链条传动设计.docx
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链条传动设计
2.5链传动
2.5.1链传动概述
链传动由两个链轮和绕在两轮上的中间挠性件——链条所组成。
靠链条与链轮之间的啮合来传递两平行轴之间的运动和动力，属于具有啮合性质的强迫传动。
其中，应用最广泛的是滚子链传动。
图链传动简图
图链条实物
与带传动、齿轮传动相比，链传动的主要特点是：
没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，传动效率较高（封闭式链传动传动效率=0.95～0.98）；链条不需要象带那样张得很紧，所以压轴力较小；传递功率大，过载能力强；能在低速重载下较好工作；能适应恶劣环境如多尘、油污、腐蚀和高强度场合。
但链传动也有一些缺点：
瞬时链速和瞬时传动比不为常数，工作中有冲击和噪声，磨损后易发生跳齿，不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。
图滚子链结构
1
滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。
销轴3与外链板2、套筒4与内链板1分别用过盈配合联接。
而销轴3与套筒4、滚子5与套筒4之间则为间隙配合，所以，当链条与链轮轮齿啮合时，滚子与轮齿间基本上为滚动摩擦。
套筒与销轴间、滚子与套筒间为滑动摩擦。
链板一般做成8字形，以使各截面接近等强度，并可减轻重量和运动时的惯性。
链传动的使用范围是：
传动功率一般为100kW以下，效率在0.92～0.96之间，传动比i不超过7，传动速度一般小于15m/s。
滚子链是标准件，其主要参数是：
链节距p，它是指链条上相邻两销轴中心间的距离。
GB1243.1-83规定滚子链分A、B两个系列。
表中的链号数乘以25.4/16即为节距值，表中的链号与相应的国际标准一致。
滚子链的标记方法为：
链号-排数×链节数，标准编号。
例如16A-1×80GB1243.1-83，即为按本标准制造的A系列、节距25.4mm、单排、80节的滚子链。
链条除了接头和链节外，各链节都是不可分离的。
链的长度用链节数表示，为了使链条连成环形时，正好是外链板与内链板相连接，所以链节数最好为偶数。
表 滚子链的规格及主要参数（摘自GB1243.1-83）
链号
节距
p/mm
排距
p1/mm
滚子外
径
d1/mm
内链节
链宽
b1/mm
销轴直
径
d2/mm
内链板
高度
h2/mm
极限拉每米质
伸载荷量（单排）
（单排）q/（kg/m
Q/N）
05B
06B
08A
08B
10A
12A
16A
20A
24A
28A
32A
40A
48A
8.00
9.525
12.70
12.70
15.875
19.05
25.40
31.75
38.10
44.45
50.80
63.50
76.20
5.64
10.24
14.38
13.92
18.11
22.78
29.29
35.76
45.44
48.87
58.55
71.55
87.93
5.00
6.35
7.95
8.51
10.16
11.91
15.88
19.05
22.23
25.40
28.58
39.68
47.63
3.00
5.72
7.85
7.75
9.40
12.57
15.75
18.90
25.22
25.22
31.55
37.85
47.35
2.31
3.28
3.96
4.45
5.08
5.94
7.92
9.53
11.10
12.70
14.27
19.24
23.80
7.11
8.26
12.07
11.81
15.09
18.08
24.13
30.18
36.20
42.24
48.26
60.33
72.39
44000.18
89000.40
138000.60
178000.70
218001.00
311001.50
556002.60
867003.80
1246005.60
1690007.50
22240010.10
34700016.10
50040022.60
注：
