案例导入通过链式运输机和自行车上的链传动

138第九章链传动案例导入：通过链式运输机和自行车上的链传动，导入滚子链传动的类型和特点，分析其运动特性，介绍滚子链及链轮的结构、设计计算的方法，并介绍链传动的布置张紧和润滑方法。第一节链传动的特点和类型一、链传动的类型链传动是以链条为中间传动件的啮合传动。如图9-1所示链传动由主动链轮1、从动链轮2和绕在链轮上并与链轮啮合的链条3组成。按照用途不同，链可分为起重链、牵引链和传动链三大类。起重链主要用于起重机械中提起重物，其工作速度v≤0.25m/s；牵引链主要用于链式输送机中移动重物，其工作速度v≤4m/s；传动链用于一般机械中传递运动和动力，通常工作速度v≤15m/s。传动链有齿形链和滚子链两种。齿形链是利用特定齿形的链片和链轮相啮合来实现传动的，如图9-2所示。齿形链传动平稳，噪声很小，故又称无声链传动。齿形链允许的工作速度可达40m/s，但制造成本高，重量大，故多用于高速或运动精度要求较高的场合。本章重点讨论应用最广泛的套筒滚子链传动。二、链传动的特点(1)和带传动相比。链传动能保持平均传动比不变；传动效率高；张紧力小，因此作用在轴上的压力较小；能在低速重载和高温条件下及尘土飞扬的不良环境中工作。(2)和齿轮传动相比。链传动可用于中心距较大的场合且制造精度较低。(3)只能传递平行轴之间的同向运动，不能保持恒定的瞬时传动比，运动平稳性差，工作时有噪声。通常链传动传递的功率P≤100KW，中心距a≤5～6m,传动比i≤8,线速度v≤15m/s,广泛应用于农业机械、建筑工程机械、轻纺机械、石油机械等各种机械传动中。第二节滚子链和链轮一、滚子链的结构和规格滚子链由内链板1、套筒2、销轴3、外链板4和滚子5组成，如图9-3所示。内链板和套筒、外链板和销轴用过盈配合固定，构成内链节和外链节。销轴和套筒之间为间图9-2齿形链图9-1链传动139隙配合，构成铰链，将若干内外链节依次铰接形成链条。滚子松套在套筒上可自由转动，链轮轮齿与滚子之间的摩擦主要是滚动摩擦。链条上相邻两销轴中心的距离称为节距,用p表示，节距是链传动的重要参数。节距p越大，链的各部分尺寸和重量也越大,承载能力越高，且在链轮齿数一定时，链轮尺寸和重量随之增大。因此，设计时在保证承载能力的前提下，应尽量采取较小的节距。载荷较大时可选用双排链（图9-4）或多排链，但排数一般不超过三排或四排，以免由于制造和安装误差的影响使各排链受载不均。链条的长度用链节数表示，一般选用偶数链节，这样链的接头处可采用开口销或弹簧卡片来固定，如图9-5a、b）所示，前者用于大节距链，后者用于小节距链。当链节为奇数时，需采用过渡链节如图9-5c）所示。由于过渡链节的链板受附加弯矩的作用，一般应避免采用。GB/T1243-97规定滚子链分为A、B系列，其中A系列较为常用，其主要参数如表9-1所示。表中链号和相应的国际标准号一致，链号乘以25.4/16mm即为节距值。a)b)c)图9-5滚子链接头形式表9-1A系列滚子链的基本参数和尺寸(GB/T1243-97)链号节距p(mm)排距Pt(mm)滚子外径d1(mm)内链节内宽b1(mm)销轴直径d2(mm)内链板高度h2(mm)单排极限拉伸载荷FQ（KN）单排每米质量q(kg/m)08A12.7014.387.927.853.9812.0713.80.6010A15.87518.1110.169.405.0915.0921.81.0012A19.0522.7811.9112.575.9618.0831.11.5016A25.4029.2915.8815.757.9424.1355.62.6020A31.7535.7619.0518.909.5430.1886.73.8024A38.1045.4422.2325.2211.1136.20124.65.6028A44.4548.8725.4025.2212.7142.24169.07.50图9-3滚子链图9-4双排滚子链14032A50.8058.5528.5831.5514.2948.26222.410.1040A63.5071.5539.6837.8519.8560.33347.016.1048A76.2087.8347.6347.3523.8172.39500.422.60滚子链的标记为：链号—排数—链节数标准号。