第9章 链传动Word文件下载.docx
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链号
节距pmm
排距p1mm
滚子外径d1mm
极限载荷Q（单排）N
每米长质量q（单排）kg/m
08A
12.70
14.38
7.95
13800
0.60
10A
15.875
18.11
10.16
21800
1.00
12A
19.05
22.78
11.91
21100
1.50
16A
25.40
29.29
15.88
55600
2.60
20A
31.75
35.76
86700
3.80
24A
38.10
45.44
22.23
124600
5.60
28A
44.45
48.87
169000
7.50
32A
50.80
58.55
28.58
222400
10.10
40A
63.50
71.55
39.68
347000
16.10
48A
76.20
87.83
47.63
500400
22.60
注：
1．摘自GB1234.1-1983，表中链号与相应的国际标准链号一致，链号乘以
即为节距值（mm）。
后缀A表示A系列。
2．使用过渡链节时，其极限载荷按表列数值80%计算。
按照GB1243.1-1983的规定，套筒滚子链的标记为：
链号—排数链节数标准号
例如：
A级、双排、70节、节距为38.1mm的标准滚子链，标记应为：
24A—2´
70GB1243.1—1983
标记中，B级链不标等级，单排链不标排数。
滚子链的长度以链节数Lp表示。
链节数Lp最好取偶数，以便链条联成环形时正好是内、外链板相接，接头处可用开口销（适用于大节距）或弹簧夹（适用于小节距）锁紧（图9.3a）。
当采用弹簧夹时，应使其开口端的方向与链条前进方向相反，以免在运转中受到碰撞而脱落。
若链节数为奇数时，则需采用过渡链节（图9.3b）。
过渡链节的链板需单独制造，另外当链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，使强度降低，通常应尽量避免。
（a）偶数链的链节过渡（b）奇数链的过渡链节
图9.3滚子链的接头形式
9.1.3齿形链
齿形传动链由一组齿形链板并列铰接而成（图9.4），工作时，通过链片侧面的两直边与链轮轮齿相啮合。
齿形链具有传动平稳、噪音小，承受冲击性能好，工作可靠等优点。
但结构复杂，重量较大，价格较高。
齿形链多用于高速（链速v可达40m/s）或运动精度要求较高的传动。
图9.4齿形链
9.2链传动的工作情况分析
9.2.1链传动的运动不均匀性
链条绕上链轮后形成折线，因此链传动相当于一对多边形轮之间的传动（如图9.5所示）。
设z1、z2为两链轮的齿数，p为节距（mm），n1、n2为两链轮的转速（r/min），则链条线速度（简称链速）为
m/s（9.1）
链传动的传动比
（9.2）
由以上两式求得的链速和传动比均为平均值。
实际上，即使主动轮（小轮）作等角速度转动，由于链传动的正多边形效应，瞬时链速和瞬时传动比也都是变化的。
图9.5链传动的运动分析
为便于分析，假设链的主动边（紧边）处于水平方向（如图9.5所示），主动链轮以角速度1回转，当链节与链轮轮齿在A点啮合时，链轮上该点的圆周速度的水平分量即为链节上该点的瞬时速度，其值为
（9.3）
式中，d1为主动链轮的分度圆直径，mm；
为A点的圆周速度与水平线的夹角。
任一链节从进入啮合到退出啮合，角在
到
的范围内变化。
当=0o，链速最大，
；
当
时，链速最小，
由此可知，当主动轮以角速度1等速转动时，链条的瞬时速度v周期性地由小变大，又由大变小，每转过一个节距变化一次。
同理，链条在垂直于链节中心线方向的分速度
，也作周期性变化，从而使链条上下抖动。
由于链速是变化的，工作时不可避免地要产生振动和动载荷。
