链条产品的设计计算及常用材料（PPT88页).ppt

1、产品的设计计算及常用材料选用,目录,设计输入以及设计任务,二.尺寸设计,三.强度计算,四.链条零件材料及热处理的选择,设计输入以及设计任务,1.1设计输入主要包含外来资料及对应链条标准,外来资料：1.文件（图片、文字）,2.盘片（光盘、影像）,3.E-mail（图片、文字）,4.Fax（传真）,5.实样（链条、零件）,6.其他（样本等）,设计输入以及设计任务,链条标准：行业标准（JB/T），国家标准(GB/T)，,国际标准（ISO），美国标准(ASME)，,德国标准（DIN），日本标准(JIS)，,设计输入以及设计任务,行业标准（JB/T）,设计输入以及设计任务,设计输入以及设计任务,国家标准

2、（GB/T）,设计输入以及设计任务,设计输入以及设计任务,国际标准（ISO）,设计输入以及设计任务,设计输入以及设计任务,1.2设计任务：,因标准中只给出一些互换性参数、其它特性参数 的极限尺寸(如节距、内节内宽、内节外宽等），以 及链条的链长精度和强度要求。如果仅有这些数据， 企业还不能组织生产，因此还需提供以标准规定为依 据、经专门设计的产品图纸。这里的专门设计主要是 指确定各组成零件的形状和尺寸、公差，以保证按图 纸生产的零件在装配后符合标准的规定。,设计输入以及设计任务,当然，作为产品图纸的重要组成参数，各零件的 材质、热处理工艺以及装配要求等也需列入。并且， 为了提高链条的耐磨性能和

3、疲劳强度而提出一些特殊 的工艺要求，如套筒定向装配、滚子和链板的抛丸处 理等以及因链条商品化而提出的一些链条外观质量， 如打印标记、防蚀处理甚至铆接方法等也可纳入设计 范围。,设计输入以及设计任务,1.按相关标准确定链条的基本参数。计算确定链条 的尺寸及公差。,2.计算确定零件合理的配合公差,以保证零件装配成 链条后获得符合要求的连接牢固度和链节灵活性,3.合理地确定链板孔心距尺寸,以保证链条的链长精 度要求,设计输入以及设计任务,4.合理地确定链条联接强度，根据链条联接强度要 求计算链节零件的配合过盈，并确定铆合方式。,5.根据对应标准和链条使用环境对零件选用合适的 材料及热处理要求,校核静

4、强度,以保证极限拉伸载 荷要求.,6.疲劳试验参数计算设定及试验验证,设计输入以及设计任务,例：,根据:油田链条与链轮API SPEC 7F-2010 第八版 传动用短节距精密滚子链、附件和链轮ASME B29.1-2011 滚子链传动选择指导ISO10823:2004 传动用精密滚子链条疲劳试验方法ASME B29.26-2001 160-2 主要参数及尺寸如下: 节距: P=50.8 链板厚度 T=6.35公称尺寸 内链节内宽: b1min=31.55 排距： Pt=58.55,设计输入以及设计任务,销轴直径: d2max=14.29 滚子外径: d4max=28.58 内链节外宽: b2

5、max=45.21 外链节内宽: b3min=45.26 极限拉伸截荷: Q444.8KN 链长精度要求:在测量载荷作用下,测量18节的链长为914.4 在已知上述主要参数及尺寸的情况下,确定设计计算的主要任务,+1.14 0,尺寸设计,由于链条零件是大批量生产，假定生产时稳定的话，则零件质量的波动是随机误差决定的，并且符合正态分 布规律，因此尺寸环的计算可按下列步骤进行：,减环尺寸的均值,式中 封闭环尺寸的均值,增环尺寸的均值,m，n分别为增环数和减环数,尺寸设计,式中 封闭环公差尺寸的均值,封闭环尺寸 ， 、 分别为增环和减环尺寸公差之半,应当说明的是，根据任何公式计算得到的结果都不得超出

