链传动设计

　　

一、链传动的特点和应用

　　

1、组成：链传动由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链条组成。工作时，靠链条链节与链轮轮齿的啮合带动从动轮回转并传递运动和动力。

　　

2、特点：

　　

1）由于链传动属于带有中间挠性件的啮合传动，所以可获得准确的平均传动比；

　　 2）与带传动相比，链传动预紧力小，所以链传动轴压力小，而传递的功率较大，效率较高，链传动还可以在高温、低速、油污等情况下工作；
3）与齿轮传动相比，两轴中心距较大，制造与安装精度要求较低，成本低廉。
4）链传动运转时不能保持恒定的瞬时传动比和瞬时链速，所以传动平稳性较差，工作时有噪音且链速不宜过高。
3、应用：适用于中心距较大，要求平均传动比准确的场合。传动链传递的功率一般在100kW以下，最大传动比，链速不超过15m/s。本章主要讨论滚子链。

二、传动链的结构特点

　　

1、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组成。内链板和套筒之间、外链板与销轴之间分别用过盈联接固联。滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。当内、外链板相对挠曲时，套筒可绕销轴自由转动。滚子活套在套筒上，工作时，滚子沿链轮齿廓滚动，减轻了齿廓的磨损。链的磨损主要发生在销轴与套筒的接触面上。因此，内、外链板间应留少许间隙，以便润滑油渗入销轴和套筒的摩擦面间。内、外链板制成8字形，是为了使链的各剖面具有相近的抗拉强度，也可减轻链的质量和运动时的惯性力。

　　

传动链使用时首尾相连成环形，当链节数为偶数时，接头处可用内、外链板搭接，插入开口销或弹簧夹锁住。若链节为奇数，需采用一个过渡链节才能首尾相连，链条受拉时，过渡链节将受附加弯矩，所以应尽量采用偶数链节的链条。

　　

滚子链与链轮啮合的基本参数是节距p、滚子外径d1和内链节内宽b1。其中，节距是滚子链的主要参数。节距增大时，链条中各零件的尺寸也要相应增大，可传递的功率也随之增大。但当链轮齿数一定时，节距越大，链轮直径D也越大，为使D不致过大，当载荷较大时，可用小节距的双排链或多排链。多排链的承载能力与排数成正比，列数越多，承载能力越高。但由于制造、安装误差，很难使各排的载荷均匀，列数越多，不均匀性越严重，故排数不宜过多，一般不超过四列。

　　

考虑到我国链条生产的历史和现状，以及国际上几乎所有国家的链节距均用英制单位，我国链条标准GB1243.1-83中规定节距用英制折算成米制的单位。链号与相应的国际标准链号一致，链号数乘以25.4/16mm即为节距值。后缀A或B分别表示A或B系列。A系列用于重载、重要、较高速的传动，B系列用于一般的传动中。

　　

滚子链标记：链号—排数*链节数标准编号

　　

例：10A—1*88 GB1243.1--83

　　

2、齿形链

　　

齿形链又称无声链。由一组带有两个齿的链板左右交错并列铰接而成。每个齿的两个侧面为工作面，齿形为直线，工作时链齿外侧边与链轮轮齿相啮合来实现传动。

　　

特点：工作平稳，噪音小，允许的链速高，承受冲击能力好，传动效率一般为0.95~0.98，润滑良好的传动可达0.98~0.99。但价格较高，重量较大，对安装、维护要求较高。

　　

应用：适宜于高速传动；又实用于传动比大和中心距较小的场合，多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。

　　 三、滚子链链轮的结构和材料

链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已标准化。链轮设计主要是确定其结构及尺寸，选择材料及热处理方法。

　　

1、链轮的基本参数及主要尺寸

　　

链轮的基本参数是配用链条的节距p，套筒的最大外径d1、排距pt及齿数z。

　　

2、链轮的齿形

　　

链轮的端面齿形是标准齿形，由弧aa、ab、cd、和直线bc构成--三圆弧一直线齿形。当选用这种齿形并用相应的标准刀具加工时，链轮齿形在工作图上不画出，只需注明链轮的基本参数和主要尺寸（节距p，节圆直径d，齿顶圆直径da，齿根圆直径df和齿数z），并注明“齿形按3R GB1244—85规定制造”即可。

　　

节圆—链轮上链条的销轴中心所在的圆，直径用d表示。

　　

若已知p、z

　　

链轮轴向齿廓及尺寸，应符合GB1244—85的规定。在零件的工作图上应绘出链轮的轴面齿形，以便制造链轮切齿前的毛坯。

　　

