湖南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課件第9章

1、第九章 鏈傳動(dòng)（一）教學(xué)要求1、 了解套筒滾子鏈結(jié)構(gòu)、掌握鏈運(yùn)動(dòng)的不均勻性2、 掌握鏈傳動(dòng)失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算方法（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1、 鏈運(yùn)動(dòng)不均勻性和動(dòng)載荷2、 失效形式和設(shè)計(jì)方法（三）教學(xué)內(nèi)容§91 特點(diǎn)及應(yīng)用一、特點(diǎn)與V帶相似，也是撓性件傳動(dòng)，但剛?cè)嵯酀?jì)；且鏈與鏈輪不靠摩擦而是靠嚙合來(lái)傳動(dòng)。兼有帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的一些特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）、兩軸中心距可以較大 （amax=8m）（2）、傳動(dòng)效率高 （可達(dá)0.98）（3）、無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象（4）、平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確（瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，此處指一轉(zhuǎn)中的平均值）（5）、所需張緊力小（6）、作用在軸上的壓力比帶傳動(dòng)小（7）、制造和安裝精度

2、要求較低（8）、可在高溫、有油污處工作缺點(diǎn)：(（1）、瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的，使傳動(dòng)平穩(wěn)性ê（2）、無(wú)過(guò)載保護(hù)（3）、有一定沖擊和噪聲應(yīng)用建議：傳遞功率 P100KW（1）、中心距 a56m（2）、傳動(dòng)比 i8（3）、鏈速 15m/s（無(wú)聲鏈Vmax=40m/s）中低速傳動(dòng)，不適于在沖擊與急促反向等情況下采用§92 傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鏈傳動(dòng)的主要類(lèi)型1）按工作特性分：起重鏈用于提升重物V0.25m/s；輸送鏈鏈（又稱(chēng)曳引鏈）運(yùn)輸機(jī)械V24m/s；傳動(dòng)鏈用于傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力V1215m/s。常用優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)廉、適于低速、壽命長(zhǎng)、噪音小、應(yīng)用廣。2）傳動(dòng)鏈接形式分：套筒滾

3、子鏈屬標(biāo)準(zhǔn)件齒形鏈一、套筒滾子鏈結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)由滾子、套筒、銷(xiāo)軸、外鏈板、內(nèi)鏈板組成套筒與內(nèi)鏈板、銷(xiāo)軸與外鏈板分別用過(guò)盈配合（壓配）固聯(lián)，使內(nèi)、外鏈板可相對(duì)回轉(zhuǎn)。為減輕重量，內(nèi)、外鏈板制成“8”字形，這樣質(zhì)量小，慣性小，具有等強(qiáng)度。磨損：主要指滾子與銷(xiāo)軸截面之間磨損。而內(nèi)、外板之間留有間隙，保證潤(rùn)滑油進(jìn)入，此潤(rùn)滑降低磨損。P越大，承載能力越高。參數(shù)：P節(jié)距，b1內(nèi)鏈板間距，C板厚，d1滾子直徑，d2銷(xiāo)軸直徑，P排距當(dāng)?shù)退贂r(shí)也可以不用滾子稱(chēng)套筒鏈多排鏈單排鏈用銷(xiāo)軸并聯(lián)稱(chēng)多排鏈（或雙排鏈）排數(shù)承載能力但排制造誤差受力不均一般不超過(guò)34列為宜鏈接頭型式：當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)正好外鏈板與內(nèi)鏈板相接。可用開(kāi)口銷(xiāo)

4、和彈簧卡固定銷(xiāo)軸當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)需用過(guò)渡鏈節(jié)。！最好勿用奇數(shù)鏈節(jié)因過(guò)渡鏈節(jié)的鏈板將受附加彎矩作用。滾子鏈標(biāo)準(zhǔn)： A系列常用GB1243.1-83中，將滾子鏈分為 B系列鏈節(jié)距P是一個(gè)最重要的參數(shù)國(guó)際上鏈節(jié)距均采用英制我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：鏈節(jié)距采用米制單位，但從英制折算而來(lái)。鏈號(hào)與鏈節(jié)距是有關(guān)系的。鏈節(jié)距 P = 鏈號(hào)×25.4/16例如：鏈號(hào)為12，則該滾子鏈的鏈節(jié)距是12×25.4/16=19.05(mm)滾子鏈標(biāo)記：鏈號(hào)排數(shù)×鏈節(jié)數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)號(hào)例：12A2×100 GB1243.1-83二、齒形鏈由許多齒形鏈板用鉸鏈連接而成。又稱(chēng)無(wú)聲鏈。傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，適用

