第九章链传动教案与讲稿.doc

河海大学机电学院 教案与讲稿
课程：机械设计 2011—2012学年 上学期 主讲教师：苏 洲
教 学 课 题
链传动
教学目的
与要求
了解套筒滚子链结构、掌握链运动的不均匀性
掌握链传动失效形式和设计计算方法
教
学
重点
链运动不均匀性和动载荷；失效形式和设计方法
难点
链运动不均匀性和动载荷；失效形式和设计方法
教 具
实物与挂图
讲 稿（教学要点与板书）
§9—1 概述
链传动工作原理与特点
1、工作原理：（至少）两轮间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。但非共轭曲线啮合，靠三段圆弧（）一直线啮合。其磨损、接触应力冲击均小，且易加工。
2、组成；主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等。
3、特点（与带、齿轮传动比较）
优点：①平均速比im准确，无滑动；②结构紧凑，轴上压力Q小；③传动效率高η=98%；④承载能力高P=100KW；⑤可传递远距离传动amax=8mm；⑥成本低。
缺点：①瞬时传动比不恒定i；②传动不平衡；③传动时有噪音、冲击；④对安装粗度要求较高。
4、应用：
适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。中低速传动：i≤8(I=2~4)，P≤100KW，V≤12-15m/s，无声链Vmax=40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）
§9—2 传动链的结构特点
链传动的主要类型
1）按工作特性分：
起重链——用于提升重物——V≤0.25m/s；
牵（线）引链——运输机械——V≤2~4m/s；
传动链——用于传递运动和动力——V≤12~15m/s。
优点：结构简单、重量轻、价廉、适于低速、寿命长、噪音小、应用广。
2）传动链接形式分：
套筒链；
（套筒）滚子链—属标准件选用、合理确定链轮与链条尺寸，—短节距精密滚子链；
齿形链；成型链四种。
①套筒滚子链（结构与特点）
动配合，可相对运动，相当于活动铰链，承压面积A（投影）——宽×长投影组成：
5滚子；4套筒；3销轴；2外链板；1内链板
动配合。当链节进入、退出啮合时，滚子沿齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损。
套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合（压配）固联，使内、外链板可相对回转。
为减轻重量、制成“8”字形，亦有弯板。这样质量小，惯性小，具有等强度。
磨损：——主要指滚子与销轴截面之间磨损。而内、外板之间留有间隙，保证润滑油进入，此润滑降低磨损。
表8-1，P越大，承载能力越高。
参数：P—节距，b1—内链板间距，C—板厚，d1—滚子直径，d2—销轴直径，P—排距
当低速时也可以不用滚子——称套筒链
多排链——单排链用销轴并联——称多排链（或双排链）
排数↑→承载能力↑
但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过3~4列为宜
链接头型式：
链节数为偶数（常用）——内链板与外链板相接——弹性锁片（称弹簧卡）或大节距（称开口销）——受力较好
弹性锁片——端外链板与错轴为间隙配合
链节数为奇数——用过渡链节固联——（如图7-4b）产生附加弯矩——受力不利，尽量不用。
固联——内（外）链板与内（外）链板相接
图7-4c—是板链—弹性好、缓冲、吸振在低速、重载、冲击和经常正反转工作情况。
安全过渡链节（图7-4c）——弯板与销
滚子链标记：链号—排数×链节数 标准号
套筒滚子链规格与主要参数——表8-1
2、齿形链——如图8-5
各组齿形链板要错排列，通过销轴联接而成。链板两工作侧边为直边，夹角为60°或70°，由链板工作边与链轮齿啮合实现传动。齿形链轴可以是圆柱销轴，也可以是其它形式（滚柱式）——图7-6，b——两个链片、c图为连接两链片的一对棱柱销轴，链节相对转动时，两棱柱可相互滚动。使铰链磨损减少。
齿形链设导板，以防链条轴向窜动：内导板—导向性好；外导板
铰链形式：圆销式；轴互式；滚柱式
齿形链的齿形特点：传动平稳、承受冲击好、齿多受力均匀、噪音较小、故称无声链。允许速度V高，特殊设计齿形链V=40m/s，但结构较复杂、价格贵、制造较困难、也较重。摩托车用链应用于高速机运动精度，要求较高的场合，故目前应用较少。

