机械设计基础第10章链传动课件

1、第10章 链传动,10.1 链传动概述,10.2 链传动工作情况分析,10.3 滚子链传动的设计,10.4 链传动的布置和润滑,链传动由装在平行轴上的链轮和跨绕在两链轮上的环形链条所组成，以链条作中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。,10.1 链传动概述,10.1.1 链传动的特点和类型,链传动结构简单、耐用、维护容易，适用于中心距较大的场合。,与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；成本低廉；能实现远距离传动；但瞬时速度不均匀，瞬时传动比不恒定；传动中有一定的冲击和噪音。,与带传动相比，链传动能保持准确平均传动比；没有弹性滑动和打滑；需要张紧力小；能在温度较高，有油污

2、等环境下工作。,链传动的传动比 i 8；中心距 a 56m；传递功率P100kW；圆周速度v15m/s；传动效率=0.920.96。链传动广泛用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。,按照链条的结构不同，传递动力用的链条主要有滚子链和齿形链两种。其中齿形链结构复杂，价格较高，因此其应用不如滚子链广泛。,销轴与外链板铆牢，分别称为内外链节。 内外链节构成一个铰链。当链条啮入啮出时，内外链节作相对转动。同时滚子沿链轮链齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。内外链板均做成8字形，以减轻重量，并保持各横截面的强度大致相等,10.1.2 链传动的结构与选择,1、 链条,类型,滚子链的组成：滚子、套筒

3、、销轴、内链板、外链板。,齿形链,滚子链,套筒与销轴、滚子与套筒均为间隙配合,销轴,滚子,外链板,套筒,内链板,内链板紧压在套筒两端，称为内链节 。,滚子链已标准化，分为A、B两种系列，常用的是A系列。表10-9列出几种A系列滚子链的主要参数。 链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用开口销或弹簧夹锁紧(图10-22a、b)。,若链节数为奇数时，则需采用过渡链节(图10-22c)。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。,滚子链的接头型式,双排滚子链,齿形链是由许多齿形链板用铰链联接而成。齿形链板的两侧是直边，工作

4、时链板侧边与链轮齿廓相啮合。铰链可做成滑动副或滚动副，图b所示为棱柱式滚动副，链板的成形孔内装入棱柱，两组链板转动时，两棱柱相互滚动，可减少摩擦和磨损。,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；但结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。,齿形链,滚子链链轮端面齿形,链轮齿形,这种三圆弧一直线齿形基本上符合标准齿槽形状范围，且具有较好的啮合性能，并便于加工。,端面齿形 ：三圆弧一直线,轴面齿形 ：圆弧+直线 便于进入或退出啮合,单排链轮 轴面齿形,多排链轮 轴面齿形,零件工作图：只绘制轴面齿形，不用绘制端面齿形。,材料与热处理：碳素钢、铸铁、重要链轮可用合

5、金钢。 齿面需经热处理以提高接触强度和耐磨性。,指采用标准刀具加工,如选用三圆弧一直线齿形，则,链轮轴面齿形两侧呈圆弧状，以便于链节进入和退出啮合。,链轮上被链条节距等分的圆称为分度圆，直径用d表示。若已知节距p和齿数z时，链轮主要尺寸计算式为,滚子链链轮轴面齿形,链轮齿形用标准刀具加工时，在链轮工作图上不需要画出端面齿形，只需注明链轮的基本参数和主要尺寸，并注明“齿形按3R GB/T1244-85规定制造”即可。但须给出链轮轴面齿形，以便车削链轮毛坯。 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

6、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。,链轮的结构如图10-26所示。 小直径链轮可制成实心式（图a）； 中等直径的链轮可制成孔板式（图 b）； 直径较大的链轮可设计成组合式（图c），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。,链轮结构,链条绕上链轮后形成折线，因此链传动相当于一对多边形轮子之间的传动。设z1、z2为两链轮的齿数，p为节距（mm），n1、n2为两链轮的转速（r/min），则链条线速度（简称链速）为,10.2 链传动工作情况分析,10.2.1 链传动的运动特性,由以上两式求得的链速

