第四章　鏈傳動設(shè)計

機械設(shè)計教程第3版機械工業(yè)出版社第四章鏈傳動設(shè)計第一節(jié)鏈傳動的特點和類型

第二節(jié)鏈傳動的運動分析第三節(jié)鏈傳動的受力分析第四節(jié)鏈傳動的設(shè)計計算第五節(jié)鏈傳動的布置、張緊和潤滑

第一節(jié)鏈傳動的特點和類型鏈傳動是由鏈條和安裝在平行軸上的鏈輪組成的,如圖4-1所示。鏈傳動以鏈條為中間撓性件,通過鏈條鏈節(jié)和鏈輪輪齒連續(xù)不斷的嚙合來傳遞運動和動力。圖4-1鏈傳動第一節(jié)鏈傳動的特點和類型一、鏈傳動的特點與帶傳動相比,鏈傳動的優(yōu)點是:①沒有彈性滑動,平均傳動比準確,傳動可靠。②張緊力小,軸與軸承所受載荷較小。③效率較高,可達98%。④鏈條在機構(gòu)中應(yīng)用很廣泛。與齒輪傳動相比,鏈傳動的優(yōu)點是:①可以有較大的中心距。②可在高溫環(huán)境中工作,也可以用于灰塵多的環(huán)境(如農(nóng)業(yè)機械、建筑機械),但壽命縮短。③成本較低。鏈傳動的缺點是:①鏈的瞬時速度和瞬時傳動比都是變化的,傳動平穩(wěn)性較差,工作時有噪聲,不適合高速場合。②不適用于轉(zhuǎn)動方向頻繁改變的情況。③只能用于平行軸間傳動。鏈傳動主要用于中心距較大、要求平均傳動比準確、對平穩(wěn)性要求不高的場合,在農(nóng)業(yè)、冶金、起重、石油、化工等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。按用途不同,鏈傳動中的鏈可分為傳動鏈、起重鏈和曳引鏈。起重鏈和曳引鏈用于起重機械和運輸機械,傳動鏈在一般機械傳動中的應(yīng)用最廣泛。通常傳動鏈的工作范圍是:鏈速v≤15m/s,傳遞功率P<100kW,傳動比i≤8。第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(一)滾子鏈1.滾子鏈的結(jié)構(gòu)滾子鏈的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示,它由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間分別用過盈配合連接。滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間分別用間隙配合連接。當鏈節(jié)屈伸時,套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動。圖4-2套筒滾子鏈的結(jié)構(gòu)簡圖1—內(nèi)鏈板2—外鏈板3—銷軸4—套筒5—滾子第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(一)滾子鏈2.滾子鏈的主要參數(shù)滾子鏈是標準件,其規(guī)格和主要參數(shù)見表4-1。A系列起源于美國,流行于世界各國;B系列起源于英國,主要流行于歐洲;我國以A系列的設(shè)計應(yīng)用為主,B系列主要供維修與出口。滾子鏈的特性參數(shù)是鏈的節(jié)距p,即鏈條上相鄰兩銷軸中心的距離。鏈的節(jié)距p越大,鏈的尺寸和傳遞的功率就越大。傳遞的功率較大時,可采用雙排鏈(圖4-3)或多排鏈。多排鏈是將單排鏈并列,由長銷軸連接而成的。多排鏈的承載能力和排數(shù)成正比,但排數(shù)越多,各排鏈受力不均勻的現(xiàn)象就越明顯,因此一般排數(shù)不超過3~4排。GB/T1243—2006規(guī)定了滾子鏈的標記方法:鏈號—排數(shù)-整鏈鏈節(jié)數(shù)—國家標準代號例如,10A-2-90GB/T1243—2006表示按本標準制造的A系列、節(jié)距為15.875mm,雙排、90節(jié)的滾子鏈。節(jié)距=鏈號×25.4/16mm。鏈的長度用鏈節(jié)數(shù)表示,為使鏈條連成環(huán)形時正好是內(nèi)鏈板與外鏈板相連接,鏈節(jié)數(shù)最好是偶數(shù),這時接頭處可用開口銷(圖4-4a)或彈簧鎖片(圖4-4b)來固定。當鏈節(jié)數(shù)是奇數(shù)時,采用過渡鏈節(jié)連接(圖4-4c)。第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(一)滾子鏈2.滾子鏈的主要參數(shù)第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(一)滾子鏈2.滾子鏈的主要參數(shù)圖4-3雙排鏈第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(一)滾子鏈2.滾子鏈的主要參數(shù)圖4-4鏈接頭形式第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(二)其他傳動鏈1.套筒鏈套筒鏈除了沒有滾子外,其他結(jié)構(gòu)與滾子鏈相同。套筒鏈的結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,但工作時套筒與鏈輪輪齒有相對滑動,易引起鏈輪的磨損,因而用在傳遞功率小、速度低的場合。第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(二)其他傳動鏈2.齒形鏈齒形鏈(圖4-5)由多排鏈片鉸接而成,比套筒滾子鏈工作平穩(wěn),噪聲小,承受沖擊載荷能力強,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,成本較高。圖4-5齒形鏈第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(三)滾子鏈鏈輪的齒形和基本參數(shù)

