第14章-链传动设计(讲课09.10)ppt课件

1、第十四章 链传动设计,14-1 链传动概述,14-2 链传动的运动特性和受力分析,14-3 滚子链传动设计计算,14-1 链传动的类型、结构和特点,滚子链 传 动,一. 链传动的类型,齿形链,链传动的组成 由主、 从动链轮和环形链条组成,链传动的工作原理 ：间接啮合传动,二. 滚子链的结构、参数及标记,一）滚子链结构分析滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成,滚子链的结构分析图,用过盈 配合连接，称为外链节,用过盈 配合连接，称为内链节,间隙配 合，当链条与链轮轮齿啮合时，内、外链节相对转动,为间隙 配合，使滚子与轮齿间主要发生滚动摩擦,销轴与外链板,套筒与内链板,销轴与套筒之间,滚子与

2、套筒之间,二）滚子链的主要参数,链条上相邻两滚子中心之间的距离，是反映链条尺寸和承载能力的重要参数,排数是反 映链条承载能力的参数,双排链,链节距p,链的排数np,p,链条节头数目称为链节数，是反映链条长度的参数。一般采用偶数链节，链条连成环形时正好是外链板与内链板相连接,滚子链的接头形式,若采用奇数链节，链条连成环形时必须使用过渡链节。有附加弯矩的作用，所以强度仅为通常链节的80左右，故设计时应尽量避免使用过渡链节,a) 偶数链节用接头,b）过渡链节,链节数Lp,4滚子链的标记 链号 排数x链节数 标准号,例如： 16 A180 GBT1243.11983,三链传动的特点及应用,一）链传动的

3、特点 链传动兼有齿轮传动和带传动的特点,与齿轮传动比较：链传动较易安装，成本低廉；远距离传 动(中心距最大可达十多米)时，其结构要比齿轮传动轻便得 多,3.滚子链的规格，见表14-1P299,优点：平均传动比准确；传动效率高；需要的张紧 力小，压轴力小；结构尺寸紧凑；能在低速 重载下较好地工作；能适应较恶劣环境如油 污多尘和高温等场合,缺点：噪声大，需要良好润滑；若中心距很大，转 速极高时，不及带传动,二）链传动的应用广泛应用于石油、化工、冶金、 农业、采矿、起重、运输、纺织等各种机械和动力传动 中,一. 链传动的运动特性,一）链传动的平均链速V平及平均传动比i平,与带传动相比，链传动相当于链

4、条绕在多边形的轮子上，多边形的边长等于节距p，边数等于链轮齿数z，链轮每转一周，链就移动一个多边形的周长，所以,链的平均速度为,链传动的平均传动比,14-2 链传动的运动特性和受力分析,二）链传动的瞬时链速 V瞬及瞬时传动比i瞬 1. 分析说明： 1）研究滚子链销轴中心的运动； 2）设链的紧边（即主动边）在传动时， 始终处于水平位置； 3) 只研究转过一个链节时段的运动情况,2. 链传动的瞬时链速V瞬,图示为链条的销轴中心A在主动轮上啮进，销轴中心D在从动轮上啮出的速度分析。设主、从动链轮分别以角速度1、 2转动，链轮节圆半径为R1、R2，销轴中心A、D亦随之作等速圆周运动，其圆周速度V1=R

5、1 1，V2=R2 2,链传动速度分析,A,V,V1,V1,B,V,V2,V2,D,V1、V2可分解为沿链条前进方向的分速度V和垂直链条前进方向的分速度V1、 V2,式中,为铰链点A的圆周速度与前进分速度之间的 夹角，在数值上等于A点在主动轮上的相 位角， 在180/Z1之间变化,为铰链点D的圆周速度与前进分速度之间的 夹角，在数值上等于D点在从动轮上的相 位角， 在180/Z2之间变化,可见，在链节的啮进过程中，链条前进方向速度V和垂直方向分速度V1、V2的数值随、变化而改变。其变化情况只需分析一链节从进入啮合开始，到相邻的下一个链节进入啮合为止的一段时间的运动情况，以A链节在主动链轮1上啮

6、合全过程为例分析瞬时速度变化,A,V,V1,V1,B,V,V2,V2,D,1）A链节开始进入啮合相位角,前进方向分速度,垂直方向分速度,A,V,V1,V1,B,V,V2,V2,D,前进方向分速度 V=R11cos,垂直方向分速度： V1=R11sin,A,B,V,3）A链节与Y轴重合相位角,A链节与Y轴重合（=,前进方向分速度：V= V1=R11,垂直方向分速度：V1=0,D,A,V,V1,V1,D,V,V2,V2,前进方向分速度：V=R11cos,垂直方向分速度：V1=R11sin,B,5）A链节结束啮合时相位角,前进方向分速度,垂直方向分速度,每啮进一 个链节时， 链速变化 情况,相位角变

