第14章鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)(MechanicalDesign)燕松山2013年09月第十四章

鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)§14-1鏈傳動(dòng)概述

§14-2鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性和受力分析§14-3滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算潘存云教授研制組成：鏈輪、環(huán)形鏈條作用：靠鏈與鏈輪輪齒之間的嚙合實(shí)現(xiàn)平行軸之間的同向傳動(dòng)。§14-1鏈傳動(dòng)的類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

鏈傳動(dòng)的工作原理：間接嚙合傳動(dòng)滾子鏈傳動(dòng)一.鏈傳動(dòng)的類型齒形鏈

導(dǎo)向板棱柱銷軸齒形鏈板滾子鏈

二.滾子鏈的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及標(biāo)記滾子鏈的組成滾子鏈的裝配圖一）滾子鏈結(jié)構(gòu)分析——滾子鏈由內(nèi)鏈板、外鏈板、銷軸、套筒和滾子組成。

滾子滾子鏈的結(jié)構(gòu)分析圖h2內(nèi)鏈板外鏈板銷軸套筒銷軸與外鏈板——用過盈配合連接，稱為外鏈節(jié)。

套筒與內(nèi)鏈板——用過盈配合連接，稱為內(nèi)鏈節(jié)。

銷軸與套筒之間——間隙配合，當(dāng)鏈條與鏈輪輪齒嚙合時(shí)，內(nèi)、外鏈相對轉(zhuǎn)動(dòng)。

滾子與套筒之間——為間隙配合，使?jié)L子與輪齒間主要發(fā)生滾動(dòng)摩擦。

p二）滾子鏈的主要參數(shù)

鏈節(jié)距p

——鏈條上相鄰兩滾子外圓中心之間的距離，是反映鏈條尺寸和承載能力的重要參數(shù)。節(jié)距p大，鏈各部分尺寸大，承載能力高，但重量也隨之增大。

鏈的排數(shù)np——排數(shù)是反映鏈條承載能力的參數(shù)。排數(shù)多，鏈條承載能力高，當(dāng)傳動(dòng)功率較大時(shí)，可采用雙排鏈或多排鏈。但限于鏈條的制造與裝配精度，各排鏈承受的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。雙排鏈

鏈節(jié)數(shù)Lp——

鏈條節(jié)頭數(shù)目稱為鏈節(jié)數(shù)，是反映鏈條長度的參數(shù)。一般采用偶數(shù)鏈節(jié)，鏈條連成環(huán)形時(shí)正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相連接。滾子鏈的接頭形式

若采用奇數(shù)鏈節(jié)，鏈條連成環(huán)形時(shí)必須使用過渡鏈節(jié)。過渡鏈節(jié)的鏈板受拉力時(shí)有附加彎矩的作用，所以強(qiáng)度僅為通常鏈節(jié)的80％左右，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免使用過渡鏈節(jié)。a)偶數(shù)鏈節(jié)用接頭b）過渡鏈節(jié)3．滾子鏈的標(biāo)記

——

鏈號—

排數(shù)x鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)號

鏈號，節(jié)距p=25.4mm按本標(biāo)準(zhǔn)制造的A系列鏈節(jié)數(shù)LP=80節(jié)標(biāo)準(zhǔn)號單排例如：

16

A—1×80

GB／T1243.1—1983

三．鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用

一）鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)——

鏈傳動(dòng)兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的特點(diǎn)。

與齒輪傳動(dòng)比較：鏈傳動(dòng)較易安裝，成本低廉；遠(yuǎn)距離傳動(dòng)(中心距最大可達(dá)十多米)時(shí)，其結(jié)構(gòu)要比齒輪傳動(dòng)輕便得多。特點(diǎn)：與帶傳動(dòng)相比1.

