第八章链传动

辽宁信息职业技术学院机械设计基础精品课程第八章链传动教学目地：1了解链传动的特点、适用场合2了解链传动的运动特性3掌握链传动的设计计算方法4熟悉链传动使用、维护方法教学重点：1链传动的运动特性2链传动的设计计算教学难点：1链传动的运动特性2链传动的设计计算第八章链传动8.1链传动的特点和应用8.1.1链传动结构和类型链传动由两轴平行的大、小链轮和链条组成。链传动与带传动有相似之处：链轮齿与链条的链节啮合，其中链条相当于带传动中的挠性带，但又不是靠摩擦力传动，而是靠链轮齿和链条之间的啮合来传动。因此，链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。链的种类繁多，按用途不同，链可分为：传动链、起重链和输送链三类。在一般机械传动装置中，常用链传动，根据结构的不同，传动链又可分为：套筒链、滚子链、弯板链和齿形链等等。在链条的生产和应用中传动用短节距精密滚子链占有支配地位。8.1.2链传动的特点和应用主要优点：与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比（平均传动比），传动效率较高（润滑良好的链传动的效率约为9798%）；又因链条不需要象带那样张得很紧，所以作用在轴上的压轴力较小；在同样条件下，链传动的结构较紧凑；同时链传动能在温度较高、有水或油等恶劣环境下工作。与齿轮传动相比，链传动易于安装，成本低廉；在远距离传动时，结构更显轻便。主要缺点：运转时不能保持恒定传动比，传动的平稳性差；工作时冲击和噪音较大；磨损后易发生跳齿；只能用于平行轴间的传动。链传动主要用在要求工作可靠,且两轴相距较远,以及其他不宜采用齿轮传动的场合，且工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。中低速传动：i≤8(I=2~4)，P≤100KW，V≤12-15m/s，无声链Vmax=40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）8.2滚子链和链轮8.2.1滚子链套筒滚子链相当于活动铰链，由滚子；套筒；销轴；外链板；内链板组成。当链节进入、退出啮合时，滚子沿齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损。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、制成“8”字形，亦有弯板。这样质量小，惯性小，具有等强度。两销轴之间的中心距称为节距，用P表示。p外链片销轴滚子套筒内链片d1p外链片销轴滚子套筒内链片d1辽宁信息职业技术学院机械设计基础精品课程链条的节距越大，销轴的直径也可以做得越大，链条的强度就越大，传动能力越强。节距P是链传动的一个重要参数。内外链板制成8字形，截面Ⅰ、Ⅱ强度大致相等，符合等强度设计原则，并减轻了重量和运动惯性。链节数LP常用偶数。接头处用开口销或弹簧卡固定。一般前者用于大节距，后者用于小节距。当采用奇数链节时，需采用过渡链节。过渡链节的链板为了兼作内外链板，形成弯链板，受力时产生附加弯曲应力，易于变形，导致链的承载能力大约降低20%。因此，链节数应尽量为偶数。滚子链的接头形式见图5—18。滚子链标记：链号—排数×链节数标准号例如：节距为15.875mm,单排，86节A系列滚子链其标记为：10A—1×86GB1243.1—83套筒滚子链规格与主要参数见表5—118.2.2链轮为了保证链与链齿的良好啮合并提高传动的性能和寿命，应该合理设计链轮的齿形和结构，适当地选取链轮材料。1、链轮的尺寸参数若已知节距P，滚子直径和链轮齿数Z，链轮主要尺寸可接表计算。2、链轮齿形为了便于链节平稳进入和退出啮合，链轮应有正确的齿形。滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，其链轮齿形的设计可以有较大的灵活性。因此GB1244-85中没有规定具体的链轮齿形。在此推荐使用目前较流行的一种，即三园弧一直线点形，如图所示。