湖南大学机械设计课件第9章.docx

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湖南大学机械设计课件第9章

第九章链传动

（一）教学要求

1、了解套筒滚子链结构、掌握链运动的不均匀性

2、掌握链传动失效形式和设计计算方法

（二）教学的重点与难点

1、链运动不均匀性和动载荷

2、失效形式和设计方法

（三）教学内容

§9—1特点及应用

一、特点

►与V带相似，也是挠性件传动，但刚柔相济；

►且链与链轮不靠摩擦而是靠啮合来传动。

兼有带传动和齿轮传动的一些特点：

优点：

（1）、两轴中心距可以较大（amax=8m）

（2）、传动效率高（可达0.98）

（3）、无弹性滑动和打滑现象

（4）、平均传动比准确（瞬时传动比不恒定，此处指一转中的平均值）

（5）、所需张紧力小

（6）、作用在轴上的压力比带传动小

（7）、制造和安装精度要求较低

（8）、可在高温、有油污处工作

缺点：

（

（1）、瞬时传动比是变化的，使传动平稳性

（2）、无过载保护

（3）、有一定冲击和噪声

应用建议：

传递功率P≤100KW

（1）、中心距a≤5~6m

（2）、传动比i≤8

（3）、链速ν≤15m/s（无声链Vmax=40m/s）

中低速传动，不适于在冲击与急促反向等情况下采用

§9—2传动链的结构特点

链传动的主要类型

1）按工作特性分：

起重链——用于提升重物——V≤0.25m/s；

输送链链（又称曳引链）——运输机械——V≤2~4m/s；

传动链——用于传递运动和动力——V≤12~15m/s。

常用

优点：

结构简单、重量轻、价廉、适于低速、寿命长、噪音小、应用广。

2）传动链接形式分：

套筒滚子链——属标准件

齿形链

一、套筒滚子链结构与特点

由滚子、套筒、销轴、外链板、内链板组成

套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合

（压配）固联，使内、外链板可相对回转。

为减轻重量，内、外链板制成“8”字形，

这样质量小，惯性小，具有等强度。

磨损：

——主要指滚子与销轴截面之间磨损。

而内、外板之间留有间隙，保证润滑油进入，此润滑降低磨损。

P越大，承载能力越高。

参数：

P—节距，b1—内链板间距，C—板厚，d1—滚子直径，d2—销轴直径，P—排距

当低速时也可以不用滚子——称套筒链

多排链——单排链用销轴并联——称多排链（或双排链）

排数↑→承载能力↑

但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过3~4列为宜

链接头型式：

当链节数为偶数时——正好外链板与内链板相接。

可用开口销和弹簧卡固定销轴

当链节数为奇数时——需用过渡链节。

！

最好勿用奇数链节——因过渡链节的链板将受附加弯矩作用。

滚子链标准：

A系列——常用

GB1243.1-83中，将滚子链分为

B系列

链节距P是一个最重要的参数

国际上链节距均采用英制

我国标准规定：

链节距采用米制单位，但从英制折算而来。

链号与链节距是有关系的。

链节距P=链号×25.4/16

例如：

链号为12，则该滚子链的链节距是12×25.4/16=19.05（mm）

滚子链标记：

链号—排数×链节数标准号

例：

12A—2×100GB1243.1-83

二、齿形链

——由许多齿形链板用铰链连接而成。

又称无声链。

传动平稳，噪声小，适用于高速、运动精度要求较高的传动中，链速可达40m/s。

但成本高、重量大。

各组齿形链板要错排列，通过销轴联接而成。

