机械设计——链传动设计课件

14-1 14-1 链传动概述链传动概述 14-2 14-2 链传动的运动特性和受力分析链传动的运动特性和受力分析 14-3 14-3 滚子链传动设计滚子链传动设计第十四章第十四章 链链传动设计传动设计14-4 14-4 链传动的润滑、布置和张紧链传动的润滑、布置和张紧14-5 14-5 链传动设计的实例分析及设计时链传动设计的实例分析及设计时 应注意事项应注意事项一、一、链传动链传动的组成的组成由主、从动链轮和由主、从动链轮和 环形链条组成。环形链条组成。链传动是以链传动是以链轮轮齿与链条链链轮轮齿与链条链节的啮合节的啮合来传递运动和动力。来传递运动和动力。9-1 9-1 链传动的特点及应用链传动的特点及应用 二、链传动的特点二、链传动的特点 1 1）平均传动比准确，传动效率高；）平均传动比准确，传动效率高；2 2）需要的张紧力小，压轴力小；）需要的张紧力小，压轴力小；3）结构尺寸紧凑；）结构尺寸紧凑；4）能在低速重载下较好地工作；）能在低速重载下较好地工作；5）能适应较恶劣环境如油污多尘和高温等场合）能适应较恶劣环境如油污多尘和高温等场合。与带传动比较：与带传动比较：与齿轮传动比较：与齿轮传动比较：1 1）链传动较易安装，成本低廉；）链传动较易安装，成本低廉；2 2）远距离传动）远距离传动(中心距最大可达十中心距最大可达十多米多米)时时，其结构要其结构要 比齿轮传动轻便得多。比齿轮传动轻便得多。缺点：缺点：1 1）只能实现平行轴间链轮的同向传动；）只能实现平行轴间链轮的同向传动；2 2）瞬时传动比不恒定，传动效率低；）瞬时传动比不恒定，传动效率低；3 3）磨损后易跳齿；）磨损后易跳齿；4 4）工作时有噪声；）工作时有噪声；5 5）不易用在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中。）不易用在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中。滚子链滚子链导向板导向板棱柱销轴棱柱销轴齿形链板齿形链板齿形链齿形链 传动链按结构的不同分为：滚传动链按结构的不同分为：滚子链、齿形链子链、齿形链传动链传动链 一般机械传动，一般机械传动，v20m/s起重链起重链 提升重物，提升重物，v0.25m/s曳引链曳引链 移动重物，移动重物，v=2 4m/s分类分类滚子滚子滚子链的结构分析图滚子链的结构分析图h2 2内链板内链板外链板外链板销轴销轴套筒套筒p p一）滚子链结构分析一）滚子链结构分析二、滚子链的结构、参数及标记二、滚子链的结构、参数及标记 结构：结构：间隙配合，自由滚动，减小摩擦，磨损间隙配合，自由滚动，减小摩擦，磨损内、外链板呈内、外链板呈“8”8”字形：字形：?等强度，等强度，惯性力惯性力内链节内链节(过盈配合过盈配合)外链节外链节(过盈配合过盈配合)间隙配合，形成间隙配合，形成铰链铰链二）滚子链的主要参数二）滚子链的主要参数1 1、链节距链节距p p基本参数基本参数h2 2p ppp尺寸尺寸，承载能力，承载能力，但重量但重量p=p=链号链号25.4/1625.4/16（mmmm）2 2、排数、排数n n单排链单排链排数排数承载承载但：排数但：排数限于链条限于链条的制造与装配精度，各排链的制造与装配精度，各排链承受的载荷不易均匀承受的载荷不易均匀 排数不宜过多排数不宜过多多排链多排链3 3、链节数、链节数L Lp p：链条节头数目链条节头数目。整数，一般为。整数，一般为偶数偶数。连接链节：连接链节：偶数节：偶数节：奇数节：奇数节：弹簧卡片弹簧卡片开口销、开口销、过渡过渡链节链节：产生附加弯矩，承产生附加弯矩，承载载，FFQ Q=0.8F=0.8FQ Q 避免采用奇数避免采用奇数链节。链节。