华理工机械设计教案10链传动

课程名称：《机械设计》第16讲次授课题目第十章链传动10-1概述10-2链传动的运动特性10-3滚子链传动的设计计算10-4链传动的合理布置和润滑【目的要求】了解链传动的类型、结构、工作原理、特点等基础知识；掌握链传动的运动特性和套筒滚子链传动的设计方法；【重点】链传动的运动特性（运动的不均匀性和动载荷）；套筒滚子链传动的设计；【难点】链传动的运动特性；内容第十章链传动10-1概述一、链传动的组成链传动是通过中间挠性件（链）与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。它是由：主动链轮、从动链轮（有时也可能有两个以上的链轮）和环形链组成。显然，其组成与摩擦带传动类似，只是工作原理不同，传递运动和动力的方式不同。链传动属于啮合传动。二、链传动的特点和应用、类型与带传动相比，链传动具有如下特点：优点：1.没有滑动（啮合传动），能保持准确的平均传动比2．工作情况相同时，传动尺寸比较紧凑（即a可以小些）。3．不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小。4．效率较高。5．能在温度较高、湿度较大的恶劣环境中工作。6．可用于较大中心距间的传动。缺点：只能用于平行轴间瞬时速比不均匀，传动平稳性差，工作时有噪音。不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用。制造费用比带传动高。与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。应用：适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、冶金、运输、起重、金属切削机床、摩托车、自行车、化工、纺织等机械中。中低速传动：i≤8(I=2~4)，最大可达15，P≤110KW，最大可达3600KW，V≤12-15m/s，最高可达40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）最常见的是用于自行车、摩托车中的链传动。类型：工业上应用的链分为：传动链、起重链、拽引链传动链是链传动中的主要元件，传动链有滚子链和齿形链等类型，本章主要讲套筒滚子链。1．滚子链的结构◆滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。◆内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接；◆滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。使内、外链板可相对回转。当链节进入、退出啮合时，滚子沿齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损。为减轻重量、制成“8”字形，亦有弯板。这样质量小，惯性小，具有等强度。滚子链有：单排链、双排链、多排链。排数↑→承载能力↑。但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过3~4列为宜链条接头处的固定形式有：用开口销固定，多用于大节距链；弹簧卡片固定，多用于小节距链。设计时，链节数以取为偶数为宜，这样可避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承载能力下降。滚子链标记：链号—排数×链节数标准号三、链轮1．对齿形要求：①保证链节平稳进入和退出啮合；②减少啮合时冲击和接触应力；③链条节距因磨损而增长后，应仍能与链轮很好地啮合；④要便于加工。2．链轮齿形及特点端面齿形（如图10-5）——是三圆弧一直线，弧、、和一直线优点：接触应力小、冲击小、磨损少，不易跳齿与脱链轴面齿形：两侧呈圆弧状，以利链节的进入和退出啮合（如图10-6）加工方法：标准刀具加工，一般为成型铣刀（只要P相同，Z不同的所有链轮均能加工）3．链轮的主要参数分度圆直径（公称直径）齿顶圆直径齿根圆直径式中：d—滚子直径；P－节距；Z－齿数4．链轮的结构型式，如图11-7整体式（直径较小时）孔板式（轮齿与轮毂部分成一体），中等直径可在腹板上开孔，如图10-7b组合式：大直径链轮可作成组合式。如图10-7c，齿圈与轮毂焊接图10-7d，齿圈与轮毂螺栓联接5．链轮的材料有普通碳素钢，优质碳素钢和合金钢；链轮较大（要求较低时）可用铸；小功率传动也可用夹布胶木。（具体的材料及适用场合见表10-2）注意：1）有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢→渗碳淬火→回火。2）无剧烈冲击，中等速度较大的链轮，一般采用中碳钢和中碳合金钢→淬火、回火。