案例導(dǎo)入通過鏈?zhǔn)竭\輸機和自行車上的鏈傳動

1、第九章 鏈傳動 案例導(dǎo)入： 通過鏈?zhǔn)竭\輸機和自行車上的鏈傳動，導(dǎo)入滾子鏈傳動的類型和特點，分析其運動特 性，介紹滾子鏈及鏈輪的結(jié)構(gòu)、設(shè)計計算的方法，并介紹鏈傳動的布置張緊和潤滑方法。 第一節(jié) 鏈傳動的特點和類型 一、鏈傳動的類型 鏈傳動是以鏈條為中間傳動件的嚙合傳動。如圖 9-1 所示鏈傳動由主動鏈輪 1 、從 動鏈輪 2 和繞在鏈輪上并與鏈輪嚙合的鏈條3 組成。 按照用途不同，鏈可分為起重鏈、牽引鏈和傳動鏈三大類。起重鏈主要用于起重機 械中提起重物，其工作速度 v wo.25m/s ;牽引鏈主要用于鏈?zhǔn)捷斔蜋C中移動重物，其工 作速度vW4m/s ;傳動鏈用于一般機械中傳遞運動和動力，通常工作

2、速度vw15m/s 傳動鏈有齒形鏈和滾子鏈兩種。齒形鏈?zhǔn)抢锰囟X形的鏈片和鏈輪相嚙合來實現(xiàn) 傳動的，如圖 9-2 所示。齒形鏈傳動平穩(wěn)，噪聲很小，故又稱無聲鏈傳動。齒形鏈允許 的工作速度可達 40m/s ，但制造成本高，重量大，故多用于高速或運動精度要求較高的 圖 9-1 鏈傳動 場合。本章重點討論應(yīng)用最廣泛的套筒滾子鏈傳動。 二、鏈傳動的特點 (1) 和帶傳動相比。鏈傳動能保持平均傳動比不變;傳動效率高;張緊力小，因此作 用在軸上的壓力較小;能在低速重載和高溫條件下及塵土飛揚的不良環(huán)境中工作。 (2) 和齒輪傳動相比。鏈傳動可用于中心距較大的場合且制造精度較低。 (3) 只能傳遞平行軸之間

3、的同向運動，不能保持恒定的瞬時傳動比，運動平穩(wěn)性差， 工作時有噪聲。 通常鏈傳動傳遞的功率 PW100KW，中心距aW56m,傳動比i200mm）的鏈輪常制成組合式，可將齒圈焊接在輪 轂上（圖d ）或采用螺栓聯(lián)接（圖 c ）。 表9-3滾子鏈鏈輪的齒槽尺寸計算公式 名 稱 單位 計算公式 最大齒槽形狀 最小齒槽形狀 齒面圓弧半徑re mm 齒溝圓弧半徑ri mm 齒溝角 ( 注：鏈輪的實際齒槽形狀，應(yīng)在最大齒槽形狀和最小齒槽形狀范圍內(nèi) 表9-4滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸 名稱 代號 計 算公 式 備注 p 12.7 齒 寬 單排 雙排、三排 四排以上 bfi 0.93 bi 0.91 bi 0.8

4、8 bi 0.95 b1 0.93 b1 0.93 b1 P12.7時，經(jīng)制造廠同意 亦可使用P p h = 0.5 p ra 0.04 p bfm = ( m 1) pt+ bf1m 排數(shù) 僅適用于B型 鏈輪的材料應(yīng)有足夠的強度和耐磨性，齒面要經(jīng)過熱處理。由于小鏈輪輪齒的嚙 合次數(shù)比大鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)多，受沖擊也比較大，因此所用材料應(yīng)優(yōu)于大鏈輪。 表9-5鏈輪材料及熱處理 材料 熱處理 齒面硬度 應(yīng)用范圍 15、20 滲碳淬火、回火 50 60HRC z25的主、從動鏈輪 45、50 45Mn、ZG310-570 淬火、回火 40 50HRC 無劇烈沖擊振動和要求耐磨的主、從 動鏈輪 15

5、Cr、20Cr 滲碳淬火、回火 55 60HRC z 50的從動鏈輪及外形復(fù)雜或強度 要求一般的鏈輪 夾布膠木 P 6KW,速度較高，要求傳動平穩(wěn)和 噪聲小的鏈輪 第三節(jié) 鏈傳動的傳動比及運動的不均勻性 鏈傳動的運動情況和繞在多邊形輪子上的帶很相似，如圖 9-7 所示。多邊形邊長相 當(dāng)于鏈節(jié)距P，邊數(shù)相當(dāng)于鏈輪的齒數(shù) Z。鏈輪每轉(zhuǎn)過一周，鏈條轉(zhuǎn)過的長度為pz,當(dāng)兩 鏈輪的轉(zhuǎn)速分別為 n1 和 n2 時，鏈條的平均速度為： （ m/s ）（9-1） 由上式得鏈傳動的平均傳動比為： （9-2） 雖然鏈傳動的平均速度和平均傳動比不變, 但它們的瞬時值卻是周期性變化的。 為便 于分析，設(shè)鏈的緊邊（主動