（1）极限拉伸载荷也可用kgf表示，取1kgf=9.8N；
2
（2）过渡链节的极限拉伸载荷按0.8Q计算。
把一根以上的单列链并列、用长销轴联接起来的链称为多排链，链的排数愈多，承载能力愈高，但链的制造与安装精度要求也愈高，且愈难使各排链受力均匀，将大大降低多排链的使用寿命，故排数不宜超过4排。
当传动功率较大时，可采用两根或两根以上的双排链或三排链。
为了形成链节首尾相接的环形链条，要用接头加以连接。
链的接头形式见图12.4。
当链节数为偶数时采用连接链节，其形状与链节相同，接头处用钢丝锁销或弹簧卡片等止锁件将销轴与连接链板固定；当链节数为奇数时，则必须加一个过渡链节。
过渡链节的链板在工作时受有附加弯矩，故应尽量避免采用奇数链节。
图链接头
链轮齿形必须保证链节能平稳自如地进入和退出啮合，尽量减少啮合时的链节的冲击和接触应力，而且要易于加工。
常用的链轮端面齿形见下图所示。
它是由三段圆弧aa、ab、cd和一段直线bc构成，简称三圆弧一直线齿形。
齿形用标准刀具加工，在链轮工作图上不必绘制端面齿形，只需在图上注明“齿形按3RGBT1244-1985规定制造”即可，但应绘制链轮的轴面齿形，见图，其尺寸参阅有关设计手册。
工作图中应注明节距p、齿数z、分度圆直径d（链轮上链的各滚子中心所在的圆）、齿顶圆直径da、齿根圆直径df。
图滚子链链轮端面齿形图滚子链轴面齿形
3
2.5.2单排小链轮设计
根据表2-1和表2-2得到小链轮的设计数据：
齿数Z1=19、分度圆直径d=77.16、分度圆舷高取3、齿根圆直径df=69.21、齿侧凸缘直径dg=62.79、选用08A型链条，链条节距P=12.7、滚子最大外径dr=7.95、内链节内宽最小7.85。
表2-1链轮设计参数
表2-2链轮设计数据
（1）建立新文件。
单击标准工具栏上的“新建”图标按钮→“零件”→“确定”。
（2）绘制草图1。
从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。
用“圆”工具绘制出三个同心圆，圆心与原点重合。
用“构造几何线”工具将三个转换成构造线，如图2-1所示。
用“中心线”工具绘制出三条直线，他们的起点
4
都与原点重合，终点都与圆重合，右边的一条竖直约束，如图2-2所示。
用“添加几何关系”工具，将图2-3中箭头所指的二个点和直线作“对称”约束。
用“中心线”
工具绘制三条直线，他们的起点终点都落在圆上，右边的直线作水平约束，如图2-4所示。
用“添加几何关系”工具，将图2-5中箭头所指的二条直线作“垂直”约束。
用“添加几何关系”工具，将图2-6中箭头所指的二条直线作“相等”约束。
用“添加几何关系”工具，将图2-7中箭头所指的二条直线作“垂直”约束。
用“智能尺寸”工具标注出如图2-48所示的角度尺寸，在尺寸修改框中输入360/19，然后单击确定按钮。
图2-1绘制草图1 图2-2绘制三条构造线 图2-3加入对
称约束
图2-4绘制三条构造线 图2-5加入垂直约束 图2-6加入相等约
束
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图2-7加入垂直约束 图2-8标注角度尺寸
用“智能尺寸”工具标注出如图2-9所示的尺寸。
用“圆”工具绘制出一个圆，圆心落在直线的端点上，如图2-10所示。
用“添加几何关系”工具，将图2-10中箭头所指的二个圆作“相切”约束。
用“三点弧”工具，绘制出一条圆弧，起点落在直线的端点上，终点落在圆上，如图2-11所示。
用“添加几何关系”工具，将图2-11中箭头所指的圆弧和点作“重合”约束。
用“添加几何关系”工具，将图2-12中箭头所指的圆和圆弧作“相切”约束。
图2-9标注尺寸 图2-10绘制圆
图2-11加入重合约束 图2-12加入相切约束
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图2-13镜向草图 图2-14修剪草图
选择图2-13中箭头所指的圆弧和直线，选择时按住“Ctrl”键，然后在工具栏中单击“镜向”工具，将选中的草图镜向。
用“剪裁实体”工具修剪圆，修剪后的草图如图2-14所示。