§9—3 滚子链链轮的结构与材料（套筒滚子链）
要求掌握：1）链轮齿形的设计要求；2）链轮齿形特点；3）链轮的主要参数；
4）链轮的结构型式有哪些；5）对链轮的材料要求及适用情况
一、 链轮齿表——比较灵活，如表8-5介于最小齿槽形状与最大齿槽形状之间可稳定
1、对齿形要求：①保证链节平稳进入和退出啮合；②减少啮合时冲击和接触应力；③链条节距因磨损而增长后，应仍能与链轮很好地啮合；④要便于加工。
2、链轮齿形及特点
端面齿形（如图8-6）——是三圆弧一直线，弧、、和一直线
优点：接触应力小、冲击小、磨损少，不易跳齿与脱链
轴面齿形：两侧呈圆弧状，以利链节的进入和退出啮合（如图8-7）
加工方法：标准刀具加工，一般为成型铣刀（只要P相同，Z不同的所有链轮均能加工）
二、链轮的主要参数
1、链轮的主要参数，如表7-2
(表8-3)节距P，齿数Z，分度圆直径（公称直径）
齿顶圆直径
齿根圆直径 d—滚子直径
三、链轮的结构型式，如图8-10
1） 同轴式（直径较小时）
2） 整体式（轮齿与轮毂部分成一体），如图8-8a，直径较大时可在胶板上开孔
3） 孔板式（图8-8b）——中等尺寸
4） 组合式（如图8-8c）3，4
3——齿圆与轮毂焊接
4——齿圆与轮毂螺栓联接
——齿圆材料较硬耐耐磨耐
四、链轮的材料
要求：1）强度；2）耐磨；3）耐冲击（在冲击载荷时）
具体有普通碳素钢，优质碳素钢和合金钢，链轮较大（要求较低时）可用百炼成钢铸铁，小功率传动也可用夹布胶木。
具体的材料及适用场合见表8-7
注意：1）有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢→渗碳淬火→回火。
2）无剧烈冲击，中等速度较大的链轮，一般采用中碳钢和中碳合金钢→淬火、回火。
3）齿数较多（特大）Z>50的链轮→采用灰铸铁
4）中小功率传动→采用普通或优质碳素钢
大小功率传动→采用合金钢
5）P<6KW,高速链传动→采用夹布胶木，噪音较小，传动平稳
6）小链轮的材料与热处理要求应高于大链轮——因为小链轮的啮合次数比大链轮多，∴磨损和冲击比大链轮严重。
§9—4 链传动的几何计算
一、链的几何计算（可自学）
1、链节数LP
（开口）带传动节线长度计算公式中：

将，代入，即可得链节线长度计算公式
节线长度： （8-1）
Z1.Z2——主、从动链轮齿数，a——中心距，P——链节距
以链节数表示（常用）：——式（7-1）除以节距P得
（7-2）
2、中心距a（——由式（7-2）反推a可得：
（7-3）

§9—5 链传动的运动特性
链传动的运动特性分析（为什么链传动不平稳，噪声大，且有扇动，i不恒定，不均匀性）
一、链运动的运动不均匀性
链传动与挠在正多边形轮子上的带传动极其相似
正多边形边数~（Z）（齿数）
正多边形边长~（P）（节距）
当链轮转过一周，链移动距离——ZP
当链轮转速为n1、n2时
（m/s）——平均速度
——平均传动比
但——链
注意：带：
齿轮：
进入啮合后某一位置
链速 ——前进速度
——垂直速度 （8-6）
式中：V1——为A点的圆周速度
——为链节进入啮合后某点铰链中心与轮心联线与铅垂线夹角，（或铰链中心相对于铅垂线的位置角）。书上称为A点圆周速度与水平线夹角（不当）。
的变化范围：作周期性变化。