第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(三)滾子鏈鏈輪的齒形和基本參數(shù)圖4-6三圓弧一直線齒形第一節(jié)鏈傳動的特點和類型二、傳動鏈與鏈輪(三)滾子鏈鏈輪的齒形和基本參數(shù)圖4-7滾子鏈輪的軸向齒廓第二節(jié)

鏈傳動的運動分析一、鏈傳動的平均速度與平均傳動比

第二節(jié)

鏈傳動的運動分析二、鏈傳動的運動不均勻性

第二節(jié)

鏈傳動的運動分析二、鏈傳動的運動不均勻性圖4-8鏈傳動的速度分析第二節(jié)

鏈傳動的運動分析二、鏈傳動的運動不均勻性

第二節(jié)

鏈傳動的運動分析二、鏈傳動的運動不均勻性圖4-9鏈速的變化規(guī)律第二節(jié)

鏈傳動的運動分析三、鏈傳動的動載荷由于鏈傳動的嚙合特點,工作中不可避免地產(chǎn)生動載荷。引起動載荷的原因主要有以下幾點:1)鏈速和從動鏈輪角速度的周期性變化產(chǎn)生加速度,從而引起動載荷。動載荷的大小與零件質(zhì)量和加速度的大小有關(guān)。鏈輪轉(zhuǎn)速越高,鏈節(jié)距越大,鏈輪齒數(shù)越少,動載荷越大。2)鏈條垂直分速度的周期性變化產(chǎn)生垂直加速度,使鏈條橫向振動。3)鏈節(jié)進入鏈輪的瞬間,鏈節(jié)和輪齒以一定的相對速度嚙合,使鏈和輪齒受到?jīng)_擊,并產(chǎn)生附加的沖擊載荷(圖4-10)。4)若鏈張緊不好,有較大的松邊垂度,在起動、制動、反轉(zhuǎn)、載荷變化的情況下,將產(chǎn)生慣性沖擊,使鏈傳動產(chǎn)生較大的慣性沖擊載荷。第二節(jié)

鏈傳動的運動分析三、鏈傳動的動載荷圖4-10鏈節(jié)和鏈輪嚙合時產(chǎn)生沖擊載荷第三節(jié)

鏈傳動的受力分析

第三節(jié)

鏈傳動的受力分析圖4-11鏈的緊邊拉力與松邊拉力第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算一、鏈傳動的失效形式1.鉸鏈的磨損鏈條工作時銷軸與套筒間承受較大的壓力,且彼此相對轉(zhuǎn)動,導(dǎo)致鉸鏈的磨損,使鏈條節(jié)距增大,容易造成跳齒和脫鏈的現(xiàn)象。2.鏈板的疲勞破壞鏈條工作時各元件處于變應(yīng)力的作用下,經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后鏈板會出現(xiàn)疲勞斷裂,滾子、套筒表面會出現(xiàn)疲勞點蝕。3.沖擊疲勞由于鏈傳動的工作特點,銷軸、套筒和滾子受到較大的沖擊載荷,經(jīng)過一定次數(shù)的沖擊后會產(chǎn)生沖擊疲勞。4.鉸鏈的膠合在潤滑不當或鏈輪轉(zhuǎn)速過高時,銷軸和套筒間的潤滑油膜被破壞,導(dǎo)致膠合。5.過載拉斷在鏈速很低(v<0.6m/s)時,傳動鏈承受的載荷超過鏈條極限拉伸載荷Q時鏈條會被拉斷。第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算二、滾子鏈傳動的額定功率1.極限功率曲線不同工作條件鏈傳動的主要失效形式也不同,鏈傳動的承載能力受到多種失效形式的限制。圖4-12所示為鏈傳動在一定的使用壽命和潤滑良好的條件下,由各種失效形式所限定的極限功率曲線。曲線5是在潤滑良好條件下的額定功率曲線,它在各極限功率曲線的范圍之內(nèi),是鏈傳動設(shè)計的依據(jù)。圖4-12鏈的極限功率曲線1—潤滑良好時由磨損失效限定2—由鏈板疲勞破壞限定3—由滾子、套筒沖擊疲勞限定