当采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可不画出，只需在图上注?quot;齿形按3R，GB1244-85规定制造即可。链轮轴面齿形尺寸见表，轴面齿形有园弧和直线两种。园弧形齿廊有利于链节啮入和啮出。3、链轮结构小直径链轮可采用实心式；中等尺寸链轮可制成孔板式；大直径链轮可采用组合式结构，4、链轮材料：一般链轮用碳钢、灰铸铁制作，重要的链轮用合金钢制造，齿面要经过热处理。小链轮的啮合次数多于大链轮，故小链轮的材料应优于大链轮。链轮的结构有实心式、孔板式、组合式、和齿圈和轮心螺栓联结式几种。8.3链传动的运动特性整根链条是可以曲折的挠性体，而每一链节则为刚性体。链轮可以看作一正多边形。因而链传动的运动情况和绕在多边形轮子上的带传动很相似，如动画所示，正多边形的边长即为节距P，边数即为链轮齿数Z。链轮每转一周，链条移动距离为ZP。设主、从动轮的转速分别为n1、n2则链的平均速度V链传动平均传动比为：i=n1/n2=z2/z1=常数d1preαripr2r1r3abCaCbd1preαripr2r1r3abCaCb辽宁信息职业技术学院机械设计基础精品课程假设链的紧边在传动时始终处于水平位置。若主动链轮以等角速度回转时，链条铰链销轴A的轴心作等速圆周运动，其圆周速度为V1=ωd1/2。V1可以分解为使链条沿水平方向前进的分速度Vx1（链速）和使链上下运动的垂直分速度Vy1:式中，β为啮合过程中链节铰链中心在主动轮上的相位角，β=-180/z1～＋180/z1，同样每一链节在与从动链轮轮齿啮合的过程中，链节铰链中心在从动轮上的相位角γ在±180/z1范围内不断变化。紧边链条沿x方向的分速度为VX2=d2ω2/2式中,ω2为从动链轮的角速度。不计链条变形,则有vx1=vx2于是得ω2=ω1d1cosβ/d2cosγ。瞬时传动比为:i=ω1/ω2=d2cosγ/d1cosβ通常β≠γ。显然，即使主动链轮以等角速度回转，瞬时链速、从动链轮的角速度和瞬时传动比等都是随β、γ作周期性变化。可见，由于绕在链轮上的链条形成正多边形，造成链传动运动的不均匀性。因此，这是链传动的固有特性。由于链速和从动轮角速度作周期性变化，产生加速度a，从而引起动载荷。链条垂直方向的分速度Vy也作周期性变化，使链产生横向振动。这是产生动载荷的重要原因之一。在链条链节与链轮轮齿啮合的瞬间，由于具有相对速度，造成啮合冲击和动载荷。链、链轮的制造、安装误差也会引起动载荷。由于链条松驰，在启动、制动、反转、载荷突变等情况下，产生惯性冲击，引起较大的动载荷。这些应引起注意。8.4滚子链传动的设计计算8.4.1传动的主要失效形式链传动的失效主要表现为链条的失效。链条的失效形式主要有：1.链条疲劳破坏:链传动时，由于链条在松边和紧边所受的拉力不同，故链条工作在交变拉应力状态。经过一定的应力循环次数后，链条元件由于疲劳强度不足而破坏，链板将发生疲劳断裂，或套筒、滚子表面出现疲劳点蚀。在润滑良好的链传动时，疲劳强度决定链传动能力的主要因素。1、链条冲击破断：对于因张紧不好而有较大松边垂度的链传动，在反复起动、制动或反转时所产生的巨大冲击，将会使销轴、套筒、滚子等元件不到疲劳时就产生冲击破断。2、链条铰链的魔损:链传动时，销轴与套筒的压力较大，彼此又产生相对转动，因而导致铰链摩损，使链的实际节距变长。铰链磨损后，增加了各链节的实际节距的不均匀性，使传动不平稳。链的实际节距因磨损而伸长到一定程序时，链条与轮齿的啮合情况变坏，从而发生爬高和跳齿现象，磨损是润滑不良的开式链传动的主要失效形式。造成链传动寿命大大降低。４、链条铰链的胶合：在高速重载时，销轴与套筒接触表面间难以形成润滑油膜，金属直接接触导致胶合。胶合限制了链传动的极限转速。５、链条的过载拉断：低速重载的链传动在过载时，因静强度不足而被拉断。8.4.2功率曲线图在规定试验条件下，把标准中不同节距的链条在不同转速时所能传递的功率，称为额定功率P0，辽宁信息职业技术学院机械设计基础精品课程滚子链额定功率曲线如教材图5—24所示。