机械结构设计基础_11-14链传动与间歇运动机构.ppt

,机械设计基础,第11章 链 传 动,1.链传动的类型、结构和特点。 2.链传动的设计计算。,知识点：,链传动是应用较广的一种机械传动，它由链条、主动链轮、从动链轮组成。依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。,11.1 概述,11.1.1 链传动的类型,根据用途的不同，链传动分三大类： 1)传动链：传动链用于一般机械上动力和运动的传递，通常都在中等速度（v20m/s）以下工作。 2）起重链：起重链用于起重机械中提升重物，其工作速度不大于0.25m/s。 3）牵引链：又称输送链，用于链式输送机中移动重物，其工作速度不大于24m/s。 根据结构的不同，常用的传动链又分短节距精密滚子链(简称滚子链)、套筒链、弯板链和齿形链，如图11.1所示。滚子链结构简单，磨损较轻，故应用较广。齿形链(又称无声链)，它具有传动平稳、噪声小、承受冲击性能好、工作可靠等优点，但结构复杂、质量大、价格高、制造较困难，故多用于高速（链速v可达40m/s）或运动精度要求较高的传动装置中。,11.1 概述,图11.1 传动链的类型,(1）滚子链的结构和标准 滚子链由内链板1、套筒4、外链板2和销轴3组成，见图11.2。内链板与套筒、外链板与销轴均为过盈配合，套筒与销轴、滚子与套筒之间均采用间隙配合，因此，内、外链板在链节屈伸时可相对转动。当链与链轮啮合时，链轮齿面与滚子之间形成滚动摩擦，可减轻链条与链轮轮齿的磨损。内、外链板制成“”字形，可使其剖面的抗拉强度大致相等，同时亦可减小链条的自重和惯性力。组成链条的各零件，由碳钢或合金钢制成，并进行热处理，以提高强度和耐磨性。 滚子链相邻两滚子中心的距离称为链节距，用p表示，它是链条的主要参数。节距p越大，链条各零件的尺寸越大，所能承受的载荷越大。 滚子链可制成单排链和多排链（如双排链或三排链)，见图11.2和图11.3。排数越多，承载能力越大。由于制造和装配精度，会使各排链受力不均匀，故一般不超过4排。,11.1 概述,1.滚子链传动,图11.2 单排滚子链结构,图11.3 双排滚子链结构,11.1 概述,滚子链已标准化，滚子链的基本参数与尺寸见表11.1。表内的链号数乘以25.4/16mm即为节距值。链号中的后缀表示系列。其中，A系列是我国滚子链的主体，设计时，根据载荷大小及工作条件等选用适当的链条型号；B系列主要供维修用。,11.1 概述,(2）滚子链链轮 滚子链链轮是链传动的主要零件。链轮齿形满足下列要求： 1)保证链条能平稳而顺利地进入和退出啮合。 2)受力均匀，不易脱链。 3)便于加工。 链轮的齿形有国家标准。GB 12441985规定了滚子链链轮的端面齿槽形状，如图11.5所示，即为三圆弧(dc、ba、aa)和一直线(cb)齿形。 由于链轮采用标准齿形，所以在链轮工作图上不必绘制其端面齿形，只需在图的右上角注明基本参数和“齿形GB 12441985制造”字样即可。,11.1 概述,2.齿形链,齿形传动链由一组齿形链板并列铰接而成，工作时，通过链片侧面的两直边与链轮轮齿相啮合。齿形链按链片齿廓与轮齿啮合部位不同，分外侧啮合传动图11.6(a)和内侧啮合传动图11.6(b)。,图11.5 链轮端面齿形,图11.6 齿形链,11.1 概述,11.1 概述,11.1.2 链传动的特点,链传动与其他传动相比，主要有以下特点： 1）由于链传动是有中间挠性件的啮合传动，无弹性滑动和打滑现象，因而能保证平均传动比不变。 2）链传动无需初拉力，对轴的作用力较小。 3）链传动可在高温、低温、多尘、油污、潮湿、泥沙等恶劣环境下工作。 4）由于链传动的瞬时传动比不恒定，传动平稳性较差，有冲击和噪声，且磨损后易发生跳齿，不宜用于高速和急速反向传动的场合。 