链条传动

第五节 滚子链传动的设计计算
一、链传动的失效形式
链轮比链条的强度高，工作寿命链轮比链条高2～3倍，故链传动的失 效形式主要是针对链的失效。
1、链条元件的疲劳破坏 （∵ 交变应力下工作）
2、销轴与套筒的接触工作表面→p↑— 脱链 3、胶合：销轴与套筒（高速或润滑不良） 4、冲击破坏：起动、制动、反转 5、静力拉断：v 0.6m / s 下，过载拉断 6、链轮轮齿磨损
1、 确定链传动比
1、传动比i
a一定时，
i↑→包角α1↓→啮合齿数↓→链条磨损↑→引起跳链
或脱链，还会使传动的外廓尺寸加大。
∴
i
n1 n2
8
，通常：α1≥120°，i = 2~3.5
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2、链轮齿数
1）不宜过少
v min v
z↓
m
ax
c
os180 z1
—↑运动不均匀性、↑动载荷
图反映了P0，n1和链型号三者 关特系定。实验条件： 几1、点两说轮明共：面；2、小齿轮齿数z1=19；3、链长 Lp=120节；4、载荷平稳；5、按推荐的润滑方 1式、润当滑实；际工工作作寿条命件为与1试50验00条h；件7不、链条因磨损而 符引时起，的应相对对查伸得长的量P不0值超进过行去修3%正；
链号——排数×链节数 标准编号
滚子链规格和主要参数见表9-1
二、齿形链 齿形链又称无声链，它是一组链齿板铰接而成。链齿板
与链轮轮齿相啮合而传递运动。
齿形链上设有导板，以防止链条工作时发生侧向窜动。导板有内导 板和外导板之分。内导板齿形链导向性好，工作可靠；外导板齿形链的 链轮结构简单。
与滚子链相比，齿形链传动平稳无噪声承受冲击性能好，工作可靠，
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三、结构 链轮的结构分为：整体式、孔板式、组合式。
整体式 孔板式
组合式 轮辐式（胀紧联结 ）
四、链轮材料的选择
原则：满足轮齿强度和耐磨性耐冲击要求，应使小链轮的 材料优于链轮材料。
在低速、轻载及平稳传动中，常用中碳钢；中速、中载时， 常用中碳钢淬火处理，其硬度为40—45HRC；高速、重载及 连续传动时，宜合金钢。
成齿槽各段曲线应光滑边接。
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常用“三圆弧一直线”。
三圆弧一直线齿形（凹齿形） 三圆弧： 一直线： bc
o2
d
r2
r3 o3
c b r1
a
o1 a
180°
z
设计时，不需要画端面齿形图，但需画轴向齿形图，以便 切削毛坯。同时，还必须注明基本参数、主要尺寸以及齿形 按3RGBl244—85制造的字样。
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如图：v 、v y 均作周期性变化
每转一个链节为周期
v —— “忽快忽慢” v y —— “忽上忽下”
z 1↓—
1
2
↑—
运动不均匀性↑
不平稳、有规律振动。
节距P越大，齿数越少，β角的变化范围就越大，链速的变化范围也 就越大。
从动轮：v R2 2 cos
2
R2
v
cos
1、链条前进的加速度引起的动载荷：
Fd1
mac
m dvx dt
m
d dt
(
R11
c
os
)
mR11 sin
d
dt
mR112 sin
当＝
180 Fd1
/ z1时 Fmax
mR112
sin(
180 z1
)
1 2
m12
p
可见：
ω1↑ p↑ z1↓
a↑
从动链轮角加速度引起的动载荷
动载荷↑
Fd
＝
2
J R2
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第四节 链传动的运动特性
一、链传动的运动不均匀性 1、平均传动比
∵ 链轮转一周，链条转过长度为zp ∴ 平均链速：v z 1pn1 z 2 pn2 m / s
601000 601000
平均传动比：i n1 z2 d2 n2 z1 d1
d与Z不成正比
d p sin 180 z
d dg dk df da dg
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链轮尺寸计算公式见 退出
分度圆直径d：滚子中心所在圆。
d p / sin 180 z
顶圆直径da：
da
P(0.54
tan
180 ) Z
齿数Z：因为链节数为偶数，为了使链轮磨损均匀，一般齿
数应取奇数。
d dg dk df da dg
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第九章 链传动
§9-1 链传动的特点及应用 §9-2 传动链的结构特点 §9-3 滚子链链轮的结构和材料 §9-4 链传动的工作情况分析 §9-5 滚子链传动的设计计算 §9-6 链传动的布置、张紧和润滑与防护