鏈輪傳動(dòng)沒有彈性滑動(dòng)和打滑，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比；2.需要的張緊力小，作用在軸上的壓力小，可減少軸承的摩擦損失；3.結(jié)構(gòu)緊湊；4.能在高溫，有油污等惡劣環(huán)境下工作；與傳齒輪動(dòng)相比5.制造和安裝精度較低，中心距較大時(shí)其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)：

瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)，傳動(dòng)的平穩(wěn)性較差，有一定的沖擊和噪聲。應(yīng)用：

廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油機(jī)械、機(jī)床及摩托車中。工作范圍：傳動(dòng)比：i≤8;

中心距：

a≤5~6m;

傳遞功率：

P≤100KW;

圓周速度：

v≤15m/s;

傳動(dòng)效率：

η

≈0.95~0.98

一.鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性

一）鏈傳動(dòng)的平均鏈速V平及平均傳動(dòng)比i平

與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)相當(dāng)于鏈條繞在多邊形的輪子上，多邊形的邊長等于節(jié)距p，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z，鏈輪每轉(zhuǎn)一周，鏈就移動(dòng)一個(gè)多邊形的周長，所以鏈的平均速度為：鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比：§14-2鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性和受力分析1.分析說明：1）研究滾子鏈銷軸中心的運(yùn)動(dòng)；

2）設(shè)鏈的緊邊（即主動(dòng)邊）在傳動(dòng)時(shí)，始終處于水平位置。2.鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)鏈速V瞬二）鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)鏈速V瞬及瞬時(shí)傳動(dòng)比i瞬

鏈傳動(dòng)速度分析AVV1V1′BVV2V2′D

圖示為鏈條的銷軸中心A在主動(dòng)輪上嚙進(jìn)，銷軸中心D在從動(dòng)輪上嚙出的速度分析。設(shè)主、從動(dòng)鏈輪分別以角速度ω1、ω2轉(zhuǎn)動(dòng)，其節(jié)圓半徑為R1、R2，銷軸中心A、D亦隨之作等速圓周運(yùn)動(dòng)，其圓周速度V1=R1ω1，V2=R2ω2

鏈傳動(dòng)速度分析AVV1V1′BVV2V2′DV1、V2可分解為沿鏈條前進(jìn)方向的分速度V和垂直鏈條前進(jìn)方向的分速度V1′、V2′。V1V=R1ω1cosβV1′=R1ω1sinβV2V=R2ω2cosγV2′=R2ω2sinγ式中：β——為鉸鏈點(diǎn)A的圓周速度與前進(jìn)分速度之間的夾角，在數(shù)值上等于A點(diǎn)在主動(dòng)輪上的相位角，β在±180o/Z1之間變化。γ——為鉸鏈點(diǎn)D的圓周速度與前進(jìn)分速度之間的夾角，在數(shù)值上等于D點(diǎn)在主動(dòng)輪上的相位角，γ在±180o/Z2之間變化。

可見，在鏈節(jié)的嚙進(jìn)過程中，鏈條前進(jìn)方向速度V和垂直方向分速度V1′、V2′的數(shù)值隨β、γ變化而改變。其變化情況只需分析一鏈節(jié)從進(jìn)入嚙合開始，到相鄰的下一個(gè)鏈節(jié)進(jìn)入嚙合為止的一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)情況，以A鏈節(jié)在主動(dòng)鏈輪1上嚙合全過程為例分析瞬時(shí)速度變化。AVV1V1′BVV2V2′D1）A鏈節(jié)開始進(jìn)入嚙合——相位角：前進(jìn)方向分速度：垂直方向分速度：AVV1V1′BVV2V2′D前進(jìn)方向分速度：V=R1ω1cosβ；垂直方向分速度：V1′=R1ω1sinβ；ABV3）A鏈節(jié)與Y軸重合——相位角β=0

A鏈節(jié)與Y軸重合（β=0

）前進(jìn)方向分速度：V=V1=R1ω1；垂直方向分速度：V1′=0DAVV1V1′DVV2V2′前進(jìn)方向分速度：V=R1ω1cosβ；垂直方向分速度：V1′=R1ω1sinβ；B5）A鏈節(jié)結(jié)束嚙合時(shí)——相位角：AVV1V1′DVV2V2′前進(jìn)方向分速度：垂直方向分速度：B每嚙進(jìn)一個(gè)鏈節(jié)時(shí)，鏈速變化情況相位角β變化：前進(jìn)方向分速度：即：時(shí)而加速嚙進(jìn)，時(shí)而減速嚙進(jìn)垂直方向分速度：即：時(shí)而減速上升，時(shí)而加速下降鏈速V時(shí)快時(shí)慢，V′忽上忽下的變化，稱為多邊形效應(yīng)。上述鏈速變化規(guī)律可用下圖描述。減速嚙進(jìn)加速嚙進(jìn)加速下降減速上升/z1-1800/z1嚙進(jìn)一個(gè)鏈節(jié)βVV′0鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)鏈速變化