6、标准规定的范围。,2.1宽度方向尺寸设计,尺寸设计,2.1.1 链板厚度,对于精密滚子链在ISO标准中未直接给定链板厚度，只是规定了内节内宽和内节外宽的极限值，ASME标准中给了公称厚度。对于FV系列、M系列工程输送链标准中不但给定了链板厚度，而且规定了内节内宽和内节外宽的极限值。但我们要知道，链板厚度除受两个极限值的限制外，还应保证链条侧向间隙不要过大或过小。,尺寸设计,对于精密滚子链还应指出，A系列滚子链采取了内外链板等厚不等高的原则，B系列滚子链采取了内外链板等高不等厚的原则；同时A系列滚子链的基本参数与节距成一定比例关系，见表2-1，但B系列无此规律。,表2-1,尺寸设计,如图2-1所

7、示，链板厚度应满足下列两式:,(1) Pt=b1+2（S中+S内）+,当 S中=S内=S外 时,S=1/4(Pt-b1-),(2) S内max=(b2- b1)/2,为链条总側隙,图2-1,尺寸设计,根据链条的装配特点，如图2-2所示链节装配时内节内 宽为封闭环尺寸：,2.1.2 内节内宽,又,所以内节内宽的分布范围为：,图2-2,尺寸设计,根据链条的装配特点，如图2-3所示外链板盖装后， 链板间隙为封闭环尺寸：,2.1.3 外节内宽,又,所以外节内宽的分布范围为：,图2-3,尺寸设计,如图2-4所示多排链条装配时排距为封闭环尺寸，因此：,2.1.4 排距,所以排距的分布范围为：,当内链板与中

8、链板等厚时,又,图2-4,尺寸设计,2.1.5 销轴长度和露头高度,销轴露头高度：,注意，式中销轴露头高度为铆合后尺寸，当采用球面研铆时，露头高度的工艺尺寸还应放长。,标准中限定了销轴的最大长度，装配时露头高度及链 板间隙均可能构成封闭环尺寸。销轴的露头高度可根 据经验公式确定： 或,尺寸设计,所以销轴长度的分布范围为：,销轴长度的经验公式：,精密滚子链、套筒链、农机链等,输送链等,尺寸设计,对于D型或EP型销轴，在销轴伸出长度已知的情况下， 销轴长度的经验公式：,精密滚子链、套筒链、农机链等,输送链等,注：式中L为销轴伸出链板长度。,想一想：在总长Lmax已知的情况下，我们可否推算出 销轴伸

9、出链板长度L。,尺寸设计,链条装配后为固定装配结构销轴两端需铆头，铆头量 dk由以下两经验公式确定：,单、双排,三、四排,为得到一定的铆头量，销轴露头长度应满足下列原则：,min=0.21d2,d2 4,min=0.17d2,4d2 10,min=0.13d2,25d2 50,min=0.15d2,10d2 25,尺寸设计,销轴长度公差参照表2-2选定：,表2-2,注：上偏差全部为0,尺寸设计,2.1.6 滚子高度,滚子高度应按极值法计算，由内节内宽的最小值b1限 定。设滚子高度为HG,则：,表2-3,注： 为滚子端面间隙，滚子链、套筒链、农机链可 参照表2-3，输送链一般设定为1，复杂工况条

10、件下应 适当加大,尺寸设计,滚子高度公差参照表2-4选定：,表2-4,注：上偏差全部为0,尺寸设计,2.1.7 套筒高度,应当指出，在实际使用中，套筒微量露出内链板外， 只要不影响外节内宽和排距则具有减少链板侧磨和保 证链板侧隙的作用，因而并非是不可取的。,套筒高度太高则影响链条外节内宽及多排链排距尺寸， 太低则影响内链节装配后的压出力，因此一般可取套 筒高度：,尺寸设计,高度差值的选定可参考表2-5,表2-5,根据我司现有装配工装的特点，为保证内节外宽符合 要求，我们设定套筒高度经验公式,尺寸设计,套筒高度公差参照表2-6选定：,表2-6,注：上偏差全部为0,尺寸设计,2.2长度方向的尺寸设