链传动适用于两轴线平行且距离较远、瞬时传动比无严格要求以及工作环境恶劣的场合，广泛用于农业、采矿、冶金、石油化工及运输等各种机械中。目前，链传动所能传递的功率可达3600kW，常用100kW以下；链速可达3040m/s，常用v15m/s；传动比最大可达15，一般i6；中心距a56m；效率=0.910.97。,11.2 链传动的运动特性,链条绕上链轮后，在啮合区域的部分链将折成正多边形，因此链传动相当于一对多边形轮子之间的传动，见图11.9。设z1、z2为两链轮的齿数，p为节距（mm），n1、n2为两链轮的转速（r/min），则链条线速度（简称链速）为,图11.9 链传动的运动分析,11.3 滚子链传动设计,11.3.1 滚子链传动的失效形式,由于链条的结构比链轮复杂，强度不如链轮高，所以一般链传动的失效主要是链条的失效。常见的形式有以下几种：,1.链板疲劳破坏,链传动时由于松边和紧边的拉力不同，使得链条各元件受变应力的作用，经过一定的循环次数后，内、外链板会发生疲劳破坏，在正常润滑条件下，疲劳强度是决定链传动承载能力的主要因素。,2.滚子、套筒的冲击疲劳破坏,链节与链轮啮合时，滚子与链轮间会产生冲击，高速时冲击载荷较大，套筒与滚子表面发生冲击疲劳破坏。,11.3 滚子链传动设计,3.销轴与套筒的胶合,当润滑不良或速度过高时，销轴与套筒的工作表面摩擦发热较大，而使两表面发生粘附磨损，严重时则产生胶合。,4.链条铰链磨损,链在工作过程中，铰链的销轴与套筒间承受较大的压力，传动时二者的工作表面会因相对转动而导致铰链磨损，使链节距增大，链与链轮的啮合点外移，容易引起跳齿和脱链，加大噪声以及其他破坏。,5.过载拉断,在低速（v6m/s）重载或瞬时严重过载时，链条可能被拉断。,11.3 滚子链传动设计,11.3.2 滚子链传动设计计算及主要参数的选择,一般已知：需要传递的功率、主动轮转速、从动轮转速(或传动比)、传动的用途和工作情况、原动机类型以及外廓安装尺寸等。,1.设计链传动的已知条件,确定滚子链的型号、链节距、链节数、选择大小链轮齿数、材料、结构，绘制链轮工作图并确定传动的中心距。,2.设计计算的内容,(1）传动比I 传动比受链轮最小齿数和最大齿数的限制，且外廓尺寸也不能过大，传动比过大时，小链轮上的包角1将会太小，同时啮合的齿数也太少，将加速轮齿的磨损。因此，通常要求包角1不小于120。一般取传动比i7，推荐i=23.5。当工作速度较低(v2m/s)，且载荷平稳、传动外廓尺寸不受限制时，允许i10。,3.具体设计计算的基本方法和有关主要参数的选择,11.3 滚子链传动设计,(2）确定链轮齿数z1、z2 (3）选择链条节距p及排数，确定链型号 在一定条件下，链节距越大，承载能力越高，但运动平稳性差、动载荷和噪声越严重。因此，设计时，在满足承载能力的前提下，应尽量选取小节距的单排链；高速重载时，可选择小节距的多排链。 一般根据链传动单排链的额定功率P0和小链轮的转速n，由图11.10选取链条节距p和链型号。链传动的计算功率PC可由下式确定：,11.3 滚子链传动设计,图11.10 滚子链额定功率曲线,11.3 滚子链传动设计,(4）确定中心距和链节数Lp,11.3 滚子链传动设计,(5）验算链速并确定润滑方式 链速过高，会增加链传动的动载荷和噪声，因此，一般将链速限制在15m/s以下。若超过了允许范围，应调整设计参数重新计算。 根据节距和查图11.11确定传动的润滑方式。,图11.11 推荐的润滑方式 .人工定期润滑；.滴油润滑；.油浴润滑；.压力喷油润滑,11.3 滚子链传动设计,(6）设计链轮并绘制其工作图 链轮轴向齿廓和尺寸见表11.6。绘制链轮工作图时，应注明节距p、齿数z、分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df及齿侧凸缘直径dg。