鏈節(jié)在從動(dòng)輪上退出嚙合時(shí)鏈速變化，可參照上述分析。即分析某一鏈節(jié)D從其前一相鄰斂跡鏈節(jié)退出嚙合時(shí)開始，到該D鏈節(jié)退出嚙合時(shí)為止時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況。從動(dòng)輪節(jié)圓上圓周速度：從動(dòng)輪的角速度：3.鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比i瞬——

i瞬=常數(shù)的條件：1）i=1，即Z1=Z2，β和γ變化范圍相同；2）傳動(dòng)的中心距為鏈節(jié)距的整數(shù)倍，使β和γ同步變化。結(jié)論：鏈傳動(dòng)存在多邊形效應(yīng)，使鏈節(jié)嚙合速度周期性變化，瞬時(shí)傳動(dòng)比不等于常數(shù)，使運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不均勻性和動(dòng)載荷。

二.鏈傳動(dòng)的受力分析一）鏈傳動(dòng)工作時(shí)受力分析

鏈緊邊受到的拉力：F1=F+Fc+Fy鏈松邊受到的拉力：F2=Fc+FyF—

鏈傳動(dòng)的圓周力（有效拉力）Fc—

作圓周運(yùn)動(dòng)的鏈節(jié)產(chǎn)生的離心力Fy—

鏈條重量產(chǎn)生的懸垂拉力，F(xiàn)y=KyqgaN式中：q—

鏈每米長度的質(zhì)量，kg/m，見表9-1；v—

鏈的圓周速度，m/s；a—

鏈傳動(dòng)的中心距，m；g—

重力加速度，g=9.81m/s2；Ky

—

垂度系數(shù)，即下垂量為y=0.02a時(shí)的拉力系數(shù)，見表14-2，表中β為兩鏈中心連線與水平面的夾角。二）鏈作用于軸上的壓力FQ

鏈傳動(dòng)為間接嚙合傳動(dòng)，安裝時(shí)只需較小的張緊力，目的是使松邊的垂度不致過大。一防松邊在下時(shí)，導(dǎo)致鏈輪嚙合齒數(shù)較少，加速磨損，產(chǎn)生較大振動(dòng)、跳齒或脫鏈。

與帶傳動(dòng)相比之下，鏈作用于軸上的壓力要小得多，若忽略傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，可近似取為：FQ=F1+F2≈(1.2~1.3)F三.鏈傳動(dòng)中的動(dòng)載荷鏈傳動(dòng)中的動(dòng)載荷包括

外部附加動(dòng)載荷——由于工作載荷和原動(dòng)機(jī)的工作特性帶來的振動(dòng)、沖擊等因素引起的附加載荷，用工作情況系數(shù)加以考慮；

內(nèi)部附加動(dòng)載荷——由鏈傳動(dòng)本身速度變化及制造、安裝誤差引起的附加動(dòng)載荷。內(nèi)部附加動(dòng)載荷產(chǎn)生原因：1）由于鏈速v的周期性變化產(chǎn)生的加速度a，當(dāng)β=±φ1/2時(shí)，加速度達(dá)到最大值：

可見，鏈速越高，節(jié)距越大，鏈的加速度越大，則鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷也越大。2）鏈條上下方向運(yùn)動(dòng)速度v周期性變化產(chǎn)生橫向振動(dòng)，引起動(dòng)載荷。3）當(dāng)鏈條的鉸鏈與輪齒突然嚙合時(shí)，相當(dāng)于鏈節(jié)鉸鏈敲擊輪齒，它們之間產(chǎn)生沖擊動(dòng)載荷。4）鏈和鏈輪的制造誤差以及安裝誤差。5）由于鏈條的松弛，在啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、突然超載或卸載情況下出現(xiàn)的慣性沖擊等。四.影響鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)不均勻性和動(dòng)載荷的主要因素及其減小措施一）影響因素小鏈輪齒數(shù)Z1：鏈節(jié)距p：小鏈輪的角速度ω1：二）減小運(yùn)動(dòng)不均性動(dòng)載荷的措施1）選較多的鏈輪齒數(shù)；2）鏈傳動(dòng)放在低速級，限制Vmax≤15m/s;3）盡可能使用較小的鏈節(jié)距。一.滾子鏈傳動(dòng)的主要失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則一）主要失效形式