用“三点弧”工具，绘制出一条圆弧，圆弧的起点和落点分别落在尺寸11直线的两端点上，如图2-15所示。
用“智能尺寸”工具标注出分度圆的直径从动尺寸77.16，标注出齿顶圆的直径从动尺寸83.16，这个数值在85.08到80.84之间，符合设计要求。
标注链条滚子的最大外径从动尺寸7.95，这个尺寸不能小于7.95。
如图2-16所示。
单击图标退出绘制草图。
图2-15绘制图弧 图2-16标注从动尺寸
图2-12绘制草图2 图2-13镜向草图 图2-14标注尺寸（3）绘制草图2。
从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界
面。
用“中心线”工具绘制出一条竖线和三线水平线，竖线的起点与原点重合，上
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面二水平线的右端点与竖线重合，下面一条水平线的左端点与原点重合。
用“直线”工具绘制出二条水平线和一条竖线，上面一条水平线右端点与竖线端点重合，下面
一条水平线右端点与原点重合，左端点与竖线下端点重合。
如图2-12所示。
选择刚画的二条水平线和一条竖线再加一条中心线，选择时按住“Ctrl”键，然后在工具栏中单击“镜向”工具，将选中的草图镜向。
如图2-13所示。
用“智能尺寸”工具标注出如图2-14所示的尺寸。
图2-15标注尺寸 图2-16绘制二条圆弧
用“智能尺寸”工具标注出如图2-15所示的尺寸。
用“三点弧”工具，绘制出二条圆弧，他们的起点和终点分别落在直线的端点上，如图2-16所示。
用“添加几何关系”工具，将图2-17中箭头所指圆弧和点作“重合”约束。
用“添加几何关系”
工具，将图2-18中箭头所指的二条圆弧作“相切”约束。
绘制好的的草图2如图2-19所示。
注意尺寸7.5，这个尺寸不能大于内链节内宽值7.85。
单击图标退出绘制草图。
8
图2-17加入重合约束 图2-18加入相切约束
（4）建立“旋转1”。
在特征管理器中选择草图2，然后在特征工具栏中单击“旋转”图标，系统弹出“旋转”属性管理器，在“旋转轴”输入框中输入水平构造线作为旋转轴，在“旋转类型”选择框中选择“单向”，在“角度”输入框中输入360，其它采用默认设置如图2-20所示。
单击“确定”图标按钮完成建模。
图2-19镜向草图
图2-20旋转属性管理器
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图2-21切除拉伸1属性管理器
（5）建立“拉伸切除1”。
在特征管理器选择草图1，然后在特征工具栏中单击“拉伸切除”图标，系统弹出“拉伸切除”属性管理器，在“方向1”栏的“终止条件”选择框中选择“两侧对称”，在“深度”输入框中输入20，其它采用默认设置，如图图2-21所示。
单击“确定”图标按钮完成建模。
（6）
建立“圆周阵列”。
将特征尺寸显示出来。
在特征工具栏中单击“圆周阵列”图标，系统弹出“圆周阵列”属性管理器，在“旋转轴”输入框中单击，输入框
变成红色，在绘图区选择角度尺寸18.9，勾选“等间距”选项，在“阵列数”输入框中输入19，在“要阵列的特征”输入框中单击，输入框变成红色，在绘图区展开特征树选择“切除拉伸1”特征，其它采用默认设置。
如图2-22所示。
单击“确定”
图标按钮完成圆周阵列。
图2-22圆周阵列属性管理器
图2-23绘制草图3 图2-24加入相切约束 图2-25标注尺寸
（7）绘制草图3。
从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。
用“圆”工具绘制出一个圆，圆心与原点重合。
用“矩形”工具绘制出一个矩形。
用“中心线”工具绘制出一条水平线，水平线的起点和终点分别落在矩形竖边的中点上。
如图2-23所示。
用“添加几何关系”工具，将图2-24中箭头所指的水平线和
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圆作“相切”约束。
用“智能尺寸”退出绘制草图。
工具标注出如图2-25所示的尺寸。
单击图标
图2-26切除拉伸2属性管理器
（8）建立“拉伸切除2”。
