齿形无声链条链板孔及滚销设计.doc

齿形无声链条链板孔及滚销设计2012-03-07 20:58:22 字体：大 中 小 打印 收藏 摘要：论述了齿形无声链在传动过程中能变节距、减少多边形效应是因为连接链条的具有偏置角的两滚销在过链轮时接触点能上移。论述了滚销偏置角、滚销转动角及滚销圆弧曲率半径三者之间的关系。为了使同一链条能与不同齿数链轮啮合，根据德国齿形链轮标准DIN8190的规定的最少齿数Z=15链轮，在确定滚销曲率半径的前提条件下，定量给出了链条的滚销偏置角及滚销的转动角度，从而确定了滚销的结构尺寸。根据滚销的结构尺寸，通过几何推导定量给出了链板孔的结构参数，并阐述了齿形无声链条滚销和链板板孔参数进行定量计算的方法。简要介绍了滚销及链板板孔的加工方法。说明了根据本文推导且外互换性参数满足德国齿形链标准DIN8191设计制造的链条经实验验证能与满足德国齿形链标准DIN8190要求的任一齿数链轮准共轭啮合。关键词：齿形无声链条 滚销设计 链板板孔设计 1、引言 齿形无声链条在传动过程中能变节距，减少或消除链传动过程中的多边形效应，其传动性能得到改善，适用于高速重载场合。然而，由于它是国外的专利产品，至今未披露结构参数的计算方法，导致消化吸收并移植其基本原理带来了难度。目前国内有关专家正致力于对其消化吸收，在其传动原理、减少多边形效应等方面已有一些专家学者开展研究、探讨。德国国家标准DIN8191、DIN8190分别对链条、链轮外互换性参数作出了规定，链条绕过链轮时联接链条的两滚销发生生滚动，从而改变链条节距，减少多边形效应。因此如何设计链板板孔和滚销是设计齿形无声链条的核心，在此方面还未见有相关的研究成果发布，本文将对此开展探讨，对其进行定量计算。2、齿形无声链条的基本结构形式 图1外导式链条装配图 德国国家标准DIN8191规定的链条结构有外导式和内导式，图1是其标准规定的外导式链条结构及外互换性参数尺寸（参数尺寸本文未给出）。链条结构简单，其基本结构为链条各节均用两个有一定偏置角的滚销将链板联接即可。标准对链条的外互换性参数作出了规定，而对滚销偏置角、滚销尺寸、链板板孔尺寸等参数未作规定。能正确设计出链条滚销和链板板孔，某种意义上就设计出了具有高速重载传动性能的齿形无声链条。3、滚销形状及尺寸设计参考文献中的多篇为介绍变节距滚子链的，但链条的铰接是移植于变节距齿形链，因此其研究成果可以借鉴来研究变节距齿形链。图2是链条拉直时的铰链状态图，两滚销的接触点在G点。图3是链条过链轮时的铰链状态图，当相邻链节与的中心线相对转动角度时，两滚销相对滚动，接触点上移至G1点。文献1详细推导出相邻两链节中心线的相对转动角度范围为：-2，2（为固定圆弧的中心线与两链板孔中心线的偏置角）。但它在传动过程中仅需在一个方向弯曲，因此，链条相邻两链节中心线的相对转动角度范围为：0，2。文献5详细推导出滚销外圆弧的曲率0.5P时，链条传动速度波动最小、多边形效应最小、运动最平稳,因此取滚销外圆弧的曲率半径=0.5P。DIN8190规定的链轮最小齿数Z=15，为了同一根链条能适应与不同齿数链轮啮合，因此链板板孔中心间的偏置角按最小齿数Z=15来设定。文献1详细推导出了具有准共轭特性时偏置角与滚销外圆曲率半径、节距P和偏转角度之间的关系为: =arctgcos2-+tg 图3 链条过链轮时的铰链状态图 图2链条拉直时的铰链状态图 为保证链条具有最大的弯曲能力，取=2，根据上列关系式，取滚销外圆弧曲率半径=0.5P，计算得出：=10.10。