1.鉸鏈磨損—

鏈節(jié)在進(jìn)入和退出嚙合時(shí)，銷軸與套筒之間存在相對滑動(dòng)，在不能保證充分潤滑的條件下，將引起鉸鏈的過度磨損，導(dǎo)致鏈輪節(jié)圓增大，鏈與鏈輪的嚙合點(diǎn)外移，最終將產(chǎn)生跳齒或脫鏈而使傳動(dòng)失效。由于磨損主要表現(xiàn)在外鏈節(jié)節(jié)距的變化上，內(nèi)鏈節(jié)節(jié)距的變化很小，因而實(shí)際鉸鏈節(jié)距的不均勻性增大，使傳動(dòng)更不平穩(wěn)，通常節(jié)距增大3%，則為失效。它是開式鏈傳動(dòng)的主要失效形式?！?4-3滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算PP+△P△P

鏈條磨損后的節(jié)距增量p+Δpp3600/z3600/zdˊdˊ+Δdˊ鏈節(jié)距伸長量與節(jié)圓增大量之間關(guān)系2.鏈板的疲勞破壞

因而鏈板在變應(yīng)力狀態(tài)下工作，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)鏈板會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂。在潤滑條件良好且設(shè)計(jì)安裝正確的情況下，鏈板的疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動(dòng)工作能力的主要因素。3.點(diǎn)蝕和多次沖擊破斷

工作中由于鏈條反復(fù)啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)或受重復(fù)沖擊載荷時(shí)承受較大的動(dòng)載荷，經(jīng)過多次沖擊，滾子表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕，且滾子、套筒和銷軸會(huì)產(chǎn)生沖擊斷裂。4.銷軸與套筒的膠合

由于套筒和銷軸間存在相對運(yùn)動(dòng)，在變載荷的作用下，潤滑油膜難以形成，當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，套筒與銷軸間產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致套筒與銷軸的膠合失效。5.過載拉斷

在低速重載的傳動(dòng)中或者鏈傳動(dòng)嚴(yán)重過載時(shí)，鏈元件被拉斷。二）鏈傳動(dòng)計(jì)算準(zhǔn)則

通常鏈輪的壽命為鏈壽命的2—3倍以上，故鏈傳動(dòng)的承載能力以鏈的強(qiáng)度和壽命為依據(jù)。閉式傳動(dòng)V≥0.6m/s鏈傳動(dòng)：按由鉸鏈磨損，鏈板的疲勞破壞，滾子、套筒和銷軸沖擊破斷，銷軸與套筒的膠合限制的額定功率曲線設(shè)計(jì)；V<0.6m/s鏈傳動(dòng)：主要失效為過載拉斷，按強(qiáng)靜度計(jì)算。開式鏈傳動(dòng)——主要失效為磨損，進(jìn)行磨損條件性計(jì)算即：p[p]。下面介紹額定功率曲線法二.滾子鏈傳動(dòng)的功率曲線一）滾子鏈傳動(dòng)的極限功率曲線

6是潤滑條件不好或工作環(huán)境惡劣的情況下的極限功率曲線，這種情況下鏈磨損嚴(yán)重，所能傳遞的功率甚低。

1是在良好而充分潤滑條件下由磨損破壞限定的極限功率曲線；2是在變應(yīng)力下鏈板疲勞破壞限定的極限功率曲線；

3是由滾子套筒沖擊疲勞破壞限定的極限功率曲線；4是由銷軸與套筒膠合限定的極限功率曲線；5是良好潤滑條件下的額定功率曲線，是設(shè)計(jì)時(shí)所使用的曲線；