7、和传动比均为平均值。实际上，由于多边形效应，瞬时链速和瞬时传动比都是变化的。,链传动的传动比,为了便于分析，设链的主动边（紧边）处于水平位置，主动链轮以角速度1回转，当链节与链轮轮齿在A点啮合时，链轮上该点的圆周速度的水平分量即为链节上该点的瞬时速度，其值为,式中，d1为主动链轮的分度圆直径，mm；为A点圆周速度与水平线的夹角。,任一链节从进入啮合到退出啮合， 角在-180/z到+180/z 的范围内变化。,由此可知，当主动轮以角速度1等速转动时，链条瞬时速度 v 周期性地由小变大，又由大变小，每个节距变化一次。,当=0o，链速最大，vmax=d1w1/2；当=180/z 时，链速最小，vma

8、x=d1w1/2cos180/z,同理，链条在垂直于链节中心线方向的分速度v =d1w1/2sin，也作周期性变化，从而使链条上下抖动。,由于链速是变化的，工作时不可避免地要产生振动和动载荷。,在从动链轮上，2角变化范围为-180/z2 +180/z2，由于链速 v 和 2 角不断变化，从动轮角速度 2 也周期性变化。即瞬时传动比是变化的。,2 的波动将引起链条与链轮产生冲击、振动和噪音，加剧磨损，当链轮齿数增加时，则1和2相应减小，速度波动、冲击、振动和噪音都会减小，所以链轮的最小齿数不宜太少，通常取主动链轮（即小链轮）的齿数大于17。,链传动工作时，紧边和松边的拉力不相等。若不考虑动载荷，

9、则紧边所受的拉力F1为工作拉力F、离心拉力Fc和悬垂拉力Fy之和,松边拉力为,10.2.2 链传动的受力分析,工作拉力为,式中，P为链传动传递的功率，KW；v 为链速，m/s。,式中，q 为每米链的质量，kg/m，见表。,离心拉力为,悬垂拉力为,式中，a为链传动的中心距，m； g为重力加速度，g=9.81m/s2； Ky为下垂度 y =0.02a 时的垂度系数。Ky值与两链轮轴线所在平面与水平面的倾斜角 有关。垂直布置时Ky=1，水平布置时Ky=7，对于倾斜布置的情况，=30时 Ky=6，=60时 Ky=4，=75时 Ky=2.5。,链作用在轴上的压力FQ 可近似取为FQ=(1.21.3)F；

10、有冲击和振动时取大值。,悬垂拉力为,由于链条受变应力的作用，经过一定的循环次数后，链板会发生疲劳破坏，在正常润滑条件下，疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。,10.3 滚子链传动的设计,10.3.1 滚子链传动的失效形式,链传动的失效形式主要有以下几种：,1链板疲劳破坏,2滚子、套筒的冲击疲劳破坏,链节与链轮啮合时，滚子与链轮间会产生冲击，高速时冲击载荷较大，使套筒与滚子表面发生冲击疲劳破坏。,当润滑不良或速度过高时，销轴与套筒的工作表面摩擦发热较大，而使两表面发生粘附磨损，严重时则产生胶合。,3销轴与套筒的胶合,4链条铰链磨损,链在工作过程中，销轴与套筒的工作表面会因相对滑动而磨损，导致

11、链节伸长，容易引起跳齿和脱链。,在低速（v 6m/s）重载或瞬时严重过载时，链条可能被拉断。,5过载拉断,以上各种失效形式，将使链传动的工作能力受到限制。可通过实验作出单排滚子链的极限功率曲线。,10.3.2 额定功率曲线图,对应每种失效形式，可得出一个极限功率表达式。常用线图表示。,其极限功率急剧下降；,单排滚子链的极限功率曲线。 1是在正常润滑条件下，铰链磨损限定的极限功率曲线； 2是链板疲劳强度限定的极限功率曲线； 3是套筒、滚子冲击疲劳强度限定的极限功率曲线； 4是铰链（套筒、销轴）胶合限定的极限功率曲线。,图中阴影部分为实际使用的许用功率（区域）。若润滑不良及工作情况恶劣，磨损将很严

