链传动

第九章  链传动
教学目的要求】
1、了解链传动的组成和工作原理；了解链传动的运动特性
2、掌握滚子链传动的失效形式，熟悉滚子链传动设计计算步骤。
3、掌握链传动的布置及维护知识
【教学重点难点】
1、滚子链和链轮
2、链传动的运动特性
3、滚子链传动的失效形式、滚子链传动设计计算
4、链传动的张紧、布置及维护
【授课时数】 2学时
【教学方法】课件演示教学、讲授、实物展示
【教学内容】
第一节概述
一、链传动的组成
链传动是通过中间挠性件（链）与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。
它是由：主动链轮、从动链轮（有时也可能有两个以上的链轮）和环形链组成。
显然，其组成与摩擦带传动类似，只是工作原理不同，传递运动和动力的方式不同。链传动属于啮合传动。
二、链传动的特点和应用、类型
与带传动相比，链传动具有如下特点：
优点：1.没有滑动（啮合传动），能保持准确的平均传动比
2．工作情况相同时，传动尺寸比较紧凑（即a可以小些）。
3．不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小。
4．效率较高。
5．能在温度较高、湿度较大的恶劣环境中工作。
6．可用于较大中心距间的传动。
缺点：
1．只能用于平行轴间
2．瞬时速比不均匀，传动平稳性差，工作时有噪音。
3．不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用。
4．制造费用比带传动高。
5．与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。

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、冶金、运输、起重、金属切削机床、摩托车、自行车、化工、纺织等机械中。中低速传动：i≤8(I=2~4)，最大可达15，P≤110KW，最大可达3600KW，V≤12-15m/s，最高可达40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）
最常见的是用于自行车、摩托车中的链传动。

三、类型：
工业上应用的链分为：传动链、起重链、拽引链
本章主要讲套筒滚子链，传动链是链传动中的主要元件，传动链有滚子链和齿形链等类型。

第二节滚子链和链轮

一、滚子链的结构
滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。
内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接；
滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。

滚子链有单排链、双排链、多排链。
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
当链节进入、退出啮合时，滚子沿齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损。
套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合（压配）固联，使内、外链板可相对回转。
为减轻重量、制成“8”字形，亦有弯板。这样质量小，惯性小，具有等强度。
链条接头处的固定形式有：用开口销固定，多用于大节距链；弹簧卡片固定，多用于小节距链。
设计时，链节数以取为偶数为宜，这样可避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承载能力下降。
滚子链标记：链号—排数×链节数标准号

二、链轮
要求了解：1）链轮齿形的设计要求；2）链轮齿形特点；3）链轮的主要参数；
4）链轮的结构型式有哪些；5）对链轮的材料要求及适用情况
1、对齿形要求：①保证链节平稳进入和退出啮合；②减少啮合时冲击和接触应力；③链条节距因磨损而增长后，应仍能与链轮很好地啮合；④要便于加工。
2、链轮齿形及特点
端面齿形——是三圆弧一直线，弧、、和一直线
优点：接触应力小、冲击小、磨损少，不易跳齿与脱链
轴面齿形：两侧呈圆弧状，以利链节的进入和退出啮合（如图11-6）
加工方法：标准刀具加工，一般为成型铣刀（只要P相同，Z不同的所有链轮均能加工）
3、链轮的主要参数
分度圆直径（公称直径）
         齿顶圆直径
         齿根圆直径
d—滚子直径，节距P，齿数Z
4、链轮的结构型式
整体式（直径较小时）
孔板式（轮齿与轮毂部分成一体），中等直径可在腹板上开孔
组合式：大直径链轮可作成组合式
5、链轮的材料
要求：1）强度；2）耐磨；3）耐冲击（在冲击载荷时）
具体有普通碳素钢，优质碳素钢和合金钢，链轮较大（要求较低时）可用铸铁，小功率传动也可用夹布胶木。
注意：1）有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢→渗碳淬火→回火。
2）无剧烈冲击，中等速度较大的链轮，一般采用中碳钢和中碳合金钢→淬火、回火。
3）齿数较多（特大）Z>50的链轮→采用灰铸铁
4）中小功率传动→采用普通或优质碳素钢
大小功率传动→采用合金钢
5）P<6KW,高速链传动→采用夹布胶木，噪音较小，传动平稳
6）小链轮的材料与热处理要求应高于大链轮——因为小链轮的啮合次数比大链轮多，∴磨损和冲击比大链轮严重。