6、邊）在傳動時總處于水平位置，圖9-7a）中鉸鏈已進入嚙合。 主動輪以角速度 31回轉(zhuǎn)，其圓周速度 vi=ri 31,將其分解為沿鏈條前進方向的分速度v 和垂直方向的分速度則： （9-3） （9-4） 式中： 1 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。 當(dāng)鏈節(jié)依次進入嚙合時1角在土 180 z i范圍內(nèi)變動，從而引起鏈速v相應(yīng)作周期性 變化。當(dāng)1= 180 Z1時圖9-7b、d ）鏈速最小，；當(dāng)1=0。睞圖9-7C ）鏈速最大，vmax = r1 31。故即使 31 為常數(shù),鏈輪每送走一個鏈節(jié),其鏈速 v 也經(jīng)歷“最小 -最大-最小”的 周期性變化。 同理鏈條在垂直方向的速度也

7、作周期性變化, 使鏈條上下抖動。 （圖 9-7b 、 c、 d ）。 用同樣的方法對從動輪進行分析可知，從動輪角速度32也是變化的，故鏈傳動的瞬 時傳動比(il2= 31/32 )也是變化的。 鏈速和傳動比的變化使鏈傳動中產(chǎn)生加速度，從而產(chǎn)生附加動載荷、引起沖擊振動， a) b)c) 圖9-7鏈傳動運動分析 故鏈傳動不適合高速傳動。為減小動載荷和運動的不均勻性，鏈傳動應(yīng)盡量選取較多的 齒數(shù)Z1和較小的節(jié)距 p (這樣可使1減小)，并使鏈速在允許的范圍內(nèi)變化。 第四節(jié) 鏈傳動的設(shè)計計算 、鏈傳動的失效形式 由于鏈條的強度比鏈輪的強度低，故一般鏈傳動的失效主要是鏈條失效，其失效形 式主要有以下幾種

8、： (1) 鏈條鉸鏈磨損。鏈條鉸鏈的銷軸與套筒之間承受較大的壓力且又有相對滑動, 故在承壓面上將產(chǎn)生磨損。磨損使鏈條節(jié)距增加，極易產(chǎn)生跳齒和脫鏈。 (2) 鏈板疲勞破壞。 鏈傳動緊邊和松邊拉力不等， 因此鏈條工作時， 拉力在不斷地 發(fā)生變化，經(jīng)一定的應(yīng)力循環(huán)后，鏈板發(fā)生疲勞斷裂。 (3) 多次沖擊破斷。鏈傳動在啟動、制動、反轉(zhuǎn)或重復(fù)沖擊載荷作用下，鏈條、銷 軸、套筒發(fā)生疲勞斷裂。 (4) 鏈條鉸鏈的膠合。鏈速過高時銷軸和套筒的工作表面由于摩擦產(chǎn)生瞬時高溫， 使兩摩擦表面相互粘結(jié)，并在相對運動中將較軟的金屬撕下，這種現(xiàn)象稱為膠合。鏈傳 動的極限速度受到膠合的限制。 (5) 鏈條的靜力拉斷。在低速

9、(v 0.6m/s )重載或突然過載時 ,載荷超過鏈條的靜 強度，鏈條將被拉斷。 二、滾子鏈的額定功率曲線 鏈傳動的工作能力受到鏈條各種失效形式的限制。通過試驗可獲得鏈條在一定條件 下所能傳遞的功率 P0。 圖9-8所示的A系列滾子鏈額定功率曲線圖制定條件為：zi=19 ; Lp=100節(jié)；i = 3 ; a = 40 p ;滿負荷連續(xù)運轉(zhuǎn)壽命為15000h ;兩輪端面共面；采用推薦的潤滑方式潤滑。 當(dāng)鏈傳動不能按推薦的方式潤滑時，圖中規(guī)定的功率P0 應(yīng)降低取下列數(shù)值： vwi.5m/s 時,取(0.3 O.6)Po； 1.5m/s v7m/s 潤滑 不良時傳動不可靠，不宜采用。 當(dāng)要求實際工

