機械原理第七章-鏈傳動課件

（下冊）第七章鏈傳動第一節(jié)概述第二節(jié)滾子鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料第三節(jié)鏈傳動工作情況分析第四節(jié)滾子鏈傳動的設(shè)計計算第五節(jié)

鏈傳動的布置、張緊和潤滑第一節(jié)概述鏈傳動是用于兩個或兩個以上鏈輪之間以鏈作為中間撓性件的一種非共軛嚙合傳動，它靠鏈條與鏈輪齒之間的嚙合來傳遞運動和動力。一、鏈傳動的特點（一）優(yōu)點：與帶傳動比較：結(jié)構(gòu)緊湊，作用在軸上的載荷小，承載能力較大，效率較高（一般可達(dá)96％~97％），能保持準(zhǔn)確的平均傳動比等優(yōu)點。同時鏈傳動能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動相比：制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠(yuǎn)距離傳動（中心距最大可達(dá)十多米）時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多。（二）缺點：在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動；由于多邊形效應(yīng)，鏈的瞬時速度、瞬時傳動比和鏈的載荷都不均勻，不適合高速場合，運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應(yīng)用；制造費用較帶傳動高。按用途不同，鏈可分為：傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。在一般機械傳動中，常用的是傳動鏈。二、傳動鏈的種類由內(nèi)鏈板、外鏈板、銷軸、套筒、滾子等組成。（一）滾子鏈傳動鏈主要有下列幾種形式：滾子鏈和齒形鏈等。內(nèi)鏈板與套筒間、外鏈板與銷軸間均為過盈配合，滾子與套筒之間、套筒與銷軸間則為間隙配合，形成動聯(lián)接。相鄰兩銷軸軸心線間的距離稱為節(jié)距，用p表示，它是鏈的主要參數(shù)。滾子鏈的基本參數(shù)和尺寸見表2-7-1。把一根以上的單列鏈并列、用長銷軸聯(lián)結(jié)起來的鏈稱為多排鏈。排數(shù)愈多，愈難使各排受力均勻，故一般不超過3或4排。當(dāng)載荷大而要求排數(shù)多時，可采用兩根或兩根以上的雙排鏈或三排鏈。為了使鏈聯(lián)成封閉環(huán)狀，鏈的兩端應(yīng)用聯(lián)接鏈節(jié)聯(lián)接起來，聯(lián)接鏈節(jié)通常有三種形式：鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時，采用連接鏈節(jié)，可采用開口銷或彈簧夾固定。鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，可采用過渡鏈節(jié)。過渡鏈節(jié)受附加彎矩，其強度較低。在一般情況下，最好不用奇數(shù)鏈節(jié)。但在重載、沖擊、反向等繁重條件下工作時，采用全部由過渡鏈節(jié)構(gòu)成的鏈，柔性較好，能緩和沖擊和振動。彈簧卡片鋼絲鎖銷過渡鏈節(jié)（二）齒形鏈齒形鏈由若干組齒形鏈板交錯排列，用鉸鏈相互聯(lián)接而成，鏈板兩側(cè)工作面為直邊，夾角為60°和70°兩種，靠鏈板工作面和鏈輪輪齒的嚙合來實現(xiàn)傳動。齒形鏈按鉸鏈結(jié)構(gòu)不同可分為圓銷式、軸瓦式和滾柱式三種。與滾子鏈相比，齒形鏈傳動平穩(wěn)無噪聲承受沖擊性能好，工作可靠，多用于高速或運動精度要求較高的傳動裝置中。第二節(jié)滾子鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料一、鏈輪的參數(shù)和齒形（一）鏈輪的參數(shù)鏈輪的基本參數(shù)：配用鏈條的節(jié)距p，滾子的最大外徑d1，排距pt以及齒數(shù)z。鏈輪的主要尺寸及計算公式見表2-7-3、表2-7-5和表2-7-6。鏈輪轂孔的直徑應(yīng)小于其最大許用直徑dkmax（表2-7-4）。（二）鏈輪輪齒的齒形鏈輪輪齒的齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能自由地進(jìn)入和退出嚙合，在嚙合時應(yīng)保證良好的接觸，同時它的形狀應(yīng)盡可能地簡單。滾子鏈與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合，標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定鏈輪的最大齒槽形狀和最小齒槽的形狀。常用的齒廓為三圓弧一直線齒形，由弧aa，ab，