11、计,2.2.1铰链间隙,链条套筒和销轴组成的铰链间隙各企业的规定各不相同，保持一定的铰链间隙是为了利于润滑油渗入(特别是在开式传动中)、补偿链传动安装时链轮不共面、防止铰链卡死等原因，但间隙过大则不能形成油膜，并使传动时冲击增大。,传动用链条一般铰链间隙可取0.050.10（装配后），大节距链条取大值。对于复杂工况条件下的输送用链应适当加大铰链间隙。,尺寸设计,2.2.2套筒内径,由于标准或外来资料中规定了销轴的直径，因此确定铰链间隙后套筒内径即可由极值法计算得出。套筒内径公差等级应尽量减少，以提高链条长度精度要求，一般精密滚子链取0.030.10，大节距链条取大值。对于复杂工况条件下的输送链

12、应适当加大公差。,我司一般规定套筒内径名义值与销轴直径名义值相同，然后根据铰链间隙确定套筒内径公差，一般为双公差。,尺寸设计,2.2.3套筒外径,套筒外径的大小影响滚子和套筒的壁厚，因而也影响了滚子和套筒的压溃强度。目前可根据经验公式确定：,或按套筒内径/外径为0.700.75确定套筒外径。,套筒壁厚,注： dt为套筒内径,套筒外径,尺寸设计,套筒外径公差参照表2-7选定：,表2-7,注：上偏差全部为0,尺寸设计,2.2.4滚子内径,滚子内径的尺寸取决于滚子和套筒的间隙，间隙大则运转时冲击噪音大，间隙过小容易卡死。传动用链条滚子和套筒的间隙可参照表2-8选定。对于复杂工况条件下的输送用链应适当

13、加大滚子和套筒的间隙。,表2-8,尺寸设计,2.2.5滚子和套筒的径向跳动,套筒内外圆的径向跳动对链节精度和链长精度有较大影响，对于大多采用卷制方法制造的套筒，径向跳动一般可控制在0.02-0.04范围内。对于冷挤或车制套筒径向跳动可参照表2-9选定,表2-9,尺寸设计,滚子内外圆径向跳动对链条啮合精度和测量节距有较大的影响，但在实际生产中过分提高滚子的径向跳动要求是不经济的。滚子内外圆径向跳动可参照表2-10选定,表2-10,尺寸设计,2.2.6链板孔心距,图2-5,由图2-5可见，如果忽略套筒偏心距和内节装配误差的影响，则内链节节距等于内链板孔心距，即,考虑与链轮啮合，链条单节节距 偏差可

14、取-0.4%P0.6%P，P为公称节距,因此啮合过程中啮合节距固定的链板孔心距公差也应按 -0.4%P0.6%P的比例分配，一般取名义值 或零值为均值，正负分配,尺寸设计,在保证链长精度的前提下,因考虑到原有工装的原因可借用符合1的原有节距,3.对于链长偏差为正负分配的板式链 的外链板节距,2.对于链长偏差为正的输送链的 内链板节距一般取,尺寸设计,在板式链中内链板的节距取决于其孔径与销轴间隙的大小，同时为保证链板承载时同时受力，应使板式链外节中的内链板装配后孔径外侧与销轴接触，因此,想一想：为提高多排滚子链高强度高疲劳中链板、连接链板的孔心距如何设计。,在外链节中由于存在铰链间隙，因此外链板

15、孔心距的设计可按下式计算,式中TZ为铰链间隙。,式中为内链板孔径与销轴间隙的平均值。,尺寸设计,考虑到外链节孔心距在使用中因铰链副磨损而不断增大，对有高速耐磨要求的链条，在保证链长精度的前提下，内外链节孔心距按下列两式确定：,过渡链板孔心距应按内外链板孔心距的平均值确定，即:,尺寸设计,表2-11,内外链板孔心距偏差可参照表2-11选定,表2-12,内外链板平面度可参照表2-12选定,尺寸设计,内外链板孔径的大小应能使链节装配过盈所保证的压出力大于标准或客户要求的压出力，但不得造成套筒过多的颈缩。,2.2.7链板孔径,中链板孔径的配合公差取决于装配方式(机装或手装)、排数多少以及链板厚度和孔径

