滚子链链轮设计

6
长量Δp 和啮合圆的外移量Δd 有如下关系 ∆d =
∆p ，当节距一定时，齿高就一定， 1800 sin z
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。 z2 ≤ 120 。 3．销轴与套筒的胶合 当链轮转速过高时，链节啮入时受到的冲击能量增大，积聚的热量较大，销轴、套筒间 的润滑油膜被破坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，导致胶合。胶合在 一定程度上决定了链传动的极限转速。 4．链条静力拉断 低速(v<0.6m/s)的链条过载，并超过链条静力强度的情况下，链条会被拉断。 二．滚子链传动的额定功率 链传动的各种失效形式都在一定条件下限制了它的承载能力。 因此， 在选择链条型号时， 必须全 面 考虑 各 种 失 效 形 式 产生的原因和条件，从而确定 其能传递的额定功率 P0。 右图是通过实验作出的 单排链的额定功率曲线图。由 图可见：在润滑良好、中等速 度的链传动中，链传动的承载 能 力主要 取 决 于链 板 的 疲劳 强度；随着转速的增高，链传 动的多边形效应增大，传动能 小链轮转速 力主要 取 决 于 套筒 和 滚子 的 -- 由链板疲劳强度限定 冲击疲劳强度，转速越高，传 动能力就越低，并会出现铰链 -- 由滚子、套筒冲击疲劳强度限定； 胶合现象，使链条迅速失效。 -- 由销轴和套筒疲劳强度限度 图 9-13 为 A 系列滚子链 的额定功率曲线，它是在标准 实验条件下得出的：1）两链轮安装在水平轴上，两链轮共面；2）z1=19；3）Lp=100 节；4） 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 P0。若所设计的链传动与上述实验条件不符时，由图查得的 P0 值应乘 以一系列修正系数。
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。
3
−ϕ1/2
二．瞬时传动比
ϕ1/ 2
−ϕ1/2
ϕ1/2
β ϕ1/2 ω1 −ϕ1/2 ϕ 2 /2 ω2
2
γ −ϕ 2/2
vx = v1 cos β = v2 cos γ R1ω1 cos β = R2ω 2cos γ Q β在 ± i瞬时 = 1800 1800 之间变化，而γ在 ± 之间变化， ∴ω 2在每一瞬时都发生变化 z1 z2
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 imax = 8 ，链速不超过 15m/s。本章主要讨论滚子链。
0 0
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C 点：
B 点：
0
任一位置：
（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
vx = R1ω1 cos β ， vx 随β的变化而变化。 v y = R1ω1 sin β ，β在 ±
ϕ1 ϕ1 1800 = 之 2 z1 2
ω1 R2 cos γ = 变化。只有当 z1 = z 2 (r1 = r2 ) ，且链传动的中心距恰为节距的整 ω 2 R1 cos β
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： Fd 1 = mac N 式中：m---紧边链条的质量，kg； ac---链条加速度，m/s2。
§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 F1 是由链传递的有效圆周力 Fe、 链的离心力 Fc 及链条松边垂度引起的悬垂拉力 Ff 三部分 组成。
§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
2
v平均 = i平均
n1 z1 p n2 z2 p = m/ s 60 * 1000 60 *1000 n z = 1 = 2 n2 z1
若已知 p、z
p 1800 sin z 1800 d a = p 0 . 54 + ctg z d f = d − d1 (d1 − −滚子直径) d=
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。
1
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。
Ff' = K f qa * 10−2 Ff" = ( K f + sin α )qa *10 − 2
N
式中：a---链传动的中心距，mm。 q---单位长度链条的质量，kg/m。 Kf—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
实际工作时，即使主动链轮以等角速转动，瞬时速度和瞬时传动比是变化的。
ϕ1/2 ω1
−ϕ1/2 ϕ 2 /2 ω2 −ϕ 2/2
一．瞬时链速 设链的主动边始终处于水平位置。链节在 A 点进入啮合，当旋转到 B 点时，下一链节 进入啮合。设小链轮以匀角速转动
A 点：
ϕ 1800 1800 ϕ vx = v1 cos − 1 = R1ω1 cos (Q ϕ1 z1 = 3600 ,∴ 1 = ) z1 z1 2 2 180 ϕ v y = v1 sin − 1 = − R1ω1 sin z1 2 vx = v1 = R1ω1 vy = 0 180 ϕ vx = v1 cos 1 = R1ω1 cos z1 2 180 ϕ v y = v1 sin 1 = R1ω1 sin z1 2 vx = v1 cos β = R1ω1 cos β v y = v1 sin β = R1ω1 sin β
F1 = Fe + Fc + Ff
N
链的松边所受的拉力 F2 由 Fc 及 Ff 两部分组成。
F2 = Fc + Ff
5
有效圆周力
Fe = 1000
P v
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
Fc = qv 2
N
式中：q---单位长度链条的质量，kg/m。 v---链速，m/s。 悬垂拉力 Ff 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。
§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 d1 和内链节内宽 b1。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
§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 d1、排距 pt 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 da，齿根圆直径 df 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。
U=
1 2 mv0 2
ω1
设质量集中在链节中点
m = pq / 1000 g p p 2n π v0 = ω1 = 1 . 2 60 2 * 1000 2 pq (n1πp ) qp 3 n12 1 2 U = mv0 = = C 2 2 g * 60 *10003
ω1
式中：q---链条每米质量，kg/m。 v0---链条与链轮相对转速，m/s。 g---重力加速度，m/s2。 综上所述：链传动中，由于链在轮上呈多边形随链轮转动时，引起链速和传动比都随时 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） 。
ac =
dvx d = R1ω1 cos β = − R1ω12 sin β dt dt
4
当β =±
1800 ω2 p 1800 时， amax = m R1ω12 sin =m 1 z1 z1 2 J dω 2 N R 2 dt
2．从动链轮的角加速度引起的动载荷为： Fd 2 =
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； R2---从动链轮的分度圆半径，m。 3．vy 变化引起的动载荷 vy 变化，使链条发生横向振动，甚至共振。对高速链传动，注意固有频率。 4．链节与链轮啮合瞬间，由于链与轮间的相对速度，引起链与论的冲击，冲击能量与 速度、质量有关。