三）滚子链的标记三）滚子链的标记链号，节距链号，节距 p=25.4 mmp=25.4 mm按本标准制造的按本标准制造的A A系列系列链节数链节数L LP P=80=80节节标准号标准号单排单排例如：例如：1616 A A1 18080 GBGBT1243.1T1243.119831983滚子链已滚子链已标准化标准化GB/T1243.11983链号链号排数排数链节数链节数标准编号标准编号三、三、链传动链传动的特点及应用的特点及应用一）链传动的特点一）链传动的特点二）链传动的二）链传动的应用应用一般：一般：P P100kW100kW，v v 15m/s15m/s，i i 8 8 广泛应用在广泛应用在自行车自行车、摩托车摩托车挖掘机挖掘机（恶劣工作条件）（恶劣工作条件）其它其它低速低速重载场合重载场合一、一、链传动链传动的运动特性的运动特性 一）链传动的平均链速一）链传动的平均链速V V平平及平均传动比及平均传动比i i平平链的链的平均速度为：平均速度为：链传动的平均传动比：链传动的平均传动比：整条链：挠性体整条链：挠性体单个链节：刚性体单个链节：刚性体链条绕上链轮时，链节与链轮轮齿啮链条绕上链轮时，链节与链轮轮齿啮合，形成正多边形一部分。链条与链轮分合，形成正多边形一部分。链条与链轮分度圆在运动中交替呈现相割和相切。度圆在运动中交替呈现相割和相切。链轮转一周，链条转过长度为链轮转一周，链条转过长度为zpzp14-2 14-2 链传动的运动特性和受力分析链传动的运动特性和受力分析1.1.分析说明：分析说明：1 1）研究滚子链销轴中心的运动；）研究滚子链销轴中心的运动；2 2）设链的紧边（即主动边）在传动时，）设链的紧边（即主动边）在传动时，始终处于水平位置。始终处于水平位置。2.2.链传动的瞬时链速链传动的瞬时链速V V瞬瞬图示为链条的销轴中心图示为链条的销轴中心A A在主动轮上啮进，销轴中心在主动轮上啮进，销轴中心D D在从动轮上啮在从动轮上啮出的速度分析。设主、从动链轮分别以角速度出的速度分析。设主、从动链轮分别以角速度1 1、2 2转动，其节转动，其节圆半径为圆半径为R R1 1、R R2 2，销轴中心销轴中心A A亦随之作等速圆周运动，其圆周速度亦随之作等速圆周运动，其圆周速度V V1 1=R=R1 11 1；销轴中心销轴中心D D的圆周速度的圆周速度V V2 2=R=R2 22 2。二）链传动的瞬时链速二）链传动的瞬时链速V V瞬瞬及瞬时传动比及瞬时传动比i i瞬瞬A AD D链传动速度分析链传动速度分析A AV VV V1 1V V1 1B BV VV V2 2V V2 2D DV V1 1、V V2 2可分解为可分解为沿链条前进方向的分速度沿链条前进方向的分速度V V和和垂直链条前进垂直链条前进方向的分速度方向的分速度V V1 1、V V2 2。V V1 1V=RV=R1 11 1coscosV V1 1=R=R1 11 1sinsinV V2 2V=RV=R2 22 2coscosV V2 2=R=R2 22 2sinsin式式中：中：为铰链点为铰链点A A的圆周速度与前进分速度之间的的圆周速度与前进分速度之间的 夹角，在数值上等于夹角，在数值上等于A A点在主动轮上的相位点在主动轮上的相位 角，角，在在180/Z180/Z1 1之间变化。之间变化。为铰链点为铰链点D D的圆周速度与前进分速度之间的的圆周速度与前进分速度之间的 夹角，在数值上等于夹角，在数值上等于D D点在从动轮上的相位点在从动轮上的相位 角，角，在在180/Z180/Z2 2之间变化。之间变化。可见，在链节的啮进过程中，链条前进方向速度可见，在链节的啮进过程中，链条前进方向速度V V和垂直和垂直方向分速度方向分速度V V1 1、V V2 2的的数值随数值随、变化而改变。其变化情变化而改变。