9.1鏈傳動的特點和應用

9.2鏈條和鏈輪9.3鏈傳動的運動特性9.4滾子鏈傳動的設計計算9.5鏈傳動的布置、張緊和潤滑思考題和習題第9章鏈傳動

9.1鏈傳動的特點和應用鏈傳動是一種具有中間撓性件(鏈條)的嚙合傳動，它同時具有剛、柔特點，是一種應用十分廣泛的機械傳動形式。如圖9-1所示，鏈傳動由主動鏈輪1、從動鏈輪2和中間撓性件3(鏈條)組成，通過鏈條的鏈節(jié)與鏈輪上的輪齒相嚙合傳遞運動和動力。圖9-1鏈傳動與帶傳動相比，鏈傳動能得到準確的平均傳動比，張緊力小，故對軸的壓力小。鏈傳動可在高溫、油污、潮濕等惡劣環(huán)境下工作，但其傳動平穩(wěn)性差，工作時有噪聲，一般多用于中心距較大的兩平行軸間的低速傳動。鏈傳動適用的一般范圍為:傳遞功率P≤100kW，中心距a≤5～6m，傳動比i≤8，鏈速v≤15m/s，傳動效率為0.95～0.98。鏈傳動廣泛應用于礦山機械、冶金機械、運輸機械、機床傳動及輕工機械中。按用途的不同，鏈條可分為傳動鏈、起重鏈和曳引鏈。用于傳遞動力的傳動鏈又有齒形鏈(見圖9-2)和滾子鏈(見圖9-3)兩種。齒形鏈運轉較平穩(wěn)，噪聲小，又稱為無聲鏈。它適用于高速、運動精度較高的傳動中，鏈速可達40m/s；但缺點是制造成本高、重量大。圖9-2齒形鏈圖9-3滾子鏈9.2鏈條和鏈輪

9.2.1滾子鏈的結構

如圖9-3所示，滾子鏈由內鏈板1、外鏈板2、套筒3、銷軸4和滾子5組成。內鏈板與套筒、外鏈板與銷軸間均為過盈配合；套筒與銷軸、滾子與套筒間均為間隙配合。內、外鏈板交錯聯(lián)接而構成鉸鏈。相鄰兩滾子軸線間的距離稱為鏈節(jié)距，用p表示，鏈節(jié)距p是傳動鏈的重要參數。當傳遞功率較大時，可采用雙排鏈(圖9-4)或多排鏈。當多排鏈的排數較多時，各排受載不均勻，因此實際應用中排數一般不超過4。鏈條在使用時封閉為環(huán)形，當鏈節(jié)數為偶數時，正好是外鏈板與內鏈板相接，可用開口銷或彈簧卡固定銷軸，如圖9-5(a)、(b)所示；若鏈節(jié)數為奇數，則需采用過渡鏈節(jié)，如圖9-5(c)所示。由于過渡鏈節(jié)的鏈板要受附加的彎矩作用，一般應避免使用，最好采用偶數鏈節(jié)。圖9-4雙排滾子鏈圖9-5滾子鏈接頭形式9.2.2滾子鏈的標準我國目前使用的滾子鏈的標準為GB1243.1—83，分為A、B兩個系列，常用的是A系列，其主要參數見表9-1。國際上鏈節(jié)距均采用英制單位，我國標準中規(guī)定鏈節(jié)距采用米制單位(按轉換關系從英制折算成米制)，對應于鏈節(jié)距有不同的鏈號，用鏈號乘以25.4/16所得的數值即為鏈節(jié)距p。滾子鏈的標記方法為:鏈號—排數×鏈接數標準代號。表9-1

A系列滾子鏈的基本參數和尺寸9.2.3鏈輪鏈輪輪齒的齒形應便于鏈條順利地進入和退出嚙合，使其不易脫鏈，且形狀簡單，便于加工。國家標準GB1244-85規(guī)定了滾子鏈鏈輪端面齒形，如圖9-6所示。圖9-6鏈輪的端面齒形鏈輪的主要參數為齒數z、節(jié)距p(與鏈節(jié)距相同)和分度圓直徑d。分度圓是指鏈輪上銷軸中心所處的被鏈條節(jié)距等分的圓，其直徑為鏈輪的齒形用標準刀具加工，在其工作圖上一般不繪制端面齒形，只需注明按GB1244-85齒形制造和檢驗即可。但為了車削毛坯，需將軸向齒形畫出，軸向齒形的具體尺寸參見《機械設計手冊》。鏈輪的結構見圖9-7。鏈輪的直徑小時通常制成實心式(圖9-7(a))，直徑較大時制成孔板式(圖9-7(b))，直徑很大時(≥200mm)制成組合式，可將齒圈焊接到輪轂上(圖9-7(c))，或采用螺栓聯(lián)接(圖9-7(d))。圖9-7鏈輪結構鏈輪輪齒應有足夠的接觸強度和耐磨性。常用材料為中碳鋼(35、45鋼)，不重要場合則用Q235A、Q275A鋼，高速重載時采用合金鋼，低速時大鏈輪可采用鑄鐵。由于小鏈輪的嚙合次數多，因此小鏈輪的材料應優(yōu)于大鏈輪，并應進行熱處理。9.3鏈傳動的運動特性

