链传动设计的注意事项

一、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；

二、传动链的结构特点

1、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d1和内链节内宽b1。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

2、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。

三、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。

1、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d1、排距pt及齿数z。

2、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da，齿根圆直径df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     

    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。

3、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。

四、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

    实际工作时，即使主动链轮以等角速转动，瞬时速度和瞬时传动比是变化的。

1、瞬时链速

    设链的主动边始终处于水平位置。链节在A点进入啮合，当旋转到B点时，下一链节进入啮合。设小链轮以匀角速转动

A点：

C点：

B点：

任一位置：     （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

，随β的变化而变化。，β在之间变化。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。

2、瞬时传动比

变化。只有当，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）。

3、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： N

                    式中：m---紧边链条的质量，kg；

                          ac---链条加速度，m/s2。

当时，

2）从动链轮的角加速度引起的动载荷为：

                       式中：J---从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量，kg.m2；

                             ω2---从动链轮的角速度，rad/s；

                              R2---从动链轮的分度圆半径，m。

3）vy变化引起的动载荷

    vy变化，使链条发生横向振动，甚至共振。对高速链传动，注意固有频率。

4）链节与链轮啮合瞬间，由于链与轮间的相对速度，引起链与论的冲击，冲击能量与速度、质量有关。

设质量集中在链节中点

式中：q---链条每米质量，kg/m。

      v0---链条与链轮相对转速，m/s。

      g---重力加速度，m/s2。

    综上所述：链传动中，由于链在轮上呈多边形随链轮转动时，引起链速和传动比都随时间作周期性的变化，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）。

五、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F1是由链传递的有效圆周力Fe、链的离心力Fc及链条松边垂度引起的悬垂拉力Ff三部分组成。

    N

    链的松边所受的拉力F2由Fc及Ff两部分组成。

有效圆周力       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      N

式中：q---单位长度链条的质量，kg/m。

      v---链速，m/s。

    悬垂拉力Ff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。

  N

式中：a---链传动的中心距，mm。

      q---单位长度链条的质量，kg/m。

      Kf—垂度系数。

六、滚子链传动的设计计算

1、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，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。。

3）销轴与套筒的胶合

    当链轮转速过高时，链节啮入时受到的冲击能量增大，积聚的热量较大，销轴、套筒间的润滑油膜被破坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，导致胶合。胶合在一定程度上决定了链传动的极限转速。

4）链条静力拉断

    低速(v<0.6m/s)的链条过载，并超过链条静力强度的情况下，链条会被拉断。

2、滚子链传动的额定功率

    链传动的各种失效形式都在一定条件下限制了它的承载能力。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和条件，从而确定其能传递的额定功率P0。

    右图是通过实验作出的单排链的额定功率曲线图。由图可见：在润滑良好、中等速度的链传动中，链传动的承载能力主要取决于链板的疲劳强度；随着转速的增高，链传动的多边形效应增大，传动能力主要取决于套筒和滚子的冲击疲劳强度，转速越高，传动能力就越低，并会出现铰链胶合现象，使链条迅速失效。

    图为A系列滚子链的额定功率曲线，它是在标准实验条件下得出的：1）两链轮安装在水平轴上，两链轮共面；2）z1=19；3）Lp=100节；4）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P0。若所设计的链传动与上述实验条件不符时，由图查得的P0值应乘以一系列修正系数。

式中：KA---工况系数，表9-9。

      Kz---小链轮齿数系数。表9-10。

     KL---链长系数，表9-10。

     Kp ---多排链系数，表9-11。

    当不能保证 图中所推荐的润滑方式时，线图中的P0值应降到下列数值：

    当，润滑不良时，降至（0.3~0.6）P0；无润滑时，降至0.15 P0（寿命不能保证15000小时）。

    当，润滑不良时，降至（0.15~0.3）P0；

    当，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。

3、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n1、n2（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Lp、传动中心距a；大、小链轮齿数z1 、z2；轴压力Q；润滑方式。

设计步骤：

1）链轮齿数z1 、z2和传动比i

    小链轮齿数z1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。

（取整），且。由表9-8，试选v—选取z1，z1尽量用奇数。

，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Pca

    计算功率Pca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

 kW

3）初选中心距a0

    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

（张紧或托板），中心距不可调时，。

4）链节数Lp

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。

设计时，先定传动的列数—查表9-11得Kp—由上式计算得P0—由图9-13查得链号—查表9-1得节距p。

6）验算链速    判断是否与假设符。

7）确定实际中心距

    为保证松边有合适的垂度 

实际中心距 

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dkmax也可定出，但dkmax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z1或p）。

9）计算压轴力Q

    式中：Fe---链传递的有效圆周力，N；

     KQ---压轴力系数，对于水平传动，KQ=1.15；对于垂直传动KQ=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。

4、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

式中：Sca ---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；

      KA---工作情况系数，查表9-9；

      F1 ---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。

七、链传动的布置、张紧和润滑

1、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。

2、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。

3、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。