其变化情况只需分析一链节从进入啮合开始，到相邻的下一个链节进况只需分析一链节从进入啮合开始，到相邻的下一个链节进入啮合为止的一段时间的运动情况，以入啮合为止的一段时间的运动情况，以A A链节在主动链轮链节在主动链轮1 1上上啮合全过程为例分析瞬时速度变化。啮合全过程为例分析瞬时速度变化。1 1）A A链节开始进入啮合链节开始进入啮合相位角：相位角：前进方向分速度：前进方向分速度：垂直方向分速度：垂直方向分速度：A AV VV V1 1V V1 1B BV VV V2 2V V2 2D DA AV VV V1 1V V1 1B BV VV V2 2V V2 2D D前进方向分速度：前进方向分速度：V=RV=R1 11 1coscos；垂直方向分速度：垂直方向分速度：V V1 1=R=R1 11 1sinsin3 3）A A链节与链节与Y Y轴重合轴重合相位角相位角=0=00 0A A链节与链节与Y Y轴重合（轴重合（=0=00 0）前进方向分速度：前进方向分速度：V=VV=V1 1=R=R1 11 1；垂直方向分速度：垂直方向分速度：V V1 1=0=0A AB BV VD D前进方向分速度：前进方向分速度：V=RV=R1 11 1coscos；垂直方向分速度：垂直方向分速度：V V1 1=R=R1 11 1sinsinA AV VV V1 1V V1 1D DV VV V2 2V V2 2B B5 5）A A链节结束啮合时链节结束啮合时相位角：相位角：前进方向分速度：前进方向分速度：垂直方向分速度：垂直方向分速度：A AV VV V1 1V V1 1D DV VV V2 2V V2 2B B每啮进每啮进一一个链节时，个链节时，链速链速变化变化情况情况相位角相位角变化：变化：前进方向分速度：前进方向分速度：即：时而加速啮进，时而减速啮进即：时而加速啮进，时而减速啮进垂直方向分速度：垂直方向分速度：即：时而减速上升，时而加速下降即：时而减速上升，时而加速下降链速链速V V时快时慢，时快时慢，VV忽上忽下的变化，称为忽上忽下的变化，称为多边形效应多边形效应。上述链速变化规律可用下图描述上述链速变化规律可用下图描述+180+1800 0/z/z1 1-180-1800 0/z/z1 1啮进一个链节啮进一个链节V VVV0 0链传动的瞬时链速变化链传动的瞬时链速变化从动轮节圆上圆周速度：从动轮节圆上圆周速度：从动轮的角速度：从动轮的角速度：A AV VV V1 1V V1 1B BV VV V2 2V V2 2D Di i瞬瞬=常数的条件：常数的条件：1 1）Z Z1 1=Z=Z2 2，和和变化范围相同；变化范围相同；2 2）传动的中心距为链节距的整数倍，使）传动的中心距为链节距的整数倍，使和和同步变化。同步变化。结论：结论：链传动存在多边形效应，使链节啮合速度周期性变链传动存在多边形效应，使链节啮合速度周期性变 化，瞬时传动比不等于常数，使运动产生不均匀性化，瞬时传动比不等于常数，使运动产生不均匀性 和动载荷。和动载荷。3.3.链传动的瞬时传动比链传动的瞬时传动比i i瞬瞬 二、链传动中的动载荷二、链传动中的动载荷链传动中的链传动中的动载荷包括动载荷包括 外部附加动载荷外部附加动载荷由于工作载荷和原动机的工由于工作载荷和原动机的工 作特性带来的振动、冲击等作特性带来的振动、冲击等 因素引起的附加载荷，用工因素引起的附加载荷，用工 作情况系数加以考虑；作情况系数加以考虑；内部附加动载荷内部附加动载荷由链传动本身速度变化由链传动本身速度变化 及制造、安装误差引起及制造、安装误差引起 的附加动载荷。的附加动载荷。1 1、由于由于v v周期性变化周期性变化附加动载荷附加动载荷链的加速度：链的加速度：时：时：ppz z1 1aa动载荷动载荷可见：可见：n n1 1 1 1内部附加动载荷产生原因：内部附加动载荷产生原因：2 2、链条的、链条的垂直分速度垂直分速度周期性变化（大小、方向）周期性变化（大小、方向）链条横向振动。