16、的大小。采用手工装配、链条排数在三排以上，链板较厚时，中链板与销轴应按间隙配合选取公差；采用机装或排数在三排以下，链板较薄时，可选用过渡配合。,尺寸设计,对于使用在复杂环境下的高静拉、高疲劳、高耐磨链条，可视具体情况采用间隙配合、过渡配合甚至过盈配合。,表2-13,内链板过盈配合孔径偏差可参照表2-13选定,尺寸设计,表2-14,外链板过盈配合孔径偏差可参照表2-14选定,表2-15,连接链板孔径偏差可参照表2-15选定,尺寸设计,表2-16,中链板孔径偏差可参照表2-16选定,表2-17,外链板过渡配合孔径偏差可参照表2-17选定,尺寸设计,在标准或外来资料中给定了内外链板的最大高度，因此链

17、板高度的设计在满足抗拉载荷的条件下，不能超出标准给定的极限值。,2.3链板高度方向的形状、尺寸设计,对于滚子链，前文述及在A系列链条中链板高度与节距分别成一定的比例关系，而B系列链条则可能采用链板同高不同厚或同厚不同高两种方案。不管何种情况，在标准滚子链中外链板高度不能超过内链板高度。,对于输送链，内外链板一般等高。特殊要求除外。,尺寸设计,为了改善链板形状系数，减少链板孔周围的应力集中，对链板的设计趋向于加宽腰部，使腰部与环部的过度缓和以提高链板疲劳强度。特别是内链板由于形状系数与外链板不同，较为薄弱，腰部加宽的比例应大于外链板。,通常外链板腰宽应比环部的有效截面积大15%20%，内链板腰宽

18、应比环部的有效截面积大25%30%。,对于高强度高疲劳要求的链条，外链板腰宽应比环部的有效截面积大35%40%，内链板腰宽应比环部的有效截面积大55%60%。,尺寸设计,为了更直观的定义疲劳强度要求的高低和对应链板形状的关系，可遵循以下原则：,Fd 0.15Fu,标准链,链板腰宽一般取0.7链板高度,Fd 0.15Fu,超高强度链,链板腰宽一般取0.9链板高度,Fd 0.18Fu,高强度链,链板腰宽一般取0.8链板高度,Fd 为链条动载强度，Fu为链条抗拉强度,尺寸设计,在设计链板时，应对链板孔与环部的同轴度或链板孔与链板高度方向和长度方向的对称度提出要求，以防止链条受力时偏载较大和装配时难以

19、对中。,表2-18,链板同轴度或对称度可参照表2-18选定，注：同轴度 在对称度前加。,尺寸设计,2.4链长偏差及节距偏差,2.4.1链段长度偏差,偶数节链段的长度采用下式计算：,尺寸设计,式中，K - 制造系数，一般取K=1.11.4,- 外链板孔心距公差之半,- 内链板孔心距公差之半,D套 - 套筒外径,D滚 - 滚子外径,d套 - 套筒内径,d滚 - 滚子内径,d销 - 销轴外径,e套 - 套筒偏心距,e滚 - 滚子偏心距,尺寸设计,在长度计算公式中：,为链段长度均值，是链条设计和生产中可以加以控制和选配的4个因素的组合。,为链条长度公差，是各个链条零件实际生产公差的组合。,想一想：零件