前进速度变化情况：
和垂直速度变化情况：
当时，——在两侧，刚进入与刚退出啮合时
时，这时：
当（在顶点位置），
∴对主动轮：当W1恒定，但前进速度周期性变化，同时升降速度也在作周期性变化。
变化情况→刚进入啮合→达顶点→退出啮合

前进V Vmin → Vmax → Vmin
每转一周，周期性变化使i不均匀。
（） （）
升降V' V'减速上升 V'=0 V'加速下降
变化曲线——以V为纵标，为横标，则
结论：链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。这就造成链运动速度的不均匀，不恒定作有规律的周期性的波动。
对从动轮讲： （8-8）
瞬时传动比： （8-9）
∴即使W1恒定，而W2随（）而变化，∴it不恒定。
只有当Z1=Z2（d1=d2）,,a（中心距）为P的整数倍时，，因为此情况下、变化处处相同。
二、动载冲击——链传动的动载荷
由于W2变化，造成回转质量是加速或减速。引起动负荷、冲击。对式（8-6）求导，可得：
①加速度从 动轮角速度变化引起冲击

链条加速度为： （8-11）
——前进加速度
讨论：时：

时，
同理：——升降加速度
结论：链轮转速（n1）越高，节距（力）越大，（即齿数Z1越少），动载冲击越严重，噪音越大。
当V一定，Z1多，P小，是非常有利的。
当P、Z一定，则必须限制n，（nL—极限转速（表8-8）、nK—推荐用最高转速r/min），可降低冲击能量：
∵U=qp3n2/c——常数 q——每半长质量
推导：
u——动载冲击能量
还应注意：链节与轮相对速度也引起冲击。
②链作直线运动，轮作圆周运动，则进入啮合时产生冲击、动负荷。而且，P↑,n↑→冲击↑
③张紧不适当，松边垂度过大，起动、制动、反向、突然卸载或超载必出现惯性冲击，增大了动负荷。
§9—6 链传动的受力分析
链传动在安装时，链条应有一定的张紧力，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。目的：使松边不致过松，以免影响链条的正常啮合和产生振动，跳齿和脱链。但张紧力比带传动中要小得多。
不计动载荷，链传动中主要作用力有：
1、 工作拉力Fe——作用于主动边
1000P——（KW） V——链速（V/m）
2、离心拉力：Fe=q、V2 q——每米链长质量（kg/mm——表8-1）
V>7m/s时须考虑——作用于全链长
3、 度拉力：Ff——作用于链全长——与松边垂度和悬垂布置方式有关。（图8-11）
垂度f越小，Ff越大

（N）
（N）
b——水平传动（f/a≤0.02）
Kf 4——<40°倾角
2——>40°倾角
1——垂直
Kf——垂度系数图8-11
F——下垂度
——两轮中心线与水平面的夹角
4、紧边拉力 F1=Fe+Fc+Ff
从动力拉力 F2=Fc+Ff
5、作用于轴上载荷Q——为主从动边拉力之和，略去离心拉力（对轴压力没有影响）
Q=Fe+2Ff f——影响较小
一般取Q≈1.2Fe
§9—7 链传动的失效形式及承载能力
链传动的失效形式及承载能力
一、失效形式
1）各元件的疲劳破坏（主要指链板、销轴、套筒、滚子）——正常润滑及速度主要失效形式
2）链节磨损后伸长（主要是销轴铰链磨损），造成脱链，跳齿
3）冲击破坏（反复起制动、反转或受重多冲击载荷时，动载荷大，经多次冲击、销轴、滚子、套筒最终产生冲击断裂，总循环次数N=104）
4）胶合（重载高速）（破坏——验算nL）——极限转速
5）轮齿过度磨损
6）过载拉断——塑性变形（当低速重载V<0.6m/s，按静强度设计）
二、链传动的承载能力
1）极限功率曲线，P268，图8-12
①良好的润滑条件下，由磨损、破坏限定的极限功率曲线；
②链板疲劳破坏限定的极限功率曲线；
③滚子、套筒冲击疲劳破坏限定的功率曲线；
④销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线；
⑤良好润滑情况下额定功率曲线；——设计时实际使用的功率曲线；
⑥润滑不好或工况恶劣的极限功率曲线。较良好的润滑下低得多。
2）A系列套筒滚子链的实用功率曲线图，图8-13（先看图再讲）
GB1243-83国产十种套筒滚子链实用功率曲线图，而避免上述6项失效，而经实验确定数据绘制而成。
实验条件：单列，水平布置，载荷平稳，Z1=19，i=3
t=100P, th=15000h ΔP/P≤3% (节距长度增量≤3%)
额定单功率（单根）P0
当设计的Z、i、th、a等不同时应对P0进行修正。取一系列修正系数：小链轮齿数系数KZ、链长系数KL、多排链系数KP和工作情况系数KA等。
当润滑不变时：允许的P0值要下降。
各种情况
当V≤1.5m/s 润滑不良时 取（0.3~0.6）P0 (30~60%)P0
无润滑 取