,11.3 滚子链传动设计,链轮的结构如图11.12所示，小直径链轮可制成实心式图11.12(a)，中等直径可制成孔板式图11.12(b)，直径较大时可用组合式结构图11.12(c)。 链轮材料应保证其有足够的抗疲劳强度、耐冲击性和耐腐蚀性，故链轮材料多采用中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMo等，经淬火处理，硬度达到4050HRC；高速、重载时采用低碳钢、低碳合金钢，如15、20、15Cr、20Cr，经表面渗碳淬火，其硬度达到5560HRC；低速、轻载、齿数较多的从动轮也可采用铸铁制造。 工作时因小轮啮合次数远远多于大轮的啮合次数，易于损坏，故小轮的材料应比大轮的好一些。,图11.12 链轮的结构,11.4 链传动的布置和润滑,11.4.1 链传动的布置,在链传动中，两链轮的转动平面应在同一平面内，两轴线必须平行，最好成水平布置，如需倾斜布置，两链轮中心连线与水平线的夹角应小于45。同时链传动应使紧边（即主动边）在上，松边在下，以便链节和链轮轮齿可以顺利地进入和退出啮合。如果松边在上，可能会因松边垂度过大而出现链条与轮齿的干扰，甚至会引起松边与紧边的碰撞。具体布置情况参见表11.7。,11.4 链传动的布置和润滑,11.4 链传动的布置和润滑,11.4.2 链传动的张紧,链条包在链轮上应松紧适度。通常用测量松边垂度f的办法来控制链的松紧程度，如图11.13所示。 合适的松边垂度为f=（0.010.02）a，式中，a是中心距。对于重载、反复起动及接近垂直的链传动，松边垂度应适当减小。 传动中，当铰链磨损使长度增大而导致松边垂度过大时，可采取如下张紧措施： 1)通过调整中心距，使链张紧。 2)拆除12个链节，缩短链长，使链张紧。 3)加张紧轮，使链条张紧。张紧轮一般位于松边的外侧，它可以是链轮，其齿数与小链轮相近，也可以是无齿的锟轮，锟轮直径稍小，并常用夹布胶木制造。,图11.13 垂度测量,11.4 链传动的布置和润滑,11.4.3 链传动的润滑,链传动良好的润滑将会减少磨损、缓和冲击，提高承载能力，延长使用寿命，因此链传动应合理地确定润滑方式和润滑剂种类。 常用的润滑方式有几种： 1）人工定期润滑：用油壶或油刷给油图11.14（a），每班注油一次，适用于链速v4m/s的不重要传动。 2）滴油润滑：用油杯通过油管向松边的内、外链板间隙处滴油，用于链速v10m/s的传动图11.14（b）。 3）油浴润滑：链从密封的油池中通过，链条浸油深度以612mm为宜，适用于链速v=6 12m/s的传动图11.14（c）。 4）飞溅润滑：在密封容器中，用甩油盘将油甩起，经由壳体上的集油装置油导流到链上。甩油盘速度应大于3m/s，浸油深度一般为12 15mm图11.14（d）。 5）压力油循环润滑：用油泵将油喷到链上，喷口应设在链条进入啮合之处。适用于链速v8m/s的大功率传动图11.14（e），链传动常用的润滑油有L-AN32、L-AN46、L-AN68、L-AN100等全损耗系统用油。温度低时，黏度宜低；功率大时，黏度宜高。,11.4 链传动的布置和润滑,图11.14 链传动润滑方法,本章主要介绍了滚子链的失效形式，链传动主要参数的选择和设计步骤；同时还介绍了链传动的类型、结构和特点、链传动的运动特性及受力分析等；最后简单介绍了链传动的使用和维护。,小 结,1.链节P的大小对链传动的动载荷有何影响？ 2.链传动的合理布置有哪些要求？ 3.链传动的主要失效形式有哪几种？ 4.影响链传动不均匀性的主要参数有哪些？为什么？设计时，为减少速度不均匀性应从哪几方面考虑？如何合理选择参数？ 5.链传动与带传动的张紧目的有何区别？ 6.设计一链传动，主动轮转速n1=960r/min，从动轮转速n2=320r/min，电动机功率P=4kW，两班制工作，载荷平稳。,习 题,11.4 链传动的布置和润滑,7.