cd和直線bc組成。

二、鏈輪結(jié)構(gòu)與材料（一）鏈輪結(jié)構(gòu)小直徑鏈輪可采用實心式、腹板式，或?qū)㈡溳喤c軸做成一體。大鏈輪采用組合式結(jié)構(gòu)。（二）鏈輪材料鏈輪的材料應(yīng)能保證輪齒具有足夠的耐磨性和強度。小鏈輪輪齒的嚙合沖擊也較嚴(yán)重，故小鏈輪應(yīng)采用較好的材料制造。實心式腹板式組合式鏈輪常用的材料和應(yīng)用范圍見表2-7-7第三節(jié)鏈傳動工作情況分析一、鏈傳動的運動特性分析（一）平均鏈速和平均傳動比鏈繞在鏈輪上，鏈輪抽象成正多邊形，邊長為節(jié)距

p

，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)

z

。平均鏈速：平均傳動比：鏈輪每轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)過的鏈長為

zp（二）鏈傳動的運動不均勻性假設(shè)緊邊在傳動時總是處于水平位置。當(dāng)位于β角的瞬時，若主動鏈輪以等角速度ω1轉(zhuǎn)動時，該鏈節(jié)的鉸鏈銷軸A的軸心作等速圓周運動，設(shè)以鏈輪分度圓半徑R1近似取代節(jié)圓半徑，則其圓周速度為v1=R1ω1。主動輪：鏈速v垂直分速度當(dāng)時，即進(jìn)入、退出嚙合時鏈速v垂直分速度當(dāng)=0（在頂點位置）鏈速v垂直分速度鏈速v從動鏈輪的角速度為：故瞬時傳動比：從動輪：鏈傳動速度波動主動鏈輪雖作等角速度回轉(zhuǎn)，而鏈條前進(jìn)的瞬時速度卻周期性地變化。與此同時，鉸鏈銷軸作上下運動的垂直分速度也在周期性地變化，導(dǎo)致鏈沿鉛垂方向產(chǎn)生有規(guī)律的振動。同理，每一鏈節(jié)在與從動鏈輪輪齒嚙合的過程中，鏈節(jié)鉸鏈在從動鏈輪上的相位角γ，亦不斷地在±180°/z2的范圍內(nèi)變化，所以從動鏈輪的角速度也是變化的。鏈傳動運動不均勻性的特征，是由于圍繞在鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點所造成的，故稱為鏈傳動的多邊形效應(yīng)。多邊形效應(yīng)將引起鏈的動載荷、鏈的振動及鏈的過早破壞。鏈傳動的多邊形效應(yīng)是鏈傳動的固有屬性，不可消除。隨著β角和γ角的不斷變化，鏈傳動的瞬時傳動比也是不斷變化的。只有在z1=z2（即R1=R2），且傳動的中心距a恰為節(jié)距p的整數(shù)倍時（這時β和γ角的變化規(guī)律才會時時相等），傳動比才能在全部嚙合過程中保持不變，即恒為1。（三）鏈傳動的動載荷鏈傳動在工作過程中，鏈條和從動鏈輪都是作周期性的變速運動，因而造成和從動鏈輪相連的零件也產(chǎn)生周期性的速度變化，從而引起動載荷。工作時引起動載荷的原因是：1）鏈速和從動輪的角速度變化引起的動載荷鏈條前進(jìn)的加速度引起的動載荷Fd1