7、化,前进方向分速度,即：时而加速啮进，时而减速啮进,垂直方向分速度,即：时而减速上升，时而加速下降,链速V时快时慢， V忽上忽下的变化，称为多边形效应,从动轮节圆上圆周速度,3. 链传动的瞬时传动比i瞬,i瞬=常数的条件,1）i=1，即Z1=Z2，和变化范围相同,2）链紧边长为链节距的整数倍，使和同步变化,结论：链传动存在多边形效应，使链节啮合速度周期性变 化，瞬时传动比不等于常数，使运动产生不均匀性 和动载荷,二. 链传动的受力分析,一）链传动工作的受力分析,链紧边受到的拉力：F1=F+Fc+Fy,链松边受到的拉力,F2=Fc+Fy,F 链传动的圆 周力（有效拉力,Fc 作圆周运动的链节产生

8、的离心力,Fy 链条重量产生的悬垂拉力， Fy =Kyqga N,式中：q 链每米长度的质量，kg/m，见表14-1,v 链的圆周速度，m/s,a 链传动的中心距，m,g 重力加速度， g = 9.81 m/s2,Ky 垂度系数，即下垂量为y=0.02a时的拉 力系数， 见表14-2，表中为两链中心连线与水平面的夹角,二）链作用于轴上的压力FQ,链传动为间接啮合传动，安装时只需较小的张紧力，目的是使松边的垂度不致过大。以防松边在下时，导致链轮啮合齿数较少，加速磨损，产生较大振动、跳齿或脱链,与带传动相比，链作用于轴上的压力要小得多，若忽略传动中的动载荷，可近似取为,FQ=F1+F2(1.21.

9、3)F,Fy =Kyqga N,三. 链传动中的动载荷,链传动中的动载荷包括,外部附加动载荷由于工作载荷和原动机的工 作特性带来的振动、冲击等 因素引起的附加载荷，用工 作情况系数加以考虑,内部附加动载荷由链传动本身速度变化 及制造、安装误差引起 的附加动载荷,内部附加动载荷产生原因,1）由于链速v=R11cos的周期性变化产生的加速度a，当=1/2时，加速度达到最大值,可见，链速越高，节距越大，链的加速度越大，则链传动的动载荷也越大,2）链条上下方向运动速度周期性变化产生横向振动，引起动载荷,3）当链条的铰链与轮齿突然啮合时，相当于链节铰链敲击轮齿，它们之间产生冲击动载荷,4）链和链轮的制造

10、误差以及安装误差,5）由于链条的松弛，在启动、制动、反转、突然超载或卸载情况下出现的惯性冲击等,四. 影响链传动运动不均匀性和动载荷的主要因素及其减 小措施,一）影响 因素,小链轮齿数Z1,链节距p,小链轮的角速度1,二）减小,运动不均性,动 载 荷,的措施,1）选较多的链轮齿数,2）链传动放在低速级，限 制Vmax15m/s,3）尽可能使用较小的链节距,一. 滚子链传动的主要失效形式及计算准则,一）主要失效形式,1. 铰链磨损,9-3 滚子链传动设计计算,2. 链板的疲劳破坏,3. 点蚀和多次冲击破断,4. 销轴与套筒的胶合,5. 过载拉断,在润滑条件良好且设计安装正确的情 况下，闭式链传动

11、 的主要失效形式,开式链传动的主要失效形式,润滑不良或转速过高时,低速重载场合,P,P+P,P,链条磨损后的节距增量,p+p,p,3600/z,3600/z,d,d+d,链节距伸长量与节圆增大量之间关系,二）链传动计算准则,通常链轮的寿命为链寿命的23倍以上，故链传动的承载能力以链的强度和寿命为依据,闭式传动,V0.6m/s链传动,按额定功率曲线设计,V0.6m/s链传动,主要失效为过载拉断，按 静强度计算,开式链传动,主要失效为磨损，进行磨损条件性计算,即： pp,二. 滚子链传动的功率曲线,一）滚子链传动的极限功率曲线,6是润滑条件不好或工作环境恶劣的情况下的极限功率曲 线，这 种情况下链

12、磨损严重，所能传递的功率甚低,1是在良好而充分润滑条件下由 磨损破坏限定的极限功率曲线,2是在变应力下链板疲劳破坏限定的极限功率曲线,3是由滚子套筒冲击疲劳破坏限定的极限功率曲线,4是由销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线,5是良好润滑条件下的额定功率曲线，是设计时所使用的曲线,系列滚子链传动的额定功率曲线,一）滚子链传动的额定功率曲线,注：双排链的额定功率曲线可以用单排链的.计算得到 三排链的额定功率曲线可以用单排链的.计算得到,；=1节；单排链；传动比i=3，水平安装载荷平稳；按照推荐的润滑方式润滑；工作寿命为15000小时；链因磨损而引起的相对 伸长量不超过3,说明： 1、特定条件,2、当实