3）齿数较多（特大）Z>50的链轮→采用灰铸铁4）中小功率传动→采用普通或优质碳素钢；大功率传动→采用合金钢5）P<6KW,高速链传动→采用夹布胶木，噪音较小，传动平稳6）小链轮的材料与热处理要求应高于大链轮。（因为小链轮的啮合次数比大链轮多，所以，磨损和冲击比大链轮严重。）10-2链传动的运动特性一、链运动的运动不均匀性链由许多刚性链节组成，当链绕在链轮上时，形成正多边形。正多边形边数——（Z）（齿数）正多边形边长——（P）（节距）当链轮转过一周，链移动距离——ZP。设链轮转速为n1、n2，，链的平均速度为：（m/s）平均传动比为：（由于Z1，Z2为定值，所以平均传动比是准确的）但是，在各个瞬时，链速和传动比是变化的，波动的，并不稳定。下面对瞬时链速和传动比是变化的进行分析和说明：假设：链的紧边在传动过程中总是处于水平位置，并设在主动轮以角速度1作匀速转动。如图所示，链的速度完全取决于图中A点的速度，而铰链A的速度即为主动轮的圆周速度，链的水平（前进）速度链的垂直速度式中：V1——为A点的圆周速度——为链节进入啮合后某点铰链中心与轮心联线与铅垂线夹角，（或铰链中心相对于铅垂线的位置角）。由于在工作中，销轴的位置是不断变化的，故是变化的，的变化范围：。由上式可见，链速是变化的，并且每转过一个链节，链速都要周期性变化一次，所以说，瞬时链速是变化的，链速的变化规律如图10-9。结论：链节在运动中，链的速度作有规律的周期性的波动。对从动轮讲：（8-8）瞬时传动比：（11-8）∴即使1恒定，而2随（）而变化，∴it不恒定。*注：只有当Z1=Z2（d1=d2）,,a（中心距）为P的整数倍时，，因为此情况下、变化处处相同。二、链传动的动载荷传动过程中，动载荷原因主要有以下几个方面：①链速V和从动轮角速度作周期性变化速度变化，必然要引起加速度，从而引起惯性力，产生动载荷。链条前进加速度为：讨论：时，时，同理：——升降加速度结论：链轮转速（n1）越高，节距（P）越大，齿数Z1越少，动载冲击越严重，噪音越大。所以说，链传动不适宜高速。当V一定，Z1多，P小，是非常有利的。设计中，在满足承载能力的前提下，易选较小的P。②链与链轮进入啮合时产生冲击，引起动载荷。而且，P↑,n↑→冲击↑③在起动、制动、反向、载荷突然变化等情况下，必出现惯性冲击，产生动载荷。三、链传动的受力分析不计动载荷，链传动中主要作用力有：1．工作拉力F1——作用于主动边式中：P——功率（KW）；V——链速（V/m）2．离心拉力：F2=qV2，作用于全链长式中：q——每米链长质量（kg/m）；3．垂度拉力：F3（N）（是由于链下垂时，重力引起的拉力，作用于链全长）式中：Kf——垂度系数，表11-3a——中心距紧边拉力F=F1+F2+F3松边拉力F=F1+F24．作用于轴上载荷FQ一般取FQ≈1.2KAF1，式中：KA——工作情况系数。 10-3滚子链传动的设计计算一、主要参数的选择1．传动比由于i过大时，会使小轮包角1小，啮合齿数减少，则轮齿受力大，加速轮齿的磨损，导致“跳齿”，所以，通常限制，i7，11202．链轮齿数（1）Z1不能过少，原因是：当Z1少时，=1\*GB3①运动不均性和动载荷增大；=2\*GB3②当P一定时，Z1少，d1小，但Ft（=2T/d1）↑，链受拉力增加，加速轮与链的磨损。=3\*GB3③使链节间的相对转角增大，磨损增大；（2）Z2不能过大，原因是：Z2过多，容易脱链，由于分度圆直径的增加量，显然，Z2越多，d越大，在大轮上容易脱链。，所以，Z2需加以限制，通常。结论：1）齿数过多，过少均不好，必须限制齿数。2）为了使轮齿和链条的各链节能均匀磨损，链轮的齿数最好选质数或不能整除链节数的数。3．链速Vv大，则动载荷大，故通常限制v<12m/s，如果链和轮的质量好，最高可达20——30m/s。4．链节距PP大，则承载能力大，但是，质量大，速度不均匀大，动载荷增加。所以，应合理选择P。设计时，在满足使用要求的前提下，应选取较小的P。5．中心距和链长通常以节数来表示链长LP，考虑到链接头的形式，LP最好选为偶数。1）初选a0因为a过小时则过小（包角），参加啮合的齿数少，LP也少，在一定的V下，链节应力循环次数增加，寿命下降，但a过大，除不紧凑外，且使链的松边颤动。一般推荐：初选a0=(30~50P)，amax=80P当有张紧链装置时，可选a0>80P2）计算LP（链节数）（11-14）圆整为整数（最好为偶数）3）计算实际中心距a，10-4链传动的合理布置和润滑一、合理布置原则：1．两链轮的回转平面应布置在同一垂直平面内，否则容易“脱链”和影响正常啮合，产生不正常磨损。2．两轮中心线最好是水平或与水平面夹角小于45°3．尽量紧边在上二、张紧方法其目的不取决于工作能力，而由垂度大小决定，垂度过大，会引起啮合不良和链条振动