第七章-链传动设计(北理工)-课件

机械设计第七章链传动第一节概述第二节滚子链和链轮第三节链传动工作情况分析第四节滚子链传动设计返回章目录动画第一节概述具有传递功率大、传动效率高、传动中心距大、平均传动比准确、缓振吸振、结构简单、制造和使用成本低等特点。链传动属于具有中间挠性体的啮合传动，由平行轴的主、从动链轮和环形链条组成，通过链与链轮的啮合来传递运动和动力，如图所示。按照用途，链分为传动链、起重链和输送链三类。传动链从结构型式上划分为短节距精密滚子链（简称滚子链）、短节距精密套筒链（简称套筒链）、齿形链和成形链。套筒链与滚子链在结构上基本相同，只是在啮合部位缺少滚子。第二节滚子链和链轮一、滚子链的结构是由一系列内链节和外链节相间组成的环形链条。其组成零件包括滚子1、套筒2、销轴3、内链板4和外链板5。滚子与套筒、套筒与销轴之间为间隙配合；内链板与套筒、外链板与销轴之间为过盈配合。滚子链分为单排链、双排链和多排链。多排链承载能力更大，但各排受载均匀不好，通常不超过3排或4排，双排链结构应用较多。为了形成链节首尾相连的环形链条，要用接头加以联接。滚子链的接头型式如图所示。当链节数为偶数时，接头处采用开口销(a)或弹簧锁片(b)来固定。当链节数为奇数时，需要增加一个过渡链节（c）才能构成环形，形成链的薄弱环节。应尽量避免使用奇数链节。（a）（b）（c）二、滚子链的基本参数滚子链主要参数是节距p、滚子外径d1和内链节内宽b1（对于多排链还有排距pt）节距p是滚子链的基本参数。节距增大时，链条中各零件的尺寸相应增大，传动能力也随之增大。滚子链结构及其主要参数已经标准化（GB/T1243－1997），分为A、B两种系列；推荐优先使用A系列规格。链号反映该链条的节距大小：节距p＝链号×25.4/16mm滚子链的标记方法为：链号－排数－整链链节数标准编号例如：08A-1-88GB/T1243－1997，表示A系列、节距为12.7mm、单排、88节组成的滚子链。三、链轮的齿形滚子链与链轮齿在传动中并非共轭啮合，故链轮齿形具有较大的灵活性，齿形设计以便于加工、不易脱链、链节能平稳自由进入和退出、减少冲击为目标。GB/T1243－1997中只规定了轮齿的最大齿槽形状和最小齿槽形状；实际齿槽形状取决于加工刀具和加工方法。四、链轮的主要尺寸与结构链轮的主要尺寸包括齿数z、分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df、节距多边形以上的齿高ha、齿宽bf1、齿侧凸缘直径dg等。d＝p/sin(180/z)damax＝d＋1.25p－d1damin＝d＋(1－1.6/z)p－d1df＝d－d1dgpcot(180/z)－1.04h2－0.76作为典型的盘类零件，当链轮尺寸较小时，采用图(a)所示的整体式结构；中等直径链轮采用图(b)所示孔板式结构；直径较大链轮采用图(c)所示焊接结构或图(d)所示装配式组合结构。一般工况下，采用45、50、45Mn钢，经淬火、回火处理，齿面硬度40～50HRC。简单工况下，采用35钢经正火处理，齿面硬度160～200HBS；或15、20钢经表面渗碳、淬火和回火处理，齿面硬度50～60HRC。重要工况下，采用15Cr、20Cr材料，经表面渗碳、淬火和回火处理，齿面硬度55～60HRC；或40Cr、35SiMu、35CrMo材料，经淬火、回火处理，齿面硬度40～50HRC。五、链轮的材料选用第三节链传动工作情况分析一、链传动的运动分析链传动的瞬时链速、从动轮的瞬时角速度及瞬时传动比都是变化的。链传动在链长方向上的瞬时速度v，将随链轮转动位置的变化而产生由小到大、再由大到小的变化；在链长的垂直方向也同时产生速度的大小变化。动画链传动中，瞬时链速、从动轮瞬时角速度及瞬时传动比呈周期性变化，形成链传动的规则性振动，不可避免地产生传动速度不均匀和冲击动载荷——链传动的多边形效应链传动的平均传动比：1221//zznni链传动的瞬时传动比：coscos1221RRit二、链传动的受力分析链传动安装和工作时不需要较大的初拉力。