当传递功率较大时，可用单排大节距链条，也可用多排小节距链条，此二者各有何特点，各适用于什么场合？ 8.小链轮齿数z1不允许过少，大链轮齿数z2不允许过多。这是为什么？ 9.链传动的失效形式有几种？设计链传动的主要依据是什么？ 10.试设计一驱动运输机的链传动。已知传递功率P=200kW。小链轮转速n1=720r/min，大链轮转速n2=200r/min，运输机载荷不够平稳，同时要求大链轮的分度圆直径最好为700mm左右。 11.一滚子链传动，已知主动链轮齿数z1=19，采用10A滚子链，中心距a=500mm，水平布置；传递功率P=2.8kW，主动轮转速n1=110r/min。设工作情况系数KA=1.2，静力强度许用安全系数S=6，试验算此传动。,11.4 链传动的布置和润滑,机械设计基础,第14章 间歇运动机构,1.棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的组成、工作原理、特点及应用。 2.棘轮机构转角的调整方法。,知识点：,在许多机械中，为了实现某些运动形式的变换，常需要某些构件实现周期性的运动和停歇。能够将主动件的连续运动转换为从动件有规律的间歇运动和停歇的机构，称为间歇运动机构。实现间歇运动的机构类型很多，如棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮机构及恰当设计的连杆机构都可实现间歇运动。本章简要介绍几种常用间歇机构的组成和运动特点。,14.1 棘轮机构,14.1.1 棘轮机构的工作原理、特点及应用,图14.1为常见的外啮合齿啮式的棘轮机构，主要由棘轮1、棘爪2、摇杆3、止回棘爪4和机架组成。弹簧5用来使止回棘爪4与棘轮保持接触。棘轮装在轴上，用键与轴连接在一起。棘爪2铰接于摇杆3上，摇杆3可绕棘轮轴摆动。当摇杆3顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮齿顶滑过，棘轮静止不动；当摇杆3逆时针方向摆动时，棘爪插入棘轮齿间推动棘轮转过一定角度。这样，摇杆3连续往复摆动，棘轮1即可实现单向的间歇运动。,1.棘轮机构的工作原理,图14.1 外啮合棘轮机构 1.棘轮；2、4.棘爪；3.摇杆；5.弹簧,14.1 棘轮机构,常见棘轮机构分为齿啮式和摩擦式两大类。 （1）齿啮式棘轮机构 齿啮式棘轮机构是靠棘爪和棘轮齿啮合传动。棘轮的棘齿做在棘轮的外缘称为外啮合棘轮机构，如图14.1所示；做在棘轮的内缘称为内啮合棘轮机构，如图14.2所示。 按照棘轮机构的运动型式不同可以分为三类。 1）单动式棘轮机构。如图14.1、图14.2所示，这种机构的特点是摇杆向某一方向摆动时，棘爪驱动棘轮沿同一方向转过一定角度，摇杆反方向转动时，棘轮静止。 2）双动式棘轮机构。如图14.3所示，这种棘轮机构的棘爪可制成直爪图14.3(a)或带钩头的爪图14.3(b)。当主动摇杆1往复摆动一次时，能使棘轮2沿同一方向作二次间歇转动。这种棘轮机构每次停歇的时间间隔较短，棘轮每次转过的转角也较小。 3）可变向棘轮机构。如果棘轮需要作双向的间歇运动，可把棘轮的齿形制成矩形，而将棘爪制成可翻转的结构，如图14.4(a)所示。其特点是当棘爪处于实线位置B，摇杆往复摆动时，棘轮可获逆时针的单向间歇运动；而当把棘爪绕其销轴O2翻转到虚线所示位置B，摇杆往复摆动时，棘轮则可获得顺时针的单向间歇运动。,2.棘轮机构的基本类型,图14.2 内啮合棘轮机构,14.1 棘轮机构,图14.3 双动式棘轮机构图 1.主动摇杆；2.棘轮；3.棘爪,图14.4 双向棘轮机构图 1.摇杆；2.矩形棘轮；3.棘爪,14.1 棘轮机构,（2）摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构如图14.5所示，棘爪上无棘齿。