第一节 链传动的特点、类型及应用
主动链轮 1、链传动组成： 从动链轮
链条
2、传动原理：靠链条与链轮啮合来传递动力。 3、特点：
二、滚子链的额定功率
各种失效都在一定程度上限制了寿命，在保证一定寿命
的前提下，可画出各疲种劳型强号度链限的功率曲线。
链条磨损限定功率曲线 定功率曲线
套筒、滚子冲击疲劳 强度限定功率曲线
实际使用区域
链条胶合限 定功率曲线
润滑不良或工况较恶 劣时限定功率曲线
极限功率曲线
根据此方法，可以得出在特定的实验条件下各种型号链极限 功率曲线，如图所示为A系列滚子链所能传递的功率。
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5、分类 按照用途不同，链可分为：传动链、起重链和输送链。 传动链—— 一般机械传动，v≤20m/s
起重链—— 提升重物，v≤0.25m/s
曳引链—— 移动重物，v=2～4m/s
传动链
起重链
曳引链
在一般机械中，最常用的是传动链。
传动链
滚子链 齿形链 套筒链 成型链
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滚子链链轮轴面齿形
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二、 链轮的基本参数和主要尺寸 链轮的齿形已经标准化。链轮设计主要内容是： ◆确定其结构及尺寸； ◆选择材料和热处理方式；
链轮的基本参数：
◆ 配用链条的节距 p、滚子的最大外径 d1、排距 pt、齿数z。
链轮的主要尺寸见下图，链轮毂孔的直径应小于其最大许用直径dkmax。
当 v 0.6m / s 时，低速传动：v↓→F1↑→过载拉断
安全系数校核：S
z p FQ
4~8
K A F1 Fc Ff
zp—排数；FQ—单排链的极限拉伸载荷
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三、滚子链传动的设计方法和步骤 已。知：传递的功率P、主动链轮和从动链轮的转速nl，n 2、 载荷的性质、原动机类型、传动用途等。 设计内容：选定链轮的齿数zl和z2，确定链节距p、排数 、确定中心距a和链节数Lp、选择润滑方式和链轮材料并绘制 链轮零件工作图。 （一） 中、高速链传动的设计计算（v≥0.6）
②瞬时速度和瞬时传动比是不断变化的，因此，运转时不 平稳，有冲击、噪声；
③磨损后易发生跳齿； ④不宜在载荷变化很大和急速反向传动中工作； ⑤制造费用和安装精度比带传动高。
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4、链传动工程应用 Pmax→5000kW，vmax→40m/s，imax→15，amax→8m 一般： P＜100kW， v ＜15m/s，i ＜8 链传动主要用在要求工作可靠、转速不高，且两轴相
链板各横截面的抗拉强度相近，又减少链条的重量和惯性力。
滚子则沿链轮齿廓滚动，旨在减少相互之间的摩擦磨损。
2、基本参数：
p ——节距
d1——滚子直径 Lp——链长（链节数）
bl——内链节内宽 pt——多排链排距
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(1)链长：以节数来表示，一般为偶数。
开口销 接头方式： 弹簧卡
链节数为偶数
过渡链板：链节数为奇数
过渡链节：产生附加弯矩
∴ 避免采用奇数链节。
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(2)节距p：相邻两滚子中心的距离称为节距。
p↑——尺寸↑ →传递的功率↑ p = 链号×25.4/16（mm）
单排链 （3）排数zp
多排链
排数↑—承载↑
但：排数↑↑—承载不均， ∴ zp≯3-4 3、滚子链标记
d 2
dt
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2、链条的垂直分速度 vy 周期性变化（大小、方向）
链条横向振动。
3、链条进入链轮瞬间，产生冲击 附加动载荷。
冲击动能：E k
qp 3 n 2 c
可见： q↑ p↑
常数
n↑
为↓Ek→↓p，n＜nlim。
— ↑Ek
4、由于链张紧不好、链条松弛 ——在起动、制动、载荷变化等情况下——惯性冲击
2、松边拉力：F2 Fc Ff
功率
①
有效圆周力：Fe
1000
P（N) v
链条单位长度质量
② 离心力引起的链拉速力 Fc qv2 (N )
α
n1
y
③ 垂度拉力Ff：取决于链传动的布置方式及链在工
作时允许的垂垂度系度数。
中心距
F' K f qa102
F" (K f sin)qa102
垂度系数Kf查图9——9
