第7章 皮带传动和链传动(链传动部分)资料.doc

1、7.8链传动概述链传动的类型及特点链传动由分别安装在两平行两轴上的主动链轮1,从动链轮2和绕在两链轮上的封闭链条3组成,如图7-15所示它依靠链节和链轮齿的啮合来传递运动和动力按照用途不同,链条可分为传动链起重链和输送链机械中传递运动和动力的传动链主要有滚子链(图7-15)和齿形链图7-15 滚子链传动图7-16 齿形链传动(图7-16)本章将主要介绍滚子链的有关内容齿形链运转较平稳,噪声小,但重量大,成本较高,一般用于高速传动,链速可达40m/s链传动为具有中间挠性件的啮合传动,与带传动相比较,其主要特点是:1.能获得准确的平均传动比,但瞬时传动比不恒定在工况相同时,链传动结构更为紧凑,传动

2、效率较高2.链传动所需张紧力小,故链条对轴的压力较小3.可在高温油污潮湿等环境恶劣情况下工作4.中心距较大而结构简单,对制造与安装精度要求较低5.传动平稳性差,有噪音,磨损后易发生跳齿和脱链,急速反向转动的性能差链传动主要用于平均传动比要求准确,且两轴相距较远,工作条件恶劣,不宜采用带传动和齿轮传动的场合通常传递功率P100KW,传动比i8,链速v15m/s,效率约为0.950.98滚子链及其链轮1.滚子链的结构和规格如图7-17所示,滚子链由内链板l外链板2销轴3套筒4和滚子5组成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均为间隙配合这样使内外链节间作相对转动,并减少链条与链

3、轮间的摩擦与磨损为减轻重量和使链板各截面强度接近相等,链板制成8字形图7-17 套筒滚子链(a) (b) (c)图718 滚子链接头链节滚子链使用时为封闭环形,当链节数为偶数时,链条端的外链板正好与另一端的内链板相联,接头处可用开口销(图7-18(a)或弹簧夹(图7-18(b)将销轴进行轴向固定,前者用于大节距链,后者用于小节距链,该链节又称连接链节若链节数为奇数时,则采用过渡链节(图7-18(c)链条受拉时,过渡链节的弯链板承受附加的弯矩作用,强度约降低20%,因此设计时应避免采用奇数链节数链条上相邻销轴的中心距称为节距,以p表示,它是链传动最重要的参数图7-19 双排滚子链滚子链已标准化,

4、分为AB两个系列,常用的A系列滚子链的主要参数和尺寸见表710(表中的链号数乘以1.5875即为节距p值)后缀AB为系列代号从表中可知链号数越大,链的尺寸就越大,其承载能力也就越高滚子链有单排链和多排链图7-19为双排链多排链用于较大功率传动,由于制造和装配误差,各排受载不易均匀,故排数不宜过多,四排以上很少使用表7-10 A系列滚子链基本参数和尺寸链号节距p/(mm)排距P1/(mm)滚子外径d1/(mm)内链节内宽b1/(mm)销轴直径d2/(mm)内链板高度h2/(mm)极限拉伸载荷 (单排) Q/(N)每米质量(单排) q/(kg/m)08A12.7014.387.957.853.96

5、12.07138000.6010A15.87518.1110.169.405.0815.09218001.0012A19.0522.7811.9112.575.9418.08311001.5016A25.4029.2915.8815.757.9224.13556002.6020A31.7535.7619.0518.909.5330.18867003.8024A38.1045.4422.2325.2211.1036.201246005.6028A44.4548.8725.4025.2212.7042.241690007.5032A50.8058.5528.5831.5514.2748.26222

6、40010.1040A63.5071.5539.6837.8519.8460.3334700016.1048A76.2087.8347.6347.3523.8072.3950040022.60注:1.多排链极限拉伸载荷按表列Q值乘以排数计算; 2.使用过渡链节时,其极限拉伸载荷按表列数值80%计算滚子链的标记为链号排数链节数标准代号例如: A系列滚子链,节数p=25.4mm,双排,链节数88,则其标记方法为:16A-288GBl243.1-832.链轮的材料和结构链条元件材料为经过热处理的碳素钢或合金钢,具体牌号及热处理后的硬度值见有关标准链轮的齿形应易于加工,不易脱链,能保证链条平稳顺利地进

