机械设计链传动课件..ppt

第6章链传动,6-2链传动的运动特性及受力分析,6-1概述,6-3滚子链传动的设计计算,6-4链传动的布置、张紧和润滑,特点及应用1,6-1概述,一、链传动的特点及应用,链传动一般由主、从动链轮及链条组成。链轮上制有特殊的齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。,-2-,(一)组成,特点及应用1,（二）特点,链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动。,1、优点,与摩擦型带传动相比：,1）,2）较高，0.970.98,3）结构紧凑（带传动要求1120a）,4）压轴力小（啮合传动张紧力小）。,5）可在高温、潮湿等恶劣环境下工作。,无弹性滑动和打滑,与齿轮传动相比：,1）适于远距离传动。,2）成本低（制造、安装精度低）。,-3-,6-1概述,特点及应用1,（二）特点,2、缺点,1）只能用于平行轴间的传动，且同向转动。,3）成本比带传动高。,-4-,（三）应用,Pmax5000kW，vmax40m/s，imax15，amax8m,常用于a较大，要求平均i不变，而不宜采用齿轮或带传动场合。,不宜用于载荷变化大和急促反向的传动。,6-1概述,特点及应用1,广泛应用在,自行车、摩托车,挖掘机（恶劣工作条件）,其它低速重载场合,-5-,挖掘机、推土机的履带,6-1概述,特点及应用1,二、链传动的类型和结构,传动链在一般机械传动中，v15m/s，imax8，P100KW,传动链,起重链提升重物，v0.25m/s,起重链铲车,牵引（输送）链移动重物，v=24m/s,输送链,传动链分类,短节距精密滚子链滚子链，应用广泛,齿形链,-6-,6-1概述,传动链的结构特点1,（一）滚子链及链轮,1）结构：,自由滚动，减小摩擦，磨损,内、外链板呈“8”字形：?等强度，惯性力,间隙配合,-7-,1.滚子链,6-1概述,传动链的结构特点1,-8-,6-1概述,传动链的结构特点1,滚子链有单排链、双排链、多排链。,链的磨损主要发生在销轴与套筒的接触面上。因此内外链板之间留有少量间隙，以便润滑油渗入到销轴与套筒摩擦面间。,排数承载,多排链：,-9-,6-1概述,传动链的结构特点2,2）链条的接头形式,多用于大节距链,多用于小节距链,弹簧卡片,开口销,过渡链节：产生附加弯矩,承载,为0.8FQ避免采用奇数链节。,奇数节：,链节数Lp,-10-,奇数节：,6-1概述,传动链的结构特点2,3）基本参数：,（1）链节距p链条上相邻两销轴中心的距离,p尺寸，承载能力，所有元件均需热处理；,（2）滚子外径d1,（5）多排链的排距pt,（4）排数n,（3）内链板内宽b1,（6）链节数Lp,整数，一般为偶数。,-11-,6-1概述,传动链的结构特点2,4）滚子链标记方法,滚子链已标准化：P87表6-1,例：08A-188GB/T12431997A系列、节距p=12.7mm，单排，88节滚子链,链号与节距的关系：,-12-,A系列以美国为中心的西半球区域，B系列欧洲区域，我国主要采用A系列。,6-1概述,链轮的结构和材料1,1）链轮的齿形,链轮是链传动的主要零件，其齿形已经标准化。链轮设计的主要内容是：,链轮齿形应保证链节能平稳顺利地进入和退出啮合，并便于加工。在国标GB/T1243-1997中仅规定了最小和最大齿槽形状及极限参数。目前较常用的齿形是三圆弧一直线齿形，它是由aa、ab、cd三圆弧及直线bc构成。,确定链轮的结构和尺寸；,选择链轮的材料和热处理方式；,“齿形按3RGB/T1243-1997规定制造”,当选用这种齿形并用标准刀具加工时，其齿形在工作图中不画出，只注明主要参数和尺寸。,-13-,2链轮的结构和材料,6-1概述,链轮的结构和材料1,2）链轮的参数和尺寸,链轮的基本参数：配用链条的节距p、滚子的最大外径d1、排距pt、齿数z。,链轮的主要尺寸如图所示。链轮毂孔的直径应小于其最大许用直径dkmax，其值查表6-5。,-14-,6-1概述,链轮的结构和材料2,-15-,表6-3滚子链链轮的主要尺寸,6-1概述,链轮的结构和材料2,表6-4滚子链链轮轴向齿廓尺寸,-16-,6-1概述,链轮的结构和材料2,3）链轮的结构,-17-,6-1概述,链轮的结构和材料2,4）链轮的材料,链轮的材料应能保证轮齿具有足够的耐磨性和强度，由于小链轮的工作情况较大链轮的恶劣些，故小链轮通常采用较好的材料制造。表6-6p91,-18-,6-1概述,传动链的结构特点3,（二）齿形链,齿形链又称无声链，它是由一组链齿板彼此错开铰接而成。工作时链齿板与链轮轮齿相啮合来传递运动。