09第八章链传动

第八章链传动具体内容链传动的类型和特点；滚子链的结构形式、基本参数和基本尺寸；滚子链链轮的基本参数和基本尺寸；滚子链链轮的齿形、结构及材料；链传动的运动分析和受力分析；链传动的失效形式；额定功率曲线；链传动的设计计算；链传动的布置、张紧和润滑。

重点滚子链的基本参数和基本尺寸；滚子链链轮的基本参数和基本尺寸；链传动的运动分析和受力分析；链传动的失效形式；额定功率曲线；链传动的设计计算。

难点链传动的运动分析和受力分析。

第一节链传动的特点、类型和应用如图8.1所示，链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动，由轴线平行的主动链轮1、从动链轮2和封闭链条3组成。

主动轮、从动轮之间通过中间挠性件（链条）来传递运动和动力。

图8.1 链传动简图一、链传动的特点链传动具有带传动和齿轮传动的一些特点，与带传动相比，链传动的主要优点是：没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比和较高的机械效率；无需大的张紧力，对轴的作用力较小；链传动中心距适应范围大，相同条件下比带传动紧凑；能在高温、潮湿、有油污、腐蚀等恶劣条件下工作。

与齿轮传动相比，因为链条和链轮非共轭啮合，链轮齿形可以有较大的灵活性，链条加工与安装精度要求低；链条、链轮多齿啮合，轮齿受力小，强度高；有较好的缓冲、吸振能力；中心距大，可实现远距离传动。

链传动的主要缺点：瞬时传动比不稳定，传动不平衡；工作时有冲击、噪声；只限于平行轴传动；不宜于高速、载荷变化大、急速反向的工况条件。

二、链条的类型通常将链条按用途不同分为：起重链、牵引链、传动链、输送链。

传动链按链的结构不同分为：滚子链（图8.2（a））、套筒链（图8.2（b））、齿形链（又称无声链）（图8.2（c））、成型链（图8.2（d））。

目前应用最广的是滚子链，它已经标准化了（GB1243.1－83）。

本章重点介绍滚子链的选择和设计计算。

三、链传动的应用链传动应用非常广泛。

在农业机械、石油机械、起重运输机械、冶金矿山机械、工程机械、过程装备机械等机械设备中都应用。

目前，我国年产各种滚子链超过5000万米，产值超过10亿元。

现代链传动技术已使滚子链能传递几千马力，线速度达30m/s，效率达98％。

高速齿形链的安全使用速度已达40m/s，效率达99％。

（a）滚子链（b）套筒链（c）齿形链（d）成型链图8.2 传动链类型第二节滚子链与链轮一、滚子链的结构型式、基本参数和主要尺寸1、滚子链的结构型式如图8.3所示，滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。

内链板孔与套筒之间、外链板孔与销轴之间为过盈配合；套筒与销轴之间、滚子与销轴之间为间隙配合。

这样的配合，使内、外链板能相对转动，保证链条的柔性；当链条与链轮的轮齿啮合时，使齿面和滚子之间形成滚动摩擦，可减轻链条与轮齿的磨损。

链板制成“8”字形，可减少链条的重量和惯性力，并使链板各截面上的抗拉强度基本相等。

把两排以上的单排滚子链并列组装成多排滚子链，图8.4为双排滚子链的结构。

传动功率较大时，可采用多排链。

排数越多，承载能力越高，但各排受力越难均匀，故一般不超过4排。

图8.3 单排滚子链结构 图8.4 双排滚子链结构 在组成封闭链条时，必须用一个“接头链节”将其首尾联接。

链节数为偶数时，接头链节可用开口销或弹性锁片锁紧（图8.5（a ），（b ））。

当链节为奇数时，接头链节为过渡链节（图8.5（c ）），过渡链节的抗拉强度只有其他链节的80％左右，故应尽量避免链节数为奇数。

（a ）开口销 （b ）弹性锁片 （c ）过渡链节图8.5 滚子链的接头链节型式二、滚子链的基本参数和主要尺寸滚子链有三个基本参数，即节距p 、滚子直径1d 和内链节内宽1b 。