7、入和退出啮合,并使链条受力均匀图7-20所示为国家标准(GBl244-85附录D)规定的滚子链链轮端面齿形,由和三段圆弧和一段直线bc构成,简称“三圆弧一直线”齿形这种齿形可用标准刀具以范成法加工,其断面齿形无需在工作图上画出,只需注明“齿形按3R GB124485制造”即可这种齿形具有接触应力小,磨损轻,冲击小,齿顶较高不易跳齿和脱链链轮的主要尺寸计算公式为分度圆直径(7-27)齿顶圆直径(7-28)齿根圆直径df=d-d1(7-29)式中d1滚子直径,其值见表7-10图7-20 滚子链链轮端面标准齿形链轮端面齿形的其它尺寸和轴面齿形的结构尺寸见国家标准及有关设计手册(a) (b) (c)

8、(d)图7-21 链轮结构链轮的结构如图7-21所示小直径链轮可制成实心式(a);中等直径链轮可制成孔板式(b);对于大直径链轮,为了提高轮齿的耐磨性,常将齿圈和齿心用不同材料制造,然后用焊接(c)或螺栓联接(d)装配在一起链轮材料应能保证轮齿具有足够的强度和耐磨性,故齿面多经热处理由于小链轮的啮合次数较大链轮的多,磨损和冲击也较严重,因此小链轮的材料应较好,齿面硬度应较高链轮常用的材料有碳素钢(203545),铸铁(HT200)和铸钢(ZG310-570),重要场合可采用合金钢(20Cr40Cr35SiMn等)7.9 链传动的运动特性平均链速和平均传动比滚子链结构特点是刚性链节通过销轴铰接而

9、成,因此链传动相当于两多边形轮子间的带传动链条节距p和链节数z分别为多边形的边长和边数没n1n2和z1z2分别为主从动链轮转速和链轮齿数,则链的平均速度为 (7-30)故平均传动比 (7-31)瞬时链速实际上由于链传动的多边形效应,具瞬时速度和瞬时传动比都不是定值对此,分析如下图7-22 链传动的速度分析如图7-22所示,设主动轮的分度圆半径为R1,并以等角速度1转动,现通过某一链节AB的运动来分析链速v假设在传动中紧边始终处于水平位置当该链节进入啮合时(7-22 (a),销轴A开始随链轮作等速圆周运动,链速v是销轴A圆周速度vA的水平分量在图7-22(b)所示位置时,链速为 (7-32)图7

10、-23 链速的不均匀性式中为铰链A在链轮上的相位角从销轴A进入啮合到销轴B也进入啮合为止,角将在和之间变化当时,链速最小,(图7-22(a),(d);当=0时,链速最大,(图7-22(c)由此可见,在链节AB的啮入过程中,主动链轮虽然以等角速度1转动,而链条的瞬时速度却按上述规律呈周期性的变化每转过一个链节,链速的这种变化就重复一次主动链轮的齿数越少,角的变化范围就越大(),链速的不均匀性也就越显著与此同时,链节销轴A速度的垂直分量()也在周期性地变化使链条沿铅垂方向产生有规律的振动瞬时链速的变化规律如图7-23所示由于链速的变化以及从动链轮相位角(图7-22(e)的不断变化,从动链轮的角速度

11、2也是变化的,由此可得到链传动的瞬时传动比 (7-33)只有当链轮齿数z1=z2且传动中心距为链节距的整数倍时,才能使和的变化时时相同,瞬时传动比才能恒定不变()因此设计链传动时应合理选择参数,以期减轻振动和动载荷7.10 滚子链传动的设计计算滚子链是标准件,设计链传动的要点是:合理选择有关参数,确定链的型号,设计链轮并确定润滑方式链传动的主要失效形式链轮和链条相比,链轮的强度高,使用寿命较长,所以链传动的失效,主要是链条的失效,其主要失效形式是:1 链条疲劳破坏链条各元件在变应力作用下,经过一定循环次数,链板发生疲劳断裂,滚子套筒表面出现疲劳点蚀和疲劳裂纹在正常润滑条件下,链板的疲劳强度是决

12、定链传动承载能力的主要因素2 链条铰链的磨损铰链磨损会使链节距增大而产生跳齿和脱链该失效形式一般发生在开式或润滑不良的链传动中3.链条铰链胶合在润滑不当或链轮转速过高时,链条铰链的销轴和套筒的工作表面会因润滑油膜破坏,在高温高压下直接接触导致两表面粘结,相对运动使粘结部位撕开,形成表面撕开而损坏,称为胶合因而要限制链传动的极限转速.极限功率曲线链传动的承载能力受到多种失效形式的限制,在确定某一链传动所能传递的功率时,必须全面考虑各种失效形式对传动的影响图724极限功率曲线图7-24所示为按一定使用寿命条件由实验作出的单排链极限功率曲线图由图可知,在润滑良好的条件下,中低速时链传动的承载能力主要