而在从动链轮上，2角的变化范围为
，由于链速v不等于常数且2不断变化，因此从动轮的角速度
也是周期性变化的，故链传动的瞬时传动比
是变化的。
从动轮角速度2的速度波动将引起链条与链轮轮齿的冲击，产生振动和噪音，并加剧磨损，而随着链轮齿数的增加，1和2相应减小，传动中的速度波动、冲击、振动和噪音也都减小，所以链轮的齿数不宜太少。
通常取主动链轮（即小链轮）的齿数大于17。
综上所述，由于链条绕在链轮上形成正多边形，导致链速和传动比都作周期性变化，这运动不均匀性称为链传动的正多边形效应。
正多边形效应是链传动固有现象，不可避免。
链传动在工作过程中，由于链传动的正多边形效应，从而产生动载荷。
为了减少动载荷和减轻链传动的正多边形效应，设计链传动时，链轮的齿数应取大些，链节距和链轮转速应取小些。
通常链传动用在传动系统的低速级。
9.2.2链传动的受力分析
链传动工作时，链的紧边拉力和松边拉力不相等。
若不考虑动载荷，则紧边拉力F1为工作拉力F、离心拉力Fc及悬垂拉力Fy之和（如图9.6所示）：
（N）（9.4）
其中，松边拉力为
图9.6作用在链上的力
工作拉力为
（N）（9.6）
式中，P为链传动传递的功率，KW；
v为链速，m/s。
离心拉力为
（N）（9.7）
式中，q为每米链的质量，kg/m，见表9.1。
悬垂拉力为
（N）（9.8）
式中，a为链传动的中心距，m；
g为重力加速度，g=9.81m/s2；
Ky为下垂度y=0.02a时的垂度系数。
Ky值与两链轮轴线所在平面与水平面的倾斜角有关。
垂直布置时Ky=1，水平布置时Ky=7，对于倾斜布置的情况，=30°
时Ky=6，=60°
时Ky=4，=75°
时Ky=2.5。
链作用在轴上的压力FQ可近似取为
（9.9）
有冲击和振动时取大值。
9.3滚子链传动的设计
9.3.1滚子链传动的失效形式
链传动的失效一般是链条的失效，其失效形式主要有以下几种：
1．链板疲劳破坏
链传动中，链条经受着从紧边到松边的周期性变化，其所受应力为变应力。
当循环次数超过一定值后，链板就会发生疲劳破坏。
在正常润滑条件下，疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。
2．滚子、套筒的冲击疲劳破坏
链节与链轮啮合时，滚子与链轮间会产生冲击，高速时冲击载荷较大。
另外，对于因张紧不好而松边垂度较大的链传动，在反复起动、制动、反转时也会产生惯性冲击，滚子、套筒表面受到反复多次的冲击载荷，会发生冲击疲劳破坏。
3．销轴与套筒的胶合
当链轮的转速很高时，链节啮入链轮时的冲击能量增大，造成销轴与套筒之间的润滑油膜遭到破坏，使二者的工作表面在高温、高压下直接接触，从而导致工作表面胶合。
另外，润滑不良也会使销轴与套筒工作面摩擦发热较大，致使两表面发生粘附磨损，严重时发生胶合。
4．链条铰链磨损
链在工作过程中，销轴与套筒的工作表面会因存在着较大的压力和相对滑动而磨损，导致链节的伸长，滚子与链轮轮齿的啮合点逐步向齿顶方向外移，容易引起跳齿和脱链。
磨损是开式链传动的主要失效形式。
5．过载拉断
在低速（v<
6m/s）重载或瞬时严重过载时，若链条所受拉力超过链条的静强度，则链条可能被拉断。
9.3.2额定功率曲线图
以上各种失效形式，将使链传动的工作能力受到限制。
图9.7是通过实验得出的单排滚子链的极限功率曲线。
曲线1是在正常润滑条件下，由铰链磨损所限定的极限功率曲线；
2是链板疲劳强度限定的极限功率曲线；
3是套筒、滚子冲击疲劳强度限定的极限功率曲线；
4是铰链（套筒、销轴）胶合限定的极限功率曲线。
显然，为安全起见，应使链传动功率限定在上述曲线范围之内。
考虑安全余量，一般将实际使用的许用功率进一步限定在图中阴影区域内。
润滑条件对链传动的承载能力影响很大。