當(dāng)β

=±1/2時：當(dāng)β

=0時：從動鏈輪的角加速度引起的動載荷Fd2為2）鏈沿垂直方向分速度變化引起的動載荷升降加速度鏈輪轉(zhuǎn)速愈高、鏈節(jié)距愈大、鏈輪齒數(shù)愈少（β、γ的變化范圍越大）時動載荷愈大。采用較多的鏈輪齒數(shù)和較小的節(jié)距對降低動載荷是有利的。3）當(dāng)鏈節(jié)進(jìn)入鏈輪的瞬間，鏈和輪齒受到?jīng)_擊并產(chǎn)生動載荷。根據(jù)理論分析，沖擊動能從減少沖擊能量看來，應(yīng)采用較小的鏈節(jié)距并限制鏈輪的極限轉(zhuǎn)速。4）若鏈張緊不好，鏈條松弛，在啟動、制動、反轉(zhuǎn)、載荷變化等情況下，將產(chǎn)生慣性沖擊，使鏈傳動產(chǎn)生很大的動載荷。二、鏈傳動的受力分析（一）鏈在傳動中的主要作用力1）工作拉力（有效圓周力）Fe2）離心拉力Fc

3）垂度拉力Ff（二）鏈的緊邊和松邊受到的拉力鏈的緊邊拉力為：

鏈的松邊拉力為：

（三）壓軸力FQ離心拉力對它沒有影響，不應(yīng)計算在內(nèi)。又由于垂度拉力不大，故近似取第四節(jié)滾子鏈傳動的設(shè)計計算一、鏈運動的主要失效形式（一）鏈條的疲勞破壞鏈條工作時，鏈的元件長期受變應(yīng)力的作用，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，鏈板將疲勞斷裂，滾子表面將出現(xiàn)疲勞裂紋和疲勞點蝕。在潤滑充分、設(shè)計和安裝正確的條件下，疲勞破壞通常是主要的失效形式。（二）鉸鏈磨損鏈條的銷軸和套筒之間發(fā)生相對滑動，使接觸面發(fā)生磨損，使鏈條的實際節(jié)距增長，容易造成跳齒和脫鏈的現(xiàn)象。對于潤滑不良的鏈傳動，磨損往往是主要的失效形式。（三）鉸鏈膠合當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)速達(dá)一定數(shù)值時，鏈節(jié)嚙合時受到的沖擊能量增大，銷軸和套筒間潤滑油膜被破壞，使兩者的工作表面在很高的溫度和壓力下直接接觸，從而導(dǎo)致膠合。因此，膠合在一定程度上限制了鏈傳動的極限轉(zhuǎn)速。（四）鏈條靜力拉斷低速（v<0.6m/s）時鏈條過載，或有突然沖擊作用時，鏈的受力超過鏈的靜強度，就會發(fā)生過載拉斷。少量的鏈輪輪齒磨損或塑性變形并不產(chǎn)生嚴(yán)重問題。但當(dāng)鏈輪輪齒的磨損和塑性變形超過一定程度后，鏈的壽命將顯著下降。通常，鏈輪的壽命為鏈條壽命的2~3倍以上。故鏈傳動的承載能力是以鏈的強度和壽命為依據(jù)的。二、鏈傳動的承載能力（一）極限功率曲線在一定的使用壽命和潤滑良好的條件下，鏈傳動的各種失效形式的極限功率曲線見圖（二）額定功率曲線在標(biāo)準(zhǔn)實驗條件下得出的：（1）鏈輪安裝在水平平行軸上；（2）z1=25；（3）無過渡鏈節(jié)的單排滾子鏈；（4）LP=120；（5）i＝3；（6）鏈條預(yù)期壽命15000h；（7）溫度在－5～＋70℃之間；（8）兩鏈輪共面，鏈條保持規(guī)定的張緊度；（9）平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，無過載、沖擊或頻繁起動；（10）清潔的環(huán)境，合適潤滑當(dāng)實際情況不符合實驗規(guī)定的條件時，鏈傳動所傳遞的功率應(yīng)修正為當(dāng)量的單排鏈的額定功率：工作情況系數(shù)KA、小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz、和多排鏈系數(shù)KP等（系數(shù)值見表2.7.8、表2.7.9、圖2.7.17）三、鏈傳動主要參數(shù)的選擇（一）傳動比i

