机械设计基础 第13章 带传动 - 链传动

1、一、基本知识1、组成原理：链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，属于具有挠性件的啮合传动，依靠链轮轮齿与链节的啮合传递运动和动力。13-8 链传动的特点和应用 动画链传动的优点： 1）平均传动比准确，压轴力小； 2）效率较高，容易实现多轴传动； 3）安装精度要求较低，成本低； 4）适用于中心距较大的传动。13-8 链传动的特点和应用 3.链传动的缺点: 1）瞬时传动比不恒定，瞬时链速不恒定； 2）传动的平稳性差，有噪音。13-8 链传动的特点和应用 4.应用：通常，链传动的传动比i8；中心距a56 m；传递功率P100 kW；圆周速度v15 m/s；传动效率约为 0

2、.950.98。链传动主要用在要求工作可靠、转速不高，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。广泛用于农业、采矿、冶金、石油、化工等行业中。13-9 链条和链轮链条齿形链滚子链1.滚子链条的组成： 滚子套筒销轴内链板外链板 动画一、滚子链 2）排数：如右图为双排链。滚子链可制成单排链和多排链，如右图所示为双排链。排数越多，承载能力越高，但各排链受载不均现象越严重，故排数不宜过多。 2.链条材料：碳素钢或合金钢，经热处理，以提高强度和耐磨性。3.滚子链的主要参数：1）节距：滚子链上相邻两滚子中心的距离称为链的节距，以p表示，它是链条的主要参数。节距越大，链条各零件的尺寸越大，所能传递的功

3、率也越大。13-9 链条和链轮p3）长度：链条长度以链节数来表示。滚子链已标准化，分为A、B两种系列，常用的是A系列。表13-11列出几种A系列滚子链的主要参数。4）链条的标记方法：见书P226底部小字。4.链条的接头形式： 链节数为奇数时，接头处须用过渡链节。为避免使用过渡链节，链节数最好取为偶数。13-9 链条和链轮13-9 链条和链轮 动画二、齿形链： 齿形链是由许多齿形链板用铰链联接而成。优点：与滚子链相比，齿形链运转平稳、噪声小、承受冲击载荷的能力高。缺点：结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。应用场合：多应用于高速（链速可达40m/s）或运动精度要求较高的场合

4、。13-9 链条和链轮13-9 链条和链轮三、链轮链轮的齿形要能够保证链条与其平稳的进入和退出啮合，而且要便于加工制造。13-9 链条和链轮滚子链链轮端面齿形端面齿形 ：三圆弧一直线 d180 Z r2bdcr3r1aa13-9 链条和链轮轴面齿形 ：圆弧+直线 （各部分尺寸见机械设计手册第三卷）零件工作图：只绘制轴面齿形，不用绘制端面齿形。bg(h)r5gbB2B3ptptr5单排链轮轴面齿形多排链轮轴面齿形直线r413-9 链条和链轮1、标准参数：国标规定其最大值和最小值。1）齿面圆弧半径：re 2）齿沟圆弧半径：ri3）齿沟角：滚子链链轮端面齿形pd1dreri360 Z dadf13-

5、9 链条和链轮分度圆直径：链条上被链条节距等分的圆称为链轮的分度圆。齿顶圆直径（三圆弧一直线）df=d-d1 齿根圆直径：2、链轮主要尺寸计算公式：滚子链链轮端面齿形pd1dreri360 Z dadf3、 链轮的材料链轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢（如Q235、 Q275、 45、ZG310-570等） 、灰铸铁（如 HT200）等。重要的链轮可采用合金钢。13-9 链条和链轮4、 链轮的结构链轮的结构如图所示。小直径链轮可制成实心式（整体式）；中等直径的链轮可制成孔板式；直径较大

