机械设计第09章链传动

第九章链传动§9-l链传动的特点及应用一、工作原理链传动是由链条和主、从动链轮所组成，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。二、主要适用于工作场所的工作条件恶劣而皮带及齿轮传动不适应的场合(1)无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率较高。(2)存在运动不均匀性，运转时不能保持恒定的瞬时传动比。（3）作用于轴上的径向压力较小；链传动结构较为紧凑。（4）磨损后易发生跳齿，工作时有噪声。（5）不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。三、分类按用途不同，链可分为：传动链输送链起重链短节距精密滚子链(简称滚子链)齿形链等类型一般机械传动中常用传动链。传动链分为短节距精密滚子链(滚子链)和齿形链等类型。滚子链常用于传动系统的低速级，a5-6m，p100kW，链速v15m/s，i≤8。§9-2传动链的结构特点一、滚子链滚子链是由滚子1、套筒2、销轴3、内链板4和外链板5所组成。滚子链的接头型式如图所示2.主要参数p以及滚子直径滚子链和链轮啮合的基本参数：节距P、滚子外径d1、内链节内宽b1对于多排链还有排距Pt组成链的所有元件均需经过热处理，以提高其强度、耐磨性和耐冲击性。3.标记法：链号数25.4/16＝实际节距值如：08A-188GB1243.1－83A系列、节距12.7mm、单排、88节的滚子链节数－宜用偶数节二、齿形链—无声链1.工作时通过链片上两直边夹角为60（70用得少）的链齿和链轮轮齿相啮合来实现传动。2.有导板（分内导板和外导板）防止轴向窜动。3.心柱形式：圆柱式、轴瓦式、滚柱式；4.特点：传动平衡、无噪声、承受冲击性能好，工作可靠;适用于高速传动、大传动比和中心距较小、运动精度要求较高的场合;结构复杂、价格高、制造困难;§9-3滚子链链轮的结构和材料链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已经标准化。链轮设计主要是确定其结构及尺寸，选择材料和热处理方法。一、链轮的基本参数及主要尺寸分度圆直径d=p/sin(180/z)二、齿形滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，其链轮齿形的设计可以有较大的灵活性；GB／T1244—1985中没有规定具体的链轮齿形，仅仅规定了最大和最小齿槽形状及其极限参数，见表9-5。目前较流行的一种齿形是三圆弧一直线齿形(或称凹齿形)链轮轴向齿廓及尺寸，应符合标准三、结构整体式……小直径时用孔板式……中等直径（300以下）更换齿圈式……大直径时用四、材料：要求耐磨性和强度一般用40、50、ZG45等。（见表9-5）§9-4链传动的运动特性一、链传动的运动不均匀性1.平均传动比0001600001602211pnzpnzv122112zznni平均速度平均传动比2.运动不均匀111Rvcoscos111Rvvxsinsin1111Rvvy均作周期性地变化，并导致链沿铅垂方向产生有规律的振动。为改善运动的不均匀性和限制冲击，应选用较小的p，较多的z和限制转速ω)/360(221111z之间变化的到角是从21角＝当111min180coszRvvxx111max11180sinzRvvyy0角＝当11maxRvvxx0min11yyvvyvxv3.瞬时传动比同理：对于从动轮cos22Rvxcoscos122112RRi（瞬时传动比有波动）只有在z1=z2(即dl＝d2)，且传动的中心距恰为节距p的整数倍时，传动比才能在全部啮合过程中保持不变，即恒为1。上述链传动运动不均匀性的特征，是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。coscoscos21122RRRvx二、链传动的动载荷链条前进引起的动载荷1o/180z＝sin)cos(21111RRdtddtdvaxc2180sin211211maxpzRac从动链轮角加速度引起的动载荷：M＝J＝Jd2/dtdtdRJRMFd2222链轮转速↑，节距↑，齿数↓，动载荷↑。链条沿垂直方向的分速度也在作周期性的变化，将使链条发生横向振动，甚至发生共振。链节和链轮啮合瞬间的相对速度，也将引起冲击和动载荷。链节距p越大，链轮的转速越高，则冲击越强烈。当cdmaF1§9-5链传动的受力分析一、张紧力：链传动在安装时，应使链条受到一定的张紧力，其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。链传动张紧的目的主要是使松边不致过松，以免影响链条正常退出啮合和产生振动、跳齿或脱链现象，因而所需的张紧力比起带传动来要小得多。二、拉力：紧边：F1=Fe+Fc+Ff有效圆周力Fe离心力引起的拉力Fc链条松边垂度引起的悬垂拉力Ff松边：F2=FC+Ff压轴力：vPFe00012qvFc2'10qaKFff210)sin(qaKFff悬垂拉力Ff的大小与链条的松边垂度及传动的布置方式有关。Ff’与Ff”选用大者，Kf垂度系数见图9－9eFppFKFKFp—压轴力系数对于水平传动KFp＝1.15；对于垂直传动KFp＝1.05),max('''fffFFF§9-6滚子链传动的设计计算一、链传动的失效形式1．链的疲劳破坏良好的润滑，等速转动，变应力工作，循环次数链板－－－－疲劳断裂；套筒、滚子－－－－疲劳点蚀(多边形效应引起的冲击疲劳)。2．