20、设计公差和制造工艺公差是否一致,尺寸设计,2.4.2链节节距偏差,链节节距偏差可按下式计算：,尺寸设计,2.5附板孔边距设计,2.5.1弯链板（外向型）孔边距尺寸计算：,或,尺寸设计,式中 L-附孔链孔距,B-内节外宽,-内链节外宽允许公差（绝对值）,-链条最大側隙,T内-内链板厚度,2.5.2弯链板（内向型）孔边距尺寸计算：,L=0,尺寸设计,L=C(任意数),参数同2.5.2,尺寸设计,表2-19,内链节外宽允许公差（绝对值）可参照表2-19选定：,三.强度计算,标准中给出了链条的极限拉伸载荷值，它的物理概念见图3-1。,三.强度计算,由于链条的失效方式并不是单一的静强度破坏，因此链条设计

21、中所采用的等强度概念，应开拓和引申为疲劳强度、磨损强度等寿命的要求，因此销轴零件的直径、链板的有效截面不是按照等静强度方法设计的，但在强度设计中应首先满足链条抗拉载荷的强度要求也是必须的。,3.1链板强度的计算：,链板的应力危险区为图3-2所示与Y轴承15的夹角范围内。,三.强度计算,链板强度一般采用下式计算：,式中 Q - 抗拉载荷,K - 偏载系数，取值1.1-1.3,Smin - 最小链板厚度,hmin - 最小链板高度,Dmax - 最大链板孔径,b- 链板许用抗拉强度，可根据链板硬度要求查硬度、强度换算表得到,工程输送链一般采用1.1，滚子链等采用1.3,三.强度计算,3.2销轴强度

22、的计算：,极限拉伸载荷对很多链条来说，是取决于销轴的剪切强度，因为在静拉力试验中，销轴一般是薄弱环节，多在内、外链板之间受剪切破坏。图3-3为销轴剪切强度计算时的力学模型，其中图3-3a为新链条时的情形，图3-3b链条经预拉跑合后的情形。,图3-3,三.强度计算,由图2-8得出：,一般取：,一般的，由于链条的侧隙以及销轴、套筒的间隙较小， 销轴受弯曲应力破坏的情况不明显，我们只需验算其受剪切应力就行了。但对某些恶劣环境下使用的链条，为了满足其使用要求而链条的侧隙以及销轴、套筒的间隙都比较大，销轴可能弯曲的程度也较大，那我们就需要验算其弯曲应力是否能满足使用要求。,三.强度计算,实际上，链条销轴

23、受载荷时，它的剪切剖面上除了有剪切应力外，还有弯曲应力，但由于销轴上实际应力分布如图3-4所示，销轴心部产生最大切应力，表面产生最大正应力，故二者不能叠加。,图3-4,三.强度计算,最大切应力：,最大切应力：,式中 max-最大側隙,三.强度计算,1)滚子的主要失效方式为冲击疲劳破坏，因此可按郝尔茨别良耶夫公式计算：,(kgf/cm2),3.3滚子强度的计算：,三.强度计算,式中 Nmax-链轮齿对滚子的最大法向反力,K-链轮齿形和齿数的系数，当Z11时取K=0.8,E1、E2-滚子、链轮齿部的弹性模量,d1、d2-滚子外径、链轮齿沟槽半径(cm),B-链轮齿宽度或滚子高度(cm),若E1=E

24、2=2.1106 (kgf/cm2)，d1=2d2,则上式可简化为：,三.强度计算,注： 可由试验法求得或近似表示为：,对渗碳淬火 (kgf/cm2),对整体淬火 (kgf/cm2),式中HRC为滚子热处理后的硬度最低值。,三.强度计算,2)压溃破坏的滚子强度，可按下式计算：,一般取,链条产生顶齿时支承面积Bd1减小， 增大，滚子 可能产生压溃。,三.强度计算,由于套筒的硬度一般高达HRA76以上，因此应作脆性材料对待，按强度极限验算套筒的强度：,3.3滚子强度的计算：,式中 b2-套筒长度,DT-套筒外径,三.强度计算,式中 K1-应力降低系数,-见图3-5,-套筒渗层厚度与壁厚之比,K2-