链条横向振动。3 3、链条进入链轮瞬间，产生冲击链条进入链轮瞬间，产生冲击附加动载荷。附加动载荷。可见：可见：qqppnn E Ek k为为E Ek kpp，n nn nlimlim。常数常数冲击动能：冲击动能：4 4、链和链轮的制造误差以及安装误差。、链和链轮的制造误差以及安装误差。5 5、由于链、由于链张紧不好张紧不好、链条松弛链条松弛在起动、制动、载荷变化等情况下在起动、制动、载荷变化等情况下惯性冲击惯性冲击 链传动的链传动的运动不均匀性运动不均匀性和和动载荷动载荷是链传动的是链传动的固有特性固有特性。链的节距越大，链的节距越大，多边形效应多边形效应越严重越严重链轮转速越高，链轮转速越高，多边形效应多边形效应越严重越严重思考：思考：链传动为什么布置在低速级链传动为什么布置在低速级?带传动应布置在多带传动应布置在多级传动的高速级还是低速级？为什么？级传动的高速级还是低速级？为什么？三、影响链传动运动不均匀性和动载荷的主要因素及其减三、影响链传动运动不均匀性和动载荷的主要因素及其减 小措施小措施一）影响一）影响 因素因素小小链轮齿数链轮齿数Z Z1 1：链链节距节距p p：小小链轮的角速度链轮的角速度1 1：二）减小二）减小运动不均性运动不均性动动 载载 荷荷的的措施措施1 1）选较多的链轮齿数；）选较多的链轮齿数；2 2）链传动放在低速级，限）链传动放在低速级，限 制制V Vmaxmax15m/s15m/s；3 3）尽可能使用较小的链）尽可能使用较小的链 节距。节距。四、链传动的受力分析四、链传动的受力分析一）链传动工作时受力分析一）链传动工作时受力分析链紧边受到的拉力：链紧边受到的拉力：F F1 1=F+F=F+Fc c+F+Fy y链松边受到的拉力：链松边受到的拉力：F F2 2=F=Fc c+F+Fy yF F 链传动的圆链传动的圆 周力（有效拉力）周力（有效拉力）F Fc c 作作圆周运动的链节产生的离心力，圆周运动的链节产生的离心力，F Fc c=qv=qv2 2 N NF Fy y 链条重量产生的悬垂拉力，链条重量产生的悬垂拉力，F Fy y=K=Ky yqgaqga N N式中：式中：q q 链每米链每米长度的质量，长度的质量，kg/mkg/m，见表见表14-114-1；v v 链的链的圆周速度，圆周速度，m/sm/s；a a 链传动的中心距，链传动的中心距，m m；g g 重力加速度，重力加速度，g=9.81 m/sg=9.81 m/s2 2；K Ky y 垂度系数，即下垂量为垂度系数，即下垂量为y=0.02ay=0.02a时的拉力系时的拉力系 数，见表数，见表14-214-2，表中，表中为两链中心连线与水为两链中心连线与水 平面的夹角。平面的夹角。二）链作用于轴上的压力二）链作用于轴上的压力F FQ Q 与带传动相比，链作用于轴上的压力要小得多，若忽略与带传动相比，链作用于轴上的压力要小得多，若忽略传动中的动载荷，可近似取为：传动中的动载荷，可近似取为：F FQ Q=F=F1 1+F+F2 2(1.2(1.21.3)F1.3)F一一.滚子链传动的主要失效形式及计算准则滚子链传动的主要失效形式及计算准则一）主要失效形式一）主要失效形式 1.1.铰链磨损铰链磨损 链节在进入和退出啮合时，销轴与套链节在进入和退出啮合时，销轴与套筒之间存在相对滑动，在不能保证充分润滑的条件下，将筒之间存在相对滑动，在不能保证充分润滑的条件下，将引起铰链的过度磨损，导致链轮节圆增大，链与链轮的啮引起铰链的过度磨损，导致链轮节圆增大，链与链轮的啮合点外移，最终将产生跳齿或脱链而使传动失效。合点外移，最终将产生跳齿或脱链而使传动失效。