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1、151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v0.25m/s；牵引链主要用于链式输送机中移动重物，其工作速度v4m/s；传动链用于一般机械中传递运动和动力，通常工作速度v15m/s。图9-1 链传动图9-
2、2齿形链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
3、噪声。通常链传动传递的功率P100KW，中心距a56m,传动比i8,线速度v15m/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, 图9-4 双排滚子链图9-3滚子链用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
4、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
5、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9-1 A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.
6、4029.2915.8815.757.9424.1355.62.6020A31.7535.7619.0518.909.5430.1886.73.8024A38.1045.4422.2325.2211.1136.20124.65.6028A44.4548.8725.4025.2212.7142.24169.07.5032A50.8058.5528.5831.5514.2948.26222.410.1040A63.5071.5539.6837.8519.8560.33347.016.1048A76.2087.8347.6347.3523.8172.39500.422.60滚子链的标记为：链号排数链
7、节数 标准号。例如：16A182 GB/T124397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/T124397。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 注分度圆直径齿顶圆直径 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 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damax h
8、amin相应于damin齿根圆直径df = dd1齿侧凸缘（或排间槽）直径h2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.链轮的结构和材料链轮的结构如图9-
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（ d 200mm）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齿沟圆弧半径rimm齿沟角()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p12.7p12.7齿宽单排双排、三排四排以上bf10.93 b10.91 b10.88 b10.95 b10.93 b10.93 b1P12
10、.7时，经制造厂同意亦可使用P12.7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 = (0.10.15) prx ph = 0.5 pra 0.04 pbfm = ( m 1) pt+ bf1 m排数仅适用于B型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。a) b) c) d)图9-6 链轮的结构 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、2
11、0渗碳淬火、回火5060HRCz25有冲击载荷的链轮35正 火160200HBSz 25的主、从动链轮45、5045Mn、ZG310-570淬火、回火4050HRC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5560HRCz 50的从动链轮及外形复杂或强度要求一般的链轮夹布胶木P 6KW, 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： （
12、m/s） (9-1)由上式得链传动的平均传动比为： (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。主动轮以角速度1回转，其圆周速度v1=r11，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则： (9-3) (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，;当1=0时（图9-7C）链速最大，vmax=r11。故即使1为
13、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2也是变化的，故链传动的瞬时传动比（i12=1/2）也是变化的。a）b) c) d) 图9-7 链传动运动分析 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
14、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，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
15、的限制。(5)链条的静力拉断。在低速（v 0.6m/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：v1.5m/s时,取(0.30.6)P0；1.5m/sv7m/s润滑不良时传动不可靠，不宜采用。图9-8 A系列滚子链额定功
16、率曲线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：传动的工作情况，原动机、工作机的种类；传递的功率P；主、从动轮的转速n1、n2或传动比i；中心距大小，传动的布置等。链传动设计计算内容包括：链条的型号、节距、排数和节数；链轮的齿数、尺寸、结构和材料；中心距a；作用在轴上的力FQ等。根据链速的大小，链传动的计算方法有以下两种：1.中、高速链传动（v0.6m/s）的设计计算步骤：链条在中、高速条件下，可能发生磨损、链板疲劳破坏、滚子和套筒点蚀以及套筒和销轴胶合失效，所以应按功率曲线设计计算。(1)选择链轮的齿数z1、