2、若润滑不良或不能采用推荐润 滑方式时，应将图中的P0降低。
v≤1.5m/s，降低50%；
1.5m/s ≤ v ≤ 7m/s，降低25%
v> 7m/s，传动不可靠；
实际使用：修正
P0
Pca KzKLK p
式中：kz——小链轮齿数系数,z1＜19时,kz＜1
kp——多排链排数系数；
设计时，由上式求P0→由P0、n1在图中链型号
与带传动比： ①没有弹性滑动和打滑现象，故平均传动比准确； ②传动效率较高； ③张紧力小，所以压轴力较小，轴承磨损少。 ④能在温度高、灰尘多、湿度大及有腐蚀等恶劣条件下工作； ⑤链传动结构紧凑。
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与齿轮传动相比： ①制造安装精度要求低；成本低； ②适用的中心距范围大(可达十多米)，结构简单，重量轻 链传动的缺点是： ①只适用于平行轴间的传动, 且同向转动 ；
2 2 (2 180 )
2
2 2 z2
∵ v、γ变化 ∴ω2变化 由 v R2 2 cos R11 cos
i 瞬时
1 2
R2 cos R1 cos
后果： 1、i瞬时变化； 2、链速不均匀。
使i瞬时=const的条件：
z1=z2 紧边长度为链
i瞬时=1
节距的整数倍
二、链传动的动载荷
链轮齿数优先选用以下数列：17，19，21，23，25，38 ，57，76，95，114。
3、确定计算功率 Pca＝KAP
KA——工作情况系数，见表9-9。
多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中——“无声链”。
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第三节 滚子链链轮的结构和材料
一、链轮的齿形
滚子链与链轮属非共轭啮合，链轮的齿形设计有较大的 灵活性。国家标准GB1244—85只规定：
齿 齿 齿
面圆弧半径 沟圆弧半径 沟角α
re ri
最大值和 最小值
其余各段设计者自行设计。组
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一、滚子链
第二节 传动链的结构特点 外链节
1.结构
内链节
形成铰链
套 销轴 筒____外 内链 链板 板过盈配合
滚子__套筒 套筒__与销轴
间隙配合
内外链板间
链条：
链销板轴常用合金钢，且表面处理 滚套子筒碳钢或合金钢，淬火
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内、外链板呈“8”字形：?
∴ 链传动的运动不均匀性和动载荷是链传动的固有特性。
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结论： 1）转速ω1↑→动载荷↑。 2）节距p↑→动载荷↑。 3）齿数z1↓→动载荷↑
所以，链传动一般安装在传动的低速级。
思考：设计需带、齿轮、链三级传动，由高速级至低级
其排顺序如何？
三、链传动的受力分析
1、紧边拉力：F1 F Fc Ff
vymax
R11
sin
180 z1
—↑垂直分速度，↑功率消耗
z↓，同时啮合齿数↓，磨损↑
z↓，链节间相对转角↑，↑功率消耗
∴ 限制zmin
2）不宜过多 z1↑→外廓尺寸和重量↑ z1↑→z2↑↑磨─损→d+Δd↑→跳齿、脱链↑→寿命↓
由于：d
p sin 180
z
磨损后：p→p+Δp
p+Δp
d+Δd
d
d
p p sin 180
z
即：d
p sin 180
z
当Δp相同时：z↑— Δd ↑
p φ d
— 链节外移(爬齿)↑— 脱链可能性↑ ∴ zmax = 120
磨损引起的脱链往往发生在大轮。
3）均匀磨损
由于链条的节数常为偶数，则链轮齿数应选用奇数或与 链节数互为质数的奇数，目的在于使链传动磨损均匀性好。
距较远，要求i平均不变以及其它不宜采用齿轮传动或带传 动的场合。不宜用于载荷变化大和急促反向的传动。
自行车、摩托车 ∴ 广泛应用在 挖掘机（恶劣工作条件）
其它低速重载场合
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链传动在大型机械上的应用
链传动在输送机械上的应用
链传动在运输机械上的应用
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链传动在啤酒机械上的应用
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2、瞬时速度 假设：紧边在传动时总是处于水平位置。
链条销轴中心沿链轮分度圆运动 v1 R11
v1可分解为：vx v1 cos R11 cos
— 水平分速度,即链速,使链条前进,传递功率。
vy v1 sin R11 sin
— 垂直分速度,使链条上下移动,消耗功率。