5、于高速、運(yùn)動(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)中，鏈速可達(dá)40m/s。但成本高、重量大。各組齒形鏈板要錯(cuò)排列，通過(guò)銷(xiāo)軸聯(lián)接而成。鏈板兩工作側(cè)邊為直邊，夾角為60°或70°，由鏈板工作邊與鏈輪齒嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。齒形鏈軸可以是圓柱銷(xiāo)軸，也可以是其它形式（滾柱式）齒形鏈設(shè)導(dǎo)板，以防鏈條軸向竄動(dòng)：內(nèi)導(dǎo)板導(dǎo)向性好；外導(dǎo)板鉸鏈形式：圓銷(xiāo)式；軸互式；滾柱式齒形鏈的齒形特點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)、承受沖擊好、齒多受力均勻、噪音較小、故稱(chēng)無(wú)聲鏈。允許速度V高，特殊設(shè)計(jì)齒形鏈V=40m/s，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格貴、制造較困難、也較重。摩托車(chē)用鏈應(yīng)用于高速機(jī)運(yùn)動(dòng)精度，要求較高的場(chǎng)合，故目前應(yīng)用較少。三、鏈輪要求掌握：1）鏈輪齒

6、形的設(shè)計(jì)要求；2）鏈輪齒形特點(diǎn)；3）鏈輪的主要參數(shù)；4）鏈輪的結(jié)構(gòu)型式有哪些；5）對(duì)鏈輪的材料要求及適用情況鏈輪輪齒的齒形應(yīng)便于順利地進(jìn)入與退出嚙合，且不易脫鏈；還應(yīng)形狀簡(jiǎn)單，便于加工。1、 鏈輪齒形1）、對(duì)齒形要求：保證鏈節(jié)平穩(wěn)進(jìn)入和退出嚙合；減少?lài)Ш蠒r(shí)沖擊和接觸應(yīng)力；鏈條節(jié)距因磨損而增長(zhǎng)后，應(yīng)仍能與鏈輪很好地嚙合；要便于加工。2）、鏈輪齒形及特點(diǎn)端面齒形最常用的是“三圓弧一直線”，弧、和一直線優(yōu)點(diǎn)：接觸應(yīng)力小、沖擊小、磨損少，不易跳齒與脫鏈軸面齒形：兩側(cè)呈圓弧狀，以利鏈節(jié)的進(jìn)入和退出嚙合加工方法：標(biāo)準(zhǔn)刀具加工，一般為成型銑刀（只要P相同，Z不同的所有鏈輪均能加工）圖紙中可不畫(huà)出端面齒形，而

7、只要注明“齒形按3R GB/T1244-85制造”即可。但軸向齒廓是需要畫(huà)出的，以便于加工毛坯，形狀及尺寸見(jiàn)下頁(yè)。軸向齒廓滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸（GB/T1244-85）2、鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸1）、鏈輪的基本參數(shù)：鏈節(jié)距 P套筒外徑 d1齒數(shù) Z建議：Zmax120， 且宜為奇數(shù) 小鏈輪齒數(shù)17齒（使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)） 鏈節(jié)數(shù)宜為偶數(shù)排距 Pt2）、主要尺寸：分度圓直徑（公稱(chēng)直徑） 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 （d滾子直徑） 3、鏈輪材料：應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。 常用：碳素鋼 如Q235、Q275、45、ZG310-570灰鑄鐵 如HT200齒數(shù)50的從動(dòng)輪用。大負(fù)荷時(shí)可用合金鋼。注意：1)、小輪

8、材料應(yīng)優(yōu)于大輪（因嚙合次數(shù)多） 2）、應(yīng)熱處理！鏈輪常用材料、要求及應(yīng)用場(chǎng)合具體有普通碳素鋼，優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼，鏈輪較大（要求較低時(shí)）可用鑄鐵，小功率傳動(dòng)也可用夾布膠木。原則：1）有沖擊載荷時(shí)一般采用低碳鋼和低碳合金鋼滲碳淬火回火。2）無(wú)劇烈沖擊，中等速度較大的鏈輪，一般采用中碳鋼和中碳合金鋼淬火、回火。3）齒數(shù)較多（特大）Z>50的鏈輪采用灰鑄鐵4）中小功率傳動(dòng)采用普通或優(yōu)質(zhì)碳素鋼 大小功率傳動(dòng)采用合金鋼5）P<6KW,高速鏈傳動(dòng)采用夾布膠木，噪音較小，傳動(dòng)平穩(wěn)4、鏈輪的結(jié)構(gòu)型式1） 同軸式（直徑較小時(shí)）2） 整體式（輪齒與輪轂部分成一體），直徑較大時(shí)可在膠板上開(kāi)孔3） 孔板式

