武汉理工大学机械设计考研课件5

研制：侯研制：侯玉英玉英5-1 5-1 链传动概述链传动概述 5-2 5-2 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 5-3 5-3 滚子链传动设计计算滚子链传动设计计算5-1 5-1 链传动的类型、结构和特点链传动的类型、结构和特点 滚子链滚子链 传传 动动一一.链传动的类型链传动的类型齿形链齿形链 导向板导向板棱柱销轴棱柱销轴齿形链板齿形链板链传动的组成链传动的组成 由主、由主、从动链轮和环形链条组成。从动链轮和环形链条组成。链传动的工作原理链传动的工作原理 ：间接啮合传动间接啮合传动 二二二二.滚子链的结构、参数及标记滚子链的结构、参数及标记滚子链的结构、参数及标记滚子链的结构、参数及标记一）滚子链结构分析一）滚子链结构分析滚子链由内链板、外链板、销轴、滚子链由内链板、外链板、销轴、滚子链由内链板、外链板、销轴、滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。套筒和滚子组成。套筒和滚子组成。套筒和滚子组成。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销轴与外链板销轴与外链板用用过盈过盈配合配合连接，称为外链节连接，称为外链节。套筒与内链板套筒与内链板用用用用过盈过盈配合配合连接，称为内链节。连接，称为内链节。连接，称为内链节。连接，称为内链节。销轴与套筒之间销轴与套筒之间间隙配间隙配合合，当链条与链轮轮齿啮合，当链条与链轮轮齿啮合，当链条与链轮轮齿啮合，当链条与链轮轮齿啮合时，内、外链相对转动。时，内、外链相对转动。时，内、外链相对转动。时，内、外链相对转动。滚子与套筒之间滚子与套筒之间为为间隙间隙配合配合，使滚子与轮齿间主要，使滚子与轮齿间主要发生滚动摩擦发生滚动摩擦。p p二）滚子链的主要参数二）滚子链的主要参数 链节距链节距p p 链条上相邻两滚子外圆中心之间的距离，是链条上相邻两滚子外圆中心之间的距离，是反映链条尺寸和承载能力的重要参数。节距反映链条尺寸和承载能力的重要参数。节距p p大，链各部分尺大，链各部分尺寸大，承载能力高，但重量也随之增大。寸大，承载能力高，但重量也随之增大。链的排数链的排数n np p排数是排数是反反映链条承载能力的参数。映链条承载能力的参数。排数多，排数多，链条承载能力高链条承载能力高，当当传传动动功功率率较较大大时时，可可采采用用双双排排链链或或多多排排链链。但但限限于于链链条条的的制制造造与与装装配配精精度度，各各排排链链承承受受的的载载荷荷不不易易均均匀匀，故故排数不宜过多排数不宜过多。双排链双排链 链节数链节数L Lp p 链条节头数目称为链节数，是反映链条长链条节头数目称为链节数，是反映链条长链条节头数目称为链节数，是反映链条长链条节头数目称为链节数，是反映链条长度的参数。一般采用偶数链节，度的参数。一般采用偶数链节，度的参数。一般采用偶数链节，度的参数。一般采用偶数链节，链条连成环形时正好是外链链条连成环形时正好是外链板与内链板相连接板与内链板相连接。滚子链的接头形式滚子链的接头形式滚子链的接头形式滚子链的接头形式 若采用若采用奇奇数链节数链节，链条连成环形时必须，链条连成环形时必须使用过渡链节使用过渡链节。过。过渡链节的链板受拉力时有附加弯矩的作用，所以强度仅为通渡链节的链板受拉力时有附加弯矩的作用，所以强度仅为通常链节的常链节的8080左右，故设计时左右，故设计时应尽量避免使用过渡链节。应尽量避免使用过渡链节。a)a)a)a)偶数链节用接头偶数链节用接头偶数链节用接头偶数链节用接头b b b b）过渡链节过渡链节过渡链节过渡链节3 3滚子链的标记滚子链的标记 链号链号链号链号 排数排数排数排数x x x x链节数链节数链节数链节数 标准标准标准标准号号号号 链号，节距链号，节距 p p=25.4 mm=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：例如：例如：1616 A A1 18080 GBGBT1243.1T1243.119831983三链传动的特点及应用三链传动的特点及应用 一）链传动的特点一）链传动的特点 链传动兼有齿轮传动和带传动的特点。链传动兼有齿轮传动和带传动的特点。与齿轮传动比较：与齿轮传动比较：链传动较易安装，成本低廉；远距离传链传动较易安装，成本低廉；远距离传动动(中心距最大可达十中心距最大可达十多米多米)时时，其结构要比齿轮传动轻便得其结构要比齿轮传动轻便得多。多。优点：平均传动比准确；传动效率高；需要的张紧优点：平均传动比准确；传动效率高；需要的张紧 力小，压轴力小；力小，压轴力小；结构尺寸紧凑；能在结构尺寸紧凑；能在低速低速 重载下较好地工作；能适应较恶劣环境如油重载下较好地工作；能适应较恶劣环境如油 污多尘和高温等场合污多尘和高温等场合。缺点：噪声大，需要良好润滑；若中心距很大，转缺点：噪声大，需要良好润滑；若中心距很大，转 速极高时，不及带传动。速极高时，不及带传动。与带与带传动传动比较比较二）链传动的应用二）链传动的应用广泛应用于石油、化工、冶金、广泛应用于石油、化工、冶金、农业、采矿、起重、运输、农业、采矿、起重、运输、纺织等各种机械和动力传动纺织等各种机械和动力传动中。