第六章 链传动

第六章链传动6-1 基础知识一、链传动的特点、类型及应用链传动是应用较广的一种机械传动，由主动链轮、从动链轮和链条组成。

链传动是具有中间挠性件的啮合传动，它依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。

1．链传动的特点链传动与带传动相比，具有以下特点：（1）无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比；（2）传动效率较高；（3）张紧力小，所以作用于轴上的径向力较小；（4）结构紧凑；（5）能在高温、灰尘多、湿度大及有腐蚀等恶劣条件下工作；链传动与齿轮传动相比，具有以下特点：（1）制造与安装精度要求低，成本低；（2）在远距离传动时，其结构简单、轻便。

链传动的主要缺点是：（1）只适用于平行轴之间的同向回转传动。

（2）瞬时传动比不恒定；（3）工作时有噪音；（4）磨损后易发生跳齿；（5）不宜应用于载荷变化很大和急速反向的传动。

2．链的类型（1）按用途或工作性质划分链可分为传动链、输送链和起重链。

在一般机械传动中，常用传动链；而输送链和起重链主要用在运输和起重机械中。

（2）按传动链结构形式划分链可分为滚子链、套筒链、齿形链以及成型链，前三种都已经标准化了。

目前，应用最广泛的是滚子链。

3．链传动的应用场合链传动主要用在要求工作可靠、平均传动比准确，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。

目前，链传动广泛应用于农业、矿山、起重运输、冶金、建筑、石油、化工等个行业的各种机械中。

链传动传递的功率一般在100kW以下，其链速一般不超过15m/s，推荐使用的最大传动比为max =8i，常用=2~2.5i。

二、链传动的失效形式及功率曲线图1．链传动的失效形式链传动的失效形式主要有：链的疲劳失效；链条铰链的磨损；链条铰链的胶合；链条静力拉断。

（1）链的疲劳失效链的疲劳失效主要表现在链板、滚子与套筒的疲劳破坏。

因此，链条元件的疲劳强度是决定链传动承载能力的主要因素。

（2）链条铰链的磨损链条铰链磨损主要表现在链节距变长，链的松边垂度变化，增大动载荷，容易发生跳齿或脱齿。

（3）链条铰链的胶合在润滑不良或转速过高时，工作表面容易发生胶合破坏。

因此，链条铰链的胶合在一定程度上限制了传动的极限转速。

（4）链条静力拉断低速的链条过载时，容易发生静强度不足而断裂。

因此，链条静力拉断常发生在低速重载或严重过载的传动中。

2．链传动的功率曲线图在不同的工作条件下，链传动的失效形式不同，但各种失效形式都在一定条件下限制着其承载能力，因此，在选择链条型号时，必须全面考虑各种失效形式产生的原因及条件，从而确定其能传递的额定功率。

考虑到链传动的各种失效形式，通过实验可画出小链轮的转速和链条所能传递的额定功率的关系曲线，即可得到该链的功率曲线图。

由图6-1所示的功率曲线图可见，在润滑良好、中等链速的链传动中，其承载能力主要取决于链板的疲劳强度；当链传动的速度增高到一定程度，其传动能力主要取决于滚子和套筒的冲击疲劳强度，并会出现胶合而迅速失效。

1－由链板疲劳强度限定；2－由滚子、套筒冲击疲劳强度限定；3－由销轴和套筒胶合限定图6-1 滚子链额定功率曲线三、滚子链与链轮1．滚子链（1）滚子链的结构滚子链的结构如图6-2所示，由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。

内链板与套简之间、外链板与销轴之间分别用过盈配合固联。

滚子与套简之间，套简与销轴之间均为间隙配合。

1－滚子 2－套筒 3－销轴 4－内链板 5－外链板图6-2 滚子链滚子链有单排链和多排链之分。

当传递大功率时，可采用双排链或多排链，多排链的承载能力与排数成正比，但排数一般不宜超过4排。

（2）滚子链的基本参数滚子链的基本参数是节距p 、滚子直径1d 、内链节内宽1b 、多排链排距t p 等。

滚子链的标记为：例如，08A －l ×88 GB1243.l －83 表示：按GB1243.l －83制造的A 系列、节距为12.7 mm 、单排、88节的滚子链。

2．链轮（1）链轮的基本参数与主要尺寸链轮的基本参数有：配用链条的节距p 、套筒的最大外径1d 、排距t p ，以及链轮的齿数z 。

链轮的主要尺寸及计算公式见表6-1。

表6-1 滚子链链轮的主要尺寸（mm ）)1)--（2）链轮的齿形链轮的齿形应保证链条顺利进入和退出啮合，受力均匀、不易脱链，便于加工等。

目前，较为流行的一种齿形是三圆弧一直线齿形，或称为凹齿形。

（3）链轮的结构小直径的链轮可制成整体式，如图6-3a 所示；中等尺寸的链轮可制成孔板式，如图6-3b 所示；大直径的链轮，常采用可更换的齿圈用螺栓联接在轮芯上，如图6-3c 所示。

a ）b ）c ）图6-3 链轮的结构（4）链轮的材料链轮的材料应保证轮齿有足够的耐磨性和强度。

因此，链轮齿面一般经过热处理。

由于小链轮的啮合次数比大链轮的啮合次数多，所受冲击也严重，因此小链轮采用的材料应优于大链轮。

链轮常用的材料可参见《机械设计》教材。

四、链传动的运动特性1．链传动的运动不均匀性链是由刚性链节通过销轴铰接而成的，当链绕在链轮上时呈多边形，如图6-4所示，因此链传动会产生周期性速度变化。

图6-4 链传动的速度分析链的平均速度v 为1122 m/s 601000601000z n p z n pv ==⨯⨯ （6-1）式中，1z 、2z ——分别为主、从动链轮的齿数；1n 、2n ——分别为主、从动链轮的转速，r/min ；p ——链的节距，m m 。