考虑到链条制造、装配存在误差，取=120。 为了保证滚销既有足够的强度和刚度，又能保证与链板定位准确，滚销应有一合理的厚度，因为滚销厚度太小则滚销截面尺寸太小，强度、刚度不够，而滚销厚度太大则滚销内圆弧曲率半径太小，导致它与链板定位不准确，且给链板孔加工带来困难，建议取滚销厚度为0.1P。滚销外圆弧曲率半径=0.5P和滚销厚度确定后，滚销内圆弧曲率半径也就确定。由于链条相邻两链节中心线的相对转动角度范围为：0，2，因此滚销圆弧间的最小极限夹角为240，若需考虑链条有一定有反向弯曲能力，可将滚销圆弧夹角适当增大。滚销内外圆弧曲率半径和圆弧夹角确定后，将内外圆弧用圆弧自然过渡即获得了滚销的断面参数，选定滚销长度符合DIN8191的规定不同组合要求的长度，从而就获得了所需的滚销。 图4所示是根据上述推导，取=0.5P、滚销厚度=0.1P，滚销圆弧夹角夹角为240的断面图。 采用如图4的滚销制造简单、价格低廉。可先加工出一壁厚厚度与滚销厚度相同、长度与滚销长度相一至的套筒，再将套筒剖切，继而将剖切料用一修整模修整即可获得满足设计要求的滚销。图4滚销断面结构图4、链条板孔参数设计41链板孔形状设计 链条滚销的结构参数确定后，即可根据滚销的结构参数和偏置角=120来对链条板孔参数进行设计。链条板孔的整体形状为两个基本圆弧，圆弧角大于1800的直径与滚销圆弧夹角和滚销厚度有关，下面将进行专门推导，圆弧角小的尺寸参数与滚销内圆弧参数相同，两基本圆弧用过渡圆弧过渡，过度圆弧的半径与滚销的过渡圆弧相同，圆弧角小的基本圆弧设置偏置角120。42链板孔基本圆弧直径的确定 图5是确定链板孔参数的几何关系图，链条拉直时两滚销接触点为G点，R为链板孔半径基本圆弧半径。下面以滚销外圆弧半径为0.5P、滚销厚度为0.1P、滚销夹角为240为例来计算R1,由几何关系图可得: 图5确定链板孔参数的几何关系图 L1=0.5Ptg L2= =P 板孔圆弧半径R=L2+0.05P =P (0.05+) =KP K为常数,取=120,经计算K=0.16745。直径D=0.3349P 图6为根据上术推导所得链板的及几何形状图。链板孔直径为2KP，与滚销相结合的圆弧半径为(0.5-0.1)P=0.4P,并偏置120,为保证链条拉直时两滚销接触点为图5所示G点，将R=0.4P圆弧中心相对0.3349P圆弧中心水平距离为0.5P，链板孔两圆弧的连接圆弧半径设计成与滚销内外两圆弧的连接圆弧相同,即0.5P。从而确定了链板的形状及尺寸，将链板两孔以链板长度中心镜向布置，并保证其节距，即完成链板孔的设计。 为了保证两滚销在链板孔中的装配，链板孔及滚销的公差取值原则为： （1）、链板孔：0.3349P圆弧取正值，R=0.4P圆弧取负值。 （2）、滚销：R=0.4P圆弧取正值，R=0.5P圆弧取负值。 采用此种参数的链板板孔，链板强度好，可通过冲孔、拉孔的方法加工，加工简单、成本低廉。 图6链板孔几何参数图五、结语 通过上述的几何推导，得出了链条的滚销和链板孔的几何参数。经实验验证，按此推导方法设计且外互换性参数满足DIN8191标准要求的链条能与满足DIN8190标准要求的任一齿数链轮准共轭啮合，且链板、滚销制造简单，制造成本低廉。链板、滚销公差取值合理，则链条装配方便，链长精度也高。参考文献： 张克仁新型齿形链传动的链条设计合肥工业大学学报（自然科学版）19966 张克仁，严景平，高良润变节距滚子链的运