1.5<V<7 润滑不良时 取（0.15~0.30）P0
V>7 润滑不良时 传动不可靠，不宜采用
当V<0.6m/s时属低速链，主要失效：过载拉断——按静强度计算
静强度条件为：
（7-17）
式中：F1——紧边拉力N Qn——拉伸极限载荷（N）
Qn=nQ n——排数 Q——单排链的极限拉伸载荷（N）表8-1
KA——工况系数 表8-9
当实际工作寿命低于15000h，则按有限寿命进行设计，其允许传递功率可高些，参考设计手册

§9-8 链传动的设计计算
已知：P，载荷性质，工作条件，n1，n2 求Z1、Z2P，列数，a，润滑方式等。
一、链传动的主要参数选择及步骤
1、链的节距和排数
1）计算功率 Pca=KA.P(KW) (7-19)
KA——工况系数，表8-9
2）要求单排链传递功率 （7-18）
KZ——小链轮齿数系数 表8-10
当工作点在图8-13曲线顶点左侧时，查表8-10，KZ，先假设！
左侧时——表示为链板疲劳（主要外板）
当工作点在图8-13曲线顶点右侧时，查表8-10，K'Z
右侧时——表示套筒与滚子冲击疲劳
KP——多排链系数，表8-11（当排数为2时KP=1.7，而非2）
KL——链长系数：曲线1——链箱疲劳，主要是考虑载荷集中
曲线2——滚子套筒冲击疲劳
3）选型：由P0、n1P 图8-13（160页）定链型号A
4）讨论：当P↑，结构尺寸↑，如n一定，承载力↑，但运动不平稳性，动载、噪音也严重。
结论；因此，在满足一定功率条件下，P越小越好，高速链尤其如此。如再考虑经济性时：
当功率大（CP），V高时，选节距（P）小，用多排链
当a小，i大时选节距（P）小，用多排链
当a大，i小时选节距（P）大，用单列链
2、链轮齿数Z1、Z2及i
Z1不能过少，Z1应为奇数！
当Z少——外壳尺寸小，重量轻
但Z过少——1）传动不均性和动负荷增大；
2）P增大后，角增大，功率损失增加，链绕进，出轮磨损加剧；
3）当P一定时，Z少，D小，但Ft（=2T/D）↑加速轮与链的破坏
Z2不能过大！
Z2过多——外壳尺寸大、重量加大。且Z多，承载力降低，且Z过多容易脱链
（Z2更大） （∵P小）
结论：齿数过多，过少均不好，必须限制齿数，两面限制：
表8-12由V—Z1，Z1应为奇数，但未设计V未知，难选，一般选假设V设计后再校核。
不能过多，或介绍由i——Z1（现实）