中。一一.链传动的运动特性链传动的运动特性 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 与带传动相比，链传动相当于链条绕在多边形的轮与带传动相比，链传动相当于链条绕在多边形的轮子上，多边形的边长等于节距子上，多边形的边长等于节距p p，边数等于链轮齿数边数等于链轮齿数z z，链链轮每转一周，链就移动一个多边形的周长，所以轮每转一周，链就移动一个多边形的周长，所以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：5-2 5-2 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，销轴中在主动轮上啮进，销轴中心心D D在从动轮上啮出的速度分析。设主、从动链轮分别以角在从动轮上啮出的速度分析。设主、从动链轮分别以角速度速度1 1、2 2转动，其节圆半径为转动，其节圆半径为R R1 1、R R2 2，销轴中心销轴中心A A、D D亦亦随之作等速圆周运动，其圆周速度随之作等速圆周运动，其圆周速度V V1 1=R=R1 1 1 1，V V2 2=R=R2 2 2 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 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 D V 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和和垂直链垂直链条前进方向的分速度条前进方向的分速度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点在主动轮上的相点在主动轮上的相 位角，位角，在在180/180/Z 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点在主动轮上的相点在主动轮上的相 位角，位角，在在180/180/Z 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和和垂直方向分速度垂直方向分速度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入啮合为止的一段时间的运动情况，以节进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上啮合全过程为例分析瞬时速度变化。上啮合全过程为例分析瞬时速度变化。A AV VV V1 1V V1 1B BV VV V2 2V V2 2D D1 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 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 1sinsin；A AB BV V3 3）A A链节与链节与Y Y轴重合轴重合相位角相位角=0=0A A链节与链节与Y Y轴重合（轴重合（=0=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=0D DA AV VV V1 1V V1 1D DV VV V2 2V V2 2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 1sinsin；B B5 5）A A链节结束啮合时链节结束啮合时相位角：相位角：A AV VV V1 1V V1 1D DV VV V2 2V V2 2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：B B每啮进每啮进一一个链节时，个链节时，链速变化链速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，称为多边形效应忽上忽下的变化，称为多边形效应。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。+1801800 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 链节在从动轮上退出啮合时链速变化，可参照上述链节在从动轮上退出啮合时链速变化，可参照上述分析。即分析某一链节分析。即分析某一链节D D从其前一相邻敛迹链节退出啮合从其前一相邻敛迹链节退出啮合时开始，到该时开始，到该D D链节退出啮合时为止时间内的运动情况。链节退出啮合时为止时间内的运动情况。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：3.3.链传动的瞬时传动比链传动的瞬时传动比i i瞬瞬 i i瞬瞬=常数的条件：常数的条件：1 1）i=1i=1，即即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：链传动存在多边形效应，使链节啮合速度周期性变结论：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。