6、的链轮可设计成组合式，若轮齿因磨损而失效，可更换齿圈。链轮轮毂部分的尺寸可参考带轮。孔板式链轮组合式链轮整体式链轮13-9 链条和链轮一、链传动的运动分析 链传动中，链条绕在链轮上相当于绕在边长为链条节距p,边数为链轮齿数z的正多边形上。13-10 链传动的运动分析和受力分析 平均传动比为平均链速为平均链速和平均传动比都是恒定的。113-10 链传动的运动分析和受力分析 动画链条线速度的变化可用链速不均匀系数来表示齿数不同时链速不均匀系数的变化如图13-28所示。由于多边形效应，当主动链轮匀速转动时，从动链轮的角速度以及链传动的瞬时传动比都是周期性变化的。瞬时传动比：13-10 链传动的运动分

7、析和受力分析 从动轮相位角主动轮相位角从动轮分度圆半径从动轮分度圆半径二、链传动的受力分析1.链传动也需要张紧：虽然链传动是靠链条和链轮的啮合传递力和力矩的，但为了避免影响链条正常退出啮合、产生振动、跳齿或脱链现象，张紧不可少。但比带传动的张紧力小的多。通常，链传动张紧力是通过使链保持适当的垂度所产生的悬垂拉力来获得的。13-10 链传动的运动分析和受力分析 弹簧自动张紧 重力自动张紧托架自动张紧张紧轮定期张紧13-10 链传动的运动分析和受力分析 2. 受力分析：链在工作过程中，紧边和松边的拉力是不等的。若不计传动中的动载荷，作用在链上的力有：圆周力（即有效拉力）F，离心拉力Fc和悬垂拉力F

8、y。1）有效拉力(作用于紧边) ：13-10 链传动的运动分析和受力分析 2）离心力：围绕在链轮上的链节在运动中产生的离心拉力（作用于全长） Fc=qv2 N式中：q为链的每米长质量，kg/m，见表13-11；v为链速， m/s。13-10 链传动的运动分析和受力分析 3）悬垂拉力（作用于全长）：可利用求悬索拉力的方法近似求得 Fy=Kyqga N 式中：a为链传动的中心距，m；Ky为下垂量y=0.02a时的垂度系数，其值与中心线与水平线的夹角有关。13-10 链传动的运动分析和受力分析 链作用在轴上的压力FQ可近似取为 FQ=(1.21.3) F有冲击和振动时取大值。链的紧边拉力为： F1=

9、F+Fc+Fy N松边拉力为： F2=Fc+Fy N可见，链受的是变载荷。13-10 链传动的运动分析和受力分析 一、链轮齿数1.小链轮齿数z1：对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响。 Z1外廓尺寸，但Z1不宜过少，因为： Z1过少1）传动的不均匀性和动载荷；2）链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角，铰链的磨损；3）链传递的圆周力，链条和链轮的损坏。对于滚子链，可按链速由表13-12选取zl。13-11 链传动的主要参数及其选择 2.大链轮齿数z2：按传动比确定，z2=iz1。z2不宜过大， zmax=120。z2，传动的尺寸和质量，链条节距的伸长而发生跳齿和脱链现象，链条的使用寿命。13

10、-11 链传动的主要参数及其选择 注意：若链条的铰链发生磨损，将使链条节距变长、链轮节圆d向齿顶移动。节距增长量p与节圆外移量d的关系，可由式（13-18）导出：由此可知p一定时，齿数越多节圆外移量d就越大，也越容易发生跳齿和脱链现象。脱链常发生在大链轮上。 一般链条节数为偶数，而链轮齿数最好选取奇数，这样可使磨损较均匀。13-11 链传动的主要参数及其选择 动画 链的节距p是链条最主要的参数。二、链的节距p承载能力振动、冲击、噪声，不平稳如图所示，当链节以一定的相对速度与链轮齿啮合的瞬间，将产生冲击和动载荷。节距越大、链轮转速越高，冲击越大。设计时，满足承载力的前提下，尽量选小p值。13-1