若润滑不良及工作情况恶劣，磨损将很严重，其极限功率将大幅度下降，如图9.7中的虚线5所示。
图9.8是部分型号滚子链的额定功率曲线，表示当采用推荐的润滑方式时，链传动所能传递的功率P0、小轮转速n1和链号三者之间的关系。
该图是在特定条件下制定的，即：
（1）两轮共面；
（2）小轮齿数z1=19；
（3）链节数Lp=100节；
（4）载荷平稳；
（5）按推荐的方式润滑（图9.9）；
（6）工作寿命为15000h；
（7）链条因磨损而引起的相对伸长量不超过3%；
图9.7极限功率曲线
图9.8滚子链的额定功率曲线
Ι—人工定期润滑Π—滴油润滑Ш—油浴或飞溅润滑Ⅳ—压力喷油滑润滑
图9.9推荐的润滑方式
若润滑条件与推荐的润滑方式不同时，则根据链速v的不同，应将P0适当降低：
当链速v≤1.5m/s时，降低到50%；
当1.5m/s≤v≤7m/s时，降低到25%；
当v>
7m/s而润滑又不当时，则不宜用链传动。
设计时，若实际选用参数与上述特定条件不同，则需要引入一系列相应的修正系数对图中的额定功率P0进行修正。
单排链传动的额定功率应按下式确定：
（9.10）
式中，KA为工作情况系数，由表9.2确定；
P0为单排链的额定功率，kW；
P为链传动传递的功率，KW；
Kz为小链轮的齿数系数，由表9.3确定，当工作点落在图9.8的曲线顶点左侧时（属于链板疲劳），查表中Kz；
当工作点落在图9.8的曲线右侧时（属于套筒、滚子冲击疲劳），查表中k’z；
KL为链长系数（图9.10），图中曲线1为链板疲劳计算用，曲线2为套筒、滚子冲击疲劳计算用；
当失效形式无法预先估计时，取曲线中小值代入计算；
Kp为多排链系数（表9.4）。
表9.2工作情况系数KA
载荷性质
原动机
电动机或汽轮机
内燃机
载荷平稳
1.0
1.2
中等冲击
1.3
1.4
较大冲击
1.5
1.7
表9.3小链轮齿数系数Kz和
z1
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Kz
0.446
0.500
0.554
0.609
0.664
0.719
0.775
0.831
0.887
0.326
0.382
0.441
0.502
0.566
0.633
0.701
0.773
0.846
19
21
23
25
27
29
31
33
35
1.11
1.23
1.34
1.46
1.58
1.70
1.82
1.93
1.16
1.33
1.51
1.69
1.89
2.08
2.29
2.50
图9.10链长系数
1—链板疲劳；
2—滚子套筒冲击疲劳
表9.4多排链系数KP
排数
1
2
3
4
5
6
KP
2.5
3.3
4.0
4.6
9.3.3滚子链传动参数的选择
链传动设计的已知条件一般包括：
传递的功率P，主动链轮、从动链轮的转速n1、n2（或传动比i），工作状况以及对结构尺寸的要求等。
需要设计的内容为：
确定链的型号（节距）、链的排数、链长（链节数），链轮齿数、材料和结构型式，计算中心距a、压轴力，选择润滑和张紧装置等。
滚子链传动参数的选择方法如下：
1．链轮齿数z1、z2
由链传动的运动不均匀性知，齿数越少，瞬时链速变化越大，而且链轮直径也较小，当传递功率一定时，链和链轮轮齿的受力也会增加。
故为使传动平稳，小链轮齿数不宜过少。
但若齿数过多，则又会造成链轮尺寸过大，而且当链条磨损后，也更容易从链轮上脱落。
滚子链传动的小链轮齿数z1应根据链速v和传动比i，由表9.5进行选取，然后按z2=iz1，选取大链轮的齿数，并控制z2≤120。
表9.5小链轮齿数
链速v/（m/s）
0.6~3
3~8
>
8
≥15~17
≥19~21
≥23~25
因链节数常取偶数，故链轮齿数最好取奇数，以使磨损均匀。
2．链的节距p
链的节距p是决定链的工作能力、链及链轮尺寸的主要参数，正确选择p是链传动设计时要解决的主要问题。