链板两工作侧边为直边，夹角为60°或70°，由链板工作边与链轮齿啮合实现传动。

齿形链轴可以是圆柱销轴，也可以是其它形式（滚柱式）

齿形链设导板，以防链条轴向窜动：

内导板—导向性好；外导板

铰链形式：

圆销式；轴互式；滚柱式

齿形链的齿形特点：

传动平稳、承受冲击好、齿多受力均匀、噪音较小、故称无声链。

允许速度V高，特殊设计齿形链V=40m/s，但结构较复杂、价格贵、制造较困难、也较重。

摩托车用链应用于高速机运动精度，要求较高的场合，故目前应用较少。

三、链轮

要求掌握：

1）链轮齿形的设计要求；

2）链轮齿形特点；

3）链轮的主要参数；

4）链轮的结构型式有哪些；

5）对链轮的材料要求及适用情况

►链轮轮齿的齿形应便于顺利地进入与退出啮合，且不易脱链；

►还应形状简单，便于加工。

1、链轮齿形

1）、对齿形要求：

①保证链节平稳进入和退出啮合；

②减少啮合时冲击和接触应力；

③链条节距因磨损而增长后，应仍能与链轮很好地啮合；

④要便于加工。

2）、链轮齿形及特点

端面齿形——最常用的是——“三圆弧一直线”，弧

、

和一直线

优点：

接触应力小、冲击小、磨损少，不易跳齿与脱链

轴面齿形：

两侧呈圆弧状，以利链节的进入和退出啮合

加工方法：

标准刀具加工，一般为成型铣刀（只要P相同，Z不同的所有链轮均能加工）

图纸中可不画出端面齿形，而只要注明“齿形按3RGB/T1244-85制造”即可。

但轴向齿廓是需要画出的，以便于加工毛坯，形状及尺寸见下页。

2、链轮的基本参数和主要尺寸

1）、链轮的基本参数：

链节距P

套筒外径d1

齿数Z——建议：

Zmax≤120，且宜为奇数

小链轮齿数＞17齿（使运动平稳）

链节数宜为偶数

排距Pt

2）、主要尺寸：

分度圆直径（公称直径）

齿顶圆直径

齿根圆直径

（d—滚子直径）

3、链轮材料：

应有足够的强度和耐磨性。

常用：

碳素钢如Q235、Q275、45、ZG310-570

灰铸铁如HT200——齿数＞50的从动轮用。

大负荷时——可用合金钢。

注意：

1）、小轮材料应优于大轮（因啮合次数多）

2）、应热处理！

具体有普通碳素钢，优质碳素钢和合金钢，链轮较大（要求较低时）可用铸铁，小功率传动也可用夹布胶木。

原则：

1）有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢→渗碳淬火→回火。

2）无剧烈冲击，中等速度较大的链轮，一般采用中碳钢和中碳合金钢→淬火、回火。

3）齿数较多（特大）Z>50的链轮→采用灰铸铁

4）中小功率传动→采用普通或优质碳素钢

大小功率传动→采用合金钢

5）P<6KW,高速链传动→采用夹布胶木，噪音较小，传动平稳

4、链轮的结构型式

1）同轴式（直径较小时）

2）整体式（轮齿与轮毂部分成一体），直径较大时可在胶板上开孔

3）孔板式——中等尺寸

4）组合式——齿圈与轮毂焊接或齿圈与轮毂螺栓联接

§9—3链传动的运动特性及受力分析

一、链传动的运动特性分析

（为什么链传动不平稳，噪声大，且有扇动，i不恒定，不均匀性）

链运动的运动不均匀性：

链传动与挠在正多边形轮子上的带传动极其相似

正多边形边数——（Z）（齿数）

正多边形边长——（P）（节距）

当链轮转过一周，链移动距离——ZP

当链轮转速为n1、n2时

平均速度为：

（m/s）

故平均传动比为：

实际上：

链速和传动比在每一瞬时都是变化的，且按每一链节的啮合过程作周期性变化。

进入啮合后某一位置

链速

——前进速度

——垂直速度

式中：

V1——为A点的圆周速度