在特征管理器选择草图3，然后在特征工具栏中单击“拉伸切除”图标，系统弹出“拉伸切除”属性管理器，在“方向1”栏的“终止条件”选择框中选择“两侧对称”，在“深度”输入框中输入20，单击“所选轮廓”输入框，输入框 变成红色，将鼠标移到圆轮廓上单击选中，再将鼠标移到矩形轮廓上单击选中。
其它采用默认设置，如图图2-26所示。
单击“确定”图标按钮完成建模。
图2-27倒角属性管理器
（9）建立“倒角”。
在特征工具栏中单击“倒角”图标，系统弹出“倒角”属性管理器，在“倒角参数”输入框中输入模型的8条边。
选择倒角类型为“角度距离”，在“距离1”输入框中输入1，在“角度”输入框中输入45，其它采用默认设置如图2-27所示。
单击“确定”图标按钮。
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图2-28圆角属性管理器
图2-29建好的小链轮模型
（10）建立“圆角”。
在特征工具栏中单击“圆角”图标，系统弹出“圆角”属性管理器，选择“圆角类型”为“等半径”，在“圆角半径”输入框中输入0.5，在“边线、面、特征和环”输入框中输入模型的二条边，其它采用默认设置如图2-28所示。
单击“确定”图标按钮。
建好的小链轮模型如图2-29所示。
2.5.3单排大链轮设计
根据表2-1和表2-2得到大链轮的设计数据：
齿数Z1=57、分度圆直径d=230.54、分度圆舷高取3.5、齿根圆直径df=222.59、齿侧凸缘直径dg=216.88、选用08A型链条，链条节距P=12.7、滚子最大外径dr=7.95、内链节内宽最小7.85。
（1）建立新文件。
单击标准工具栏上的“新建”图标按钮→“零件”→“确定”。
（2）绘制草图1。
从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。
草图1的绘制方法和小链轮草图1绘制方法相同。
在这里只说明一下不同的地方，标注角度尺寸时在弹出的修改尺寸对话框中输入360/57，如图2-30所示。
分度圆舷高的尺寸为3.5，标注出三个从动尺寸：
7.95，要求这个尺寸不能大于7.95，这是链条滚子的最大外径。
分度圆尺寸230.54，齿顶圆尺寸237.54（要求在238.47到234.93之间），符合设计要求。
如图2-31所示。
单击图标退出绘制草图。
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图2-30标注角度尺寸
图2-31绘制好的草图1
（3）绘制草图2。
从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。
草图2的绘制方法与小链轮草图2的绘制方法相同在这里不再叙述。
用“智能尺寸”工具标注出如图2-32所示的尺寸。
单击图标退出绘制草图。
图2-32绘制好的草图2
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（4）建立“旋转1”。
其方法和小链轮一样。
（5）建立“切除拉伸1”。
参照小链轮建模。
（6）
建立“圆周阵列”。
将特征尺寸显示出来。
在特征工具栏中单击“圆周阵列”图标，系统弹出“圆周阵列”属性管理器，在“旋转轴”输入框中单击，输入框
变成红色，在绘图区选择角度尺寸6.3，勾选“等间距”选项，在“阵列数”输入框中输入57，在“要阵列的特征”输入框中单击，输入框变成红色，在绘图区展开特征树选择“切除拉伸1”特征，其它采用默认设置。
如图2-33所示。
单击“确定”
图标按钮完成圆周阵列。
图2-33圆周阵列属性管理器
（7）绘制“草图3”。
方法和绘制小链轮草图3一样。
（8）建立“切除拉伸2”。
参照小链轮建模。
（9）建立“倒角1”。
参照小链轮建模。
（10）建立“圆角1”。
参照小链轮建模。
建好的大链轮模型如图2-34所示。
图2-35是链轮的标注。
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图2-34建好的大链轮模型
图2-35链轮的标注
2.5.4链条的建模