二二.链传动的受力分析链传动的受力分析一）链传动工作是受力分析一）链传动工作是受力分析 链链紧边受到的拉力：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 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9-19-1；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时的拉时的拉 力系数，见表力系数，见表9-29-2，表中，表中为两链中为两链中 心连线与水平面的夹角。心连线与水平面的夹角。二）链作用于轴上的压力二）链作用于轴上的压力F FQ Q 链传动为间接啮合传动，安装时只需较小的张紧力，目链传动为间接啮合传动，安装时只需较小的张紧力，目的是使松边的垂度不致过大。一防松边在下时，导致链轮啮的是使松边的垂度不致过大。一防松边在下时，导致链轮啮合齿数较少，加速磨损，产生较大振动、跳齿或脱链。合齿数较少，加速磨损，产生较大振动、跳齿或脱链。与带传动相比之下，链作用于轴上的压力要小得多，若与带传动相比之下，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：忽略传动中的动载荷，可近似取为：FQ=F1+F2(1.2FQ=F1+F2(1.21.3)F1.3)F三三.链传动中的动载荷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。内部附加动载荷产生原因：内部附加动载荷产生原因：1 1）由于链速）由于链速v v的周期性变化产生的加速度的周期性变化产生的加速度a a，当当=1 1/2/2时，时，加速度达到最大值：加速度达到最大值：可见，链速越高，节距越大，链的加速度越大，则链可见，链速越高，节距越大，链的加速度越大，则链传动的动载荷也越大。传动的动载荷也越大。2 2）链条上下方向运动速度）链条上下方向运动速度v v周期性变化产生横向振动，引起动周期性变化产生横向振动，引起动载荷。载荷。3 3）当链条的铰链与轮齿突然啮合时，）当链条的铰链与轮齿突然啮合时，相当于链节铰链敲击轮齿，它们之间产相当于链节铰链敲击轮齿，它们之间产生冲击动载荷。生冲击动载荷。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）由于链条的松弛，在启动、制动、反转、）由于链条的松弛，在启动、制动、反转、突然超载或卸载情况下出现的惯性冲击等。突然超载或卸载情况下出现的惯性冲击等。四四.影响链传动运动不均匀性和动载荷的主要因素及其减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/s;15m/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。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，与套筒之间存在相对滑动，在不能保证充分润滑的条件下，将引起铰链的过度磨损，导致链轮节圆增大，链与链轮的将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。由于啮合点外移，最终将产生跳齿或脱链而使传动失效。由于磨损主要表现在外链节节距的变化上，内链节节距的变化磨损主要表现在外链节节距的变化上，内链节节距的变化很小，因而实际铰链节距的不均匀性增大，使传动更不平很小，因而实际铰链节距的不均匀性增大，使传动更不平稳，通常节距增大稳，通常节距增大3%3%，则为失效。，则为失效。它是开式链传动的主要它是开式链传动的主要失效形式。失效形式。5-3 5-3 滚子链传动设计计算滚子链传动设计计算 P P P+P+P PP P 链条磨损后的节距增量链条磨损后的节距增量p+pp+p p p3603600 0/z z3603600 0/z zddd+dd+d链节距伸长量与节圆增大量之间关系链节距伸长量与节圆增大量之间关系 2.2.链板的疲劳破坏链板的疲劳破坏 因而链板在变应力状态下工作，经过一定的循环次因而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，链板的疲劳强度是决定链传动工作能力的主要的情况下，链板的疲劳强度是决定链传动工作能力的主要因素。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，且滚子、套筒和销轴会产生冲击断裂。生点蚀，且滚子、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筒与销轴的胶合失效。生的热量导致套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。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，故链传动倍以上，故链传动的承载能力以链的强度和寿命为依据。的承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。电教制作：电教制作：侯玉英侯玉英