9、中等尺寸4） 組合式齒圈與輪轂焊接或齒圈與輪轂螺栓聯(lián)接實(shí)心式孔板式組合式（d200mm時(shí)）§93 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性及受力分析一、鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性分析（為什么鏈傳動(dòng)不平穩(wěn)，噪聲大，且有扇動(dòng)，i不恒定，不均勻性）鏈運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻性：鏈傳動(dòng)與撓在正多邊形輪子上的帶傳動(dòng)極其相似正多邊形邊數(shù)（Z）（齒數(shù)）正多邊形邊長(zhǎng)（P）（節(jié)距）當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)過(guò)一周，鏈移動(dòng)距離ZP當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)速為n1、n2時(shí)平均速度為：（m/s）故平均傳動(dòng)比為： 實(shí)際上：鏈速和傳動(dòng)比在每一瞬時(shí)都是變化的，且按每一鏈節(jié)的嚙合過(guò)程作周期性變化。進(jìn)入嚙合后某一位置鏈速 前進(jìn)速度 垂直速度 式中：V1為A點(diǎn)的圓周速度 為鏈節(jié)進(jìn)入嚙合后某點(diǎn)鉸

10、鏈中心與輪心聯(lián)線與鉛垂線夾角，（或鉸鏈中心相對(duì)于鉛垂線的位置角）。當(dāng)時(shí)，鏈速最??；當(dāng)（在頂點(diǎn)位置），鏈速最大；即每轉(zhuǎn)過(guò)一齒，鏈速 經(jīng)歷過(guò)一次“最小è最大è最小”的變化。此稱(chēng)為“ 多邊形效應(yīng) ”。結(jié)論：鏈節(jié)在運(yùn)動(dòng)中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度變化。這就造成鏈運(yùn)動(dòng)速度的不均勻，不恒定作有規(guī)律的周期性的波動(dòng)。 鏈輪齒數(shù)多，變化范圍較小時(shí)，的變化范圍也變小。 y也是周期性變化的，使鏈條抖動(dòng)。因鏈速變化，故產(chǎn)生振動(dòng)和動(dòng)載荷不可避免，所以，鏈傳動(dòng)不適于高速傳動(dòng)。二、鏈傳動(dòng)的受力分析鏈傳動(dòng)在安裝時(shí)，鏈條應(yīng)有一定的張緊力，張緊力是通過(guò)使鏈保持適當(dāng)?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力來(lái)獲得。目的：使松邊不

11、致過(guò)松，以免影響鏈條的正常嚙合和產(chǎn)生振動(dòng)，跳齒和脫鏈。但張緊力比帶傳動(dòng)中要小得多。不計(jì)動(dòng)載荷，鏈傳動(dòng)中主要作用力有：1、圓周力 F（即有效拉力）作用于主動(dòng)邊2、離心拉力：FC=qV2 q每米鏈長(zhǎng)質(zhì)量（kg/mm，查表）V>7m/s時(shí)須考慮作用于全鏈長(zhǎng)3、 懸垂拉力：Ff作用于鏈全長(zhǎng)與松邊垂度和懸垂布置方式有關(guān)。垂度f(wàn)越小，F(xiàn)f越大（N）對(duì)緊邊： 拉力F1=F+Fc+Ff對(duì)松邊 拉力F2=Fc+Ff鏈作用在軸上的壓力 FQ 可近似取為FQ=(1.21.3)F§94 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、失效形式1）各元件的疲勞破壞（主要指鏈板、銷(xiāo)軸、套筒、滾子）正常潤(rùn)滑及速度主要失效形式2）鏈