17、z2。为减少运动的不均匀性和动载荷，小链轮的齿数不宜过少，通常zmin=17（链速极低时最少可到9），可按链速由表9-6选取z1。大轮齿数z2= iz1，z2不宜过多，z2过多不仅使传动的尺寸和重量增加，而且链节伸长后易出现跳齿和脱链现象，通常z2max 8z11517192123(2)初定中心距a0。中心距a小，结构紧凑，但链节数少，当链速一定时，单位时间内每一链节的应力循环次数增多,加快了疲劳和磨损。中心距a大,链节数多，使用寿命长，但结构尺寸增大。当中心距过大时，会使链条松边垂度过大，发生颤动，使传动平稳性下降。一般取：a0=(3050)p (9-5)amax= 80p,采用张紧装置时a
18、0可大于80p 。(3)确定链节距p。链传动传递的功率P与特定条件下链条的额定功率P0之关系为： P0 （9-6）式中：KA为链传动的工作情况系数，见表9-7；KZ为小链轮齿数系数，即考虑z119时的系数，见表9-8，当链传动的工作区在额定功率曲线（图9-8）顶点左侧时查KZ、在右侧时查KZ；Km为链的多排系数，见表9-9。载 荷 种 类工 作 机 械 举 例原 动 机电动机或汽轮机内 燃 机载 荷 平 稳液体搅拌机、离心泵、离心式鼓风机、纺织机械、轻型运输机、链式运输机、发电机1.01.2中 等 冲 击一般机床、压气机、木工机械、食品机械、印染纺织机械、一般造纸机械、大型鼓风机1.31.4较
19、 大 冲 击锻压机械、矿山机械、工程机械、石油钻井机械、振动机械、橡胶搅拌机1.51.7表9-7链传动的工作情况系数KA根据式9-6求得的P0和小链轮转速n1，由图9-8查得链的型号以及节距p。在满足传动功率的前提下，应尽量取较小的节距。对高速（v8m/s时）重载的链传动可选取小节距多排链。表9-8小链轮的齿数系数KZZ117192123252729313335KzKz0.8870.8461.001.001.111.161.231.331.341.511.461.691.581.891.702.081.822.291.932.50表9-9多排链系数Km排 数1234Km1.01.72.53.3
20、(4)校核链速v，确定润滑方式。链速计算值为 （9-7）v应符合选取z1时所假定的链速范围，并由图9-9确定润滑方式。图9-9 推荐使用的润滑方式(5)确定链条节数Lp。链条节数Lp的计算值为 (9-8)计算得到的Lp应圆整为相近的整数，并尽可能取偶数。 （6）计算实际中心距a。 由式9-8得： mm (9-9)为使链条松边具有合理的垂度，以利链与链轮顺利啮合，安装时应使实际中心距较理论中心距a小25mm。(7)计算轴压力FQ。轴压力按下式计算： （9-10）式中：为链所承受的圆周力，N。(8)计算链轮端面和轴面尺寸，绘制链轮工作图。 由表9-2计算链轮端面尺寸，由表9-4计算链轮的轴向尺寸。
21、按所求尺寸绘制工作图，并注明齿形标准、齿数和节距。2. 低速链传动（）的静强度计算：对于低速链传动，其主要失效形式为过载拉断，故应按静强度计算，校核其静强度安全系数s即： 48 （9-11）式中：FQ为单排链条的极限拉伸载荷（见表9-1）；m为链条排数。第五节 链传动的布置、张紧和润滑一、链传动的布置链传动的布置按两轮中心连线的位置可分为：水平布置(图9-10a)、倾斜布置（图9-10b）和垂直布置（图9-10c）三种。通常情况下两轴线应在同一水平面（水平布置）。两轮的回转平面应在同一平面内，否则易引起脱链和不正常磨损。应是链条紧边在上松边在下，以免松边垂度过大使链与轮齿相干涉或紧松边相碰。倾
22、斜布置时，两轮中心线与水平面夹角应尽量小于45。应尽量避免垂直布置，以防止下链轮啮合不良。二、链传动的张紧链传动工作时合适的松边垂度一般为：f = (0.010.02) a，a为传动中心距。若垂度过大，将引起啮合不良或振动现象，所以必须张紧。最常见的张紧方法是调整中心距法。当中心距不可调整时，可采用拆去12个链节的方法进行张紧或设置张紧轮。张紧轮常位于松边，如图9-10所示。张紧轮可以是链轮也可以是滚轮，其直径与小链轮相近。a) b) c)图9-10 链传动的布置和张紧 a) b)c) d) e)图9-11 链传动的润滑三、链传动的润滑良好的润滑能减小链传动的摩擦和磨损，能缓和冲击、帮助散热，
23、是链传动正常工作的必要条件。如前所述，在选择链条型号时已选定链传动的润滑方式（图9-9）。具体的润滑装置如图9-11所示。润滑油应加于松边，因为松边面间比压较小，便于润滑油的渗入。润滑油推荐用LAN32、LAN46和LAN68号全损耗系统用油。【实训例9-1】 试设计一链式运输机的滚子链传动。已知：传递功率P=15KW, 电动机转速n1= 970r/min, 速比i = 3, 载荷平稳。解：实训过程如表9-10所示。表9-10 实训例9-1实训过程计算项目计 算 与 说 明计 算 结 果1.确定链轮的齿数Z1、Z2假定v=38m/s查表9-6取Z1=21z2=iz1=321=63120z1=2
24、1z2=632.初定中心距a0取a0=40pa0=40p3.确定链节距p查表9-7得 KA=1；查表9-8得 KZ=1.11；查表9-9得 Km=1；根据P0和n1查图-8得： 选用12A号链条p=19.05 mm 链号12Ap=19.05mm4.验算链速确定润滑方式 m/s符合原假设，由图9-9知应采用油浴或飞溅润滑v=6.47m/s采用油浴或飞溅润滑5.确定链条节数Lp =123.12 取Lp=124节 Lp=124节6.确定实际中心距a理论中心距： = 770.5mm实际中心距：a= a(25) 取：a= 770.52.5=768mma=768mm7. 计算轴压力FQFQ=(1.21.3
25、)Ft圆周力取FQ=1.25Ft=1.252318.39=2897.99NFQ=2897.99N8. 链条标记12A-1-124 GB/T1243-9712A-1-124GB/ T1243-979. 计算链轮尺寸绘制链轮工作图mmmm其他尺寸计算和链轮工作图略d1=127.82mmd2=382.18mm习题九9-1 链传动和带传动、齿轮传动相比有哪些优缺点？9-2 套筒滚子链由哪几部分组成、标记方法是什么？9-3 链传动节距的大小对传递载荷及运动的不均匀性方面有何影响、应怎样选择节距？9-4 链轮齿数对链传动的运动有何影响、应怎样选择齿数？9-5 链传动的额定功率曲线实验条件是什么、传递功率P
26、与额定功率P0之间的关系是什么？9-6 链传动有哪两种计算方法？9-7 如何确定链传动的润滑方式？9-8 已知一链传动设备，小链轮的分度圆直径d1=77.16mm, 转速n1=300r/min, 传递的功率P=1KW, 求作用在链轮轴上的压力。9-9 一单排套筒滚子链传动，已知链条型号为12A,小链轮齿数为z1=19、 转速n1=750r/min, 速比i=3, 中心距a760mm, 原动机为电动机， 工作机为轻型运输机。试计算：(1)链的节数？(2)链条能传递的最大功率？(3)链条能传递的最大圆周力？实训九 链传动设计1实训目的熟练掌握链传动的设计方法。2实训的内容要求请为一链式输送机设计链传动。已知：传递功率P=10KW, 链轮转速n1=970r/min，n2=330r/min, 载荷平稳。3实训过程参考实训例9-1进行。