,齿形链上设有导板，以防止链条工作时发生侧向窜动。导板有内导板和外导板之分。内导板齿形链导向性好，工作可靠，用于链轮宽度2530mm；外导板齿形链的链轮结构简单。,-19-,6-1概述,传动链的结构特点3,（二）齿形链（续）,特点：与滚子链相比，齿形链传动平稳无噪声，承受冲击性能好，工作可靠，多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。,齿形链按铰链结构不同可分为圆销式、轴瓦式和滚柱式三种。,-20-,6-1概述,传动链的结构特点3,-21-,6-1概述,6-2链传动的运动特性及受力分析,一、链传动的运动特性,在链传动中，链条包在链轮上如同包在两正多边形的轮子上，正多边形的边长等于链条的节距p，边数为z。,链的平均速度为：,链传动的平均传动比为：,链条铰链A点的前进分速度,上下运动分速度,是铰链中心在主动轮上的相位角；,-22-,一、链传动的运动特性（续）,两个特殊位置：,时：,-23-,时：,设链节距对应的中心角为，,6-2链传动的运动特性及受力分析,一、链传动的运动特性（续）,每转一个链节链速变化一个周期,“忽快忽慢”,“忽上忽下”,vx,vy,-24-,动画演示,9-2链传动的运动特性及受力分析,1）z一定时，pdvx运动不均匀性,讨论：,2）1（n1）vx运动不均匀性,不平稳、有规律振动。,运动特性2,由上述分析可知，链传动中，链条的前进速度和上下抖动速度是周期性变化的，当转速越高，链轮的节距越大，齿数越少，链速的变化就越大。,因此，链传动不宜用于对运动精度有较高要求的场合。,链传动的不均匀性的特征，是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应,同理从动链轮的角速度为：,所以链传动瞬时传动比为：,结果：1、i瞬时变化；2、链速不均匀。,紧边长度为链节距的整数倍,使i瞬时=const的条件：,-25-,6-2链传动的运动特性及受力分析,运动特性3,二、链传动的动载荷,链传动中的多边形效会造成链条和链轮都是周期性的变速运动，从而引起动载荷。,1、链条前进的加速度引起的动载荷为：,2、从动链轮的角加速度引起的动载荷为：,-26-,J从动动系统转化到从动轴上的转动惯量,6-2链传动的运动特性及受力分析,运动特性3,链轮的n11、p、z1，则动载荷就越大。,3、链条在垂直方向的分速度vy的变化，将使链条发生横向振动，甚至产生共振。,4、链条进入链轮瞬间，产生冲击,可见：,qpn,为使Ekp，nnlim。,5、由于链张紧力较小、链条松弛,在起动、制动、载荷变化等情况下,惯性冲击,链传动的运动不均匀性和动载荷是链传动的固有特性。,-27-,6-2链传动的运动特性及受力分析,链传动在安装时，应使链条受到一定的张紧力，张紧的目的主要是使松边不致过松，以免影响链条正常退出啮合和产生振动、跳齿或脱链现象。,链的紧边拉力为：,链的松边拉力为：,其中：F为工作拉力：,Fc为离心力引起的拉力：,Fs为悬垂拉力,三、链传动的受力分析,-28-,6-2链传动的运动特性及受力分析,q链条单位长度的质量，见表6-1；,a链传动的中心距；,g重力加速度，g=9.81m/s2,Ks垂度系数，见表6-8，p96；,受力分析1,降低动载荷的措施：(1)n1nlim;(2)链传动尽量放在低速级；(3)选用小p，多z的链传动。,思考：链传动为什么布置在低速级?带传动应布置在多级传动的高速级还是低速级？为什么？,*链的节距越大，多边形效应越严重*链轮转速越高、z1越少，多边形效应越严重,总结：,注意：,1）链传动紧边布置与带传动相反。,2）张紧力：带传动张紧力决定传动工作能力；链传动张紧力不决定工作能力，,防止脱链、跳齿,3）因张紧力小，压轴力比带传动小。,-30-,6-2链传动的运动特性及受力分析,设计计算1,6-3滚子链传动的设计计算,一、失效形式,链传动的失效形式有链的疲劳破坏、链条铰链的磨损、链条铰链的胶合以及链条的静力拉断。,1、链条元件的疲劳破坏（交变应力下工作）,2、铰链磨损p脱链(主要发生在大链轮上),3、胶合：销轴与套筒（高速或润滑不良）,4、冲击破坏：起动、制动、反转,6、链轮轮齿磨损,-31-,设计计算1,二、链传动的额定功率,（1）在中等速度的链传动中，承载能力主要取决于链板的疲劳强度；（2）转速的增高，链传动的多边形效应增大，传动能力主要取决于滚子和套筒的冲击疲劳强度，（3）转速越高，传动能力就越低，并会出现铰链胶合现象，使链条迅速失效。