第五章链传动

第五章 链传动

5.1重点、难点分析

本章的重点内容是滚子链传动的主要参数选择及设计计算方法。难点是链传 动的多边效应以及附加动载荷。

5.1.1 链传动的运动特性

1．链传动的平均传动比

当链条套在链轮上后，实际上就形成了以相邻两销轴中心为边长的正多边形，见图5-1。

图5—1链传动的运动分析

正多边形边长相当于链节距p ，边数相当于链轮齿数z 。链轮每转一周，链 移动的距离为zp 长度，对应链轮转速n (r/min)时，每秒钟链轮转过的圈数为(n /60) ，故链的平均速度v 为

1000

601000602211?=?=pn z pn z v 式中 p —链节距，mm ；z 1、z 2——主、从动链轮的齿数；n 1、n 2——主、从动 链轮的转速，r/min 。

由上式可得链传动的平均传动比为：

1

221z z n n i == 2．链传动的运动不均匀性

由于链节在链轮上呈多边形分布，即使主动链轮的角速度ω1=常数，链传动 的瞬时链速和瞬时传动比都要按照一定的周期变化。

如图5-1所示，设链的紧边在传动时处于水平位置。并设主动轮以等角速度 ω1转动，则其分度圆线速度为v 1 (v 1= R 1ω1)。当链节进入主动轮时，其销轴总是

随着链轮的转动而不断改变位置，相应的销轴和链轮中心线与重直方向上的夹角β也不断变化。当位于β角的瞬时，链水平运动的瞬时速度v 等于链轮圆周速度v 1

的水平分量，链垂直运动的瞬时速度v 1′等于链轮圆周速度v 1的垂直分量。即：

βωβνcos cos 111R v ==

βωβνsin sin 1111

R v ==' 式中：β角的变化范围±?1/2之间，?1为每一个节距（即正多边形的一个边）对 应的圆心夹角，?1=360?/z 1。因此，当主动轮匀速转动时，链速v 是变化的。每转 过一个链节距，链速就周期性变化一次。

同样，从动链轮由于瞬时链速v ≠常数和γ角（见图5-1）的不断变化，因此 它的角速度ω2也是变化的（γωcos /22r v =）。

所以，链传动的瞬时传动比i s 为：

β

γωωcos cos 1221R R i s == 由此看来，尽管主动轴的角速度ω1为定值，但ω2随γ、β的变化而变化，瞬 时传动比i s 也随时间变化，所以链传动工作不平稳。传动比和链速的周期性变化 的现象就为链传动的运动不均匀性，也称链传动的多边效应。只有当两链轮的齿 数相等（z 1=z 2）及链紧边的长度恰好是节距的整数倍时，瞬时传动比才能得到恒定值。

3．链传动的动载荷

在链传动中存在动载荷，其原因是多方面的，仅从在链传动中所产生的加速 度分析来看。

链在运动中产生的加速度为：

dt dv a =βωββωsin sin 21111R dt

d R -=-= 根据动力学分析，链传动产生的动载荷和链传动产生的加速度变化是有直接联系的，加速度的变化趋势和特点也决定了动载荷的形成及变化规律。

在链传动设计时要尽可能减小动载荷，必须合理选择参数，同时由于链传动的动载荷效应，使链传动不宜用于高速。

综上分析，在链传动过程中，由于存在多边形效应，使得链条速度和瞬时传动比发生周期性波动，造成传动不平稳现象。同时链节与轮齿啮合瞬间存在相对运动，也要引起冲击和噪声，并产生动载荷。为减小多边形效应，设计时应合理的选择链传动的各种参数。