P——传递功率（-ps） n1——小轮转速 n2——大轮转速（rpm）
i≤6一般i=2~3.5 imax=10 i过大，链在小轮上包角过小，同时啮合齿数过少，另外Z应取与链节数互为质数的奇数，一般为Z1为奇数
传动比i
1~2
3~4
5~6
>6
齿数Z1
31~27
25~23
21~17
17
3、链节数与中心距——LP，a
通常以节距倍数来表示链长LP
1）初选a0
∵a过小时则过小（包角）参加啮合齿数少，总的LP也少，在一定的V下，链节应力循环次数增加，寿命下降，但a过大，除不紧凑外，且使链松边颤动。
一般推荐：初选a0=(30~50P)，amax=80P
当有张紧链装置时，可选a0>80P
amin接i定： 当i>3
i≤3时
当结构要求给定a时，则按给定计算
2）算LP（链节数）
（7-2）
圆整为整数（最好为偶数）
3）求中心距a'（实际）
（7-3）
为使安装后，松边得到适当的垂度：
则 a'实=a-Δa（Δa≥2p），松边垂度控制在（0.01~0.02）a
Δa——松边长度 Δa=（0.01~0.02）a
当轮用可调中心距或张紧轮外，亦可用压板、托板、张紧（图7-20）
当两轮轴线倾斜>60°时，必须张紧，图8-16
当无张紧装置，而中心距又不可调时，必须精算中心距a、
4、小链轮孔径dkmax（表8-4）图示
当链与轮P与Z一定以后，则链轮各部分结构尺寸基本已定，据此由齿侧凸缘最大直径DH（表7-2）再考虑到键槽削弱和轮毂强度的影响，则轴孔最大直径dkmax即可求出表8-4，P，Zdkmax必大于安装轮外轴径（由强度定），若不够则采用特殊链轮结构或重新设计。增大Z、P值。
5、轴上压力——Q
工作压力 （N） （7-12）
离心拉力 （N）——离心拉力不作用于轴 当V>7m/s时必考虑
垂度拉力 （N） （7-13）
垂度拉力——（按悬索检力计）
当F3过大，则垂度过小，磨损与轴承载荷增大，
F3过小，则啮合情况变坏。
紧边 F=F1+F2+F3
松边 F’=F2+F3 （7-4）
Q可取为总和，不计F2，则
Q≈F1+2F3 （7-15）
但垂度拉力并不大，可略去，则
Q≈1.2Fe (7-16)
归纳：见本节开头。
§9—9 链传动的布置、张紧与润滑
一、布置（与常相比）
1、 链传动只能布置在垂直平面内，不能布置在水平或倾斜平面内
2、 两轮中心线最好水平或水平面夹角小于45°（尽量避免垂直、传动）
3、 当属下列情况时，紧边在上：（尽量主动边在上）
① a≤30P和i≥2时， 图a
② 倾斜角较大时 图b P166，图7-19
③ a≥60P和i≤1.5时，Z≤25时，图c
其它情况则不限制。
二、 张紧：（方法不同于带）
其目的不取决于工作能力，而会由垂度大小决定
方法：①移动轮系，以增大中心距a，如a不能调时；②也可用张紧轮——注意张紧轮应在靠近主动轮的从动边上。不带齿者可用夹布胶木制成。宽度比链轮约宽5mm，且直径应尽量与小轮直径相近。
三、润滑与防护
1）润滑
润滑有利于缓冲、减小摩擦、降低磨损，润滑良好否对承载能力与寿命大有影响。润滑方式按图8-14选取，注意链速越高，润滑方式要求也越高。
Ⅰ——人工定期；Ⅱ——滴油润滑；Ⅲ——油浴或飞溅润滑；Ⅳ——压力喷油润滑
润滑油牌号按机械设计手册选（普通机械油），精度约为20~40st
如套筒采用喷涂塑料或粉末冶金的含油套筒，因有自润滑作用，允许不另加润滑油。
2）防护
封闭护罩——目的、安全、环境清洁、防尘、减小噪音和润滑需要等
设置有：油面槽示器、注油孔、排油孔等
大功率、高速传动时采用落地式链条箱。