13、取决于链板的疲劳强度(曲线2);随着转速的提高,冲击载荷增大,其承载能力又主要取决于套筒和滚子的冲击疲劳强度(曲线3);此时随转速增加,链的传动能力逐渐降低,直至出现铰链的胶合(曲线4)曲线OABC即为考虑三种失效形式时,该链的极限功率曲线为安全可靠,在实际使用时应取经修正后的额定功率曲线作为传动的设计依据虚线6是润滑不良或工作条件恶劣时由磨损限定的极限功率曲线,此时链传动所能传递功率很小,应尽量避免发生这种情况额定功率曲线图7-26 推荐的润滑方式图7-25标准单排A系列滚子链的额定功率曲线图7-25为标准单排A系列滚子链的额定功率曲线,在特定的实验条件下由实验结果绘制而成特定的实验条件是:

14、两链轮轴平行,水平布置,两链轮共面;单排链,小链轮齿数z1=19,链长p=100节;载荷平稳,预期工作寿命15000h;符合规定的润滑方式(图7-26);链条因磨损引起的相对伸长量不超过3%根据小链轮转速n1可在图上查出该情况下各型号链条所能传递的功率p0,也可由所要求传递的功率在图中选定所需链条的型号若实际润滑条件与图7-26推荐的润滑方式不同时,由图7-25查得的P0值应予适当降低:v1.5m/s时,如润滑条件不良取(0.30.6)P0,如无润滑则取0.15P0;当1.5m/s7m/s时,如润滑不良,传动不可靠,不宜采用链传动滚子链传动的设计计算1 已知条件链传动设计通常已知的条件是:传动

15、的用途工作情况原动机和工作机种类传递的功率和载荷性质链轮的转速n1n2或传动比i,以及对结构尺寸的要求2.链传动主要参数的选择(1)传动比i 通常链传动传动比i7,推荐i=23.5当工作速度较低(v8z1172125表7-12小链轮齿数zl与传动比i传动比;i 12 34 56 6齿数z1 3l27 2523 2117 17当z1确定后,则大链轮齿数,并圆整为整数为避免跳齿和脱链现象,减小传动外廓尺寸和重量,大链轮齿数不宜太多,一般应使z2120从减小传动速度不均匀性和动载荷考虑,小链轮齿数z1应受到链速的限制(表7-11);而从限定大链轮齿数和减小传动尺寸出发,小链轮齿数z1亦受到传动比的制

16、约(表7-12)通常在设计中,可先由表7-12按传动比选定小链轮齿数zl,表7-11用于链速的核验由于链节数常为偶数,考虑到链条和链轮轮齿的均匀磨损,链轮齿数一般应取与链节数互为质数的奇数链轮齿数优选数列:171921232538577695114(3)链节距p和排数在一定条件下,链节距越大,承载能力越高,但传动平稳性降低,动载荷及噪音随之加大因此设计时应尽量选用小节距的单排链,高速重载时可选用小节距的多排链适宜选用的链节距p可根据单排链的额定功率po和小链轮转速n1从图7-25查出但当链传动实际工作条件与额定功率P0值的制定条件不相同时,需引入一系列相应的系数对Po值加以修正,才能得到链传动

17、的设计功率PC(kW) (7-34)式中P传递的功率KA工况系数,见表713;Kz小链轮齿数系数,见表7-14;Kp多排链系数,见表7-15根据设计功率PC(取PC=P0)和小链轮转速n1,由图7-25查出链号链节距,由图7-26查出润滑方式,链传动按推荐的润滑方式进行润滑表7-13工作情况系数载荷性质输入动力内燃机液力传动电动机或汽轮机内燃机机械传动平稳载荷离心式压缩机鼓风机;液体搅拌机;发电机;均匀负载输送机;印刷机;自动电梯1.01.01.2中等冲击多缸往复压缩机;半液体搅拌机;不均匀负载输送机;金属切削机床;纺织机械,食品机械1.21.31.4严重冲击单双缸往复压缩机;挖掘机;往复式振

18、动式输送机;破碎机;锻压机械;石油钻机1.41.51.7表7-14小链轮齿数系数Kzz1 9 11 13 15 l7 19 2lKz 0.446 0.554 0.664 0.775 0.887 1.00 1.1lz1 23 25 27 29 3l 33 35Kz 1.23 1.34 1.46 1.58 1.70 1.81 l.94表7-15多排链系数Kp排数 l 2 3 4 5 67 Kp 1.0 1.7 2.5 3.3 4.0 4.6与生产厂商定(4)中心距a和链节数Lp 中心距的大小对链传动的工作性能也有较大的影响中心距过小,链在小链轮上的包角减小,且链的循环频率增加而影响传动寿命;中心距

