机械设计第十六章

第16章 链传动
16.1 概 述
链传动是间接啮合传动,由主、从动链轮和传动链组成(图16-2),通过主、从动链轮轮 齿与链节的啮合来传递运动和动力。
链传动与齿轮传动相比,制造、安装精度要求较低,成本也低;远距离传动时,结构更 轻便。 与摩擦型带传动比较,由于无弹性滑动、平均传动比恒定,效率更高;压轴力较小,结 构更紧凑;链传动也能在恶劣环境条件下工作。但链传动只能用于平行轴间的同向 传动,并且工作时瞬时传动比不恒定;当高速工作时,振动噪声大;磨损后易发生脱链。
有效圆周力为 Fe=1000P/V (16-13) 式中 P——传递的功率(kW); v——链速(m/s)。
离心力引起的拉力为Fc=qv2(16-14) 式中 q——链条单位长度的质量(kg/m)。
悬垂拉力Ff为 Ff=max(F'f,F″f) (16-15)
其中：F’f =Kfqa x 102
式中
图16-2 链传动的组成
链传动按用途可分为传动链、输送链和起重链。输送链和起重链主要用在运输和 起重机械中。传动链又可以分为齿形链、短节距精密滚子链(简称滚子链)两类。
本章主要介绍传动链中的滚子链的设计。 滚子链常用于传动系统的低速级,传递功率在100kW以下,链速不超过15m/s,推荐使 用的最大传动比imax=8。 链传动性能设计的主要内容包括:①选择链参数:型号、节数和排数;②确定链传动 结构参数:链轮直径、中心距及结构尺寸;③确定工作条件参数:压轴力等。 链传动设计可按图16-4所示的流程图进行。
ac——链条变速运动的加速度(m/s2)。
若主动链轮匀速转动,则
当β=±φ1/2=±180°/z1时，有
同理,链条沿垂直方向的速度变化,也会引起动载荷。 从动链轮因角加速度引起的惯性力为
式中 J——从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量(kg·m2); ω2——从动链轮的角速度(rad/s)。
由式(16-9)和式(16-11)可见,链轮的转速越高,节距越大,齿数越少,惯 性力就越大,相应的动载荷也就越大。
图16-பைடு நூலகம் 滚子链的接头形式
链的寿命受元件材料和热处理方法影响很大。链的所有元件均需经过热处理,以提 高其强度、耐磨性和耐冲击性。
16.3 链传动工作状况分析
16.3.1 链传动运动特性分析
由于链条是刚性链节通过销轴铰接而成的,故当链条绕在链轮上时,链与链轮啮合区段 的链节间将曲折成正多边形的一部分,如图16-8所示。该正多边形的边长等于链条的 节距p,边数等于链轮齿数z。 传动时,链轮每转过一圈,链条走过的长度为zp,所以链的平均速度(m/s)为
图16-5 滚子链的结构 1—滚子 2—套筒 3—销轴 4—内链板 5—外链板
图16-6 双排链
大功率传递时,可采用双排链(图16-6)或多排链。多排链的承载能力与排数成正比。 但由于精度的影响,各排链承受的载荷不均匀,故排数不宜过多。
滚子链的接头形式如图16-7所示。当链节数为偶数时,接头处可用开口销(图16-7a)或弹簧卡子( 图16-7b)来固定,前者用于大节距链,后者用于小节距链;当链节数为奇数时,需采用图16-7c所示的 过渡链节。由于过渡链节的链板工作时受附加弯矩作用,易发生疲劳破坏,因此一般情况最好不用 奇数链节数。
式中 z1、z2——主、从动链轮的齿数; n1、n2——主、从动链轮的转速(r/min)。
链传动的平均传动比为
16.3.2 链传动的动载荷
工作过程中由于链速和从动链轮转速的变化,会引起惯性力的变化及相应的动载荷。 链前进方向速度变化引起的惯性力为 Fd1=mac(16-8) 式中 m——紧边链条质量(kg);
图16-10 链节和链轮 啮合时的冲击
此外,链节和链轮轮齿接触的瞬间,因链节的运动速度和链轮轮齿的运 动速度在大小和方向上的差别,也将引起冲击和附加的动载荷。如图
16-10所示。
16.3.3 链传动的受力分析
为保证工作中松边不致过松,以避免出现链条的不正常啮合、跳齿或脱链现象,安装
时应使链条受到一定的张紧力。张紧力是通过使链条保持适当垂度所产生的悬垂拉
F’’f=(Kf+sinα)qa x102
a——链传动的中心距(mm); Kf——悬垂系数,如图16-11所示。图中f为下
垂度,α为中心线与水平面的夹角。
图16-11 悬垂系数
16.4 链传动性能设计
16.4.1 链传动的失效形式
1.链板的疲劳破坏 传动中,链条反复经受松边与紧边的变化载荷作用,当达到一定的循环次数时,使链条 产生疲劳。实验及实践证明,在润滑良好,中等速度下工作的链传动,其链板首先出现 疲劳断裂。 2.套筒、滚子的冲击疲劳 链节与链轮齿啮合时,会在滚子与链轮间产生冲击。高速时,这种冲击载荷很大,使套 筒或滚子的表面发生冲击疲劳破坏。 3.销轴与套筒的胶合 在高速大负荷工况下,链节啮合时受到的冲击能量较大,销轴与套筒间的摩擦热量大、 局部温升高、油膜易破裂,导致销轴与套筒工作表面金属的直接接触,产生局部粘着, 从而导致销轴与套筒工作表面产生胶合。 4.链条铰链的磨损 链工作过程中,铰链中的销轴与套筒间不仅承受较大的压力,而且还有相对转动,导致 铰链磨损,结果是导致链节距增大,链条总长增加,从而使链条的松边垂度发生变化,同 时增加了运动的不均匀性和动载荷,引起跳齿、脱链。若润滑不良,还有可能出现急剧 磨损现象。 5.链条的静力破坏 当链速较低时(v<0.6m/s),如果链条负载不增加而变形持续增加,即认为链条正在被破 坏。导致链条变形持续增加的最小负载将限制链条能够承受的最大载荷。
图16-3 齿形链
图16-4 链传动设计流程图
16.2 滚子链的结构特点
滚子链的结构如图16-5所示。内链板与套筒间、外链板与销轴间为过盈配合,滚子 与套筒间、套筒与销轴间为间隙配合。由于套筒可绕销轴自由转动,这就使内外链板 绕上链轮时可产生相对挠曲变形。滚子活套在套筒上,工作时可沿链轮齿廓滚动,减轻 齿廓的磨损。链的磨损主要发生在销轴和套筒的接触面上。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。
力获得的。链传动是啮合传动,与带传动相比,所需的张紧力要小得多。 链传动在工作时,也存在紧边拉力和松边拉力。如果不计传动中的动载荷,则紧边拉力
和松边拉力分别为 F1=Fe+ Fc+Ff F2=Fc+Ff
(16-12)
式中 Fe——有效圆周力(N); Fc——离心力引起的拉力(N); Ff——悬垂拉力(N)。