一）滾子鏈傳動(dòng)的額定功率曲線Ａ系列滾子鏈傳動(dòng)的額定功率曲線注：雙排鏈的額定功率曲線可以用單排鏈的Ｐ０×１.７５計(jì)算得到三排鏈的額定功率曲線可以用單排鏈的Ｐ０×２.５計(jì)算得到說明：1、是在特定條件下得到的。

特定條件：Ｚ１=２５；ＬＰ=1２０節(jié)；單排鏈；傳動(dòng)比i=3，兩鏈輪安裝在平行的水平軸上，兩鏈輪共面；載荷平穩(wěn)；按照推薦的潤滑方式潤滑；工作壽命為15000小時(shí)；鏈因磨損而引起的相對伸長量不超過3％。

設(shè)計(jì)時(shí)修正公式：Ｐ０＝ＰＫＡＫZＫＡ

為工作情況系數(shù)

ＫZ

小鏈輪齒數(shù)系數(shù)

2、當(dāng)實(shí)際情況不符合特定條件時(shí)，應(yīng)對查得Ｐ０的值進(jìn)行修正。

3、當(dāng)不能保證按圖示推薦的潤滑方式時(shí)，則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將Ｐ０值按如下數(shù)值降低：當(dāng)v≤1.5m/s，潤滑不良時(shí)，降至(0.3～0.6)；無潤滑時(shí)，降至0.15(壽命不能保證15000小時(shí))；

當(dāng)1.5m/s<v≤7m/s，潤滑不良時(shí)，降至(0.15～0.3)；

當(dāng)v>7m/s，若潤滑不良時(shí)，該傳動(dòng)不可靠，不宜采用。

鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)根據(jù)鏈速不同分為一般與低速兩種情況：通常，一般(0.6m/s)的鏈傳動(dòng)按功率曲線設(shè)計(jì)計(jì)算；低速(<0.6m/s)鏈傳動(dòng)按靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。

1、一般(V≥0.6m/s)的鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法

(1)確定鏈輪齒數(shù)和速比

對使用壽命有很大影響。若小鏈輪齒數(shù)

Ｚ１↓｛三、鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和主要參數(shù)的選擇

當(dāng)鏈速很低時(shí)，滾子鏈傳動(dòng)小鏈輪最小齒數(shù)可選到Ｚ１min≥9，一般小鏈輪齒數(shù)可根據(jù)傳動(dòng)比按表９-４選取。－－－－運(yùn)動(dòng)速度的不均勻性和動(dòng)載荷↑

－－－－鏈節(jié)進(jìn)入和退出嚙合時(shí)，相對轉(zhuǎn)角↑，

鉸鏈磨損↑－－－－沖擊和功率損耗↑

。

表14-４小鏈輪齒數(shù)Ｚ１鏈速Ｖ（m/s）0.6～3

3～8>8Z1≥17≥21≥25但是Ｚ１↑↑→Ｚ２↑↑｛傳動(dòng)尺寸和重量↑鏈條節(jié)距的伸長后發(fā)生脫鏈，使用壽命↓

p＋Δpp從動(dòng)輪齒數(shù)Ｚ２=iＺ１，通常Ｚ２max=120。鏈傳動(dòng)速比通常i≤6，推薦=2～3.5，但在v<3m/s，載荷平穩(wěn)外形尺寸不受限制時(shí)，imax＝10。為了磨損均勻，大小鏈論齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)(2)選擇型號，確定鏈節(jié)距和排數(shù)

為了即保證鏈傳動(dòng)有足夠的承載能力，又減小沖擊、振動(dòng)和噪聲，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用較小的鏈節(jié)距。

高速重載時(shí)，宜用小節(jié)距多排鏈；低速重載時(shí)，宜用大節(jié)距排數(shù)較少的鏈。

鏈條型號、鏈節(jié)距由Ｐ０和小鏈輪轉(zhuǎn)速n1由滾子鏈額定功率曲線確定。p↑｛鏈的尺寸、重量和承載能力↑運(yùn)動(dòng)不均勻性(多邊形效應(yīng))

↑

沖擊、振動(dòng)和噪聲↑

(3)確定中心距