链传动的试验条件：1)、两链轮安装在水平轴上并共面；2)、小链轮齿数Z1=19链长LP=100节；3)、单排链，载荷平稳；4)、按规定润滑方式润滑；5)、满载荷连续运转15000h；6)、链条因摩损而引起的相对伸长量不超过3%；7)、链速v0.6m/s。8.4.3链传动的设计计算已知：P，载荷性质，工作条件，转速n1、n2；求：链轮齿数Z1、Z2，节距P，列数，中心距a，润滑方式等。1.中、高速链传动（V≧0.6m/s）对于中、高速链传动，其主要失效形式是链条的疲劳破坏，它可按功率曲线图进行设计。当实际工作条件与上述条件不同时，应对查得的P0值加以修正。则链传动的功率P为：P≦P0KzKiKαKpt/KA式中：P名义功率，kW；KA为工作情况系数，查表5—15；Kz为小链轮系数，查表5—16；Ki为传动比系数，查表5—17；Kα为中心距系数，查表5—18；Kpt为多排链系数，查表5—19.2.低速链传动（V≦0.60.6m/s）对于低速传动，其主要失效形式为链条过载拉断，必须对静强度进行计算。通常是校核链条的静强度安全系数S，其计算公式为：S=FQ/KAF≧4~8式中：FQ为极限拉伸载荷，N。F为链的工作拉力，N。P为链传动的名义功率，kW;8.4.4链传动主要参数的选择1．链节距链节距P越大，承载能力越大，但引起的冲击，振动和噪音也越大。为使传动平稳和结构紧凑，应尽量选用节距较小的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。2.链轮齿数Z1、Z2小链轮齿数少，动载荷增大，传动平衡性差。因此需要限制小链轮最少齿数,一般Z1MIN=17。链速很低时，Z1可取为9，Z1也不可过多，以免增大传动尺寸。推荐范围：Z1≈292i。Z1=Iz2链轮齿数ZMAX=120，因为链轮齿数过多时，链的使用寿命将缩短，链条稍有摩损即从链轮上脱落。另外，为避免使用过度链节，链节数LP一般为偶数，考虑到均匀摩损，链轮齿数Z1、Z2最好选用与链节数互为质数的奇数，并优先选用数列17、19、21、23、25、38、57、76、85、114。通常，链传动传动比i≤6。推荐i=23.5。3.中心距a和链节数ZP:中心距a取大些，链长度增加，链条应力循环次数减少，疲劳寿命增加，同时，链的磨损较慢，有利于提高链的寿命；中心距a取大些，则小链轮上包角增大，同时啮合轮齿多，对传动有利。但中心距Q过大时，松边也易于上、下颤动，使传动平稳性下降，因此，一般取初定中心距a0=（30-50）P，最大中心距amax=80p，且保证小链轮包角α1≥120°。链条长度常以链节数LP来表示，L=pLP;0212021)2(22aPZZPaZZPLLP辽宁信息职业技术学院机械设计基础精品课程Lp计算后园整为偶数。然后根据Lp计算理论中心距a:21221212)2(8)2()2(4ZZZZLZZLPaPP8.5链传动的布置、张紧和润滑8.5.1链传动的布置布置链传动时注意：（1）、传动装置最好水平布置。当必须倾斜布置时，中心连线与水平面夹角应小于45°。（2）、应尽量避免垂直传动。两轮轴线在同一铅垂面内时，链条因磨损而垂度增大，使与下链轮啮合的链节数减少而松脱。若必须采用垂直传动时,可考虑采取以下措施：1）、中心距可调；2）、设张紧装置；3）、上下两轮错开，使两轮轴线不在同一铅垂面内。4）、链传动时，松边在下，紧边在上，可以顺利地啮合。若松边在上，会由于垂度增大，链条与链轮齿相干扰，破坏正常啮合，或者引起松边与紧边相碰。链传动的垂直布置见教材图5—268.5.2链传动的张紧链传动正常工作时，应保持一定张紧程度，链传动的张紧程度，合适的松边垂度推荐为f=(0.010.02)a，a为中心距。对于重载，经常起动，制动，反转的链传动，以及接近垂直的链传动。松边垂度应适当减少。链传动的张紧可采用以下方法：1）、调整中心距，增大中心距可使链张紧，对于滚子链传动，其中心距调整量可取为2P，P为链条节距。2）、缩短链长，当链传动没有张紧装置而中心距又不可调整时，可采用缩短链长（即拆去链节）的方法对因磨损而伸长的链条重新张紧。3）、用张紧轮张紧，下述情况应考虑