13、际情况不符 合特定条件时，应对 查得的值进行修 正,设计时 修正公式：Z 为工作情况系数 , Z为主动链轮齿数系数,3、当不能保证按图示推荐的润滑方式时，则设计时应将 值按如下数值降低,当 1.5m/s，润滑不良时，取图值的30%60%；无 润滑时，降至15%(寿命不能保证15000小时,当1.5m/s 7m/s，润滑不良时，取图值的15%30,当 7m/s，若润滑不良时，该传动不可靠，不宜采用,三、链传动的设计计算和主要参数的选择,1、一般(V0.6m/s)的链传动设计方法 (1)确定链轮齿数和速比链轮齿数的多少对传动平稳性和使用寿命有很大影响。若小链轮齿数 运动速度的不均匀性和动载荷 链节

14、进入和退出啮合时，相对转角， 铰链磨损 冲击和功率损耗,当链速很低时，滚子链传动小链轮最小齿数,min9，一般小链轮齿数可根据传动比按表-选取,一般-(0.6m/s)的链传动按功率曲线设计计算,低速-(0.6m/s)链传动按静强度设计计算,表-小链轮齿数 链速（m/s）0.63 3 8 8 Z1 17 21 25,但是,传动尺寸和重量 链条节距的伸长,发生脱链，使用寿命,pp,p,从动轮齿数=i，通常max=120。 链传动速比通常i6，推荐=23.5，但在v3m/s，载荷平稳外形尺寸不受限制时，imax10,为了磨损均匀，大小链轮齿数互为质数,2)选择型号，确定链节距和排数,为了即保证链传动

15、有足够的承载能力，又减小冲击、振动和噪声，设计时应尽量选用较小的链节距。 高速重载时，宜用小节距多排链； 低速重载时，宜用大节距排数较少的链。 链条型号、链节距由和小链轮转速n1由滚子链额定功率曲线确定,p,链的尺寸、重量和承载能力 运动不均匀性(多边形效应) 冲击、振动和噪声,3)确定中心距和链节数,中心距a,链节数，V一定，单位时间内每一链节的应力变化次数 链的疲劳和磨损,链节数 ，吸振能力高，使用寿命,链发生颤抖现象(松边上,运动平稳性 易脱链,设计时如无结构上的特殊要求，一般可初定中心距a=(3050)p。最大中心距 =80p，最小中心距可按下式取值,当 i3,中心距a,中心距a,当

16、i 3,式中：da1、da2分别为小、大链轮的顶圆直径(mm,链节数利用带传动中带长的计算公式,将该式除以链节距，经整理后得链节数,取整数，且最好为偶数,中心距,为了保证链条有一定的垂度，实际安装中心距应比计算值小0.20.4。 若要求中心距可调整，则其调整范围一般2p，即a 2p，实际安装中心距: a=a+a,4)计算作用在轴上的压轴力由于链传动是啮合传动，勿需很大的张紧力，故作用在轴上的压力也较小，可取FQ =(1.21.3)F，F为链传动的有效拉力,静强度安全系数应满足下式要求,式中： Flim 为链的极限拉伸载荷,由表14-1查取 n 为链的排数； F1 为链传动的工作拉力 KA 工况

17、系数由表14-3查取,2、低速(0.6m/s)链传动设计方法对于链速0.6m/s的低速链传动，其主要失效形式是链条受静力拉断，故应进行静强度校核,链轮较常用的齿形是一种三圆弧一直线的齿形。图中，齿廓上的a-a、a-b、c-d线段为三段圆弧，半径依次为 r1、r2和 r3；b-c线段为直线段,链轮上链条销轴中心 所在的圆周称为分度圆,滚子链轮端面尺寸,四、链轮,1. 链轮的齿形,2、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,dp/sin(180/z,df d d1,dg pcot(18

18、0/z) 1.04h20.76,2. 中等直径链轮采用图(b)所示孔板式结构,3. 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,1. 当链轮尺寸较小时，采用图(a)所示的整体式结构,链轮结构,采用45、 50、45Mn钢，经淬火、回火处理，齿面硬度4050HRC,采用35钢经正火处理，齿面硬度160200HBS；或15、20钢经表面渗碳、淬火和回火处理，齿面硬度5060HRC,采用15Cr、20Cr材料，经表面渗碳、淬火和回火处理，齿面硬度5560HRC； 或40Cr、35SiMu、35CrMo材料，经淬火、回火处理，齿面硬度4050HRC,3、链轮的材料选用,一般工况下

