机械设计教程－9链传动（图文教程）

(一）能力目标

掌握滚子链传动设计计算、熟悉链传动的运动特性（速度的不均匀性及动载荷）及应用

(二)知识目标

1.了解链传动的类型、特点和应用

2.链传动的布置与润滑

3掌握滚子链传动的失效形式

二、教学内容

1.传动链的结构及标准

2.链传动的运动特性

3.滚子链传动的设计计算

4.链传动的布置、张紧与润滑

三、教学的重点与难点

(一）重点

滚子链传动的失效形式和设计计算。

(二)难点

滚子链传动的设计计算中参数的确定。

四、教学方法与手段

多媒体演示，结合实例分析。

9.1 概述

链传动的组成：主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等。

工作原理：（至少）两轮间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。但非共轭曲线啮合，靠三段圆弧（）一直线啮合。其磨损、接触应力冲击均小，且易加工。

链传动的特点（与带、齿轮传动比较）

优点：①平均速比im准确，无滑动；②结构紧凑，轴上压力Q小；③传动效率高η=98%；④承载能力高P=100KW；⑤可传递远距离传动a_max=8mm；⑥成本低。

缺点：①瞬时传动比不恒定i；②传动不平衡；③传动时有噪音、冲击；④对安装精度要求较高。

应用：适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。中低速传动：i≤8(I=2～4)，P≤100KW，V≤12～15m/s，无声链Vmax=40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）

链传动的主要类型：

1）按工作特性分，

起重链——用于提升重物——V≤0.25m/s；牵（线）引链——运输机械——V≤2～4m/s；传动链——用于传递运动和动力——V≤12～15m/s。

优点：结构简单、重量轻、价廉、适于低速、寿命长、噪音小、应用广。

2）传动链接形式分，

套筒链、（套筒）滚子链、齿形链、成型链四种。

9.2 传动链的结构及标准

9.2.1滚子链的结构

滚子链由滚子、套筒、销轴、外链板和内链板组成。

套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合（压配）；套筒与销轴、滚子与套筒均采用间隙配合。

参数：P—节距，b₁—内链板间距，C—板厚，d₁—滚子直径，d₂—销轴直径，P_t—排距

多排链——单排链用销轴并联——称多排链（或双排链）

排数↑→承载能力↑

但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过3~4列为宜

链接头型式：

链节数为偶数（常用）—内链板与外链板相接—弹性锁片（称弹簧卡）或大节距（称开口销）—受力较好

弹性锁片——端外链板与错轴为间隙配合

链节数为奇数—用过渡链节固联产生附加弯矩—受力不利，尽量不用。

固联——内（外）链板与内（外）链板相接

安全过渡链节——弯板与销

9.2.2滚子链的标准

滚子链的标准为GB/T1243-1997，分为A、B两个系列，常用的是A系列，其主要参数见表9.1。国际上链节距均采用英制单位，我国标准中规定链节距采用米制单位。对应于链节距有不同的链号，用链号乘25.4/16所得的数值即为链节距。

滚子链标记：链号—排数×链节数 标准号

套筒滚子链规格与主要参数见表9.1。

9.2.3滚子链链轮

结构：1）整体式   2）孔板式  3）组合式 

    材料：

    主要要求：1）足够的强度；2）足够的耐磨性；3）耐冲击。

    常用材料：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金钢。

    注意 ：

    1）有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢；

    2）无剧烈冲击、中速、尺寸较大的链轮，采用中碳钢和中碳合金钢；

    3）齿数较多（Z>50）的链轮常采用灰铸铁；

    4）中小功率一般采用普通或优质碳素钢，大功率采用合金钢。

 5）小链轮材料与热处理要求应高于大链轮。

9.3 链传动的运动特性

链传动与挠在正多边形轮子上的带传动极其相似，正多边形边数~（Z）（齿数），正多边形边长~（P）（节距），当链轮转过一周，链移动距离—Z_P，，当链轮转速为n₁、n₂时，平均速度

                          （m/s）

平均传动比                    

结论：链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。造成链运动速度的不均匀，不恒定作有规律的周期性波动。