14-3 14-3 滚子链传动设计滚子链传动设计它是它是开式链传动开式链传动的主要失效形式。的主要失效形式。链条磨损后的节距增量链条磨损后的节距增量2.2.链板的疲劳破坏链板的疲劳破坏 链板在变应力状态下工作，经过一定的循环次数链板会产链板在变应力状态下工作，经过一定的循环次数链板会产生疲劳断裂。在润滑条件良好且设计安装正确的情况下，链板生疲劳断裂。在润滑条件良好且设计安装正确的情况下，链板的疲劳强度是决定链传动工作能力的主要因素。的疲劳强度是决定链传动工作能力的主要因素。3.3.点蚀和多次冲击破断点蚀和多次冲击破断 工作中由于链条反复启动、制动、反转或受重复冲击载荷工作中由于链条反复启动、制动、反转或受重复冲击载荷时承受较大的动载荷，经过多次冲击，滚子表面产生点蚀，且时承受较大的动载荷，经过多次冲击，滚子表面产生点蚀，且滚子、套筒和销轴会产生冲击断裂。滚子、套筒和销轴会产生冲击断裂。4.4.销轴与套筒的胶合销轴与套筒的胶合 由于套筒和销轴间存在相对运动，在变载荷的作用下，润滑由于套筒和销轴间存在相对运动，在变载荷的作用下，润滑油膜难以形成，当转速过高时，套筒与销轴间产生的热量导致套油膜难以形成，当转速过高时，套筒与销轴间产生的热量导致套筒与销轴的胶合失效。筒与销轴的胶合失效。5.5.过载拉断过载拉断在低速重载的传动中或者链传动严重过载时，链元件被拉断。在低速重载的传动中或者链传动严重过载时，链元件被拉断。二）链传动计算准则二）链传动计算准则 通常链轮的寿命为链寿命的通常链轮的寿命为链寿命的2323倍以上，故链传动的承倍以上，故链传动的承载能力以链的强度和寿命为依据。载能力以链的强度和寿命为依据。闭式传动闭式传动V V0.6m/s0.6m/s链传动：链传动：按由按由铰链磨损，链板的疲铰链磨损，链板的疲 劳破坏，滚子、套筒和销劳破坏，滚子、套筒和销轴冲击破断，销轴与套筒轴冲击破断，销轴与套筒的胶合限制的额定功率曲的胶合限制的额定功率曲线设计；线设计；V0.6m/sV0.6m/s链传动：链传动：主要失效为过载拉断，按主要失效为过载拉断，按 静强度计算。静强度计算。开式链传动开式链传动主要失效为磨损，进行磨损条件性计算，主要失效为磨损，进行磨损条件性计算，即：即：p ppp。二二.滚子链传动的功率曲线滚子链传动的功率曲线一）一）滚子链传动的极限功率曲线滚子链传动的极限功率曲线1是在良好而充分润滑条件下由是在良好而充分润滑条件下由磨损破坏限定的极限功率曲线；磨损破坏限定的极限功率曲线；2是在变应力下链板疲劳破坏限定是在变应力下链板疲劳破坏限定的极限功率曲线；的极限功率曲线；3是由滚子套筒冲击疲劳破坏限定是由滚子套筒冲击疲劳破坏限定的极限功率曲线；的极限功率曲线；4是由销轴与套筒胶合限定的极限是由销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线；功率曲线；5是良好润滑条件下的额定功率曲线，是良好润滑条件下的额定功率曲线，是设计时所使用的曲线；是设计时所使用的曲线；6是润滑条件不好或工作环境恶劣的情况下的极限是润滑条件不好或工作环境恶劣的情况下的极限功率曲线，这种情况下链磨损严重，所能传递的功率甚低。功率曲线，这种情况下链磨损严重，所能传递的功率甚低。二）二）滚子链传动的额定功率曲线滚子链传动的额定功率曲线系列系列滚子链传动的额定功率曲线滚子链传动的额定功率曲线注：注：双排链的额定功率曲线可以用单排链的双排链的额定功率曲线可以用单排链的.计算得到计算得到三排链的额定功率曲线可以用单排链的三排链的额定功率曲线可以用单排链的.计算得到计算得到说明：说明：1、是在特定条件下得到的。、是在特定条件下得到的。