当摇杆逆时针方向摆动时，通过偏心楔块2与摩擦轮3之间的摩擦力，使摩擦轮沿逆时针方向运动。当摇杆顺时针方向摆动使，驱动偏心楔块在摩擦轮上滑过，而止动楔块4与摩擦轮之间的摩擦力，促使此楔块与摩擦轮卡紧，从而使摩擦轮静止，实现了单向的间歇运动。,图14.5 摩擦式棘轮机构 1.摇杆;2、4.楔块；3.摩擦轮;5.支架,14.1 棘轮机构,（1）棘轮机构的特点 1）齿啮式棘轮机构。齿啮式棘轮机构的特点是结构简单、制造方便，转角准确、运动可靠，棘轮的转角可在一定范围内调节。但棘爪在齿背上滑行时容易产生噪音、冲击和磨损，故适用于低速、轻载和转角精度要求不高的场合。 2）摩擦式棘轮机。这种机构噪声小，但因摩擦力传动，其接触表面间容易发生滑动，即可起到过载保护作用，又因传动精度不高，故适用于低速、轻载场合。 （2）棘轮机构的应用 除上述棘轮机构外，棘轮机构可用作单向离合器，如图14.6所示。当主动爪逆时针回转时，滚柱借摩擦力而滚向空隙的收缩部分，并将套筒楔紧，使其随爪轮一同回转；而当爪轮顺时针回转时，滚柱被滚到空隙的宽敞地方，将套筒松开，这时套筒静止不动。利用此种机构，当主动爪轮以任意角速度反复转动时，可使从动轮的套筒获得任意大小转角的单向间歇转动。 棘轮机构还常用作防止机构逆转的止停器，如图14.7所示为起重设备中的棘轮制动器。当提升重物时，棘轮逆时针转动，棘爪2在棘轮1齿背上滑过；当需要使重物停在某一位置时，棘爪将及时插入到棘轮的相应齿槽中，防止棘轮在重力作用下顺时针转动使重物下坠，以实现制动。,3.棘轮机构的特点及应用,14.1 棘轮机构,图14.6 单向离合器图,图14.7 棘轮制动器 1.棘轮；2.棘爪,14.1 棘轮机构,14.1.2 棘轮机构转角的调整方法,利用曲柄摇杆机构带动棘轮作间歇运动，通过调节螺钉改变曲柄的长度，就可改变摇杆摆角，从而控制棘轮的转角。图14.8所示的浇注输送传动装置，改变活塞1的行程，即可改变摇杆的摆角，从而调节棘轮转角的大小。,1.改变摇杆摆角大小，控制棘轮的转角,如图14.9所示，在棘轮外部罩一遮板（遮板不随棘轮一起转动），改变遮板位置以遮住部分棘齿，可使棘爪行程的一部分在遮板上滑过，不与棘齿接触，从而改变棘爪推动棘轮的实际转角的大小。遮板的位置可根据需要进行调节。,2.利用遮板调节棘轮的转角,14.1 棘轮机构,图14.9 棘轮外部罩遮板,图14.8 外啮合不完全齿轮机构 1.活塞；2.摇杆,14.2 槽轮机构,14.2.1 槽轮机构的工作原理,如图14.10所示为槽轮机构，由具有径向槽的槽轮2、带有圆销A的拨盘1和机架组成。 主动件拨盘1逆时针做匀速转动，当圆销A未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸锁止弧锁住，槽轮静止不动；当圆销A开始进入槽轮的径向槽时，内外锁止弧脱开，槽轮在圆销A的驱动下顺时针转动；当圆销A开始脱离槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁止弧又被拨盘的外凸圆弧锁住而静止，直到圆销再一次进入槽轮的下一个径向槽时，两者又重复上述运动循环，从而实现从动槽轮的单向间歇运动。 槽轮机构有外啮合槽轮机构（图14.10）和内啮合槽轮机构（图14.11）两种基本类型。依据机构中圆销的数目，外啮合槽轮机构又有单圆销、双圆销和多圆销槽轮机构之分。单圆销外槽轮机构工作时，拨盘转一周，槽轮反向转动一次；双圆销外槽轮机构工作时，拨盘转动一周，槽轮反向转动两次；内槽轮机构的槽轮转动方向与拨盘转向相同。,14.2 槽轮机构,图14.10 外槽轮机构 1.带圆销A的拨盘；2.有径向槽的槽轮,图14.11 内槽轮机构 1.带圆销A的拨盘；2.有径向槽的槽轮,14.2 槽轮机构,14.2.2 槽轮机构的特点及应用,槽轮机构结构简单,制造方便,转位迅速,工作可靠，但制造与装配精度要求