鏈條是以折線形狀繞在鏈輪上，相當于鏈繞在邊長為節(jié)距p、邊數為鏈輪齒數z的多邊形輪上，如圖9-8所示。設兩輪的轉速分別為n1、n2，則鏈的平均速度為(9-1)式中：z1、z2分別為主、從動鏈輪的齒數；p為鏈節(jié)距。

由上式可得鏈傳動的傳動比為由式(9-1)求得的鏈速是平均值，由式(9-2)求得的鏈傳動比也是平均值。實際上鏈速和鏈傳動比在每一瞬時都是變化的，而且是按每一鏈節(jié)的嚙合過程作周期性變化。在圖9-8中，假設鏈條的上邊始終處于水平位置，鉸鏈A已進入嚙合，主動輪以角速度ω1回轉，其圓周速度v1=d1ω1/2，將其分解為沿鏈條前進方向的分速度v和垂直分速度v′，則v和v′的值分別為：(9-2)式中，β為主動輪上鉸鏈A的圓周速度方向與鏈條前進方向的夾角。每一鏈節(jié)自嚙入鏈輪后，在隨鏈輪的轉動沿圓周方向送進一個鏈節(jié)的過程中，每一鉸鏈轉過。當鉸鏈中心轉至鏈輪的垂直中心線位置時，其轉速達最大值，；當鉸鏈處于和時，鏈速為最小，。(9-3)(9-4)由此可見，鏈輪每送進一個鏈節(jié)，其鏈速v經歷“最小—最大—最小”的周期性變化。這種由于鏈條繞在鏈輪上形成多邊形嚙合傳動而引起傳動速度不均勻的現象，稱為多邊形效應。當鏈輪齒數較多，β的變化范圍較小時，其鏈速的變化范圍也較小，多邊形效應相應減弱。此外，鏈條在垂直方向上的分速度v′也作周期性變化，使鏈條上下抖動。圖9-8鏈傳動的速度分析用同樣的方法對從動輪進行分析可知，從動輪的角速度ω2是變化的，所以鏈速和鏈傳動的瞬時傳動比也是變化的。由上述分析可知，鏈傳動工作時不可避免地會產生振動、沖擊，引起附加的動載荷，因此鏈傳動不適用于高速傳動。9.4滾子鏈傳動的設計計算

1.鏈傳動的失效形式

由于鏈條強度不如鏈輪高，因此一般鏈傳動的失效主要是鏈條的失效。常見的失效形式有以下幾種。

(1)鏈板疲勞破壞。由于鏈條松邊和緊邊的拉力不等，在其反復作用下經過一定的循環(huán)次數，鏈板將發(fā)生疲勞斷裂。在正常的潤滑條件下，一般是鏈板首先發(fā)生疲勞斷裂，其疲勞強度成為限定鏈傳動承載能力的主要因素。

(2)滾子和套筒的沖擊疲勞破壞。鏈傳動在反復起動、制動或反轉時產生巨大的慣性沖擊，會使?jié)L子和套筒發(fā)生沖擊疲勞破壞。

(3)鏈條鉸鏈磨損。鏈的各元件在工作過程中都會有不同程度的磨損，但主要磨損發(fā)生在鉸鏈的銷軸與套筒的承壓面上。磨損使鏈條的節(jié)距增加，容易產生跳齒和脫鏈。一般開式傳動時極易產生磨損，降低鏈條壽命。

(4)鏈條鉸鏈的膠合。當鏈輪轉速達到一定值時，鏈節(jié)嚙入時受到的沖擊能量增大，工作表面的溫度過高，銷軸和套筒間的潤滑油膜被破壞而產生膠合。膠合限制了鏈傳動的極限轉速。

(5)靜力拉斷。在低速重載或嚴重過載的場合，當載荷超過鏈條的靜力強度時，導致鏈條被拉斷。

2.額定功率曲線圖

額定功率曲線圖是將各種規(guī)格的滾子鏈實際使用的極限功率曲線綜合在一起所得的圖，如圖9-9所示。它表明了鏈條規(guī)格、功率和小鏈輪轉速之間的關系，依據此圖可根據功率和小鏈輪轉速選定鏈條的規(guī)格。圖9-9額定功率曲線圖圖中的功率曲線是在以下特定條件下繪制的:兩輪端面共面，小鏈輪齒數z1=19，鏈長Lp為100節(jié)，單排鏈，載荷平穩(wěn)，采用推薦的潤滑方式，壽命為15000h，傳動比i=3，中心距a=40p。