节距p —相邻两滚子中心的距离，见图8.3标注。

滚子直径1d —滚子的外直径，见图8.3标注。

内链节内宽1b —两个内链板之间的内侧距离，见图8.3标注。

滚子链是标准件，分为A ，B 两种系列，常用的是A 系列。

教材上表6－9列出了部分A 系列滚子链的基本参数和尺寸。

根据国家标准，滚子链的标记方法为：链号－排数×链节数 标准编号 例如，按GB1243.1－83制造的A 系列，节距为12.7mm ，单排98节的滚子链标记为：08A －1×98 GB1243.1－83又如，16A －1×68 GB1243.1－83，表示为按GB1243.1－83制造的、A 系列、节距为25.4mm 、单排、68节的滚子链。

二、滚子链链轮1、链轮的基本参数和主要尺寸见图8.6标注，链轮的基本参数有：分度圆直径d 、齿顶圆直径a d 、齿根圆直径f d 、最大齿根距离x L 。

()z p d ︒=180sin mm 8.1 ()[]z p d a ︒+=180cot 54.0 mm 8.21d d d f -= mm 8.3偶数齿 f x d L =，mm ；奇数齿 ()190cos d z d L x -︒= ，mm 8.4 链轮的其他参数和尺寸及计算公式查阅相关资料和手册。

图8.6 链轮结构尺寸简图2、链轮齿形滚子链与链轮的啮合为非共轭啮合，其链轮齿形的设计可以有很大的灵活性。

GB1244－85仅规定了最大齿槽形状和最小齿槽形状，即只规定允许的齿形变化范围，而不是规定某一确定的齿形。

试验和使用都表明，这种齿形在一般工况下对链传动性能影响很小；各种标准齿形的链轮可以互换。

链轮齿槽形状见图8.7所示。

图中参数及尺寸计算公式查阅相关资料和手册。

图8.7 链轮齿槽形状图我国一直沿续使用三圆弧－直齿齿形，见图8.8所示。

这种齿形是由三段弧aa 弧，ab弧，cd弧和切线bc组成。

它基本符合GB1244－85标准规定的齿形范围，其尺寸计算见GB1244－85附录D。

采用三圆弧－直齿齿形时，其标记为：齿形3RGB1244－85。

3、链轮材料及结构链轮常用材料有碳钢（Q235，Q255，45，ZG310－570）、合金钢（20Cr，40Cr）、灰铸铁（HT200以上）。

齿面要经热处理，以提高轮齿的接触强度和耐磨性，小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料和热处理优于大链轮。

链轮的结构如图8.9所示。

小直径链轮可制成实心式（a）；中等直径的链轮可制成孔板式（b）；直径较大的链轮可制成组合式（c），轮缘和轮芯可选用不同的材料，便于更换磨损的齿圈。

（a）（b）（c）图8.8 三圆弧－直齿齿形图8.9 链轮结构第三节 链传动的运动分析和受力分析一、链传动的运动分析由于链条是刚性链节用铰轴铰接而成，当链与链轮啮合后便形成折线，而折线的长度恒定不变。

这样，链传动相当一对正多边形轮转动，见图8.10所示。

图8.10 链传动的运动分析 1z ，2z 为两链轮的齿数，p 为节距，1n ，2n 为两轮的转速（r/min ），则链条的速度v 为1000601000602211⨯=⨯=p z n p z n v m/s 8.5 链传动的传动比i 为1221z z n n i == 8.6 由以上两式求得的是平均速度和平均传动比。