链的节距越大，承载能力越高，但其运动不均匀性和冲击就越严重。
因此，在满足传递功率的情况下，应尽可能选用较小的节距，高速重载时可选用小节距多排链。
3．传动比i
传动比受链轮最小齿数和最大齿数的限制，且传动尺寸也不能过大，故链传动的传动比一般不大于6。
传动比过大时，小链轮上的包角1将会太小，同时啮合的齿数也太少，将加速轮齿的磨损。
因此，通常要求包角1不小于120°
。
4．中心距a和链节数Lp
若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小，同时啮合的链轮齿数也减少；
若中心距过大，则易使链条抖动。
一般可取中心距a=（30~50）p，最大中心距amax≤80p。
链的长度以链节数LP（节距p的倍数）来表示。
与带传动相似，链节数LP与中心距a之间的关系为
（9.11）
计算出的Lp应圆整为整数，且最好取为偶数。
若Lp已知，也可由式（9.13）计算出实际中心距a，即：
（9.12）
为了便于链条的安装和调节链的张紧，通常中心距设计成可调的。
若中心距不能调节而又没有张紧装置时，应将算得的中心距减小2~5mm，使链条有小的初垂度，以保持链传动的适度张紧。
例9.2设计一带动压缩机的链传动。
已知电动机的额定转速n1=970r/min，压缩机转速n2=330r/min，传递功率P=9.7KW，两班制工作，载荷平稳，要求中心距a不大于600mm。
电动机可在滑轨上移动。
解：
（1）选择链轮齿数z1、z2
传动比
按表9.5取小链轮齿数z1=25，大链轮齿数z2=iz1=2.94×
25=73.5，取z2=73。
（2）求计算功率PC
由表9.2查得KA=1.0，计算功率为
kW
（3）确定中心距a0及链节数Lp
初定中心距
，取
由式（9.11）求Lp
取Lp=110
（4）确定链条型号和节距p
首先确定系数Kz、KL、Kp。
根据链速估计链传动可能产生链板疲劳破坏，由表9.3查得小链轮齿数系数Kz=1.34，由图9.8查得KL=1.02，考虑传递功率不大，故选单排链，由表9.4查得Kp=1
所能传递的额定功率
kW
由图9.6选择滚子链型号为10A，链节距p=15.875mm，由图证实工作点落在曲线顶点左侧，主要失效形式为链板疲劳，前面假设成立。
（5）验算链速V
m/s
（6）确定链长L和中心距a
链长
m
中心距
=468.47mm
（7）求作用在轴上的力
工作拉力
N
因载荷平稳，取FQ=1.2F=1.2×
1513=1815.6N
（8）选择润滑方式
根据链速v=6.41m/s，节距p=15.875mm，按图9.9选择油浴或飞溅润滑方法。
设计结果：
滚子链型号10A-1×
110GB1243.1—1983，链轮齿数z1=25，z2=73，中心距a=468.47mm，压轴力FQ=1815.6N。
（9）结构设计（略）
9.3.4低速链传动的设计
对于v<
0.6m/s的低速链传动，其失效形式主要是链条因过载而被拉断；
故应按抗拉静强度条件进行计算。
根据已知的传动条件，由图9.8初选链条型号，然后校核安全系数S
（9.13）
式中，S为静强度计算的安全系数；
Q为链条的最低破坏载荷，由链号查表9.1；
n为链的排数；
KA为工作情况系数，由表9.2确定；
F1为链的紧边工作拉力；
[S]为许用静强度安全系数，通常[S]=4~8。
9.4滚子链轮的结构设计
链轮的轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。
因小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般优于大链轮。
常用的链轮材料有碳素钢（如Q235、Q275、45、ZG312-570等），灰铸铁（如HT200）等。