瞬时传动比：    

∴即使W₁恒定，而W₂随（）而变化，∴i_t不恒定。

只有当Z₁=Z₂（d₁=d₂）,,a（中心距）为P的整数倍时，，因为此情况下、变化处处相同。

9.4 滚子链传动的设计计算

9.4.1链传动的主要失效形式

1、各元件的疲劳破坏（主要指链板、销轴、套筒、滚子）——正常润滑及速度主要失效形式

2、链节磨损后伸长（主要是销轴铰链磨损），造成脱链，跳齿

3、冲击破坏（反复起制动、反转或受重多冲击载荷时，动载荷大，经多次冲击、销轴、滚子、套筒最终产生冲击断裂，总循环次数N=104）

4、胶合（重载高速）（破坏——验算n_L）——极限转速

5、轮齿过度磨损

6、过载拉断——塑性变形（当低速重载V<0.6m/s，按静强度设计）

9.4.2滚子链的实用功率曲线

图9.9滚子链功率曲线

9.4.3链传动的设计计算

1、已知：P，载荷性质，工作条件，n₁，n₂  求Z₁、Z₂P，列数，a，润滑方式等。

2、链传动的主要参数选择及步骤

1）链的节距和排数

计算功率   P_ca=K_A.P(KW)

K_A——工况系数，

要求单排链传递功率   

选型：由P₀、n₁P 定链型号

讨论：当P↑，结构尺寸↑，如n一定，承载力↑，但运动不平稳性，动载、噪音也严重。

结论；因此，在满足一定功率条件下，P越小越好，高速链尤其如此。如再考虑经济性时：

当功率大（CP），V高时，选节距（P）小，用多排链

当a小，i大时选节距（P）小，用多排链

当a大，i小时选节距（P）大，用单列链

2）链轮齿数Z₁、Z₂及i

Z₁不能过少，Z₁应为奇数；Z₂不能过大。

；不能过多

i≤6一般i=2～3.5  imax=10  i过大，链在小轮上包角过小，同时啮合齿数过少，另外Z应取与链节数互为质数的奇数，一般为Z₁为奇数

3）链节数与中心距——L_P，a

通常以节距倍数来表示链长L_P

※初选a₀

∵a过小时则过小（包角）参加啮合齿数少，总的L_P也少，在一定的V下，链节应力循环次数增加，寿命下降，但a过大，除不紧凑外，且使链松边颤动。

一般推荐：初选a₀=(30～50P)，a_max=80P

当有张紧链装置时，可选a₀>80P

※算L_P（链节数）

  圆整为整数（最好为偶数）

※求中心距a'（实际）

4)小链轮孔径d_kmax

当链与轮P与Z一定以后，则链轮各部分结构尺寸基本已定，据此由齿侧凸缘最大直径D_H,再考虑到键槽削弱和轮毂强度的影响，则轴孔最大直径d_kmax即可求出P，Zd_kmax必大于安装轮外轴径（由强度定），若不够则采用特殊链轮结构或重新设计。增大Z、P值。

5)轴上压力——Q  工作压力 （N） Q≈1.2Fe

9.5 链传动的布置、张紧与润滑

9.5.1链传动的布置

链传动只能布置在垂直平面内，不能布置在水平或倾斜平面内；两轮中心线最好水平或水平面夹角小于45°（尽量避免垂直、传动）；当属下列情况时，紧边在上：（尽量主动边在上）

①       a≤30P和i≥2时，          

② 倾斜角较大时              

③ a≥60P和i≤1.5时，Z≤25时，其它情况则不限制。

9.5.2链传动的张紧

其目的不取决于工作能力，而会由垂度大小决定

方法：①移动轮系，以增大中心距a，如a不能调时；②也可用张紧轮——注意张紧轮应在靠近主动轮的从动边上。不带齿者可用夹布胶木制成。宽度比链轮约宽5mm，且直径应尽量与小轮直径相近。

9.5.3链传动的润滑

润滑有利于缓冲、减小摩擦、降低磨损，润滑良好否对承载能力与寿命大有影响。

Ⅰ——人工定期；Ⅱ——滴油润滑；Ⅲ——油浴或飞溅润滑；Ⅳ——压力喷油润滑

润滑油牌号按机械设计手册选（普通机械油），精度约为20～40st

如套筒采用喷涂塑料或粉末冶金的含油套筒，因有自润滑作用，允许不另加润滑油。 

小结：

1. 传动链的结构及标准

2. 链传动的运动特性

3. 滚子链传动的设计计算

4.链传动的布置、张紧与润滑

思考题：

1、链传动和带传动相比有哪些优缺点？

2、影响链传动速度不均匀性的主要参数是什么？为什么？

3、链传动的主要失效形式有哪些？

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