链传动的平均传动比12i 为111222n z i n z == （6-2）注意：由式（6-1）、式（6-2）计算的链速和传动比只是其平均值。

即使主动链轮的角速度1ω=常数，然而由于多边形的影响，链传动的瞬时链速和瞬时传动比还是变化的。

链传动的瞬时传动比s i 为12s 21cos cos R i R ωγωβ==（6-3） 式中，β——主动轮上最后进入啮合的链节铰链的销轴A 的圆周速度1v 与水平线的夹角，即啮合过程中链节铰链在主动轮上的相位角；γ——每一链节在与从动链轮轮齿啮合过程中链节铰链在从动轮上的相位角。

由式（6-3）可知，瞬时传动比s i 是随β角和γ角的变化而变化的。

这种链传动的运动不均匀性是由于链条围绕在链轮上形成了正多边形而造成的，因此称为链传动的多边形效应。

要使瞬时传动比s i 在全部啮合过程中保持不变，必须使分度圆半径12R R =，即齿数12z z =，且传动的中心距a 恰为节距p 的整数倍，这样β和γ角的变化才会时时相等，则s i 恒为1。

2．链传动的动载荷动载荷的大小与回转零件的质量和角速度的大小相关。

其中链条前进的加速度引起的动载荷d1F 为d1c N F ma = （6-4）式中，m ——紧边链条的质量，kg ；c a ——链条加速度，2m/s 。

从动链轮的角加速度引起的动载荷d2F 为2d22d d J F R tω=⋅ （6-5）式中，J ——从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量，2kg m ⋅；2ω——从动链轮的角速度，rad/s ；2R ——从动链轮的分度圆半径，m 。

动载荷产生的主要原因有：（1）链条和从动链轮作周期性的变速运动。

（2）链条沿垂直方向的分速度y v 作周期性变化，使链条发生横向振动。

（3）链节与链轮啮合瞬间有一定的相对速度。

五、链传动的受力分析链在工作过程中，紧边与松边的拉力是不等的。

若不计传动中的动载荷，则链的紧边受到的拉力1F 为1e c f N F F F F =++ （6-6）链的松边受到的拉力2F 为2c f N F F F =+ （6-7）式中，e F ——链传递的有效圆周力；c F ——链的离心力所引起的拉力； f F ——链条松边垂度引起的悬垂拉力。

其中，链传递的有效圆周力e F 为e 1000PF v= （6-8） 式中，P ——传递的功率，kW ；v ——链速，m/s 。

链的离心力所引起的拉力c F 为2c F qv = （6-9）式中，q ——单位长度链条的质量，kg/m ；v ——链速，m/s 。

链条松边垂度引起的悬垂拉力f F ，可选f F '与f F ''中的大者。

2f f 2f f 10 N (sin )10 N F K qa F K qa α--'⎫=⨯⎬''=+⨯⎭（6-10） 式中，a ——链传动的中心距，m m ；q ——单位长度链条的质量，kg/m ；f K ——垂度系数；α——两轮中心连线与水平线的倾斜角。

六、滚子链的设计计算1．中高速链传动的设计计算 （1）传动比i通常限制链传动的传动比6i ≤，推荐2~3.5i =。

传动比过大时，将导致链条在小链轮上的包角过小，啮合的齿数减少，这样容易出现跳齿或加速链条的磨损。

（2）链轮齿数z小链轮齿数1z 对链传动的平稳性、使用寿命以及外廓尺寸影响较大。

齿数1z 小，有利于减小外廓尺寸。

但1z 过小，将导致：1）传动不均匀性和载荷增大；2）链条进入和退出啮合时的相对转角增大，加速链条铰链的磨损；3）增大圆周力，加速链条和链轮的损坏。

齿数1z 大，有利于链传动。

当1z 过大，将导致：1）大链轮齿数增大，加大传动的尺寸和质量；2）容易发生跳链和脱链现象；3）缩短链条的使用寿命。

（3）确定计算功率ca P 计算功率ca P 为ca A kW P K P = （6-11）式中，P ——传递的功率，；A K ——工作情况系数，可参见《机械设计》教材。

（4）链节距p链节距是链传动的特征参数，反映了链条和链轮各部分尺寸大小。

在一定条件下，链节距越大，链条承载能力就越大，但是运动的不均匀性、冲击、振动、噪声就越严重。

因此在设计时，应尽量选择较小的节距。

对于速度高、功率大的链传动，可选用小节距的多排链；对于低速、传动比大、中心距大的链传动，可选用节距较大的单排链。

链条节距可根据功率0P 和小链轮转速1n 由额定功率曲线图选定。

由于链传动的实际工作条件与实验条件不完全一致，因此应使用修正计算公式为ca0z L pP P K K K =（6-12）式中，0P ——在特定条件下，单排链所能传递的功率；ca P ——链传动的计算功率； z K ——小链轮齿数系数；L K ——链长系数；p K ——多排链系数。

（5）链速v一般来说，链速v 要求满足1115 m/s 601000z n pv =≤⨯ （6-13）推荐链速6~8m/s v =。

（6）链节数p L 与中心距a中心距过小，链节数小，链速不变时，单位时间内链条绕转次数增多，链条曲伸次数和应力循环次数增多，将加速链的磨损和疲劳；中心距过大，链条松边下垂量大，会造成链条松边上下颤动。

（7）小链轮毂孔最大直径kmax d链轮的毂孔kmax d 不应小于安装链轮处的轴径。