19、过大,传动外廓尺寸加大,且易因链条松边垂度太大而产生抖动一般初选中心距a0=(3050)p,最大可为amax=80p链条的长度一般用节数Lp表示,L为链长根据带长的计算公式(式7-20),可导出链节数的计算公式 (7-35)初算出的链节数Lp0,必须圆整为相近的整数Lp,最好为偶数,以避免使用过渡链节根据链节数Lp,就能算出链传动的实际中心距(7-36)一般情况下,a和ao相差很小,亦可由下式近似计算(7-37)为了便于链条的安装和保证合理的松边下垂量,实际安装中心距应比计算中心距小25mm中心距一般设计成可以调节的,以便链节铰链磨损变长后能调节链条的张紧程度;否则应设有张紧装置(5)链条作用

20、在轴上的拉力FQ链传动和带传动相似,在安装时链条也有一定的张紧力,其目的是使链条工作时松边不致过松,防止跳齿和脱链现象由于张紧力的存在,所以链条对轴也存在作用力FQ,一般取FQ=(1.21.3)F(7-38)式中 F圆周力,即链的工作拉力(由式(7-4)计算得到)有冲击振动时取较大值例7-2 试没计一链式输送机上的滚子链传动已知电机额定功率p=7.5kW,主动链轮转速n1=960r/min,从动链轮转速n2=320r/min,载荷平稳,中心距可以调整要求设计此链传动解:(1)选择链轮的齿数设计步骤和方法如下:1.确定链轮齿数z1,z2传动比假定链速v=38m/s,并参考i=3,由表7-12,表

21、7-11选取小链轮齿数zl=23;大链轮齿数z2=iz1=323=692.确定链条节距p由式(7-34) 式中:小链轮齿数系数Kz:由表7-14查得,Kz:=1.23;多排链系数Kp,按双排链考虑,由表7-15查得,Kp=1.7工作情况系数KA,由表7-13查得,KA=1.3根据P0=4.66kW,nl=970r/min,由图7-25选定链号为10A,节距p=15.875mm3.验算链速v由式(7-30)由表7-11知,链速合适;按图7-26,传动采用油浴润滑4.确定中心距a和链条节数Lp(1)初选中心距a0取ao=40p=635 mm(2)确定链条节数Lp取链节数Lp=126(3)计算实际中

22、心距a考虑安装垂度,取a=625mm5.计算压轴力FQ由式(7-4),并考虑链的工作情况系数KA=1.3,得链的实际拉力F由式(7-38),得压轴力FQ6.链轮的材料及热处理链轮材料选用45钢,经热处理后硬度为4050HRC7.链轮的结构和技术设计(略)7.10.5 链传动的布置张紧与维护1 链传动的布置链传动的布置时,链轮两轴线应平行,两轮应位于同一平面内,一般宜采用水平布置或接近水平布置,中心连线与水平线的夹角最好不要大于45并使松边在下边,参看表7-162 链传动的张紧链条在使用过程中会因磨损而逐渐伸长,为防止松边垂度过大而引起啮合不良松边颤动和跳齿等现象,应使链张紧常用张紧方法有调整中

23、心距和采用张紧装置,张紧轮可用链轮也可用滚轮,一般设在松边外侧,如图7-27所示(a)靠弹簧自动张紧,(b)靠挂重自动张紧)对于大中心距的链传动可以用压板或托板张紧(图7-28(a),(b)表7-16链传动的布置传动参数正确布置不正确布置说明 i2 a=(3050)p两轮轴线在同一水平面,紧边在上或下均不影响工作 i2 a30P两轮轴线不在同一水平面,松边应在下面,否则松边下垂量增大后,链条易与链轮卡死 i60P两轴在同一水平面,松边应在下面,否则下垂量增大后,松边会与紧边相碰,需经常调整中心距 ia为任意值两轮轴线在同一铅垂面内,下垂量增大,会减少下链轮有效啮合齿数,降低传动能力,为此应采用: (a)中心距可调; (b)张紧装置;(c)上下两轮错开,使其不在同一铅垂面内(a) (b)图7-27 链传动的压轮张紧 (a) (b)图7-28链传动的压板和托板张紧3 链传动的润滑润滑对链传动影响很大,良好的润滑将减少磨损,缓和冲击,延长链条的使用寿命润滑方式的选择应当按照图6-26进行润滑油推荐使用L-AN32,L-AN46 和L-AN68 号全损耗系统用油低温条件