3.設計計算準則對于一般鏈速v＞0.6m/s的鏈傳動，其主要失效形式為疲勞破壞，故設計計算通常以疲勞強度為主并綜合考慮其他失效形式的影響。計算準則為：傳遞的功率值(計算功率值)小于許用功率值，即Pc≤［P］由圖9-9查得的P0值是在規(guī)定的試驗條件下得到的，與實際工作條件往往不一致，所以P0不能作為[P]，而必須對P0值進行修正，即式中，P為名義功率(kW)；KA為工作情況系數(見表9-2)；Kz為小鏈輪齒數系數(見表9-3)；Ki為傳動比系數(見表9-4)；Ka為中心距系數(見表9-5)；Kp為多排鏈系數(見表9-6)。表9-2工作情況系數KA

表9-3小鏈輪齒數系數Kz

表9-4傳動比系數Ki

表9-5中心距系數Ka

表9-6多排鏈系數Kp

當鏈速v≤0.6m/s時，鏈傳動的主要失效形式為鏈條的過載拉斷，因此應進行靜強度計算，校核其靜強度安全系數S，即式中，FQ為單排鏈的極限拉伸載荷；m為鏈條排數；F為鏈的工作拉力，單位為N，(其中，P為名義功率，單位為kW；v為鏈速，單位為m/s)。鏈條作用在鏈輪軸上的壓力F′可近似取為F′=(1.2~1.3)F當有沖擊、振動時，式中的系數取大值。

4.鏈傳動主要參數的選擇

(1)鏈的節(jié)距和排數。鏈節(jié)距越大，鏈的零件尺寸越大，承載能力越強，但傳動時的不平穩(wěn)性、動載荷和噪聲也越大。鏈的排數越多，其承載能力增強，傳動的軸向尺寸也越大。因此，選擇鏈條時應在滿足承載能力要求的前提下，盡量選用較小節(jié)距的單排鏈，當在高速大功率時，可選用小節(jié)距的多排鏈。

(2)鏈輪齒數和傳動比。為保證傳動平穩(wěn)，減少沖擊和動載荷，小鏈輪齒數z1不宜過小(一般應大于17)，通?？砂幢?-7選取。大鏈輪齒數不宜過多，齒數過多除了增大傳動的尺寸和重量外，還會出現跳齒和脫鏈等現象，通常z2≤120。表9-7小鏈輪齒數z1

由于鏈節(jié)數常取為偶數，為使鏈條與鏈輪的輪齒磨損均勻，因此鏈輪齒數一般應取與鏈節(jié)數互為質數的奇數。

(3)中心距和鏈節(jié)數。如果中心距過小，則鏈條在小鏈輪上的包角較小，嚙合的齒數小，導致磨損加劇，且易產生跳齒、脫鏈等現象。同時鏈條的繞轉次數增多，加劇了疲勞磨損，從而影響鏈條的壽命。若中心距過大，則鏈傳動的結構大，且由于鏈條松邊的垂度大而產生抖動。一般中心距取a＜80p，大多情況下a=(30～50)p。鏈條的長度以鏈節(jié)數Lp表示，可按下式計算由上式計算得到的鏈節(jié)數應圓整為偶數。由上式可推導出實際中心距的計算公式一般情況下，中心距設計成可調節(jié)的。若中心距不可調節(jié)，則實際安裝中心距應比計算值小2～5mm。

5.鏈傳動的設計計算一般設計鏈傳動時的已知條件為:傳動的用途和工作情況，原動機的類型，需要傳遞的功率，主動輪的轉速，傳動比以及外廓安裝尺寸等。鏈傳動的設計計算一般包括：確定滾子鏈的型號、鏈節(jié)距、鏈節(jié)數，選擇鏈輪的齒數、材料、結構，繪制鏈輪工作圖并確定傳動的中心距。9.5鏈傳動的布置、張緊和潤滑

1.鏈傳動的布置

鏈傳動的布置對傳動的工作狀況和使用壽命有較大影響。通常情況下，鏈傳動的兩軸線應平行布置，兩鏈輪的回轉平面應在同一平面內，否則易引起脫鏈和不正常磨損。鏈條應使主動邊(緊邊)在上，從動邊(松邊)在下，以免松邊垂度過大時鏈與輪齒相干涉或緊、松邊相碰。如果兩鏈輪中心的連線不能布置在水平面上，則其與水平面的夾角應小于45°。應盡量避免中心線垂直布置，以防下鏈輪嚙合不良。

2.鏈傳動的張緊鏈傳動需適當張緊，以免垂度過大而引起嚙合不良。一般情況下，鏈傳動設計成中心距可調整的形式，通過調整中心距來張緊鏈輪。也可采用張緊輪(圖9-10)張緊，張緊輪應設在松邊。圖9-10鏈傳動的張緊

3.鏈傳動的潤滑鏈傳動的潤滑是影響傳動工作能力和壽命的重要因素之一，潤滑良好可減少鉸鏈磨損。潤滑方式可根據鏈速和鏈節(jié)距的大小由圖9-11選擇，具體的潤滑裝置如圖9-12所示。潤滑油應加于松邊，以便潤滑油滲入各運動接觸面。潤滑油一般可采用L-AN32、L-N46、L-AN68油。圖9-11推薦的潤滑方式圖9-12鏈傳動的潤滑思考題和習