10、作壽命低于 15000h 時，可按有限壽命設(shè)計，此時允許傳遞的功率高 些。 三、設(shè)計計算步驟 鏈傳動設(shè)計計算的原始條件為：傳動的工作情況，原動機、工作機的種類；傳 遞的功率P;主、從動輪的轉(zhuǎn)速 ni、n2或傳動比i；中心距大小，傳動的布置等。 鏈傳動設(shè)計計算內(nèi)容包括：鏈條的型號、節(jié)距、排數(shù)和節(jié)數(shù)；鏈輪的齒數(shù)、尺 寸、結(jié)構(gòu)和材料；中心距a;作用在軸上的力Fq等。 根據(jù)鏈速的大小，鏈傳動的計算方法有以下兩種： 1中、高速鏈傳動(v 0.6m/s )的設(shè)計計算步驟： 鏈條在中、高速條件下，可能發(fā)生磨損、鏈板疲勞破壞、滾子和套筒點蝕以及 套筒和銷軸膠合失效，所以應(yīng)按功率曲線設(shè)計計算。 (1)選擇鏈輪的

11、齒數(shù) Z1、Z2。為減少運動的不均勻性和動載荷，小鏈輪的齒數(shù)不宜過 少，通常Zmin=17 (鏈速極低時最少可到 9 ),可按鏈速由表9-6選取Z1。大輪齒數(shù)Z2 = izi , Z2不宜過多，Z2過多不僅使傳動的尺寸和重量增加，而且鏈節(jié)伸長后易出現(xiàn)跳齒和 脫鏈現(xiàn)象，通常Z2max 120。為使鏈條磨損均勻，一般鏈節(jié)數(shù)Lp多為偶數(shù)，鏈輪齒數(shù)多 為奇數(shù)。一般傳動比i 8 Z1 15 17 19 21 23 (2)初定中心距ao。中心距a小，結(jié)構(gòu)緊湊，但鏈節(jié)數(shù)少，當(dāng)鏈速一定時，單位時間 內(nèi)每一鏈節(jié)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增多，加快了疲勞和磨損。中心距a大，鏈節(jié)數(shù)多，使用壽命 長，但結(jié)構(gòu)尺寸增大。當(dāng)中心距過大

12、時，會使鏈條松邊垂度過大，發(fā)生顫動，使傳動平 穩(wěn)性下降。一般?。?ao=(3O 50) p(9-5) amax= 80 p,采用張緊裝置時 ao可大于80p 。 (3)確定鏈節(jié)距p。鏈傳動傳遞的功率 P與特定條件下鏈條的額定功率Po之關(guān)系為： Po ( 9-6 ) 式中：Ka為鏈傳動的工作情況系數(shù)，見表9-7 ; Kz為小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，即考慮Z1M19 時的系數(shù)，見表 9-8，當(dāng)鏈傳動的工作區(qū)在額定功率曲線(圖 9-8 )頂點左側(cè)時查 Kz、在右側(cè)時查 Kz; Km為鏈的多排系數(shù)，見表9-9。 表9-7鏈傳動的工作情況系數(shù)Ka 根據(jù)式9-6求得的Po和小鏈輪轉(zhuǎn)速ni，由圖9-8查得鏈的型號以及

13、節(jié)距p。在滿 足傳動功率的前提下，應(yīng)盡量取較小的節(jié)距。對高速(v8m/s時)重載的鏈傳動可選 取小節(jié)距多排鏈。 表9-8小鏈輪的齒數(shù)系數(shù) Kz Z1 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 載荷種類 工作機械舉例 原動機 電動機或汽輪機 內(nèi)燃機 載荷平穩(wěn) 液體攪拌機、離心泵、離心式鼓風(fēng)機、紡織 機械、輕型運輸機、鏈?zhǔn)竭\輸機、發(fā)電機 1.0 1.2 中等沖擊 一般機床、壓氣機、木工機械、食品機械、 印染紡織機械、一般造紙機械、大型鼓風(fēng)機 1.3 1.4 較大沖擊 鍛壓機械、礦山機械、工程機械、石油鉆井 機械、振動機械、橡膠攪拌機 1.5 1.7 Kz 0.887 1.00 1

14、.11 1.23 1.34 1.46 1.58 1.70 1.82 1.93 Kz 0.846 1.00 1.16 1.33 1.51 1.69 1.89 2.08 2.29 2.50 表9-9多排鏈系數(shù)Km 排數(shù) 1 2 3 4 Km 1.0 1.7 2.5 3.3 (4)校核鏈速V,確定潤滑方式。鏈速計算值為 (9-7) v應(yīng)符合選取Z1時所假定的鏈速范圍，并由圖9-9確定潤滑方式。 圖9-9 推薦使用的潤滑方式 (5)確定鏈條節(jié)數(shù)Lp。鏈條節(jié)數(shù)Lp的計算值為 (9-8) 計算得到的Lp應(yīng)圓整為相近的整數(shù)，并盡可能取偶數(shù)。 (6 )計算實際中心距 a。由式9-8得： mm (9-9) 為使