重要的链轮可采用合金钢。
链轮有整体式、孔板式、组合式等结构形式（图9.11）。
L=（1.5~2）ds;
D1=（1.2~2）ds;
ds为轴孔直径
图9.11链轮的结构
轮齿的齿形应保证链节能平稳地进入和退出啮合，受力良好，不易脱链，便于加工。
滚子链链轮的齿形已标准化（GB1244—1985），有双圆弧齿形（图9.12a）和三圆弧一直线齿形（图9.12b）两种，前者齿形简单，后者可用标准刀具加工。
图9.12链轮的齿形
链轮上被链条节距等分的圆称为分度圆，其直径用d表示，则
（9.14）
齿顶圆直径
（9.15）
齿根圆直径
df=d-dt（9.16）
式中，dt为滚子外径。
9.5链传动的布置、张紧和润滑
9.5.1链传动的布置
在链传动中，两链轮的转动平面应在同一平面内，两轴线必须平行，最好成水平布置（如图9.13（a）所示）。
如需倾斜布置，则应使两链轮中心连线与水平线的夹角小于45°
（如图9.13（b）所示）。
同时应使链的紧边（即主动边）在上，松边在下，以便链节和链轮轮齿可以顺利地进入和退出啮合。
如果链的松边在上，可能会因链的松边垂度过大而出现链条与链轮的干扰，甚至会引起链的松边碰到紧边。
图9.13链传动布置
为防止链条垂度过大造成啮合不良和松边的颤动，需用张紧装置。
当中心距可以调节时，可通过调节中心距来控制张紧程度；
当中心距不可调节时，可用张紧轮。
张紧轮应安装在链条松边靠近小链轮处，放在链条内、外侧均可，分别如图9.13（c）和9.13（d）所示。
张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的滚轮，其直径可比小链轮略小些。
9.5.2链传动的润滑
链传动的良好润滑可减少磨损、缓和冲击，提高承载能力，延长使用寿命，因此链传动应合理地确定润滑方式和润滑剂种类。
常用的润滑方式有以下几种：
（1）人工定期润滑：
用油壶或油刷给油（如图9.14（a）所示），每班注油一次，适用于链速v≤4m/s的不重要传动。
（2）滴油润滑：
用油杯通过油管向松边的内、外链板间隙处滴油，用于链速v≤10m/s的传动（如图9.14（b）所示）。
（3）油浴润滑：
链从密封的油池中通过，链条浸油深度以6~12mm为宜，适用于链速v=6~12m/s的传动（如图9.14（c）所示）。
（4）飞溅润滑：
在密封容器中，用甩油盘将油甩起，经由壳体上的集油装置将油导流到链上。
甩油盘速度应大于3m/s，浸油深度一般为12~15mm（如图9.14（d）所示）。
（5）压力油循环润滑：
用油泵将油喷到链上，喷口应设在链条进入啮合处，适用于链速v≥8m/s的大功率传动（如图9.14（e）所示）。
常用的润滑油有L-AN32、L-AN46、L-AN68、L-AN100等全损耗系统用油。
温度低时，粘度宜低；
功率大时，粘度宜高。
图9.14链传动润滑方法
习题
9.1当传递功率较大时，可用单排大节距链条，也可用多排小节距链条，此二者各有何特点，各适用于什么场合？
9.2小链轮齿数z1不允许过少，大链轮齿数z2不允许过多。
这是为什么？
9.3链传动的失效形式有几种？
设计链传动的主要依据是什么？
9.4试设计驱动运输机的链传动。
已知：
传递功率P=20KW。
小链轮转速n1=720r/min，大链轮转速n2=200r/min，运输机载荷不够平稳。
同时要求大链轮的分度圆直径最好不超过700mm。
9.5某滚子链传动，已知主动链轮齿数z1=19，采用10A滚子链，中心距a=500mm，水平布置，传递功率P=2.8kW，主动轮转速n1=110r/min。
设工作情况系数KA=1.2，静力强度许用安全系数S=6，试验算此滚子链传动设计。
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