5.1.2滚子链传动的失效形式及设计准则

1.链传动的失效形式

（1）链条疲劳破坏：对于中低速闭式链传动中的链板易发生疲劳断裂，中 高速闭式链传动中的滚子表面易发生疲劳点蚀和裂纹。疲劳破坏是限定链传动承 载能力的主要因素。

（2）链条铰链磨损：发生在销轴和套筒承压表面上。磨损后，链节距变长，垂度变大，动载荷加大，易引起跳齿或脱链。

（3）链条铰链胶合：当润滑不当或速度过高时，铰链工作表面易发生胶合。这种失效形式限定了链传动的极限转速。

（4）静力拉断：在低速重载或严重过载的链传动中常发生。

2.设计准则

（1）对于中（v =0.6~8m/s ）、高（v >8m/s ）速链传动，由于其主要失效形式 为疲劳破坏，应按许用功率曲线进行设计计算。

其主要设计计算公式为：

0P ≥P

L z A K K K P K （2）对于低速（v <0.6m/s ）链传动，一般按静强度进行设计计算。

其主要设计计算公式为：

1

A lim F K n F S =≥4~8 5.1.3 滚子链传动的主要参数选择及设计计算

1．链传动主要参数的选择

（1）链轮齿数z 1、z 2和传动比i 的选择

若z 1过少：不均匀性及动载增大；链条进入和退出啮合时相对转角大，铰链磨损增大；圆周力增大，加速链条链轮的损坏。

在确定小链轮齿数z 1时可根据链速来选：

v =0.6~3m/s z 1≥15~17

v =3~8m/s z 1≥19 ~ 21

v >8m/s z 1≥23 ~ 35

小链轮齿数z 2 z 2= z 1i ，若z 2过多，传动尺寸的质量增大；因链条节距伸长易于发生跳齿和脱链。在设计链传动时，一般限定最大齿数z max ≤120。

推荐传动比 i =2 ~ 3.5，通常限定i ≤6。

（2）链节距 p 的选择 节距p 越大，承载能力越高，但多边形效应越明显。在选择链条时，应尽量选取小节距单排链，对于高速重载时的链传动可增加链排数以提高承载能力。

实际设计时，由P 0和小链轮转速n 1查线图确定链节距p 。

（3）中心距 a 和链节数 L p 的确定

中心距a 过小：链条绕转次数增多，加剧磨损和疲劳；同时造成链条在小轮上的包角变小，易跳齿和脱链；中心距a 过大：从动边垂度过大，造成松边颤动。

一般初选中心距 a 0=(30—50)p ，a 0ma x =80p

计算链节数 圆整取偶数。

计算中心距： 实际中心距：

2．链传动设计计算 设计链传动的具体步骤为：①确定链轮齿数z 1、z 2和传动比i ；②确定计算功率P ca ；③确定中心距a 和链节数L p ；④确定链的节距p ；⑤设计链轮；⑥计算压轴力Q 等。

5.2典型题解析

例5-1试分析链传动的瞬时传动比等于常数的必要条件。

要点分析：

链传动多边形效应的分析。

解：由链传动瞬时传动比计算公式：

β

γωωcos cos 1221R R i s == 可知：R 1、R 2为两链轮的半径，为定值；而γ、β为变量，其变化与链轮齿 数、中心距、链条节距有关。若要使瞬时传动比为定值，则γ、β的变化形式必 须一样，因此也只有当z 1=z 2，且中心距a 是节距p 的整数倍时才能达到这一点。

例5-2 一单排滚子链传动。已知：主动链轮转速n 1=850r/min ，齿数z 1=18，从动链轮齿数z 2=90，链长L P =124个链节，该链的极限拉伸载荷F lim =35kN ，工作情况系数K A =1.2。试求链条所能传递的功率。

要点分析：

212210p )2(22a p z z z z p a L π-+++=])2(8)2()2[(4212221p 21p π

z z z z L z z L p a --+-++-=

a a a ?-='a

a )004.0~002.0(=?

链传动传动能力的计算。

解：由于链传动中链条节距P 已经标准化，所以可根据查表确定链的型号和节距。

由F lim =35kN ,查得p =25.4mm ,链型号为16A 。

根据p =25.4mm ， n 1=850r/min ，查许用功率曲线可得该链号所对应的许用功 率值P 0=30kW 。

通过转速、排数和齿数查表从而确定出K z =0.94，K L =1.07，K p =1。 由链传动设计计算公式0P ≥P

L z A K K K P K 可得 kW 4.25kW 2

.1107.194.030A p L z 0=???==

K K K K P P