机械设计 链传动

第十一章链传动（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）教学内容本本章章主主要要内内容容链链传传动动的的工工作作原原理理及及其其优优缺缺点点；；链链传传动动的的结结构构、、规规格格及及其其材材料料；；链链传传动动的的运运动动特特性性；；链链传传动动的的受受力力分分析析、、失失效效形形式式和和许许用用功功率率滚滚子子链链传传动动的的主主要要参参数数和和链链传传动动的的设设计计计计算算过过程程；；链链轮轮结结构构。。重点与难点链链传传动动的的运运动动不不均均匀匀性性及及动动载载荷荷；；链链传传动动的的受受力力分分析析；；链链传传动动的的张张紧紧与与布布置置第一节概述一、链传动的组成链传动是通过中间挠性件（链）与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。它是由：主动链轮、从动链轮（有时也可能有两个以上的链轮）和环形链组成。显然，其组成与摩擦带传动类似，只是工作原理不同，传递运动和动力的方式不同。链传动属于啮合传动。二、链传动的特点和应用、类型与带传动相比，链传动具有如下特点：优点：1.没有滑动（啮合传动），能保持准确的平均传动比2．工作情况相同时，传动尺寸比较紧凑（即a可以小些）。3．不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小。4．效率较高。5．能在温度较高、湿度较大的恶劣环境中工作。6．可用于较大中心距间的传动。缺点：1．只能用于平行轴间2．瞬时速比不均匀，传动平稳性差，工作时有噪音。3．不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用。4．制造费用比带传动高。5．与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。链链传传动动的的优优点点可可获获得得准准确确的的平平均均传传动动比比传传动动效效率率高高可可做做两两轴轴中中心心距距较较大大的的传传动动作作用用于于轴轴和和轴轴承承的的载载荷荷较较带带传传动动小小链链传传动动的的缺缺点点运运转转时时瞬瞬时时传传动动比比是是变变化化的的，，冲冲击击、、振振动动和和噪噪声声较较大大，，安安装装精精度度要要求求较较高高只只能能传传递递平平行行轴轴间间的的运运动动和和动动力力应用：适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、冶金、运输、起重、金属切削机床、摩托车、自行车、化工、纺织等机械中。中低速传动：i≤8(I=2~4)，最大可达15，P≤110KW，最大可达3600KW，V≤12-15m/s，最高可达40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）最常见的是用于自行车、摩托车中的链传动。三、类型：工业上应用的链分为：传动链、起重链、拽引链本章主要讲套筒滚子链，传动链是链传动中的主要元件，传动链有滚子链和齿形链等类型。1、滚子链的结构◆滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。◆内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接；◆滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。外链板内链板套筒滚子销轴外链板内链板套筒滚子销轴滚子链有单排链、双排链、多排链。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。链条接头处的固定形式有：用开口销固定，多用于大节距链；弹簧卡片固定，多用于小节距链。设计时，链节数以取为偶数为宜，这样可避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承载能力下降。滚子链标记：链号—排数×链节数标准号四、链轮要求了解：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（如图11-5）——是三圆弧一直线，弧aa、ab、cd和一直线bc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（如图11-6）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）3．链轮的主要参数分度圆直径（公称直径）ZPd/180sin/齿顶圆直径)18054.0(ZtgPDa齿根圆直径dDDfd—滚子直径，节距P，齿数Z4、链轮的结构型式，如图11-7整体式（直径较小时）孔板式（轮齿与轮毂部分成一体），中等直径可在腹板上开孔，如图11-7b组合式：大直径链轮可作成组合式。如图11-7c，齿圆与轮毂焊接图11-7d，齿圆与轮毂螺栓联接5、链轮的材料要求：1）强度；2）耐磨；3）耐冲击（在冲击载荷时）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。具体的材料及适用场合见表11-2注意：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）Z50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）P6KW,高速链传动→采用夹布胶木，噪音较小，传动平稳6）小链轮的材料与热处理要求应高于大链轮——因为小链轮的啮合次数比大链轮多，∴磨损和冲击比大链轮严重。第二节链传动的运动特性链传动的运动特性分析（为什么链传动不平稳，噪声大，i不恒定，不均匀性？）一、链运动的运动不均匀性链由许多刚性链节联接而成，当链与链条啮合，而绕在链轮上时，形成正多边形。