例如：16A—1—82GB/T1243—97表示：A系列滚子链、节距为25.4mm、单排、链节数为82、制造标准GB/T1243—97。二、滚子链链轮1.链轮的基本参数及主要尺寸链轮的基本参数为：链轮的齿数z、配用链条的节距p、滚子外径d1及排距pt。链轮的主要尺寸及计算公式如表9-2所示。表9-2滚子链链轮主要尺寸（mm）名称代号计算公式备注分度圆直径dzpd180sin/齿顶圆直径ad1maxa25.1dpdd1mina)6.11(dpzdd可在damax、damin范围内任意选取，但选用damax时，应考虑采用展成法加工时有发生顶切的可能性。分度圆弦齿高ah1maxa5.0)8.0625.0(dpzh)(5.01minadphha是为简化放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸（见表9-3）hamax相应于damaxhamin相应于damin齿根圆直径fddf=d－d1齿侧凸缘（或排间槽）直径gd76.004.1180cot2hzpdgh2—内链板高度（见表9-1）注：da、dg值取整数，其他尺寸精确到0.01mm.2.链轮的齿形链轮的齿形应能保证链节平稳而自由地进入和退出啮合，不易脱链，且形状简单便于加工。GB/T1243-97规定了滚子链链轮的端面齿形（表9-3）和轴面齿形（表9-4），由于滚子表面齿廓与链轮齿廓为非共轭齿廓，故链轮齿形设计有较大的灵活性，即在最大、最小范围内均可使用。若链轮采用标准齿形，在链轮工作图上可不绘制出端面齿形，只须注明按GB/T1243-97制造即可。但为了车削毛坯，需将轴面齿形画出。3.链轮的结构和材料141链轮的结构如图9-6所示。直径小的链轮常制成实心式（图a）;中等直径的链轮常制成辐板式（图b）；大直径（d200mm）的链轮常制成组合式，可将齿圈焊接在轮毂上（图d）或采用螺栓联接（图c）。表9-3滚子链链轮的齿槽尺寸计算公式名称单位计算公式最大齿槽形状最小齿槽形状齿面圆弧半径remm)180(008.021minzdre)2(12.01maxzdre齿沟圆弧半径rimm311max069.0505.0ddri1d.ri5050min齿沟角(°)z90120minz90140max注：链轮的实际齿槽形状，应在最大齿槽形状和最小齿槽形状范围内表9-4滚子链链轮轴向齿廓尺寸名称代号计算公式备注p≤12.7p12..7齿宽单排双排、三排四排以上bf10.93b10.91b10.88b10.95b10.93b10.93b1P12.7时，经制造厂同意亦可使用P≤12.7时的齿宽。b1—内链节内宽（见表9-1）倒角宽倒角半径倒角深圆角半径链轮齿总宽barxhrabfmba=(0.1～0.15)prx≥ph=0.5pra≈0.04pbfm=(m－1)pt+bf1m—排数仅适用于B型142链轮的材料应有足够的强度和耐磨性，齿面要经过热处理。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，受冲击也比较大，因此所用材料应优于大链轮。链轮所用材料及热处理工艺见表9-5。