——为链节进入啮合后某点铰链中心与轮心联线与铅垂线夹角，（或铰链中心相对于铅垂线的位置角）。

当

时，链速最小；

当

（在顶点位置），链速最大；

即每转过一齿，链速ν经历过一次“最小最大最小”的变化。

——此称为“多边形效应”。

结论：

链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。

这就造成链运动速度的不均匀，不恒定作有规律的周期性的波动。

►链轮齿数多，β变化范围较小时，ν的变化范围也变小。

►νy也是周期性变化的，使链条抖动。

因链速变化，故产生振动和动载荷不可避免，所以，链传动不适于高速传动。

二、链传动的受力分析

链传动在安装时，链条应有一定的张紧力，张紧力是通过使链保持适当的垂度所产生的悬垂拉力来获得。

目的：

使松边不致过松，以免影响链条的正常啮合和产生振动，跳齿和脱链。

但张紧力比带传动中要小得多。

不计动载荷，链传动中主要作用力有：

1、圆周力F（即有效拉力）——作用于主动边

2、离心拉力：

FC=qV2q——每米链长质量（kg/mm，查表）

V>7m/s时须考虑——作用于全链长

3、悬垂拉力：

Ff——作用于链全长——与松边垂度和悬垂布置方式有关。

垂度f越小，Ff越大

（N）

对紧边：

拉力F1=F+Fc+Ff

对松边拉力F2=Fc+Ff

链作用在轴上的压力FQ可近似取为FQ=（1.2~1.3）F

§9—4滚子链传动的设计计算

一、失效形式

1）各元件的疲劳破坏（主要指链板、销轴、套筒、滚子）——正常润滑及速度主要失效形式

2）链节磨损后伸长（主要是销轴铰链磨损），造成脱链，跳齿

3）冲击破坏（反复起制动、反转或受重多冲击载荷时，动载荷大，经多次冲击、销轴、滚子、套筒最终产生冲击断裂，总循环次数N=104）

4）胶合（重载高速）（破坏——验算nL）——极限转速

5）轮齿过度磨损

6）过载拉断——塑性变形（当低速重载V<0.6m/s，按静强度设计）

二、功率曲线图

从一种失效形式出发，可得到一个功率曲线表达式，可用线图表达：

三、额定功率曲线

§8-8链传动的设计计算

已知：

P，载荷性质，工作条件，n1，n2

求Z1、Z2

P，列数，a，润滑方式等。

一、链传动的主要参数选择及步骤

1、链的节距和排数

1）计算功率Pca=KA.P（KW）

KA——工况系数

2）要求单排链传递功率

KZ——小链轮齿数系数

当工作点在功率曲线图曲线顶点左侧时，查表，KZ，先假设！

左侧时——表示为链板疲劳（主要外板）

当工作点在功率曲线图曲线顶点右侧时，查表，K'Z

右侧时——表示套筒与滚子冲击疲劳

KP——多排链系数，（当排数为2时KP=1.7，而非2）

KL——链长系数：

曲线1——链箱疲劳，主要是考虑载荷集中

曲线2——滚子套筒冲击疲劳

3）选型：

由P0、n1

定链型号A

4）讨论：

当P↑，结构尺寸↑，如n一定，承载力↑，但运动不平稳性，动载、噪音也严重。

结论；因此，在满足一定功率条件下，P越小越好，高速链尤其如此。

如再考虑经济性时：

当功率大（CP），V高时，

选节距（P）小，用多排链

当a小，i大时

选节距（P）小，用多排链

当a大，i小时

选节距（P）大，用单列链

2、链轮齿数Z1、Z2及i

Z1不能过少，Z1应为奇数！

当Z少——外壳尺寸小，重量轻

但Z过少——1）传动不均性和动负荷增大；

2）P增大后，

角增大，功率损失增加，链绕进，出轮磨损加剧；

3）当P一定时，Z少，D小，但Ft（=2T/D）↑加速轮与链的破坏

Z2不能过大！

Z2过多——外壳尺寸大、重量加大。