4—由銷軸和套筒膠合限定5—額定功率曲線6—潤滑惡劣時由磨損失效限定第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算二、滾子鏈傳動的額定功率2.額定功率曲線圖4-13所示為部分單排滾子鏈的額定功率曲線,是在標準試驗條件下得到的,即:①兩鏈輪安裝在平行的水平軸上,兩鏈輪共面。②小鏈輪齒數(shù)z1=19。③鏈長LP=120節(jié)。④單排鏈,載荷平穩(wěn)。⑤按推薦的方式潤滑。⑥能連續(xù)15000h滿負荷運轉(zhuǎn)。⑦鏈條節(jié)距因磨損引起的相對伸長量Δp/p不超過3%。B系列滾子鏈的額定功率曲線可參閱文獻[25]。實際使用條件大多與試驗條件不同,因而應(yīng)對其傳遞功率進行修正,得到鏈傳動的設(shè)計計算公式為Pca=KAP≤KzKmP0(4-8)式中,P0為額定功率(kW),即在上述試驗條件下,單排鏈所能傳遞的功率,由圖4-13查得;P為名義功率(kW);Pca為計算功率(kW);KA為工作情況系數(shù),見表4-2;Kz為小鏈輪齒數(shù)系數(shù),見表4-3;Km為多排鏈的排數(shù)系數(shù),見表4-4。圖4-14所示為推薦的潤滑方式,若不能按此方式潤滑,則設(shè)計時應(yīng)將額定功率值P0適當降低,參見文獻[19]。第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算二、滾子鏈傳動的額定功率圖4-13部分單排滾子鏈的額定功率曲線(GB/T18150—2006)第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算二、滾子鏈傳動的額定功率第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算二、滾子鏈傳動的額定功率圖4-14推薦的潤滑方式1—定期人工潤滑2—滴油潤滑3—油池潤滑或油盤飛濺潤滑4—強制潤滑第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法原始數(shù)據(jù):功率P、主動鏈輪轉(zhuǎn)速n1、從動鏈輪轉(zhuǎn)速n2(或傳動比i)、原動機種類、工作情況等。1.鏈輪齒數(shù)z1、z2和傳動比i

第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法1.鏈輪齒數(shù)z1、z2和傳動比i由上式可知,對于相同磨損程度的鏈條,即當節(jié)距增量Δp一定時,齒數(shù)越多,Δd越大,發(fā)生脫鏈(圖4-16)和跳齒(圖4-17)的可能性就越大。所以脫鏈總是先出現(xiàn)在大鏈輪上。大鏈輪齒數(shù)z2不宜過多,通常限定最大齒數(shù)z2max=120,小鏈輪齒數(shù)z1的選擇見表4-5。由于鏈條的鏈節(jié)數(shù)常是偶數(shù),為考慮磨損均勻,鏈輪齒數(shù)一般應(yīng)取與鏈條的鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)。通常,限制鏈傳動的傳動比i≤8,推薦的傳動比i=2~3.5。當v≤2m/s、載荷平穩(wěn)時,i可達10。傳動比過大時,由于鏈條在小鏈輪上的包角過小,將減少嚙合齒數(shù),因而易出現(xiàn)跳齒或加速鏈輪的磨損,故可采用二級或二級以上傳動。第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法1.鏈輪齒數(shù)z1、z2和傳動比i圖4-15鏈條磨損后節(jié)距的增加第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法1.鏈輪齒數(shù)z1、z2和傳動比i圖4-16鏈節(jié)距的增長量和嚙合圓外移量的關(guān)系第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法1.鏈輪齒數(shù)z1、z2和傳動比i圖4-17跳齒第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法2.鏈節(jié)距p在一定條件下,鏈節(jié)距p的大小反映了鏈傳動的承載能力。鏈節(jié)距p可根據(jù)計算功率Pca和小鏈輪轉(zhuǎn)速n1由額定功率曲線(圖4-13)選取。鏈節(jié)距越大,承載能力越強,傳動尺寸越大,鏈條的速度越高,于是振動、沖擊、噪聲也就越嚴重。所以設(shè)計時,在滿足承載能力的條件下,應(yīng)盡量選用較小節(jié)距的單排鏈。高速、重載、中心距小時,則選用小節(jié)距的多排鏈。第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法