表9-5链轮材料及热处理材料热处理齿面硬度应用范围15、20渗碳淬火、回火50～60HRCz≤25有冲击载荷的链轮35正火160～200HBSz25的主、从动链轮45、5045Mn、ZG310-570淬火、回火40～50HRC无剧烈冲击振动和要求耐磨的主、从动链轮15Cr、20Cr渗碳淬火、回火55～60HRCz30传递较大功率的重要链轮40Cr、35SiMn、35CrMo淬火、回火40～50HRC要求强度较高又要求耐磨的重要链轮Q235-A、Q275焊接后退火140HBS中低速、功率不大的较大链轮灰铸铁（不低于HT200）淬火、回火260～280HBSz50的从动链轮及外形复杂或强度要求一般的链轮夹布胶木P6KW,速度较高，要求传动平稳和噪声小的链轮第三节链传动的传动比及运动的不均匀性链传动的运动情况和绕在多边形轮子上的带很相似，如图9-7所示。多边形边长相当于链节距p,边数相当于链轮的齿数z。链轮每转过一周，链条转过的长度为pz，当两链轮的转速分别为n1和n2时，链条的平均速度为：1000601000602211pnzpnzv（m/s）(9-1)由上式得链传动的平均传动比为：122112zznni(9-2)虽然链传动的平均速度和平均传动比不变，但它们的瞬时值却是周期性变化的。为便于分析，设链的紧边（主动边）在传动时总处于水平位置，图9-7a）中铰链已进入啮合。a)b)c)d)图9-6链轮的结构143主动轮以角速度ω1回转，其圆周速度v1=r1ω1，将其分解为沿链条前进方向的分速度v和垂直方向的分速度v则：11111coscosrvv(9-3)11111sinsinrvv(9-4)式中：1为主动轮上铰链A的圆周速度方向与链条前进方向的夹角。当链节依次进入啮合时1角在±180°/z1范围内变动，从而引起链速v相应作周期性变化。当1=±180°/z1时图9-7b、d）链速最小，)180cos(111minzrv;当1=0°时（图9-7C）链速最大，vmax=r1ω1。故即使ω1为常数，链轮每送走一个链节，其链速v也经历“最小-最大-最小”的周期性变化。同理链条在垂直方向的速度v也作周期性变化，使链条上下抖动。（图9-7b、c、d）。用同样的方法对从动轮进行分析可知，从动轮角速度ω2也是变化的，故链传动的瞬时传动比（i12=ω1/ω2）也是变化的。链速和传动比的变化使链传动中产生加速度，从而产生附加动载荷、引起冲击振动，故链传动不适合高速传动。为减小动载荷和运动的不均匀性，链传动应尽量选取较多的齿数z1和较小的节距p（这样可使1减小），并使链速在允许的范围内变化。第四节链传动的设计计算一、链传动的失效形式由于链条的强度比链轮的强度低，故一般链传动的失效主要是链条失效，其失效形式主要有以下几种：(1)链条铰链磨损。链条铰链的销轴与套筒之间承受较大的压力且又有相对滑动，a）b)c)d)图9-7链传动运动分析144故在承压面上将产生磨损。磨损使链条节距增加，极易产生跳齿和脱链。(2)链板疲劳破坏。链传动紧边和松边拉力不等，因此链条工作时，拉力在不断地发生变化，经一定的应力循环后，链板发生疲劳断裂。(3)多次冲击破断。链传动在启动、制动、反转或重复冲击载荷作用下，链条、销轴、套筒发生疲劳断裂。(4)链条铰链的胶合。链速过高时销轴和套筒的工作表面由于摩擦产生瞬时高温，使两摩擦表面相互粘结，并在相对运动中将较软的金属撕下，这种现象称为胶合。链传动的极限速度受到胶合的限制。(5)链条的静力拉断。在低速（v0.6m/s）重载或突然过载时,载荷超过链条的静强度，链条将被拉断。二、滚子链的额定功率曲线链传动的工作能力受到链条各种失效形式的限制。通过试验可获得链条在一定条件下所能传递的功率P0。图9-8所示的A系列滚子链额定功率曲线图制定条件为：z1=19；Lp=100节；i=3；a=40p；满负荷连续运转寿命为15000h；两轮端面共面；采用推荐的润滑方式润滑。当链传动不能按推荐的方式润滑时，图中规定的功率P0应降低取下列数值：v≤1.5m/s时,取(0.3～0.6)P0；1.5m/sv7m/s时,取(0.15～0.3)P0；v7m/s润滑不良时传动不可靠，不宜采用。145当要求实际工作寿命低于15000h时，可按有限寿命设计，此时允许传递的功率高些。三、设计计算步骤链传动设计计算的原始条件为：①传动的工作情况，原动机、工作机的种类；②传递的功率P；③主、从动轮的转速