武汉理工机械设计课件第九章 链传动设计幻灯片.ppt

1、第九章 链传动设计,9-1 链传动概述 9-2 链传动的运动特性和受力分析 9-3 滚子链传动设计计算,潘存云教授研制,组成：链轮、环形链条,作用：链与链轮轮齿之间的啮合实现平行轴之间的同向传动。,9-1 链传动概述(类型、结构和特点),链传动的工作原理：间接啮合传动,一. 链传动的类型,按用途分类,传动链：传递动力，v20m/s; 起重链: 起重机械中提升重物，v0.25m/s; 曳引链：运输机械中移动重物，v24m/s;,滚子链 传 动,齿形链,滚子链,传动链中按结构分类,滚子链,齿形链,二. 滚子链的结构、参数及标记,滚子链的组成,滚子链的装配图,滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子

2、组成。,1.滚子链结构分析,滚子链的结构分析图,销轴与外链板用过盈 配合连接，称为外链节。,套筒与内链板用过盈 配合连接，称为内链节。,销轴与套筒之间间隙配 合，当链条与链轮轮齿啮合时，内、外链节相对转动。,滚子与套筒之间为间隙 配合，使滚子与轮齿间主要发生滚动摩擦。,2. 滚子链的主要参数,链节距p 链条上相邻两滚子外圆中心之间的距离，是 反映链条尺寸和承载能力的重要参数。节距p大，链各部分尺 寸大，承载能力高，但重量也随之增大。,链的排数np排数是反 映链条承载能力的参数。 排数多，链条承载能力高， 当传动功率较大时，可采用双排链或多排链。但限于链条的制造与装配精度，各排链承受的载荷不易均

3、匀，故排数不宜过多。,双排链,链节数Lp 链条接头数目称为链节数，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。过渡链节的链板受拉力时有附加弯矩的作用，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,3滚子链的标记 链号 排数x链节数 标准号,按本标准制造的A系列,例如： 16 A180 GBT1243.11983,表9-1,三链传动的特点及应用,链传动的特点 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；

4、远距离传 动(中心距最大可达十多米)时，其结构比齿轮传动轻便得多。,优点： 链轮传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比(与带传动相比)；,2. 需要的张紧力小，作用在轴上的压力小，可减少轴承摩擦损失 ；,3. 结构紧凑；,4. 能在高温、有油污等恶劣环境工作(与齿轮传动相比)；,5.制造和安装精度较低，中心距较大时其传动结构简单；,缺点： 瞬时转速和瞬时传动比不是常数，传动的平稳性较差，有一定的冲击和噪声。,工作范围：传动比： i 7(最大可达15);,中心距： a 56 m (最大可达8 m);,传递功率： P 100 kW (最大可达500 kW);,圆周速度： v 15 m/s

5、(最大可达40 m/s);,传动效率： 0.950.98,应用： 可应用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。,一. 链传动的运动特性,1.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：,9-2 链传动的运动特性和受力分析,(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。,(2)链传动的瞬时链速V瞬,2.链传动的瞬时链速V瞬及瞬时传动比i瞬,链传动速度分析,A,

6、V,V1,V1,B,V,V2,V2,D,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，其节圆半径为R1、R2，销轴中心A、D亦随之作等速圆周运动，其圆周速度V1=R1 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。,V1,V=R11cos,V1=R11sin,V2,V=R22cos,V2=R22sin,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

7、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,

8、3）A链节与Y轴重合相位角=0,A链节与Y轴重合（=0）,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：,A,V,V1,V1,D,V,V2,V2,前进方向分速度：,垂直方向分速度：,B,每啮进一 个链节时， 链速变化 情况,相位角变化：,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。,上述链速变化规律可用下图描述。,减速啮进

9、,加速啮进,加速下降,减速上升,+1800/z1,-1800/z1,啮进一个链节,V,V,0,链传动的瞬时链速变化,垂直方向分速度,前进方向分速度,链节在从动轮上退出啮合时链速变化，可参照上述分析。即分析某一链节D从其前一相邻链节退出啮合时开始，到该D链节退出啮合时为止的运动情况。内的运动情况。,从动轮节圆上圆周速度：,从动轮的角速度：,（3）链传动的瞬时传动比i瞬 ,V,V,i瞬=常数的条件：,1）i=1，即Z1=Z2，和变化范围相同；,2）传动的中心距为链节距的整数倍，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

10、。,二. 链传动的受力分析,1.链传动工作时受力分析,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9-1；,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9-2，表中为两链轮中心连线与水平面 的夹角。,表9-2 垂度系数 Ky,三. 链传动中的动载荷,链传动中的动载荷包括,外部附加