第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法

第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法4.鏈傳動作用在軸上的力(簡稱壓軸力)FQ鏈傳動的壓軸力FQ可近似取為FQ≈KQFe(4-11)式中,Fe為有效圓周力(N);KQ為壓軸力系數(shù)。對水平傳動或傾斜傳動,KQ=(1.15~1.20)KA;對垂直傳動,KQ=1.05KA。其中,KA為工作情況系數(shù)(表4-2)。需要明確的是,在傳遞載荷相同時,鏈傳動的壓軸力較帶傳動小得多。這是因為給鏈條一定張緊力的目的與帶傳動不同。鏈傳動張緊力的大小并不決定傳動的工作能力,而主要是使松邊垂度不至過大。若松邊太松,將影響鏈條與鏈輪輪齒的嚙合,容易產(chǎn)生振動、跳齒和脫鏈。鏈傳動的張緊力是靠保持適當?shù)拇苟犬a(chǎn)生懸垂力或通過張緊裝置達到的。第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算三、滾子鏈傳動的典型設(shè)計步驟和設(shè)計計算方法

第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算四、鏈傳動的應(yīng)用(一)鏈條機構(gòu)簡介鏈條作為一種標準化零件,其結(jié)構(gòu)簡單,經(jīng)濟實用,不僅是一種重要的傳動零件,而且也是一種應(yīng)用廣泛的機構(gòu)元件。鏈條機構(gòu)種類很多,而且不斷有所創(chuàng)新。1.利用鏈條形式的改變,組成各種機構(gòu)鏈傳動通常是由主、從動鏈輪和環(huán)形鏈條(圖4-18)組成的,通過變換鏈條形式,如把鏈條斷開、拉直或組成齒圈,且只用一個鏈輪時,便組成各種新型鏈條機構(gòu)。直線式鏈條和鏈輪組成鏈式齒條(圖4-18a);鏈式齒圈和鏈輪組成齒圈機構(gòu)(圖4-18b);非圓齒圈和鏈輪組成仿形機構(gòu)(圖4-18c);鏈條繞過鏈輪鉸接在工作臺上形成擺動傾斜機構(gòu)(圖4-19)。第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算四、鏈傳動的應(yīng)用(一)鏈條機構(gòu)簡介圖4-18不同鏈條形式組成不同傳動方式a)鏈式齒條b)齒圈機構(gòu)c)仿形機構(gòu)1.利用鏈條形式的改變,組成各種機構(gòu)第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算四、鏈傳動的應(yīng)用(一)鏈條機構(gòu)簡介圖4-19擺動傾斜機構(gòu)1.利用鏈條形式的改變,組成各種機構(gòu)第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算四、鏈傳動的應(yīng)用(一)鏈條機構(gòu)簡介2.利用鏈條元件的某些改變,形成調(diào)節(jié)與控制機構(gòu)如圖4-20所示,在鏈條的某個鏈節(jié)上裝有一個小凸塊,鏈條每運行一周,小凸塊將擺桿頂起一次,也就使接觸器觸點斷開一次?？梢酝ㄟ^改變鏈條長度的方法來調(diào)節(jié)通斷時間。圖4-20接觸器通斷控制機構(gòu)第四節(jié)

鏈傳動的設(shè)計計算四、鏈傳動的應(yīng)用(二)播種機中鏈傳動的應(yīng)用鏈傳動主要用于中心距較大、轉(zhuǎn)速較低、對平穩(wěn)性要求不高的場合。圖4-21所示為播種機中鏈傳動的應(yīng)用。由于鏈傳動與帶傳動比較具有張緊力小、軸與軸承的載荷較小等優(yōu)點,因此在播種機中采用鏈傳動更有尺寸小、調(diào)整方便的優(yōu)勢。此外,播種機的轉(zhuǎn)速較低,地輪轉(zhuǎn)速約為36r/min,也不適合采用帶傳動。圖4-21播種機中鏈傳動的應(yīng)用第五節(jié)鏈傳動的布置、張緊和潤滑一、鏈傳動的布置鏈傳動的合理布置應(yīng)從以下幾方面考慮:1)鏈傳動應(yīng)布置在鉛垂平面內(nèi),盡可能避免布置在水平或傾斜平面內(nèi)。如確有需要