19、,重要工况下,简单工况下,链传动的合理布置和张紧,1.链传动的合理布置 链传动的合理布置应该考虑以下几方面的问题,1) 首先两链轮的回转平面应在同一平面内，否则易使 链条脱落，或不正常磨损,2) 其次两链轮的连心线最好在水平面内，若需要倾斜 布置时，倾角也应避免大于45。应避免垂直布置，因为过大的下垂量会影响链轮与链条的正确啮合，降低传动能力,3) 链传动最好紧边在上、松边在下，以防松边下垂量 过大使链条与链轮轮齿发生干涉或松边与紧边相碰,2. 链传动的张紧装置 1)张紧的主要目,保证链条有稳定的从动边拉力以控制松边的垂度，使啮合良好，防止链条过大的振动,当两轮的连心线倾斜角大于60时，通常应

20、该设有 张紧装置,2)张紧方法 (1) 常用移动链轮增大中心距,2)当中心距不可调时，可用张紧轮定期或自动张紧,a. 张紧轮应装在靠近小链轮的松边上,b. 张紧轮可为有齿与无齿两种,c.张紧轮分度圆直径要与小链轮分度圆直径相近,d. 无齿的张紧轮可以用酚醛层压布板制成，宽度应比 链宽约宽5mm,e. 可用压板、托板张紧，特别是中心距大的链传动，用托板控制垂度更合理,注意几点,链传动速比,链传动设计实例,例：设计一拖动某带式运输机的滚子链传动。已知条件为：电动机型号Y160M-6(额定功率P=7.5kW，转速n1=970r/min)，从动轮转n2=300rpm，载荷平稳，链传动中心距不应小于55

21、0mm，要求中心距可调整,解：1、选择链轮齿数,假设链速为v=38m/s,z1=25,由表14-4选小链轮齿数,大链轮齿数z2=iz1=3.2325=81，z2120，合适,2、确定计算功率,已知链传动工作平稳，电动机拖动，由表14-3选,1.0,由图14一13按z1=25查出,1.0计算功率为,3、初定中心距a0，取定链节数Lp,初定中心距 =(3050)p，取 = 40p,取Lp =136节(取偶数,4、确定链节距p,滚子链为10A-1,由表得链条节距p=15.875mm,5、 验算链速,6、确定中心距,根椐P=7.5KW和n1=970r/min,查图9-11可选得,实际安装中心距 a=a

22、-a=(643.331.75)mm=611.55mm,中心距,a550mm，符合设计要求,中心距的调整量一般应大于2p。 a2p=215.875mm=31.75mm,7、求作用在轴上的力,工作拉力,F=1000P/v=10007.5/6.416=1168.9N,因工作平稳,轴上的压力,FQ=(1.2-1.3)F=1.21168.9N=1402.7N,8、选择润滑方式,根据链速v=6.416m/s，链节距p=15.875,按图14-12链传动选择油浴或飞溅润滑方式,设计结果： 滚子链型号 10A-1136GB/T1243.1-1983， 链轮齿数 z1=25，z2=81，中心距a=611.55m

23、m，压轴力 FQ=1402.7N,自测题 1、与带传动相比，链传动的优点是。A、工作平稳，无噪声B、寿命长C、制造费用低 D、能保持准确的瞬 时传动比 2、与齿轮传动相比，链传动的优点是。 A、传动效率高B、工作平稳，无噪声 C、承载能力大D、能传递的中心距大 3、套筒滚子链中，滚子的作用是。A、缓冲吸震 B、减轻套筒与轮齿间摩擦与磨损C、提高链的承载能力 D、保证链条与轮齿间的良好啮合,4、在一定转速下，要减轻链传动的运动不均匀和动载荷，应。 A、增大链节距和链轮齿数 B、减小链节距和链轮齿数 C、增大链节距，减小链轮齿数 D、减小链条节距，增大链轮齿数 5、为了限制链传动的动载荷，在链节距和小链轮齿数一定时，应限制。A、小链轮的转速 B、传递的功率 C、传动比 D、传递的圆周力 6、链传动在工作中，链板受到的应力属。A、静应力 B、对称循环变应力 C、脉动循环变应力 D、非对称循环变应力,7、大链轮的齿数不能取得过多的原因是。A、齿数越多，链条的磨损就越大 B、齿数越多，链传动的动载荷与冲击就越大C、齿数越多，链传动的噪声就越大 D、齿数越多，链条磨损后，越容易发生脱链现象 8、链传动中心距过小的缺点是。A、链条工作时易颤动，运动不平稳 B、链条运动不均匀性和冲击作用增强C、小链轮上的包角小，链条磨损快