12、節(jié)磨損后伸長(zhǎng)（主要是銷(xiāo)軸鉸鏈磨損），造成脫鏈，跳齒3）沖擊破壞（反復(fù)起制動(dòng)、反轉(zhuǎn)或受重多沖擊載荷時(shí)，動(dòng)載荷大，經(jīng)多次沖擊、銷(xiāo)軸、滾子、套筒最終產(chǎn)生沖擊斷裂，總循環(huán)次數(shù)N=104）4）膠合（重載高速）（破壞驗(yàn)算nL）極限轉(zhuǎn)速5）輪齒過(guò)度磨損6）過(guò)載拉斷塑性變形（當(dāng)?shù)退僦剌dV<0.6m/s，按靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)）二、功率曲線圖從一種失效形式出發(fā)，可得到一個(gè)功率曲線表達(dá)式，可用線圖表達(dá)：1鉸鏈磨損限定的極限功率（正常潤(rùn)滑時(shí)）2鏈板疲勞強(qiáng)度限定的極限功率曲線3套筒和滾子的沖擊疲勞強(qiáng)度限定的極限 功率曲線4鉸鏈膠合限定的極限功率曲線5考慮安全系數(shù)得曲線5（實(shí)際使用區(qū)域）6潤(rùn)滑很差，工況惡劣時(shí)，極限功率大幅

13、三、額定功率曲線注意： 功率曲線圖是在一定實(shí)驗(yàn)條件下得到的，而實(shí)際工作條件與實(shí)驗(yàn)條件不可能完全符合，所以，應(yīng)考慮如下系數(shù)：KZ齒數(shù)系數(shù)KL鏈長(zhǎng)系數(shù)KP多排鏈系數(shù)KA工況系數(shù)許用功率為：P=P0KZ KL KP KA§8-8 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知：P，載荷性質(zhì)，工作條件，n1，n2 求Z1、Z2P，列數(shù)，a，潤(rùn)滑方式等。一、鏈傳動(dòng)的主要參數(shù)選擇及步驟1、鏈的節(jié)距和排數(shù)1）計(jì)算功率 Pca=KA.P(KW) KA工況系數(shù)2）要求單排鏈傳遞功率 KZ小鏈輪齒數(shù)系數(shù) 當(dāng)工作點(diǎn)在功率曲線圖曲線頂點(diǎn)左側(cè)時(shí)，查表，KZ，先假設(shè)！左側(cè)時(shí)表示為鏈板疲勞（主要外板）當(dāng)工作點(diǎn)在功率曲線圖曲線頂點(diǎn)右側(cè)時(shí)，查

14、表，K'Z右側(cè)時(shí)表示套筒與滾子沖擊疲勞KP多排鏈系數(shù)，（當(dāng)排數(shù)為2時(shí)KP=1.7，而非2）KL鏈長(zhǎng)系數(shù)：曲線1鏈箱疲勞，主要是考慮載荷集中 曲線2滾子套筒沖擊疲勞3）選型：由P0、n1P 定鏈型號(hào)A4）討論：當(dāng)P，結(jié)構(gòu)尺寸，如n一定，承載力，但運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)性，動(dòng)載、噪音也嚴(yán)重。結(jié)論；因此，在滿足一定功率條件下，P越小越好，高速鏈尤其如此。如再考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)：當(dāng)功率大（CP），V高時(shí)，選節(jié)距（P）小，用多排鏈當(dāng)a小，i大時(shí)選節(jié)距（P）小，用多排鏈當(dāng)a大，i小時(shí)選節(jié)距（P）大，用單列鏈2、鏈輪齒數(shù)Z1、Z2及iZ1不能過(guò)少，Z1應(yīng)為奇數(shù)！當(dāng)Z少外殼尺寸小，重量輕但Z過(guò)少1）傳動(dòng)不均性和動(dòng)負(fù)荷增

15、大；2）P增大后，角增大，功率損失增加，鏈繞進(jìn)，出輪磨損加?。?）當(dāng)P一定時(shí)，Z少，D小，但Ft（=2T/D）加速輪與鏈的破壞Z2不能過(guò)大！Z2過(guò)多外殼尺寸大、重量加大。且Z多，承載力降低，且Z過(guò)多容易脫鏈（Z2更大） （P?。┙Y(jié)論：齒數(shù)過(guò)多，過(guò)少均不好，必須限制齒數(shù)，兩面限制： 表8-12由VZ1，Z1應(yīng)為奇數(shù)，但未設(shè)計(jì)V未知，難選，一般選假設(shè)V設(shè)計(jì)后再校核。不能過(guò)多，或介紹由iZ1（現(xiàn)實(shí)）P傳遞功率（-ps） n1小輪轉(zhuǎn)速 n2大輪轉(zhuǎn)速（rpm）i6一般i=23.5 imax=10 i過(guò)大，鏈在小輪上包角過(guò)小，同時(shí)嚙合齒數(shù)過(guò)少，另外Z應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)，一般為Z1為奇數(shù)傳動(dòng)比i12