因为即使主动链轮的角速度1ω为常数，瞬时链速和瞬时传动比都是变化的，且均为周期性变化。

下面以图8.10分析链速的变化。

正确啮合的链条与链轮，销轴中心位于链轮分度圆上，当主动轮以角速度1ω转动时，B 处销轴的圆周速度1121ωd v B =。

令链的紧边（上边）始终处于水平位置，这样B v 可分解为沿着链条方向的分速度v 和垂直链条方向的分速度'v ，其值分别为⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫====βωββωβsin 21sin cos 21cos 11'11d v v d v v B B 8.7 式中，β为啮入过程中销轴在主动轮上的相位角，β的变化范围为2211ϕβϕ≤≤-（即11180180z z ︒≤≤︒-β。

当︒=0β时，链速最大，11max 21ωd v =； 当111802z ︒±=±=ϕβ时，链速最小，111111min 180cos 212cos 21z d d v ︒==ωϕω。

即链轮每转过一齿，链速就重复一次由小到大又由大到小的周期性变化。

同理，链条在垂直方向的分速度，也作周期性变化，使链条在传动中时上时下抖动，产生横向振动和动载荷。

二、链传动的受力分析如图8.11所示，如果不计各种附加动载荷，链条紧边拉力1F 由有效圆周力e F 、离心拉力c F 、松边垂度引起的悬垂拉力y F 三部分组成。

松边拉力2F 则由c F 及y F 两部分组成，即⎪⎭⎪⎬⎫+=++=y c y c e F F F F F F F 21 8.8 其中， vP F e 1000= N 2qv F c = N210-⨯=qga K F y y N式中，P —链传动的功率，kW ；q —单排链单位长度的质量，kg/m ；a —传动中心距，mm ；y K —垂度系数，与中心线和水平线的夹角r （教材上用α表示）有关。

其值按教材上表6－10选取。

图8.11 链条受力分析链作用在轴上的载荷Q F 为()e Q F F 3.1~2.1= 8.9第四节 链传动的失效形式和承载能力一、链传动的失效形式链传动主要链条和链轮组成，链轮的寿命一般为链条寿命的2～3倍以上，故链传动的失效主要是链条的失效。

链条的失效形式主要有以下几种。

1、链板的疲劳破坏链条在工作中不断经受紧边、松边变载荷的作用，经过一定的循环次数，就会在板孔两侧发生疲劳破坏。

对于中低速闭式链传动（润滑密封良好），链板疲劳比较常见。

2、套筒、滚子的冲击疲劳链条与链轮啮入时会产生冲击，使滚子和套筒反复多次地受到冲击载荷，发生冲击疲劳破坏。

在中高速闭式传动中，套筒、滚子的冲击疲劳比较常见。

3、销轴与套筒的胶合链条铰链向链轮啮入过程中，销轴与套筒产生相对转动。

在高速重载工况下，铰链的摩擦表面会严重发热，产生局部黏着，导致销轴与套筒工作表面的胶合。

4、链条铰链的磨损销轴与套筒工作表面既承受压力又产生相对转动，在润滑不良或载荷较大时，会产生严重的磨损，从而使链节变长，啮合沿齿高外移，导致松边发生跳动、跳齿及脱链。

磨损是开式传动、润滑不良的主要失效形式。

5、链条的静力拉断低速（m/s 6.0≤v ）重载，或突然巨大过载的传动中，当载荷超过链条的静强度极限时，链条被拉断。

二、链传动的承载能力1、极限功率曲线链传动的每一种失效形式，都在一定条件下限制其承载能力（额定功率0P ）。

对于每一种失效形式，可通过试验作出极限功率曲线。

图8.12是通过实验作出的单排滚子链的极限功率曲线。

1是正常润滑条件下，铰链磨损限定的极限功率曲线；2是链板疲劳限定的极限功率曲线；3是套筒、滚子冲击疲劳限定的极限功率曲线；4是铰链胶合限定的极限功率曲线；5是润滑良好情况下实际使用的额定功率曲线，线内阴影部分为安全区；虚线6是润滑恶劣及工作情况恶劣时，磨损限定的极限功率曲线。