滚子链的结构由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。
在SolidWorks中，分别将这几个零件单独建立模型，然后再进行装配。
如图所示，新建零件，在前视面上绘制图示草图，根据08A型链条，链条节距P=12.7mm。
建立拉伸特征。
拉伸高度为1mm，得到内链板零件。
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图内链板拉伸草图
图建立拉伸特征
依次绘制外链板，销轴，套筒和滚子等零件，这些零件的建模过程比较简单，均采用拉伸特征即可。
在此略过介绍建模过程。
零件尺寸可以查阅相关机械手册。
图导入装配体环境
新建一个装配体文件，导入两套零件（即组成一个链节）。
“内链板”与“外链板”的相应孔为同轴心装配关系。
在本例中，利用SolidWorks2006新增加的宽度配合，能够使各个零件的装配更为便捷。
如图所示。
滚子位于两块内链板的中间对称位置，选择两块内链板面作为“要配合的实体面”，滚子的两个端面作为“标签面”。
图建立宽度配合
图装配好的链节
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装配好的单个链节如图所示。
部分关键尺寸见图。
图部分关键尺寸
下面介绍链条的整体装配。
链条的整体装配需要很高的精度，将所有的链节导入装配体环境后，整个机构具有大量自由度，各个链节的空间位置不容易控制。
此时可以采用导入一个辅助零件帮助链节的定位。
如图所示新建一个零件，在前视面上绘制草图，这个草图的尺寸按照实际链条装配后的运动轨迹而得，注意执行“套合样条”的命令，使所有的圆弧段组成一条样条曲线。
拉伸之后得到一个单面。
按照设计要求，链条的滚子沿着这条轨迹进行运动。
图绘制草图图拉伸曲面
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新建一个装配体。
导入该“链条轨迹”零件，将其设置为固定。
导入一个“链节”子装配体。
将链节子装配体的前视面和新建装配体的前视面设置为重合。
打开“销轴”零件，在“销轴”的端面绘制一个草图点。
如图所示。
这个点的位置位于端面圆的圆心。
点在拉伸曲面上，通过设置“点重合在面上”的装配关系，能够使“链节”良好地进行定位。
图面面重合图绘制点草图
转入装配体环境。
选择“销轴”上的草图点与“链条轨迹”的拉伸曲面，设置其为“重合”的装配关系。
这样，各个链节的空间位置就能根据设计要求来确定。
此时若用鼠标拖动各个链节，可以看到链节沿着既定的轨迹进行移动。
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图设置重合的装配关系
注意，在设置点与面重合的装配关系之前，还需要将“链节”子装配体设置为灵活，即使原先装配体中存在的自由度仍然有效。
右键单击装配体设计树中的“滚子链节”，选择“零部件属性”，在弹出的对话框中，如图所示，选择求解为“灵活”。
设计树中“滚子链节”前的图标也变为。
如图所示。
图灵活子装配体图设计树中的图标变化
在装配体中导入所有的“链节”，按照同样的方法进行装配。
装配完成的链条如图所示。
在装配的过程中，必要时可以将部分装配关系进行压缩，以减少程序的计算量。
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图链条整体
装配完成后的链条如图所示。
在本例中，省去了链节头的制作。
图装配完成的链条
链条的整体装配关系较为复杂，本例中采取了导入全部链节进行装配，这种方式要求计算机具有较高的硬件配置，且操作比较繁复。
容易出现装配关系过定义的情况。
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在建模过程中，对于这类标准件，可以忽略链条的一些细节。
装配链节中的部分零部件可以整合在一起，例如套筒和销轴，或者也可以将链条作为一个零件，在绘制一个链节单元后，采用曲线阵列的方法，对此有兴趣的读者可以自行尝试。
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