11、1 链传动的主要参数及其选择 动画三、中心距和链的节数 中心距太大，会引起从动边垂度过大，传动时造成松边颤动。中心距过小，小链轮包角较小，同时啮合的链轮齿数也较小，承载能力下降。所以通常取：a(3050)p，最大中心距amax 80p。有张紧装置或托板时， amax 可大于80p；对中心距不能调整的传动， amax 30p。13-11 链传动的主要参数及其选择 链条长度以链节数Lp（节距p的倍数）来表示。与带传动相似，链节数 Lp与中心距a之间的关系为计算出的Lp应圆整为整数，最好取偶数。然后根据圆整后的链节数计算理论中心距a，即一般中心距设计成可以调节的。若中心距不能调节而又没有张紧装置时，

12、应将计算的中心距减小25 mm。这样可使链条有小的初垂度，以保持链传动的张紧。 13-11 链传动的主要参数及其选择 一、失效形式链传动的主要失效形式有以下几种：13-12 滚子链传动的计算 1）链板疲劳2）铰链的磨损3）滚子、套筒的冲击疲劳4）销轴与套筒工作面的胶合5）链的静力拉断（正常润滑条件下）（中、 高速条件下）（润滑不当或速度过高）（开式，环境条件恶劣或润滑不良）（低速重载或严重过载）13-12 滚子链传动的计算 二、功率曲线图 13-12 滚子链传动的计算 在特定条件下制定的，即： 两链轮共面，轴线水平安装； 小链轮齿数z1=19；链长Lp=100节； 载荷平稳； 按推荐方式润滑；

13、能连续15000小时满负荷运转；链条因磨损引起的相对伸长量不超过3%。若润滑不良或不能采用推荐的润滑方式时，应将图中P0值降低：当链速vl.5 m/s时，降低到50；当l.5 m/sv7 m/s时，降低到25。当v7 m/s而又润滑不当时，传动不可靠。设计：潘存云10152040608010015020040060080010001500200040006000小链轮转速n1(r/min)0.10.150.20.40.60.811.52468101520406080100150200300功率p0(kw)48A单排A系列滚子链的功率曲线 链号 节距08A 12.710A 15.87512A 1

14、9.0516A 25.420A 31.7524A 38.128A 44.4532A 50.840A 63.548A 76.240A32A28A24A20A16A12A10A08A13-12 滚子链传动的计算 滚子链的功率曲线图表明，当采用推荐的润滑方式时，链传动所能传递的功率P0、小轮转速n1和链号三者之间的关系。三、链传动的计算实际工作条件与上述特定条件不同时，应对P0加以修正。故实际工作条件下链条所能传递的功率，即许用功率P0可表示为 P0= P0KzKLKm 式中：Kz为小链轮的齿数z119时的修正系数，见表13-13； KL为链长Lp 100节时的修正系数； Km为多排链系数，见表13

15、-14。对于一般链轮v0.6m/s的链传动，主要失效形式为疲劳破坏，故设计计算通常以疲劳强度为主并综合考虑其他失效形式的影响。设计准则为：13-12 滚子链传动的计算 式中：计算功率Pc=KAP，此处KA为工作情况系数，见表 13-15；P为名义功率，kW。当 v0. 6 m/s时，主要失效形式为链条的过载拉断，设计时必须验算静力强度的安全系数 即：式中：Q为链的极限载荷，见表；F1为紧边拉力。13-12 滚子链传动的计算 小结：滚子链传动的设计计算设计内容：确定两链轮齿数z1和z2；计算链轮的主要几何尺寸；选择链号；确定链节距p；计算链节数Lp；计算实际中心距a；确定润滑方式、链条工作拉力F及作用在轴上的压力FQ；在链速v 0.6m/s时进行静强度校核。设计步骤： 选择链轮齿数z1和z2； 确定计算功率Pc； 选择链号(确定链节距p)； 计算链传动实际中心距a和