3、链轮的结构

　　

小直径----整体式；中等尺寸---孔板式；大直径---组合式（齿圈、轮芯用不同材料，用焊接或螺栓联接在轮芯上）。

　　

四．链轮的材料

　　

材料应能保证轮齿具有足够的强度和耐磨性，常用碳钢、合金钢，齿面多经热处理。工作时，小链轮轮齿参与啮合的次数比大链轮多，磨损、冲击较严重，所以，小链轮的材料应较好，齿面硬度较高。

　　 四、链传动的运动特性

链条整体是一挠性体，但对单个链节，却是刚性体。所以链条绕在链轮上时，并非沿轮周弯曲成圆弧性，而是折成正多边形的一部分，此正多边形的边长为，边数为链轮的齿数。

　　

链轮每转一周，带动链条转过的长度为zp，所以链条的速度为

　　

　　

实际工作时，即使主动链轮以等角速转动，瞬时速度和瞬时传动比是变化的。

　　

　　

1、瞬时链速

　　

设链的主动边始终处于水平位置。链节在A点进入啮合，当旋转到B点时，下一链节进入啮合。设小链轮以匀角速转动

　　

A点：

　　

C点：

　　

B点：

　　

任一位置： （β为铰链A在链轮上的相位角）

　　

由以上分析可知：在前一链节进入啮合到后一链节进入啮合的过程中，链条线速为

　　

，随β的变化而变化。，β在之间变化。链条这样忽快忽慢、忽上忽下，给链传动带来运动的不均匀和振动拍击，若齿数z越少或节距p越大---φ越大，运动的不均匀性越严重。

　　

　　

　　

2、瞬时传动比

　　

　　

变化。只有当，且链传动的中心距恰为节距的整数倍时（只有具备上述条件，β、γ才能同步变化），传动比才能恒定不变（恒为1）。

　　

3、链传动的动载荷

　　

链传动在工作过程中，链条和从动链轮都是作周期性的变速运动，因而造成和从动链轮相连的零件也产生周期性的速度变化，从而引起了动载荷。动载荷的大小与回转零件的质量和加速度的大小有关。

　　

1）链条前进引起的动载荷为：N

　　

式中：m---紧边链条的质量，kg；

　　

ac---链条加速度，m/s2。

　　

　　

当时，

　　

2）从动链轮的角加速度引起的动载荷为：

　　

式中：J---从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量，kg.m2；

　　

ω2---从动链轮的角速度，rad/s；

　　

R2---从动链轮的分度圆半径，m。

　　

3）vy变化引起的动载荷

　　

vy变化，使链条发生横向振动，甚至共振。对高速链传动，注意固有频率。

　　

　　

4）链节与链轮啮合瞬间，由于链与轮间的相对速度，引起链与论的冲击，冲击能量与速度、质量有关。

　　

　　

设质量集中在链节中点

　　

　　

式中：q---链条每米质量，kg/m。

　　

v0---链条与链轮相对转速，m/s。

　　

g---重力加速度，m/s2。

　　

综上所述：链传动中，由于链在轮上呈多边形随链轮转动时，引起链速和传动比都随时间作周期性的变化，导致运动不均匀并发生动载荷、冲击和振动现象，这是链传动的固有特性。为获得较平稳的链传动，设计时，合理选择各项运动参数（小节距、多齿数、限制链轮最高转速）。

　　

五、链传动的受力分析

　　

链传动在安装时，应使链条受一定的张紧力，其张紧力是通过使链保持适当的垂度所产生的悬垂拉力获得的。链传动张紧的目的主要是使松边不致太松，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带传动小得多。

　　

链在工作过程中，紧边和松边的拉力不等。若不计传动中的动载荷，链的紧边受到的拉力F1是由链传递的有效圆周力Fe、链的离心力Fc及链条松边垂度引起的悬垂拉力Ff三部分组成。

　　

N

　　

链的松边所受的拉力F2由Fc及Ff两部分组成。

　　

　　

有效圆周力N

　　

式中：P---链传动所传递的功率，kW；

　　

v---链速，m/s。

　　

离心力引起的拉力N

　　

式中：q---单位长度链条的质量，kg/m。

　　

v---链速，m/s。

　　

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，在F’f和F”f中选大者。

　　

　　

N

　　

式中：a---链传动的中心距，mm。

　　

q---单位长度链条的质量，kg/m。

　　

Kf—垂度系数。