,6-3滚子链传动的设计计算,-32-,极限功率曲线帐篷曲线,设计计算1,二、链传动的额定功率（续）,p98图6-15,为避免上述失效形式在特定条件下，通过试验可得到单排链的额定功率曲线。,特定条件：z1=z2=19、Lp=100、Lh=15000h，i=1，单排链，水平布置，适当的润滑，载荷平稳等。若与上述条件不同时，需修整。,6-3滚子链传动的设计计算,-33-,设计计算2,三、滚子链传动的设计计算及主要参数选择,6-3滚子链传动的设计计算,-34-,已知条件为：传递功率P，转速n1、n2（或n1、传动比i），传动位置要求及工作条件等。,设计内容：确定链条型号、链节数Lp、排数n、传动中心距a、链轮齿数z1、z2以及链轮结构尺寸等。,已知条件及设计内容,设计计算2,三、滚子链传动的设计计算及主要参数选择（续）,1链轮齿数和传动比,选择小链轮齿数z1计算大链轮齿数z2=iz1。,1）齿数不宜过少,z,运动不均匀性、动载荷,垂直分速度，功率消耗,z，同时啮合齿数，每个齿上圆周力，磨损z，链节间相对转角，功率消耗,限制zmin,6-3滚子链传动的设计计算,-35-,（一）中高速链传动的设计计算,设计计算2,2）齿数不宜过多,由于：,磨损后：pp+p,即：,当p相同时：z所需要d,链节外移(爬齿)脱链可能性,zmax=150,问：自行车链传动，磨损后脱链从哪轮开始？,6-3滚子链传动的设计计算,-36-,设计计算2,3）考虑磨损均匀性对齿数的要求,Lp为偶数链轮齿数应采用与Lp互质的奇数。,优先选用齿数系列：17、19、21、23、25、38、57、76、95和114。选择时可参考下表：,4）传动比i,a一定时，i同时啮合齿数少磨损跳齿,，通常：1120，i=23.5,6-3滚子链传动的设计计算,-37-,齿数一般在17114之间。,（3）选择链节距p和排数n,链传动尺寸承载能力,但会使运动不均匀性、动载荷、振动噪音,尽量采用小节距的单排链条。,当功率大、v大：选小节距、多排链；,a小、v大、i大：小节距、多排链；a大、v小、i小：大节距、单排链；,从经济上考虑,6-3滚子链传动的设计计算,-38-,（2）确定计算功率,式中：KA工作情况系数，见表6-10；p100,P传递的功率，kw；,KL链长系数，见表6-11；p100,链的型号和节距可由功率P0、n1查图6-15定型号（p98），由表6-1确定p。,式中：Kz小链轮齿数系数，见表6-11；p100,Kp多排链系数，单排链时Kp=1，双排链时Kp=1.75，三排链时Kp=2.5；,6-3滚子链传动的设计计算,-39-,由于链传动的实际工作条件与特定实验条件不一致，必须对P0进行修正，并使,设计计算2,v一定：aLp屈伸次数磨损d一定：a1啮合齿数跳齿、脱链、磨损,a松边上下颤动，传动不平稳。,a0=(3050)pa0max=80p,有张紧装置或托板时，a0max80p；,若中心距不能调整a0max=30p；,6-3滚子链传动的设计计算,-40-,（4）计算链节数和中心距,设计计算2,6-3滚子链传动的设计计算,-41-,初选中心距a0=(3050)p，按下式计算链节数,计算出的Lp应圆整为整数，最好取Lp为偶数。,链传动的理论中心距为：,式中：a=(0.0020.004)a，对于中心距可调整时，a可取较大的值，否则a取较小的值。,为了保证链条松边有一合理垂度，实际中心距为,a=aa,设计计算4,（7）计算链速v，确定润滑方式,根据链速v、节距p，由p98图6-16选择合适的润滑方式。,链的平均速度为：,（6）计算压轴力FQ,式中：F工作拉力，N；,KQ压轴力系数，水平传动KQ=1.15，垂直KQ=1.05；,6-3滚子链传动的设计计算,-42-,（5）验算小链轮的毂孔直径,当链的节距和小链轮的齿数确定后，即可计算出链轮的基本尺寸，应使小链轮的毂孔直径dkdkmax（见表6-5），否则应采用特殊结构或重新选择链传动参数。,设计计算2,三、滚子链传动的设计计算及主要参数选择（续）,6-3滚子链传动的设计计算,-43-,（二）低速链传动的静强度计算,对于链速v0.6m/s的低速链传动，因抗拉静力强度不够而破坏的可能性很大，故应进行抗拉静力强度计算。,式中：Sca链条抗拉静力强度计算安全系数；Q单排链极限拉伸载荷（kN），见表6-1；n排数；KA工作情况系数，见表6-10；F1链的紧边拉力（kN）；,布置张紧和润滑1,6-4链传动的布置、张紧和润滑与防护,一、链传动的布置,链传动一般应布置在铅垂面内，尽可能避免布置在水平或倾斜平面内。链传动的紧边在上方或在下方都可以，但在上方好一些。应尽量保持链传动的两个链轮共面，否则工作中容易脱链。,-44-,布置张紧和润滑1,6-4链传动的布置、张紧和润滑与防护,一、链传