15、鏈條松邊具有合理的垂度，以利鏈與鏈輪順利嚙合，安裝時應(yīng)使實際中心距較 理論中心距a小25mm 。 (7) 計算軸壓力Fq。軸壓力按下式計算： (9-10 ) 式中：為鏈所承受的圓周力，N。 (8) 計算鏈輪端面和軸面尺寸，繪制鏈輪工作圖。由表9-2計算鏈輪端面尺寸，由 表9-4計算鏈輪的軸向尺寸。按所求尺寸繪制工作圖，并注明齒形標(biāo)準(zhǔn)、齒數(shù)和節(jié)距。 2. 低速鏈傳動（）的靜強度計算： 對于低速鏈傳動，其主要失效形式為過載拉斷，故應(yīng)按靜強度計算，校核其靜強度 安全系數(shù) s 即： 4 8（ 9-11 ） 式中： FQ 為單排鏈條的極限拉伸載荷（見表9-1 ）； m 為鏈條排數(shù)。 第五節(jié) 鏈傳動的布置

16、、張緊和潤滑 一、鏈傳動的布置 鏈傳動的布置按兩輪中心連線的位置可分為：水平布置（圖 9-10a） 、傾斜布置（圖 9-10b ）和垂直布置 （圖 9-10c ）三種。 通常情況下兩軸線應(yīng)在同一水平面（水平布置） 兩輪的回轉(zhuǎn)平面應(yīng)在同一平面內(nèi)，否則易引起脫鏈和不正常磨損。應(yīng)是鏈條緊邊在上松 邊在下，以免松邊垂度過大使鏈與輪齒相干涉或緊松邊相碰。傾斜布置時，兩輪中心線 與水平面夾角應(yīng)盡量小于 45 。應(yīng)盡量避免垂直布置，以防止下鏈輪嚙合不良。 二、鏈傳動的張緊 鏈傳動工作時合適的松邊垂度一般為： f = （0.010.02） a ，a 為傳動中心距。若垂度 過大， 將引起嚙合不良或振動現(xiàn)象， 所

17、以必須張緊。 最常見的張緊方法是調(diào)整中心距法。 當(dāng)中心距不可調(diào)整時，可采用拆去 1 2 個鏈節(jié)的方法進行張緊或設(shè)置張緊輪。張緊輪 常位于松邊，如圖 9-10 所示。張緊輪可以是鏈輪也可以是滾輪，其直徑與小鏈輪相近。 a） b） c） 圖 9-10 鏈傳動的布置和張緊 b) a) c)d)e) 圖9-11鏈傳動的潤滑 三、鏈傳動的潤滑 良好的潤滑能減小鏈傳動的摩擦和磨損，能緩和沖擊、幫助散熱，是鏈傳動正常工 作的必要條件。如前所述，在選擇鏈條型號時已選定鏈傳動的潤滑方式(圖9-9 )。具體 的潤滑裝置如圖 9-11所示。潤滑油應(yīng)加于松邊，因為松邊面間比壓較小，便于潤滑油 的滲入。潤滑油推薦用L

18、AN32、L AN46和L AN68號全損耗系統(tǒng)用油。 【實訓(xùn)例9-1】試設(shè)計一鏈?zhǔn)竭\輸機的滾子鏈傳動。已知：傳遞功率P=15KW,電 動機轉(zhuǎn)速n1= 970r/min,速比i = 3,載荷平穩(wěn)。 解：實訓(xùn)過程如表9-10所示。 表9-10 實訓(xùn)例9-1實訓(xùn)過程 計算項目 計算與說明 計算結(jié)果 1.確定鏈輪的齒 數(shù) Z1、Z2 假定 v=3 8m/s 查表9-6取Z1=21 Z2= iz1=3 X21=63120 Z1 =21 Z2=63 2初定中心距30 取 ao= 40 p a0 = 40 p 3.確定鏈節(jié)距p 查表9-7得Ka=1 ；查表9-8得 Kz=1.11 ；查表9-9得 Km=1

19、 ； 根據(jù)Po和n1查圖9 -8得： 選用12A號鏈條 p=19.05 mm 鏈號12A p=19.05mm 4.驗算鏈速確定 潤滑方式 m/s 符合原假設(shè)，由圖 9-9知應(yīng)采用油浴或飛濺潤滑 v=6.47m/s 采用油浴或飛 濺潤滑 5.確定鏈條節(jié)數(shù) Lp Lp=124 節(jié) =123.12取 Lp=124 節(jié) 6.確定實際中心 距a 理論中心距： =770.5mm 實際中心距：a= a - （25）取：a= 770.5 - 2.5=768mm a=768mm 7.計算軸壓力Fq Fq=（1.21.3） Ft 圓周力 取 Fq=1.25 Ft=1.25 X2318.39=2897.99N Fq=2897.99N 8.鏈條標(biāo)記 12A-1-124GB/T1243-97