12、重，其极限功率大幅度下降。如图中虚线5所示。,滚子链的额定功率曲线是在特定条件下制定的，即： （1）两轮共面； （2）小轮齿数 z1=19； （3）链长 Lp=100节； （4）载荷平稳； （5）按推荐的方式润滑（图10-27）； （6）工作寿命为 15000h； （7）链条因磨损而引起的相对伸长量不超过 3%。,单排A 系列滚子链的功率曲线,上图表明，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。,若润滑条件与推荐的润滑方式不同时，则根据链速v的不同，将P0的值降低。当链速v 1.5m/s时，降低到50%；当1.5m/sv7 m/s时，降低到 25%；当

13、v 7m/s而润滑又不当时，不宜用链传动。,设计时，若实际选用参数与上述特定条件不同，则需要引入一系列相应的修正系数对图中额定功率P0进行修正。单排链传动的额定功率应按下式确定：,式中，KA为工作情况系数，由表10-10确定；P0为单排链的额定功率，kW；P为链传动传递的功率，KW；,Kp为多排链系数（表10-12）。,Kz 为小链轮的齿数系数，由表10-11确定，当工作点落在图10-26的曲线顶点左侧时（属于链板疲劳），查表中 Kz；当工作点落在图10-26的曲线右侧时（属于套筒、滚子冲击疲劳），查表中 kz。,KL为链长系数（图10-28），图中曲线1为链板疲劳计算用，曲线2为套筒、滚子冲

14、击疲劳计算用；当失效形式无法预先估计时，取曲线中小值代入计算；,表10-10 工作情况系数KA,表10-11 小链轮齿数系数Kz和,表10-12 多排链系数KP,链轮的齿数越少，瞬时链速变化越大，而且链轮直径也较小，当传递功率一定时，链和链轮轮齿的受力也会增加，为使传动平稳，小链轮齿数不宜过少，但如齿数过多，又会造成链轮尺寸过大，而且，当链条磨损后，也容易从链轮上脱落。滚子链传动的小链轮齿数 z1应根据链速 v 和传动比 i，由表10-13进行选取，然后按z2=i z1，选取大链轮的齿数；并控制 z2120。,10.3.3 滚子链传动参数的选择,1链轮齿数z1、z2,因链节数常取偶数，故链轮齿

15、数最好取奇数，以使磨损均匀。,但如z1选得太大时，大链轮齿数z2将更大，除增大了传动的尺寸和质量外，也易于因链条节距的伸长而发生跳齿和脱链现象，同样会缩短链条的使用寿命。 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，可由式导出：,节圆外移量与链节距增长量的关系,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。所以大链轮齿数不宜过多，一般应使z2120。 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。,链的节距 p 是决定链的工作能力、链及链轮尺寸的主要参数，正确选择 p 是链传动设计时要解决的主要问题

16、。链的节距越大，承载能力越高，但其运动不均匀性和冲击就越严重。如图10-31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。因此，在满足传递功率的情况下，应尽可能选用较小的节距，高速重载时可选用小节距多排链。,2链的节距 p,传动比受链轮最小齿数和最大齿数的限制，且传动尺寸也不能过大，因此传动比一般不大于6。传动比过大时，小链轮上的包角 1 将会太小，同时啮合的齿数也太少，将加速轮齿的磨损。因此，通常要求包角 1 不小于120。,3传动比i,啮合瞬间的冲击,4中心距 a 和链节数 Lp,若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小，同时啮合的链轮齿数也减少；,链的长度以链节数

