第七章 链传动

第七章 链传动

§7-1 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8max i ，链速不超过15m/s 。本章主要讨论滚子链。

§7-2 传动链的结构特点

一．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d 1和内链节内宽b 1。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 二．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。

§7-3 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。

一．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d 1、排距p t 及齿数z 。 二．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d a ，齿根圆直径d f 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 ()

滚子直径---=?

???

??+==

110018054.0180sin

d d d d z ctg p d z p d f a 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。

三．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。

§7-4 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

2211/1000

*601000*60s

m p

z n p z n v ==平均进入啮合。设小链轮以匀角速转动

A 点：

10

11111010

11101111180sin

2sin )

1802,360(180cos 2cos z R v v z z z R v v y x ω???ω?-=???

??-==∴==??? ??-=

C 点：

111===y x v R v v ω

B 点：

10

111110

1111180sin

2sin 180cos

2cos z R v v z R v v y x ω?ω?=??

?

??==???

??=

任一位置：β

ωββωβsin sin cos cos 111111R v v R v v y x ==== （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

βωcos 11R v x =，x v 随β的变化而变化。βωsin 11R v y =，β在???

?

??=±101

118022z ??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。

在每一瞬时都发生变化

之间变化，在之间变化，而在22

10221121180180cos cos cos cos ωγβγ

ωβωγβ∴±±===z z R R v v v x

β

γ

ωωcos cos 1221R R i =

=

瞬时变化。只有当()2121r r z z ==，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）。

三．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：c d ma F =1 N

式中：m---紧边链条的质量，kg ； a c ---链条加速度，m/s 2。

βωβωsin cos 21111R R dt

d

dt dv a x c -===

当10180z ±=β时，2

180sin 21102

11max p z R a ωω

== 2．从动链轮的角加速度引起的动载荷为：N dt

d R J F d 2

22ω=

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）。

§7-5 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F 1是由链传递的有效圆周力F e 、链的离心力F c 及链条松边垂度引起的悬垂拉力F f 三部分组成。

f c e F F F F ++=1 N

链的松边所受的拉力F 2由F c 及F f 两部分组成。

f c F F F +=2

有效圆周力 v

P F e 1000= 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 2qv F c = N

式中：q---单位长度链条的质量，kg/m 。 v---链速，m/s 。

悬垂拉力F f 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。

2

"2

'10

*)sin (10*--+==qa K F qa K F f f

f f α N

式中：a---链传动的中心距，mm 。

q---单位长度链条的质量，kg/m 。 K f —垂度系数。

§7-6 滚子链传动的设计计算

一．链传动的失效形式 1．链的疲劳破坏

链在工作时，链轮两边的链条一边张紧、一边松弛。链条不断由松边到紧边周而复始地运动着，所以它的各个元件都在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会出现疲劳断裂，或套筒、滚子表面会出现疲劳点蚀（多边形效应引起的冲击疲劳）。因此，链条的疲劳强度成为决定链传动承载能力的主要因素。试验表明：在润滑良好的中等速度下工作的链条，在链板上首先出现疲劳断裂。链条越短，速度越高，循环快时，疲劳损坏越严重。

2．链条铰链的磨损

链条在工作时，铰链与套筒间承受较大的压力，传动时彼此又发生相对转动，导致铰链磨损，铰链节距伸长，而轮齿节距几乎不受磨损影响，结果将导致啮合点外移，严重时，产生跳链、脱链现象。

图9-15，铰链磨损后，节距由p 增大为p+Δp ，啮合点由d 增大为d+Δd ，链节距的增

长量Δp 和啮合圆的外移量Δd 有如下关系z

p

d 0180sin

?=

?，当节距一定时，齿高就一定，即允许的啮合圆外移量就一定。齿数z 越多，啮合圆的外移量Δd 就越大，链从链轮上脱落的可能性就越大，为保证链条寿命，应使齿数少一些。1202≤z 。

3．销轴与套筒的胶合

载荷平稳；5）按推荐方式润滑；6）能连续15000小时满负荷运转；7）链条因磨损引起的相对伸长量不超过3%。根据小链轮转速，由此图可查出各种链条链速在大于0.6m/s 情况下允许传递的额定功率P 0。若所设计的链传动与上述实验条件不符时，由图查得的P 0值应乘以一系列修正系数。

p L z A ca K K K P P K P 0==

式中：K A ---工况系数，表9-9。

K z ---小链轮齿数系数。表9-10。 K L ---链长系数，表9-10。 K p ---多排链系数，表9-11。

当不能保证 图9-14中所推荐的润滑方式时，线图中的P 0值应降到下列数值：

当s m v /5.1≤，润滑不良时，降至（0.3~0.6）P 0；无润滑时，降至0.15 P 0（寿命不能

保证15000小时）。

当s m v s m /7/5.1<≤，润滑不良时，降至（0.15~0.3）P 0； 当s m v /7>，润滑不良时，传动不可靠，不宜采用。 当要求的实际工作寿命低于15000小时时，按有限寿命设计。这时允许传递的功率可高些。