链条铰链的磨损磨损使链条总长伸长，从而使链的松边垂度变化，增大动载荷，发生振动，引起跳齿，加大噪声以及其它破坏，是润滑不良开式传动的主要失效形式。如：销轴因磨损削弱而断裂。3．链条铰链的胶合高速时，冲击能量增大，销轴和套筒间润滑油膜被破坏，温度上升，金属直接接触，从而导致胶合（咬焊）。（胶合限制了链传动的极限转速。）4．链条静力拉断5.过载拉断和冲击断裂二、滚子链传动的额定功率1.极限功率曲线图9－10为实验条件下单排链的极限功率曲线在润滑良好、中等速度的链传动中，链传动的承载能力主要取决于链板的疲劳强度；随着转速增高，链传动的多边形效应增大，传动能力主要取决于滚子和套筒的冲击疲劳强度，转速越高，传动能力就越低，并会出现铰链胶合现象，使链条迅速失效。图9－11为A系列滚子链的额定功率曲线图，其标准实验条件为：1)两链轮安装在水平轴上，两链轮共面；2)小链轮齿数zl＝25；3)链长Lp＝120节；4)载荷平稳；5)按推荐的方式润滑(图9-14)；6)能连续15000h满负荷运转；7)链条因磨损引起的相对伸长量不超过3％。2.额定功率曲线三、链传动的参数选择1.链轮齿数z1、z2当节距p一定时，齿高就一定，也就是说允许的节圆外移量d就一定，齿数越多，允许不发生脱链的节距增长量p就越小，链的使用寿命就越短。为此，通常限定最大齿数zmax≤150，一般z114。链节数常是偶数，链轮齿数－－链节数（互为质数的奇数），磨损均匀。链轮齿数优先选用以下数列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。但如zl选得太大时，因z2=iz1，大链轮齿数z2将更大，易发生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。销轴和套筒磨损后，链节距的增长量p和节圆由分度圆的外移量d有如下关系：zdp0180sin2.传动比i一般链传动的传动比i≤6，常取i＝2～3.5,链条在小链轮上的包角≥12003.链传动的中心距和链节数中心距过小，链速不变时，单位时间内链条绕转次数增多，链条曲伸次数和应力循环次数增多，因而加剧了链的磨损和疲劳。同时，由于中心距小，链条在小链轮上的包角变小，在包角范围内，每个轮齿所受的载荷增大，且易出现跳齿和脱链现象；中心距太大，会引起从动边垂度过大，传动时造成松边颤动。一般可取a0=(30-50)pa0max=80p4.链的节距和排数一般选用原则：链的节距p的大小，反映了链条和链轮齿各部分尺寸的大小。在一定条件下，链的节距越大，承载能力就越高，但传动的多边形效应也要增大，于是振动、冲击、噪声也越严重。为使传动结构紧凑，寿命长，应尽量选取较小节距的单排链。速度高、功率大时，则选用小节距的多排链。从经济上考虑，中心距小、传动比大时，选小节距多排链；中心距大、传动比小时，选大节距单排链。四、滚子链传动的设计计算原始数据：传动的功率P；小链轮和大链轮的转速n1、n2（或传动比i)；原动机种类；载荷性质以及传动用途等。设计内容：确定链条型号；链节数Lp和排数，链轮齿数zl、z2；链轮结构、材料、几何尺寸；中心距a；压轴力Fp；润滑方式；张紧装置。设计步骤和方法：1．选择链轮齿数zl、z2和传动比iz不能太小，如太小会导致下列情况：1)传动的不均匀性和动载荷增大；2)链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，使铰链的磨损加剧；3)链传递的圆周力增大，从而加速了链条和链轮的损坏。注意：通常限制链传动比i≤6，推荐的传动比i=2-3.5。当v2m/s且载荷平稳时，i可达10。传动比过大时，由于链条在小链轮上的包角过小（包角≥1200），将减少啮合齿数，因而易出现跳齿或加速轮齿的磨损，故可采用二级或二级以上传动。2．计算当量的单排链的计算功率PcaKA--工作情况系数见表9－6Kz—主动链齿数系数图9-13KP---多排链系数P---传递的功率，kWPKKKPPZAca•3确定链条型号和节距p•型号---查图9-11•链节距p---表9-14计算链节数和中心距链条长度以链节数Lp(节距p的倍数)来表示。0212210222apzzzzpaLp2212212128224zzzzLzzLpapp为保证链松边有一个合适的安装垂度f=(0.01~0.02)a，实际中心距a’应较理论中心距小一些。a’=a-aa=(0.002-0.004)a5.计算链速v,确定润滑方式0001600001602211pnzpnzv查图9-14选择润滑方式。6.链传动作用在轴上的力(简称压轴力)FpeFppFKF§9-7链传动的布置、张紧和润滑一、链传动的布置1.链传动的两轴应平行、不能交叉；2.链传动一般应布置在铅垂平面内，两链轮共面。中心线可水平或倾斜，但尽量不要处于铅垂位置。一般紧边在上，松边在下。链传动的布置应考虑表9-8中提出的一些布置原则。二、张紧方式：调中心距，张紧轮、吊重、螺旋弹簧三、润滑小结讨论：皮带传动与链传动的比较不同点：1.工作原理不同；2.皮带传动比不是常数，链传动平均传动比是常数；3.压轴力不同，皮带的压轴力大；4.使用场合有所不同5.失效形式也相同，也有不同；皮带：疲劳破坏、打滑；链传动：疲劳破坏、磨损、胶合、拉断6.链无打滑，故无过载保护作用相同点：1.均属挠性传动，有缓冲作用2.适用于中心距较大的场合•思考题：•1.链传动有什么特点？一般应用于什么场合？•2.滚子链的结构组成？滚子链标记？•3.齿形链的结构？•4.滚子链链轮结构及基本参数？•5.滚子链链轮齿形？•6.链轮的结构和材料？•7.链传动的张紧方式有哪些？