第三节滚子链传动的运动特性

一、链运动的运动不均匀性
链由许多刚性链节联接而成，当链与链条啮合，而绕在链轮上时，形成正多边形。
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——ZP
当链轮转速为n1、n2，时，链的平均速度为：
      （m/s）
平均传动比为：
（由于Z1，Z2为定值，所以平均传动比是准确的）
但是，在各个瞬时，链速和传动比是变化的，波动的，并不稳定。
请比较：带：
   齿轮：
下面对瞬时链速和传动比是变化的进行分析和说明：
假设：链的紧边在传动过程中总是处于水平位置，并设在主动轮以角速度1作匀速转动。如图所示，链的速度完全取决于图中B点的速度，而铰链B的速度即为主动轮的圆周速度，
链的水平（前进）速度

链的垂直速度
式中：V1——为A点的圆周速度
   ——为链节进入啮合后某点铰链中心与轮心联线与铅垂线夹角，（或铰链中心相对于铅垂线的位置角）。
由于在工作中，销轴的位置是不断变化的，故是变化的，的变化范围：。
由上式可见，链速是变化的，并且每转过一个链节，链速都要周期性变化一次，所以说，瞬时链速是变化的
结论：链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。这就造成链运动速度的不均匀，不恒定作有规律的周期性的波动。
对从动轮讲：（8-8）
瞬时传动比：    （11-8）
∴即使1恒定，而2随（）而变化，∴it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。

第四节滚子链传动的设计计算

一、滚子链传动的主要失效形式
1）链板疲劳：正常润滑及中速的主要失效形式
2）链节的磨损：磨损后伸长（主要是销轴铰链磨损），造成脱链，跳齿，P227
3）冲击疲劳破坏：反复起制动、反转或受众多冲击载荷时，动载荷大，经多次冲击、销轴、滚子、套筒最终产生冲击断裂
4）胶合（重载高速）：铰链元件接触面之间的胶合
5）轮齿的过度磨损
6）（当低速重载V<0.6m/s，可能发生过载拉断、塑性变形等静强度破坏
二、额定功率曲线
滚子链的额定功率曲线是设计计算的基本依据，也是衡量链条产品质量的综合性能指标。
图是以磨损失效为基础，并综合考虑其它失效形式的滚子链的额定功率曲线，它是在良好的润滑条件下、在下列特定条件下制订的：
单列，水平布置；载荷平稳；Z1=25；LP=120P；传动减速比i=3 ；无过渡链节；两轮安装在平行的水平轴上，链轮共面；工作寿命15000h。
注意：当实际工作条件与此不符合时，应采用相应的修正系数对图  中的额定功率加以修正，具体见下面的设计计算。
三、主要参数的选择
1．传动比
由于i过大时，会使小轮包角1小，啮合齿数减少，则轮齿受力大，加速轮齿的磨损，导致“跳齿”，所以，通常限制，i7， 1120
2．链轮齿数
（1）Z1不能过少，原因是：
当Z1少时，①重量轻，但传动不均性和动载荷增大；
      ②当P一定时，Z1少，d1小，但Ft（=2T/ d1）↑，使链受拉力增加，加速轮与链的破坏
③使链节间的相对转角角增大，功率损失增加，磨损大；
（2）Z2不能过大，原因是：
Z2过多——重量大，且Z过多容易脱链，由于分度圆直径的增加量，显然，Z2越多，d越大，在大轮上容易脱链。，所以，Z2需加以限制，通常。
结论：1齿数过多，过少均不好，必须限制齿数，两面限制。
2考虑到，为了使轮齿和链条的各链节能均匀磨损，链轮的齿数最好选：质数或不能整除链节数的数。
6．链速V
v大，则动载荷大，故通常限制v<12m/s，如果链和轮的质量好，最高可达20——30m/s。
7．链节距P
P大，则承载能力大，但是，质量大，速度不均匀大，动载荷增加。所以，应合理选择P。
设计时，在满足使用要求的前提下，应选取较小的P。
8．中心距和链长
通常以节距倍数来表示链长LP，考虑到链接头的形式，LP最好选为偶数。
1）初选a0
∵a过小时则过小（包角），参加啮合齿数少，总的LP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，且使链的松边颤动。
一般推荐：初选a0=(30~50P)，amax=80P
当有张紧链装置时，可选a0>80P
当结构要求给定a时，则按给定计算
2）计算LP（链节数）

   圆整为整数（最好为偶数）
   计算实际中心距a

a) 链传动的设计计算举例：
第五节  链传动的布置和维护
一、合理布置原则：
1、两链轮的回转平面应布置在同一垂直平面内，否则容易“脱链”和影响正常啮合，产生不正常磨损。
2、两轮中心线最好是水平或与水平面夹角小于45°
3、尽量紧边在上
二、张紧方法（不同于带）
其目的不取决于工作能力，而会由垂度大小决定，垂度过大，会引起啮合不良和链条振动。
常用张紧方法见图
三、润滑与防护
1）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。润滑方式按图11-17选取，注意链速越高，润滑方式要求也越高。
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），运动粘度约为20~40st
2）防护：封闭护罩——目的是：安全、环境清洁、防尘、减小噪音和润滑需要等