17、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,若中心距过大，则易使链条抖动。 一般可取中心距 a=（3050）p，最大中心距 amax 80p。,计算出的 Lp 应圆整为整数，最好取为偶数。如已知Lp 时，也可由式（10-37）计算出实际中心距 a，即：,通常中心距设计成可调的；若中心距不能调节而又没有张紧装置时，应将计算的中心距减小 25mm。使链条有小的初垂度，以保持链传动的张紧。,对于 v 0.6m/s 的低速链传动，其失效形式主要是链条因过载被拉断；故应按抗拉静强度条件进行计算，根据已知的传动条件，由滚子链的额定功率曲线图初选链条型号，然后校核

18、安全系数 S,10.3.4 低速链传动的设计,S 为许用静强度安全系数，通常 S =48。,式中，,S为静强度计算的安全系数；,FQ为链条的最低破坏载荷，由链号查表 10-9；,KA为工作情况系数，由表10-10 确定；,10.4 链传动的布置和润滑,10.4.1 链传动的布置,i2 a 30p,两轮轴不在同一水平面，松边应在下面。否则松边下垂量增大后链条与链轮容易卡死。,10.4.2 链传动的润滑,润滑方式,1. 人工给油；,2. 油杯滴油；,3. 油浴润滑、飞溅给油；,4. 用油泵强制润滑和冷却。,润滑油牌号：L-AN32、L-AN46、L-AN48,环境温度高或载荷大取粘度高的油，反之取

19、低的。,润滑,润滑方式按图选取，注意链速越高，润滑方式要求也越高。,2、防护,封闭护罩 安全 环境清洁 防尘 减小噪音 润滑需要,解：（1）选择链轮齿数 z1、z2,按表10-13取小链轮齿数 z1=25，大链轮齿数 z2=iz1=2.9425=73.5，取 z2=73。,例10-1 设计一驱动压缩机的链传动。已知，电机额定转速 n1=970r/min，压缩机转速 n2=330r/min，传递功率 P=9.7KW，两班制工作，载荷平稳。并要求中心距a 不大于600mm，电机可在滑轨上移动。,传动比,（3）确定中心距 a0 及链节数 Lp 初定中心距 ，取 由式（10-37）求 Lp,（2）求计

20、算功率PC 由表10-10查得 KA=1.0，计算功率为,取Lp=110,首先确定系数 Kz、KL、Kp。根据链速估计链传动可能产生链板疲劳破坏，由表10-11查得小链轮齿数系数 Kz=1.34，由链长系数图查得 KL=1.02，考虑传递功率不大，故选单排链，由表10-12查得 Kp=1,（4）确定链条型号和节距 p,由图10-26选择滚子链型号为10A，链节距p=15.875mm，由图证实工作点落在曲线顶点左侧，主要失效形式为链板疲劳，前面假设成立。,所能传递的额定功率,（5）验算链速 v,（6）确定链长 L和中心距 a,中心距,=468.47 mm,链长,根据链速 v=6.41 m/s，节

21、距 p=15.875mm，按图10-30 选择油浴或飞溅润滑方法。,（7）求作用在轴上的力,工作拉力,因载荷平稳，取 FQ=1.2F=1.21513=1815.6 N,（8）选择润滑方式,设计结果： 滚子链型号10A-1110 GB1243.1-1983 链轮齿数z1=25，z2=73 中心距a =468.47mm 压轴力FQ=1815.6 N,（9）结构设计（略）,例10-2 设计一压气机的链传动。已知电动机型号为Y160L-6,功率P=11kW，n1=970 r/min，电动机能沿滑轨移动，压气机转速n2=330 r/min，两班制工作，工作平稳，传动中心距不大于660mm。 解： 选择链轮齿数z1、z2 传动比 i=n1/n2=970/330=2.94 通常按链速选取小链轮齿数，但设计前链速未知，可以用试算法，与假设不符时再调整。 假设v=38 m/s，查表得z121，选取z1=25。 则z2=iz1 =73.5，取z2=73，由于z2120 ，故合适。 初定中心距a0及链条节数LP 由a0 =(3050)p，选取a0=30p。 计算链条节数得 取LP=110节。, 确定计