 。

K f —垂度系数。

§7-6 滚子链传动的设计计算一．链传动的失效形式 1．链的疲劳破坏链在工作时，链轮两边的链条一边张紧、一边松弛。

链条不断由松边到紧边周而复始地运动着，所以它的各个元件都在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会出现疲劳断裂，或套筒、滚子表面会出现疲劳点蚀（多边形效应引起的冲击疲劳）。

因此，链条的疲劳强度成为决定链传动承载能力的主要因素。

试验表明：在润滑良好的中等速度下工作的链条，在链板上首先出现疲劳断裂。

链条越短，速度越高，循环快时，疲劳损坏越严重。

2．链条铰链的磨损链条在工作时，铰链与套筒间承受较大的压力，传动时彼此又发生相对转动，导致铰链磨损，铰链节距伸长，而轮齿节距几乎不受磨损影响，结果将导致啮合点外移，严重时，产生跳链、脱链现象。

图9-15，铰链磨损后，节距由p 增大为p+Δp ，啮合点由d 增大为d+Δd ，链节距的增长量Δp 和啮合圆的外移量Δd 有如下关系zp d 0180sin∆=∆，当节距一定时，齿高就一定，即允许的啮合圆外移量就一定。

齿数z 越多，啮合圆的外移量Δd 就越大，链从链轮上脱落的可能性就越大，为保证链条寿命，应使齿数少一些。

1202≤z 。

3．销轴与套筒的胶合载荷平稳；5）按推荐方式润滑；6）能连续15000小时满负荷运转；7）链条因磨损引起的相对伸长量不超过3%。

根据小链轮转速，由此图可查出各种链条链速在大于0.6m/s 情况下允许传递的额定功率P 0。

若所设计的链传动与上述实验条件不符时，由图查得的P 0值应乘以一系列修正系数。

p L z A ca K K K P P K P 0==式中：K A ---工况系数，表9-9。