11、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。,FQ=F1+F2(1.21.3)F,与带传动相比之下，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：,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。,2.链作用于轴上的压力FQ,内部附加动载荷产生原因：,1）由于链速v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

12、，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v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,1.影响 因素,小链轮齿数Z1：,链节距p：,小链轮的角速度1：,2.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

13、主要失效形式及计算准则,(一)主要失效形式,1. 铰链磨损 链节在进入和退出啮合时，销轴与套筒之间存在相对滑动，在不能保证充分润滑的条件下，将引起铰链的过度磨损，导致链轮节圆增大，链与链轮的啮合点外移，最终将产生跳齿或脱链而使传动失效。由于磨损主要表现在外链节节距的变化上，内链节节距的变化很小，因而实际铰链节距的不均匀性增大，使传动更不平稳，通常节距增大3%，则为失效。 开式链传动的主要失效形式。,14-3 滚子链传动设计计算,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,2. 链板的疲劳破坏,因而链板在变应力状态下

14、工作，经过一定的循环次数链板会产生疲劳断裂。在润滑条件良好且设计安装正确的情况下，链板的疲劳强度是决定链传动工作能力的主要因素。,3. 点蚀和多次冲击破断,工作中由于链条反复启动、制动、反转或受重复冲击载荷时承受较大的动载荷，经过多次冲击，滚子表面产生点蚀，且滚子、套筒和销轴会产生冲击断裂。,4. 销轴与套筒的胶合,由于套筒和销轴间存在相对运动，在变载荷的作用下，润滑油膜难以形成，当转速过高时，套筒与销轴间产生的热量导致套筒与销轴的胶合失效。,5. 过载拉断,在低速重载的传动中或者链传动严重过载时，链元件被拉断。,(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

15、的强度和寿命为依据。,闭式传动,V0.6m/s链传动：,按由铰链磨损，链板的疲 劳破坏，滚子、套筒和销轴冲击破断，销轴与套筒的胶合限制的额定功率曲线设计；,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,1.滚子链传动的极限功率曲线,6-润滑条件不好或工作环境恶劣的情况下的极限功率曲线，这种情况下链磨损严重，所能传递的功率甚低。,1-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-在变应力下链板疲劳破坏限定的极限功率曲线；,3-由滚子套筒冲击疲劳破坏限定的极限功率曲线；,4-由销轴与

16、套筒胶合限定的极限功率曲线；,5-良好润滑条件下的额定功率曲线，是设计时所使用的曲线；,2.滚子链传动的额定功率曲线,系列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。,说明： 1、是在特定条件下得到的。特定条件：=；=1节；单排链；传动比 i=3，两链轮安装在平行的水平轴上，两链轮共面；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。,设计时修正公式：Z 为工作情况系数(表9-3) Z小链轮齿数系数（图9-13）,2、当实际情况不符合特定条件时，应对查得的

17、值进行修正。,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v1.5m/s，润滑不良时，降至(0.30.6)；无润滑时，降至0.15(寿命不能保证15000小时)；当1.5m/s7m/s，若润滑不良时，该传动不可靠，不宜采用。,链传动设计根据链速不同分为一般与低速两种情况： 通常，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。,1、一般(V0.6m/s)的链传动设计方法 (1)确定链轮齿数和速比 对使用寿命有很大影响。若小链轮齿数,三、链传动的设计计算和主要参数的选择,一般情况下，滚子链传动小链轮最小齿数可选到 min

18、9，一般小链轮齿数可根据传动比按表-选取。,运动速度的不均匀性和动载荷,链节进入和退出啮合时，相对转角，铰链磨损,冲击和功率损耗,表9-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 链条节距伸长后发生脱链，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i=24，但在v3m/s，载荷平稳外形尺寸不受限制时，imax10。,为了磨损均匀，大小链论齿数互为质数,(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

19、； 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,中心距a 链节数 ，吸振能力高，使用寿命,中心距a 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amax=80p，最小中心距可按下式取值：,当 i3,当 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

20、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。,查表9-5,表9-5 的计算值,最大中心距为：,查表9-6,表9-6 的计算值,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2，即a=2，实际安装中心距: a=a+a,(4)计算作用在轴上的轴压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)F1，F1为链传动的工作拉力。,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。,静强度安全系数应满