三．滚子链传动的设计计算

已知；传动用途、工作情况、原动机种类、传递的功率P 、链轮转速n 1、n 2（或i ），结构尺寸要求等。

设计内容：链条节距p 、列数、链条链节数L p 、传动中心距a ；大、小链轮齿数z 1 、z 2；轴压力Q ；润滑方式。

设计步骤：

1．链轮齿数z 1 、z 2和传动比i

小链轮齿数z 1对链传动的平稳性和使用寿命有较大影响。齿数少，外廓尺寸小，但齿数过少，运动不均匀性加剧，动载荷和冲击加大；链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，铰链的磨损加剧；链传递的圆周力增大，加速了链条和链轮的损坏。

齿数过多，将增大传动尺寸和质量，链条磨损后节距的伸长容易发生跳齿和脱链，同样会缩短链条的使用寿命。

齿数的选取原则：（1）链传动速度高时，齿数多些；（2）为考虑磨损均匀，链轮齿数应取与链节数互为质数的奇数，并优先选用以下数列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。

12min 1,17iz z z ==（取整）

，且1202≤z 。由表9-8，试选v —选取z 1，z 1尽量用奇数。 6≤i ，推荐=2~3.5。当v<2m/s 且载荷平稳时，可达10。过大时，链条在小链轮上的包

角过小，将减少啮合齿数，因而易出现跳齿或加速轮齿的磨损，故可用二级或二级以上的传

动。

2．确定计算功率P ca

计算功率P ca 是根据传递的功率P ，并考虑到载荷性质和原动机的种类而确定，即

P K P A ca = kW

3．初选中心距a 0

a 小，传动结构紧凑，但a 太小，链条总长太短，单位时间里每一链节参与啮合次数过多，加剧链的磨损和疲劳。a 过大，承载好，但链条长，横向振动大。一般

()p a p a 80,50~30max 00==（张紧或托板），中心距不可调时，p a 30max 0≈。 4．链节数L p

2

12210.222a p

z z z z p a L p ??? ??-+++=π

取整，最好取偶数。

5．节距和排数的确定

一定条件下，节距越大，链传动承载能力越强，但节距越大，链传动的多边形效应越严重，动载荷、冲击、振动越严重。所以，为使链传动结构紧凑、寿命长，尽量取小节距的单排链。

若传动速度高，传递的功率大；或传动中心距小，传动比大，取小节距的多排链。

若传动中心距大而传动比小，取大节距的单排链。

p

L z ca p L z A ca K K K P P P K K K P K P =

==00

设计时，先定传动的列数—查表9-11得K p —由上式计算得P 0—由图9-13查得链号—查表9-1得节距p 。

6．验算链速 1000

*6011p

z n v =

判断是否与假设符。

7．确定实际中心距

???

?

???

??

?? ??--??? ??+-+??? ??+-=2

122

212128224πz z z z L z z L p a p p 为保证松边有合适的垂度 ()a f 02.0~01.0=

实际中心距 ()a

a a

a a 004.0~002.0'=??-=

若传动中心距可调，△a 取大值；若中心距不可调，△a 取小值。 8．小链轮毂孔最大直径

当确定了链条节距和小链轮齿数后，链轮的结构和各部分尺寸已可定出（表9-3），毂孔的最大直径d kmax 也可定出，但d kmax 不小于安装链轮处的轴径；若不能满足要求时，可采用特殊结构的链轮（如链轮轴）或重新选择链传动参数（增大z 1或p ）。

9．计算压轴力Q

e Q F K Q ≈

式中：F e ---链传递的有效圆周力，N ；

K Q ---压轴力系数，对于水平传动，K Q =1.15；对于垂直传动K Q =1.05。 10． 链轮的结构设计，材料和尺寸。 11． 链传动的润滑和防护。 四．低速链传动的静力强度计算 对于链速的低速链传动，因抗拉静力强度不够而破坏的几率很大，故常按下式进行抗拉静力强度计算

8~41

≥=

F K Qn

S A ca 式中：S ca ---链的抗拉静力强度的计算安全系数； Q---单排链的极限拉伸载荷，kN ，查表9-1； n---排数；

K A ---工作情况系数，查表9-9； F 1 ---链的紧边工作拉力，kN 。

低速链传动，小链轮齿数可少于17，但不能小于9。

§7-7 链传动的布置、张紧和润滑

一．链传动的布置

链传动一般应布置在铅垂平面内，尽可能避免布置在水平或倾斜平面内。如确有需要，则应考虑加托板或张紧轮等装置，并且设计较紧凑的中心距。参表9-12。

二．链传动的张紧

目的：避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象；同时增加链条和链轮的包角。当两轮中心连线倾斜角大于600时，通常设有张紧装置。

张紧的方法：链传动中心距可调时，调节中心距以控制张紧程度；中心距不可调时，可设置张紧轮或在链条磨损变长后取掉1~2个链节，以恢复原来的长度。张紧轮一般紧压在松边靠近小链轮处。张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的滚轮。张紧轮的直径与小链轮的直径接近。张紧轮有自动张紧（用弹簧、吊重等自动张紧装置）及定期调整（用螺旋、偏心等调整装置）。另外还可用压板和托板张紧。

三．链传动的润滑

链传动的润滑十分重要，对高速、重载的链传动更为重要。良好的润滑可缓和冲击，减轻磨损，延长链条寿命。滚子链的润滑方法和要求参表9-13。

润滑油推荐采用牌号为L-AN32、L-AN46、L-AN68的全损耗系统用油。温度低时取前者。对于开式及重载低速传动，可在润滑油中加入MoS2，WS2等抗胶合添加剂。对用润滑油不便的场合，允许涂抹润滑脂，但应定期清洗与涂抹。