鏈傳動的傳動比一般i≤6，推薦i=2～3.5。當(dāng)v＜2m/s且載荷平穩(wěn)時，i允許到10（個別情況可到15）。（二）鏈輪齒數(shù)對于小鏈輪而言，齒數(shù)z1過少時：1）增加傳動的不均勻性和動載荷；2）增加鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角，從而增大功率損耗；3）增加鉸鏈承壓面間的壓強。在動力傳動中小鏈輪的最小齒數(shù)推薦如表2-7-10所示：對于大鏈輪而言，齒數(shù)z2增大了傳動的尺寸和質(zhì)量外，還易發(fā)生跳齒和脫鏈，使鏈條壽命降低。鏈輪齒數(shù)太多將縮短鏈的使用壽命。鏈輪齒數(shù)的取值范圍為17≤z≤150。從限制大鏈輪齒數(shù)和減少傳動尺寸考慮，傳動比大的鏈傳動建議選取較少的鏈輪齒數(shù)。當(dāng)鏈速很低時，允許最少齒數(shù)為9。由于鏈節(jié)數(shù)多選用偶數(shù)，所以鏈輪齒數(shù)最好選與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)的數(shù)或不能整除鏈節(jié)數(shù)的數(shù)。（三）選定鏈的型號，確定鏈節(jié)距和鏈排數(shù)鏈節(jié)距越大，鏈的拉曳能力也越大，但傳動的多邊形效應(yīng)增大，速度不均勻性、動載荷、噪聲等都將增加。設(shè)計時，在承載能力足夠條件下，應(yīng)選取較小節(jié)距的單排鏈，高速重載時，可選用小節(jié)距的多排鏈。載荷大、中心距小、傳動比大時，一般選小節(jié)距多排鏈；若速度不太高、中心距大、傳動比小時，則可選大節(jié)距單排鏈。當(dāng)已知傳遞功率P和轉(zhuǎn)速n1時，鏈的型號、鏈節(jié)距和鏈排數(shù)可根據(jù)下面步驟來來確定：（1）確定計算載荷：（2）計算所需要的額定功率：（3）根據(jù)n1和查圖2.7.15找出合適的鏈號。（4）確定鏈節(jié)距p，及鏈排數(shù)。（四）鏈節(jié)數(shù)LP和鏈傳動中心距a

中心距中心距過大或過小對傳動都會造成不利影響。在設(shè)計時，一般可初選a0=(30~50)p，最大取a0max=80p。當(dāng)有張緊裝置或托板時，a0可大于80p。鏈的長度常用鏈節(jié)數(shù)LP表示，LP＝L/p，L為鏈長。鏈節(jié)數(shù)的計算公式為計算出的Lp值應(yīng)圓整為相近的整數(shù)，而且最好為偶數(shù)。根據(jù)圓整后的鏈節(jié)數(shù)，鏈傳動的理論中心距為：為了保證鏈條松邊有一個合適的安裝垂度f，實際中心距應(yīng)比理論中心距小一些。即a=a－ΔaΔa=(0.002～0.004)a

（五）鏈速及潤滑方式鏈速的提高受到動載荷的限制，所以一般最好不超過12m/s。根據(jù)鏈速v，由圖2.7.16選擇合適的潤滑方式。（六）小鏈輪轂孔最大直徑根據(jù)小鏈輪的節(jié)距和齒數(shù)由表2.7.4確定鏈輪轂孔的最大直徑dkmax，若dkmax小于安裝鏈輪處的軸徑，則應(yīng)重新選擇鏈傳動的參數(shù)（增大z1或p）。（七）低速鏈傳動的靜力強度計算對于鏈速v＜0.6m/s的低速鏈傳動，常進(jìn)行抗拉靜力強度計算。計算安全系數(shù)：第五節(jié)鏈傳動的布置、張緊和潤滑一、鏈傳動的布置鏈傳動一般應(yīng)布置在鉛垂平面內(nèi)，盡可能避免布置在水平面或傾斜平面內(nèi)。鏈傳動的布置應(yīng)考慮表2.7.11中提出的一些布置原則。二、鏈傳動的張緊鏈傳動張緊的目的主要是為了避免垂度太大時的嚙合不良和鏈條