25、链轮齿形和齿数的系数，当Z11时取K=0.8,K3最大应力系数，见图3-5,图3-5 套筒尺寸比与应力系数的关系,三.强度计算,图中 套筒内外径之比,套筒高度与外径之比,四.链条零件材料及热处理的选择,4.1链板零件材料及热处理的选择,为了提高链板疲劳极限与屈服极限以保证链条工作时不致过早出现疲劳破坏及变形，选择材料及热处理时必须注意钢材的疲劳强度和硬度(或抗拉强度）间存在的一极大值关系。这一特性(见图4-1)表明，中等强度的一般结构钢，其疲劳强度的极大值随含碳量的增加而增加，其对应的硬度值也增大。所以般链板可选0.2-0.9%C的各种钢材。,图4-1 疲劳强度与硬度(抗拉强度)及含碳量的关系

26、曲线,四.链条零件材料及热处理的选择,目前,兼顾考虑材料的冷加工性能和价格因素等，最常用的是中碳调质钢，如45、40Cr、 40Mn2 、40Mn等。,对于一般精密滚子链、板式链等可参照表4-1选定：,表4-1,对于厚度5小规格的高强度耐疲劳要求的链板可选择材质40Mn2,热处理:调质+淬火、回火， 硬度HRC40-46,四.链条零件材料及热处理的选择,对于一般精密滚子链电镀链板可参照表4-2、 4-3选定：,表4-2 第一强度等级,对于用于低温环境链条的链板参照表4-1，对应热处理硬度减小HRC4度,四.链条零件材料及热处理的选择,表4-3 第二强度等级,四.链条零件材料及热处理的选择,对于

27、大特链，一般选用40Cr材质的热轧扁钢，热处理硬度根据链条强度而定。强度富裕的一般选用HRC26-32（调质），若需焊接允许不热处理；不富裕的根据强度计算选定硬度范围，强度要求高的可选用40Cr材质的冷拉扁钢。,对于耐温度大特链，一般选用35CrMo 热处理硬度一般选用HRC26-32（调质）。,对于不锈钢链，一般选用SUS304(0Cr18Ni9)、SUS316(0Cr17Ni12Mo2)或SUS410(1Cr13)，一般 SUS410(1Cr13)选用热处理硬度HRC16-25。,四.链条零件材料及热处理的选择,销轴应有高的抗剪和抗弯强度及良好的表面耐磨性。对前者主要是指使基体组织具有高的

28、剪切强度和整体强韧性,对后者则要使表面具有高的硬度，为此，一般均采用渗碳钢做销轴，如20CrMo、20CrMnMo等。它们经渗碳或碳氮共渗后，淬火加低温回火，使芯部得到条状马氏体，而表面为高碳马氏体+碳(含氮)化物+残余奥氏体。渗碳层厚度应能够保证足够的剪切强度和大于铰链磨损失效时的0.03P伸长量，这样的销轴就具有较高的强韧性和表面耐磨性。,4.2销轴零件材料及热处理的选择,四.链条零件材料及热处理的选择,由于冲击载荷经过链板或滚子等缓冲，销轴所受之冲击载荷基本上已属于小能量多冲的范围。因此，销轴也可直接用高碳工具钢(例如T8、T10、T10V)及高碳合金钢(例如GCr15、GCr9)制作，通过低温快加热短时保温淬火的方法，可以取得好的整体强韧性及表面耐磨性。,对于一般销轴真、D型销轴、EP型销轴等可参照表4-4选定：,表4-4,四.链条零件材料及热处理的选择,对于不锈钢链，一般选用SUS304(0Cr18Ni9)、SUS316(0Cr17Nd2Mo2)时不热处理；SUS410(1Cr13)时，选用热处理硬度HRC37-45；SUS630(17-4PH)时，选用热处理硬度HRC40-45； SUS420(2Cr13)时，选用热处理硬度HRC45-51 。,由于铰链磨损的原因，对于低碳合金钢一般采用渗碳加淬火热处理工艺，对于中碳钢合金钢一