16、3456 >6齒數(shù)Z1312725232117173、鏈節(jié)數(shù)與中心距LP，a通常以節(jié)距倍數(shù)來(lái)表示鏈長(zhǎng)LP1）初選a0a過(guò)小時(shí)則過(guò)小（包角）參加嚙合齒數(shù)少，總的LP也少，在一定的V下，鏈節(jié)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增加，壽命下降，但a過(guò)大，除不緊湊外，且使鏈松邊顫動(dòng)。一般推薦：初選a0=(3050P)，amax=80P當(dāng)有張緊鏈裝置時(shí)，可選a0>80Pamin接i定： 當(dāng)i>3 i3時(shí) 當(dāng)結(jié)構(gòu)要求給定a時(shí)，則按給定計(jì)算2）算LP（鏈節(jié)數(shù)） 圓整為整數(shù)（最好為偶數(shù)） 3）求中心距a'（實(shí)際） 為使安裝后，松邊得到適當(dāng)?shù)拇苟龋簞t a'實(shí)=a-a（a2p），松邊垂度控制在（0.01

17、0.02）aa松邊長(zhǎng)度 a=（0.010.02）a當(dāng)輪用可調(diào)中心距或張緊輪外，亦可用壓板、托板、張緊當(dāng)兩輪軸線傾斜>60°時(shí)，必須張緊，當(dāng)無(wú)張緊裝置，而中心距又不可調(diào)時(shí)，必須精算中心距a、4、小鏈輪孔徑dkmax圖示當(dāng)鏈與輪P與Z一定以后，則鏈輪各部分結(jié)構(gòu)尺寸基本已定，據(jù)此由齒側(cè)凸緣最大直徑DH，再考慮到鍵槽削弱和輪轂強(qiáng)度的影響，則軸孔最大直徑dkmax即可求出，P，Zdkmax必大于安裝輪外軸徑（由強(qiáng)度定），若不夠則采用特殊鏈輪結(jié)構(gòu)或重新設(shè)計(jì)。增大Z、P值。5、軸上壓力FQ工作壓力 （N） 離心拉力 （N）離心拉力不作用于軸 當(dāng)V>7m/s時(shí)必考慮垂度拉力 （N） ）垂

18、度拉力（按懸索檢力計(jì)）當(dāng)F3過(guò)大，則垂度過(guò)小，磨損與軸承載荷增大，F(xiàn)3過(guò)小，則嚙合情況變壞。緊邊 F=F1+F2+F3松邊 F=F2+F3 FQ可取為總和，不計(jì)F2， 則：FQF1+2F3 但垂度拉力并不大，可略去，則：FQ1.2Fe 實(shí)例：設(shè)計(jì)一鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)一液體攪拌機(jī),已知電機(jī)功率P=5.5KW，轉(zhuǎn)速為n1=1450rpm，載荷平穩(wěn)，i=3.2。解：1）確定鏈輪齒數(shù)z1、z2初設(shè)鏈速為=38m/s，查表，選小鏈輪齒數(shù)Z1=21則大鏈輪齒數(shù)為Z2= iZ1=3.2×21=67.2，取為67實(shí)際傳動(dòng)比變?yōu)椋?故允許2）確定鏈條節(jié)數(shù)LP建議：a= 3050 P ，初取中心距a0=40P

19、因最好取為偶數(shù)，故取LP=126節(jié)。3）確定計(jì)算功率PcaPca= KAP （KA為工況系數(shù)） 查表得： KA=1.0所以： Pca=1.0×5.5=5.5（KW）4）求鏈條節(jié)距特定條件下，單排鏈所能傳遞的功率為：設(shè)鏈傳動(dòng)工作于額定功率曲線圖的左側(cè)（即可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞） 查表：取齒數(shù)系數(shù) 鏈長(zhǎng)系數(shù) 因是單排鏈，故取多排鏈系數(shù)KP=1 查功率曲線圖，按n1=1450和P0=4.67選取08A鏈條，其節(jié)距為12.7mm。5）求實(shí)際中心距設(shè)計(jì)為中心距可調(diào)形式，故不必詳細(xì)計(jì)算。取a a0=40P=40×12.7=508（mm）6）驗(yàn)算鏈速 故可行7）確定潤(rùn)滑方式已知P=12.7， =6.45m/s，查圖：選擇油浴或飛濺潤(rùn)滑方式8）計(jì)算作用在軸上的力FQ推薦：FQ=(1.21.3)F而 F=1000Pca/V =1000×5.5/6.45 =853（N）?。篎Q=1.3F=1.3×853=1110（N）§95 鏈傳動(dòng)的布置、