特定条件：特定条件：=；=1节；单排链；传动比节；单排链；传动比i=3，两链轮安装在平行的水平轴上，两链轮共面；载荷平，两链轮安装在平行的水平轴上，两链轮共面；载荷平稳；按照推荐的稳；按照推荐的润滑方式润滑；润滑方式润滑；工作寿命为工作寿命为15000小时；链因磨损小时；链因磨损而引起的相对而引起的相对伸长量不超过伸长量不超过3。当当v1.5m/s，润滑不良时，降至，润滑不良时，降至(0.30.6)；无润滑；无润滑 时，降至时，降至0.15(寿命不能保证寿命不能保证15000小时小时)；当当1.5m/s7m/s，若润滑不良时，该传动不可靠，不宜采用。，若润滑不良时，该传动不可靠，不宜采用。2、当实际情况不符合特定条件时，应对查得、当实际情况不符合特定条件时，应对查得的值的值 进行修正。进行修正。3、当不能保证按图示推荐的润滑方式时，则设计时应、当不能保证按图示推荐的润滑方式时，则设计时应 将将值按如下数值降低：值按如下数值降低：设计时修正公式：设计时修正公式：Z Z PP链传动的输入功率，链传动的输入功率，kWkW 为工作情况系数为工作情况系数 Z Z小链轮齿数系数小链轮齿数系数链传动设计根据链速不同分为链传动设计根据链速不同分为一般一般与与低速低速两种情况：两种情况：通常，一般通常，一般(V V 0.6m/s)0.6m/s)的链传动按功率曲线设计计算；的链传动按功率曲线设计计算；低速低速(v0.6m/s)(v8 Z1 17 21 25但是但是传动尺寸和重量传动尺寸和重量，链条节距的伸链条节距的伸长后发生脱链，使用寿命长后发生脱链，使用寿命。链节数常取偶数，为了磨损均匀，链轮齿数应取为奇数。链节数常取偶数，为了磨损均匀，链轮齿数应取为奇数。当当p一定一定时，z越多，越多，d越大，越大，链节向向齿顶移移动越大，容易越大，容易发生跳生跳齿或脱或脱链现象。象。从动轮齿数从动轮齿数=i，通常，通常max=120。链传动速比通常链传动速比通常i6，推荐，推荐i=24，但在，但在v 3式中：式中：da1、da2分别为小、大链轮的顶圆直径分别为小、大链轮的顶圆直径(mm)。链节数利用带传动中带长的计算公式链节数利用带传动中带长的计算公式将该式除以链节距，经整理后得链节数将该式除以链节距，经整理后得链节数取整数，且最好为偶数。取整数，且最好为偶数。中心距中心距 为了保证链条有一定的垂度，实际安装中心距应比计算值小为了保证链条有一定的垂度，实际安装中心距应比计算值小0.20.4。若要求中心距可调整，则其调整范围一般若要求中心距可调整，则其调整范围一般2，即，即a=2，实，实际安装中心距际安装中心距:a=a+a(4)计算作用在轴上的轴压力计算作用在轴上的轴压力由于链传动是啮合传动，勿需很大的张紧力，故作用在轴由于链传动是啮合传动，勿需很大的张紧力，故作用在轴上的压力也较小，可取上的压力也较小，可取FQ=(1.21.3)F，F为链传动的有效拉力。为链传动的有效拉力。2、低速、低速(0.6m/s)链传动设计方法链传动设计方法对于链速对于链速550mm。解解：（：（1）选择链轮齿数）选择链轮齿数假设假设链速链速v=38m/s，由表选小链轮齿数，由表选小链轮齿数z1=21。链传动比链传动比i=n1/n2=720/240=3；大大链轮齿数链轮齿数z2=iz1=321=63550mm，符合设计要求。，符合设计要求。（7）求作用在轴上的力）求作用在轴上的力工作拉力工作拉力因工作平稳，轴上的压力因工作平稳，轴上的压力FQ(1.21.3)F=1.21562.5=1875 N（8）根据链速）根据链速v=4.8m/s，链节距，链节距p=19.05，按图选择油，按图选择油 浴或飞溅润滑方式。浴或飞溅润滑方式。设计结果：设计结果：滚子链型号滚子链型号12A-1104 GB/T 1243.1-1983，链轮齿数数z1=21，z2=63，中心距，中心距a=576.4mm，压轴力力FQ=1875N。THE END