且Z多，承载力降低，且Z过多容易脱链

（Z2更大）（∵P小）

结论：

齿数过多，过少均不好，必须限制齿数，两面限制：

表8-12由V—Z1，Z1应为奇数，但未设计V未知，难选，一般选假设V设计后再校核。

不能过多，或介绍由i——Z1（现实）

P——传递功率（-ps）n1——小轮转速n2——大轮转速（rpm）

i≤6一般i=2~3.5imax=10i过大，链在小轮上包角过小，同时啮合齿数过少，另外Z应取与链节数互为质数的奇数，一般为Z1为奇数

传动比i

1~2

3~4

5~6

齿数Z1

31~27

25~23

21~17

3、链节数与中心距——LP，a

通常以节距倍数来表示链长LP

1）初选a0

∵a过小时则

过小（包角）参加啮合齿数少，总的LP也少，在一定的V下，链节应力循环次数增加，寿命下降，但a过大，除不紧凑外，且使链松边颤动。

一般推荐：

初选a0=（30~50P），amax=80P

当有张紧链装置时，可选a0>80P

amin接i定：

当i>3

i≤3时

当结构要求给定a时，则按给定计算

2）算LP（链节数）

圆整为整数（最好为偶数）

3）求中心距a'（实际）

为使安装后，松边得到适当的垂度：

则a'实=a-Δa（Δa≥2p），松边垂度控制在（0.01~0.02）a

Δa——松边长度Δa=（0.01~0.02）a

当轮用可调中心距或张紧轮外，亦可用压板、托板、张紧

当两轮轴线倾斜>60°时，必须张紧，

当无张紧装置，而中心距又不可调时，必须精算中心距a、

4、小链轮孔径dkmax图示

当链与轮P与Z一定以后，则链轮各部分结构尺寸基本已定，据此由齿侧凸缘最大直径DH，再考虑到键槽削弱和轮毂强度的影响，则轴孔最大直径dkmax即可求出，P，Z

dkmax必大于安装轮外轴径（由强度定），若不够则采用特殊链轮结构或重新设计。

增大Z、P值。

5、轴上压力FQ

工作压力

（N）

离心拉力

（N）——离心拉力不作用于轴当V>7m/s时必考虑

垂度拉力

（N））

垂度拉力——（按悬索检力计）

当F3过大，则垂度过小，磨损与轴承载荷增大，

F3过小，则啮合情况变坏。

紧边F=F1+F2+F3

松边F’=F2+F3

FQ可取为总和，不计F2，则：

FQ≈F1+2F3

但垂度拉力并不大，可略去，则：

FQ≈1.2Fe

实例：

设计一链传动驱动一液体搅拌机,已知电机功率P=5.5KW，转速为n1=1450rpm，载荷平稳，i=3.2。

解：

1）确定链轮齿数z1、z2

初设链速为ν=3~8m/s，查表，选小链轮齿数Z1=21

则大链轮齿数为Z2=iZ1=3.2×21=67.2，取为67

实际传动比变为：

故允许

2）确定链条节数LP

建议：

a=30~50P，初取中心距a0=40P

因最好取为偶数，故取LP=126节。

3）确定计算功率Pca

Pca=KAP（KA为工况系数）

查表得：

KA=1.0

所以：

Pca=1.0×5.5=5.5（KW）

4）求链条节距

特定条件下，单排链所能传递的功率为：

设链传动工作于额定功率曲线图的左侧（即可能出现链板疲劳破坏）

查表：

取齿数系数

链长系数

因是单排链，故取多排链系数KP=1

∴

查功率曲线图，按n1=1450和P0=4.67选取08A链条，其节距为12.7mm。

5）求实际中心距

设计为中心距可调形式，故不必详细计算。

取a≈a0=40P=40×12.7=508（mm）

6）验算链速

故可行

7）确定润滑方式

已知P=12.7，ν=6.45m/s，

查图：

选择油浴或飞溅润滑方式

8）计算作用在轴上的力FQ