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，链的平均速度为：1000601000602211PnZPnZVVm（m/s）平均传动比为：constZZnniim1221（由于Z1，Z2为定值，所以平均传动比是准确的）但是，在各个瞬时，链速和传动比是变化的，波动的，并不稳定。请比较：带：consticonstDDnnim)1(1221瞬齿轮：tconsitconsZZWWimtantan1221瞬下面对瞬时链速和传动比是变化的进行分析和说明：假设：链的紧边在传动过程中总是处于水平位置，并设在主动轮以角速度1作匀速转动。如图所示，链的速度完全取决于图中B点的速度，而铰链B的速度即为主动轮的圆周速度2111dv，链的水平（前进）速度cos2cos111dVV链的垂直速度sin2sin111dWVV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）。由于在工作中，销轴的位置是不断变化的，故是变化的，的变化范围：)2,2(11。由上式可见，链速是变化的，并且每转过一个链节，链速都要周期性变化一次，所以说，瞬时链速是变化的，链速的变化规律如图11-9。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。对从动轮讲：cos2coscos211222dVdV（8-8）瞬时传动比：tancoscos1221consddit（11-8）∴即使1恒定，而2随（,）而变化，∴it不恒定。只有当Z1=Z2（d1=d2）,,a（中心距）为P的整数倍时，tconsittan21，因为此情况下、变化处处相同。二、链传动的动载荷传动过程中，动载荷原因主要有以下几个方面：①链速V和从动轮角速度作周期性变化速度变化，必然要引起加速度，从而引起惯性力，产生动载荷。链条前进加速度为：sin2)sin(221111ddtdddtdva讨论：21时，2180sin22sin22111211211maxPZdda0时，0mina同理：cos2211da——升降加速度结论：链轮转速（n1）越高，节距（P）越大，齿数Z1越少，动载冲击越严重，噪音越大。所以说，链传动不适宜高速。当V一定，Z1多，P小，是非常有利的。设计中，在满足承载能力的前提下，易选较小的P。②链作直线运动，轮作圆周运动，则进入啮合时产生冲击，引起动载荷。而且，P↑,n↑→冲击↑③张紧不适当，松边垂度过大，在起动、制动、反向、载荷突然变化等情况下，必出现惯性冲击，产生动载荷。④链的垂直速度变化，使链抖动（横向振动），引起动载荷。三、链传动的受力分析不计动载荷，链传动中主要作用力有：1、工作拉力F1——作用于主动边VPF10001P——功率（KW）V——链速（V/m）2、离心拉力：F2=qV2，作用于全链长q——每米链长质量（kg/m）V7m/s时可不考虑F2。3．垂度拉力：F3——是由于链下垂时，重力引起的拉力，作用于链全长qgakafqgaFf)/(83（N）Kf——垂度系数，表11-3a——中心距考虑以上部分，得：紧边拉力F=F1+F2+F3松边拉力F=F1+F24、作用于轴上载荷FQ一般取FQ≈1.2KAF1，KA——工作情况系数。见P225。第三节滚子链传动的设计计算一、链传动的主要失效形式1）链板疲劳：正常润滑及中速的主要失效形式2）链节的磨损：磨损后伸长（主要是销轴铰链磨损），造成脱链，跳齿，P2273）冲击疲劳破坏：反复起制动、反转或受众多冲击载荷时，动载荷大，经多次冲击、销轴、滚子、套筒最终产生冲击断裂4）胶合（重载高速）：铰链元件接触面之间的胶合5）轮齿的过度磨损6）（当低速重载V0.6m/s，可能发生过载拉断、塑性变形等静强度破坏二、额定功率曲线1）额定功率曲线的由来，P225，图11-11，在良好的润滑条件下，1为由链板疲劳限定的功率；2为滚子、套筒冲击疲劳破坏限定的功率曲线；3为销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线；4为铰链磨损限定的功率曲线在1上方，没画出。若润滑不好或工况恶劣，其功率较良好的润滑下低得多。2）图11-12A系列套筒滚子链额定功率曲线图（先看图再讲）为避免上述失效，在特定的试验条件下经试验确定数据绘制而成。试验条件：单列，水平布置，载荷平稳，Z1=19，i=3，LP=100P,th=15000h，ΔP/P≤3%(节距长度增量≤3%)图中，纵轴表示的是不同型号滚子链的许用传递功率（单根）P0当实际工作条件与上述试验条件不同时，应对P0进行修正。取一系列修正系数：小链轮齿数系数KZ、多排链系数Km和工作情况系数KA等。设计时，应满足的条件是：mzAKKPKP0KZ——小链轮齿数系数表11-4，由防止的失效形式不同，故KZ不同。当工作点落在帐篷曲线顶点左侧时，查表中的KZ，设计时，往往先假设！左侧时——表示为链板疲劳（主要外板）当工作点落在曲线顶点右侧时，查表中的K'Z右侧时——表示套筒与滚子冲击疲劳当V0.6m/s时属低速链，主要失效为：过载拉断——按静强度计算静强度条件为：8~431FFKQZSAP（7-17）式中：F1——紧边拉力（N）Q——链板的拉伸极限载荷（N），表11-1ZP——链的排数KA——工况系数表8-9三、主要参数的选择1．传动比由于i过大时，会使小轮包角1小，啮合齿数减少，则轮齿受力大，加速轮齿的磨损，导致“跳齿”，所以，通常限制，i7，11202．链轮齿数（1）Z1不能过少，原因是：当Z1少时，①重量轻，但传动不均性和动载荷增大；②当P一定时，Z1少，d1小，但Ft（=2T/d1）↑，使链受拉力增加，加速轮与链的破坏③使链节间的相对转角角增大，功率损失增加，磨损大；（2）Z2不能过大，原因是：Z2过多——重量大，且Z过多容易脱链，由于分度圆直径的增加