不考虑动载荷，链的受力为各种拉力之和，包括有效圆周（拉）力F、离心力Fc和悬垂拉力Fy。作用于链的紧边拉力为：链的松边拉力为：其中，F为有效圆周力，Fc为离心力；Fy为悬垂拉力F1=F+Fc+FyF2=Fc+Fy三、链传动的主要失效形式链条的疲劳损坏——闭式链传动的主要失效形式链条铰链磨损——开式链传动的主要失效形式链条铰链胶合——润滑不良或转速过高时链条过载拉断——低速重载场合第四节滚子链传动设计一、设计准则对于链速v0.6m/s的中、高速链传动，以保证链抗疲劳损坏的强度条件为依据；对于链速v0.6m/s的低速链传动，以防止链的过载拉断的静强度设计为主导。二、单排链的额定功率曲线A系列常用滚子链的额定功率曲线是在特定实验条件下测取数据的绘制结果。实验条件：两链轮保持共面，z1＝z2＝19，链节数Lp＝100，单排传动，载荷平稳且保证规定的润滑条件下使用寿命为15000小时，且链条因磨损产生的相对伸长量不超过3％。三、链传动的计算功率与链型选取通过系数对名义功率P按下式就以修正计算：PKKKKPmLZAca式中，KA为工况系数，查表7－2；Kz为小链轮齿数系数，查表7－3；KL为链长系数，查表7－4；Km为多排链排数系数，查表7－5。链型选择时，先按链传动疲劳强度设计依据计算最小额定功率：mLzA0KKKPKP再按P0计算值和小链轮转速n1，由图7-9选定合适的链型号和链节距p。由图7-9按额定功率选取链型时，如果链传动实际的润滑状况不能满足要求的条件，则应将图中额定功率P0按以下推荐值降低选取：（1）当v≤1.5m/s、润滑不良时，降至(0.3～0.6)P0；无润滑时，降至0.15P0，且不能达到预期工作寿命15000h。（2）当1.5v≤7m/s、润滑不良时，降至（0.15～0.3）P0。（3）当v7m/s、润滑不良时，则传动不可靠，故不宜选用。四、链传动的主要参数选择与计算1.传动比与齿数链传动的传动比一般情况下i≤7，推荐使用范围为式i＝2～3.5。小链轮齿数z1不宜过少也不宜过多，一般在z1＝17～29之间选取；大链轮齿数按照z2＝iz1取值并圆整，但其最大齿数不宜超过120。小链轮齿数按表7-6推荐值选取。两链轮齿数应尽量选取与链节数（偶数）互为质数的奇数。一般初选中心距a0＝(30～50)p，初选最小中心距a0min可由下式确定:2.中心距44)1(33.0)1(2.011min0iipizpiza在节距p和链节数Lp确定后，理论中心距按下式计算：212221p21pπ28224zzzzLzzLpa为了保证传动松边一定的下垂度，实际中心距应比按式7-11的计算值小约2～5mm。3.链节数初选中心距a0后，可根据传动几何关系求计算链节数：2120210pπ222zzapzzpaL将计算链节数圆整，并最好取用偶数作为实际链节数，以免使用过渡链节。4.链速链速由下式计算，一般不超过12～15m/s。10006011pznv链速与小链轮齿数之间按下述关系取值并验算：当v＝0.6～3.0m/s时，z1≥17；当3.0m/s≤v≤8.0m/s时，z1≥21；当v8.0m/s时，z1≥25。五、低速链传动的静强度校核对于低速（v0.6m/s）链传动，设计准则只按静强度校核计算：][AlimmSFKQKSS为静强度安全系数计算值；Km为多排链排数系数，查表7－5；Qlim为单排链极限抗拉载荷，查表7-1；KA为工况系数，查表7－2；[S]为许用安全系数，一般取[S]＝4～8。六、链传动的设计计算步骤一般情况下给定设计参数：所需传递的功率P、传动用途、载荷性质、小链轮转速n1、大链轮转速n2（或传动比i）、原动机种类等。设计内容包括：确定链型规格、链轮齿数z1和z2、链节距p、排数m、链节数Lp、中心距a及润滑方式等。链传动的设计计算步骤例7-1所示。本章结束