21、足下式要求：,式中： Flim 为链的极限拉伸载荷,由表9-1查取 n 为链的排数； F1 为链传动的工作拉力 KA 工况系数由表9-3查取,四. 滚子链链轮,1.链轮的齿形要求 （1）应保证链条能自由的进入和退出； （2）啮合时与链条的冲击和接触应力尽可能小，减小磨损； （3）齿形尽可能简单，便于加工。,滚子链链轮端面齿形,国家标准（GB1244-85）规定了链轮的最大和最小齿槽形状，实际齿槽形状在最大和最小范围内都可用，因此链轮齿廓曲线的几何形状有较大的灵活性。常用齿廓为“三圆弧一直线”齿形。该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，切削同一节距不同齿数的链轮时只需一把

22、滚刀等优点。,2.链轮的几何尺寸,分度圆直径,齿顶圆直径,齿根圆直径,最大齿根距离,偶数齿,奇数齿,为配用链的滚子直径,2.链轮的常用结构,实心式：小直径链轮,孔板式：中等尺寸链轮,组合式（大直径链轮）,焊接,螺栓连接,便于更换齿圈； 齿圈与轮毂用不同的材料；,2.链轮的常用材料,五、链传动的润滑、布置和张紧,1.链传动的润滑,滴油润滑：用油杯通过 油管向松边链板间隙处 滴油润滑,油浴润滑,飞溅润滑：用甩油盘将油甩起， 进行飞溅润滑。,压力喷油润滑：用油泵经 油管向链条连续供油，循 环油可起润滑和冷却作用。,2.链传动的布置,两轮轴线在同一水平 面，紧边在上、在下 均可，但在上好些。,两轮轴线

23、不在同一水平面， 应使两轮轴线与水平线的 夹角 ，松边在下， 否则松边下垂量增大后， 链条易与链轮卡死。,两轮轴线在同一铅垂面内， 下垂量增大，会减少下链 轮的有效啮合齿数，降低 传动能力，为此应采用： 中心距可调；张紧装置； 上下两轮错开，使其轴线 不在同一铅垂面内,两轮轴线在同一水平面， 松边应在下，或加张紧 置，否则下垂后，松边 会与紧边相碰，需经常 调整中心距,2.链传动的张紧,自动张紧，一般多利用弹簧、吊重通过张紧力。,定期调整，一般利用螺 旋、偏心等调整装置,采用托板控制垂度，适用于中心距大的场合,例题 设计某带式输送机的滚子链传动。已知电动机额定功率P=5.5kW,转速n1=72

24、0r/min，从动轮的转速n2=240r/min,载荷平稳，传动为水平布置，要求中心距a550mm。 解：（1）选择链轮齿数,表9-小链轮齿数 链速（m/s）0.63 3 8 8 z1 17 21 25,假设链速v=38m/s，由表9-4选z1 =21，,z2 = z1 =3x21=63120,合适,大齿轮齿数,（2）确定额定功率,电动机驱动链传动，载荷平稳， 查表9-3得KA=1.0,Z,查图表9-13得Kz=1.2,（3）初定中心距，确定链节数,由中心距a=(3050)p，取a0=30p，由z2-z1=63-21=42查表9-5得,，由链节数为：,取,（4）确定链节距p 查额定功率曲线可选

25、滚子链12A,查表9-1知,p=19.05mm.,图9-11 额定功率曲线,（5）验算链速,与假设链速v=38m/s相符。,（6）确定中心距,由,表9-6得,故满足设计要求。,（7）求轴上作用力,FQ =(1.21.3)F1,因工作平稳,（8）选择润滑方式,根据链速v=4.8m/s和 链好12A,选择油浴或 飞溅润滑方式。,（9）设计结果,滚子链型号为：,12 A1104 GBT1243.11983,链轮齿数分别为21,63，中心距为,，,压轴力,本章内容小结,一.链传动的类型、结构及特点；,按用途分类,传动链：传递动力，v20m/s; 起重链: 起重机械中提升重物，v0.25m/s; 曳引链

26、：运输机械中移动重物，v24m/s;,传动链中按结构分类,滚子链:滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒 和滚子组成。,齿形链,销轴与外链板用过盈配合连接，称为外链节。,套筒与内链板用过盈配合连接，称为内链节。,销轴与套筒之间间隙配合，当链条与链轮轮齿啮合时，内、外链节相对转动。,滚子与套筒之间为间隙配合，使滚子与轮齿间主要发生滚动摩擦。,V1,B,V2,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。,V1,V=R11cos,V1=R11sin,V2,V=R22cos,V2=R22sin,二. 链传动受力分析、运动分析及应力分析（重点）,每啮进一 个链节时， 链速变化 情况,相位角变化：,前进方向分速度：,即：时而加速啮进，时而减速啮进,垂