機械設(shè)計基礎(chǔ) 課件 機械 第9章 鏈傳動

第9章鏈傳動§9-1特點及應(yīng)用一、組成及工作原理二、鏈傳動的特點和應(yīng)用

鏈傳動由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的鏈組成。鏈傳動用鏈作中間撓性件，通過鏈和鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運動和動力。1.主要特點⑴與帶傳動相比：①無彈性滑動及打滑，故：②無須大的預(yù)緊力，故壓軸力?、弁瑯訔l件下，結(jié)構(gòu)緊湊，同時能在低速、高溫和潮濕條件下工作。①制造、安裝精度低，成本低，②遠距離傳遞結(jié)構(gòu)輕便。①中心距大②平均傳動比準(zhǔn)確

③傳動效率高，達0.96～0.97⑶主要優(yōu)點：⑵與齒輪傳動相比:⑥鏈傳動較易安裝，成本低。④載荷由多個鏈齒承受，可傳遞較大功率，達數(shù)千瓦；⑤具有中間撓性件的嚙合傳動，剛?cè)岵阢q鏈磨損后，鏈節(jié)伸長，易脫鏈而報廢；⑷主要缺點：①瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，傳動中有一定的動載荷和沖擊，噪聲較大(尤其是鏈輪齒數(shù)少時)，不能用于高速；③要求兩軸平行，兩輪共面，用在同向回轉(zhuǎn)的傳動中。

主要用于兩軸中心距較大、要求平均傳動比不變但對瞬時傳動比要求不嚴(yán)格的傳動中，能在低速、重載、工作環(huán)境惡劣(如多塵、油污、腐蝕和高強度場合)和較高溫度的情況下較好地工作。目前常用范圍：功率不超過100kW;鏈速在12～15m/s以內(nèi)、傳動比imax=8;中心距不大于5～6m。2、應(yīng)用3、分類按用途不同可分為傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。用于傳遞動力的傳動鏈有滾子鏈和齒形鏈。傳動鏈一般在機械中用來傳遞運動和動力。

滾子鏈常用于傳動系統(tǒng)的低速級，通常傳遞功率

P≤100kW，傳動比i≤8，鏈速v≤15m/s，效率約為0.95～0.98。1、組成

滾子鏈由

內(nèi)鏈板1、

銷軸3、套筒4、滾子5組成。內(nèi)、外鏈板交錯連接構(gòu)成鉸鏈。

§9-2

傳動鏈的結(jié)構(gòu)特點一、滾子鏈

外鏈板與銷軸、內(nèi)鏈板與套筒之間采用過盈配合銷軸與套筒之間為間隙配合?？梢宰飨鄬D(zhuǎn)動。滾子與套筒之間采用間隙配合,使?jié)L子與輪齒形成滾動摩擦。

鏈板一般制成8字形，使各個橫截面抗拉強度接近相等，同時減小了鏈的質(zhì)量和運動時的轉(zhuǎn)動慣量。當(dāng)傳遞大功率時，可采用雙排鏈或多排鏈。單排滾子鏈

排數(shù)愈多,承載能力愈高,但制造、安裝誤差也愈大,各排鏈?zhǔn)茌d不均勻現(xiàn)象愈嚴(yán)重。一般鏈的排數(shù)不超過4排，以使各排載荷均勻。雙排滾子鏈多排滾子鏈

工作時用接頭鏈節(jié)將鏈連接成環(huán)形。接頭鏈節(jié)有三種：連接鏈節(jié)、過渡鏈節(jié)、復(fù)合過渡鏈節(jié)。當(dāng)鏈長為偶數(shù)鏈節(jié)數(shù)時，用普通聯(lián)接鏈節(jié)，即開口銷（大節(jié)距時）或彈簧卡片（小節(jié)距時）。2、滾子鏈接頭形式過渡鏈節(jié)過渡鏈節(jié)連接當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時,需用一個過渡鏈節(jié),如圖所示。

由于過渡鏈節(jié)的彎鏈板工作時受到附加彎曲應(yīng)力，其強度僅為通常鏈節(jié)的80%左右，故設(shè)計時應(yīng)盡量避免奇數(shù)鏈節(jié)。

3、鏈與輪嚙合的基本參數(shù)鏈的節(jié)距p，滾子外徑d1，內(nèi)鏈節(jié)寬度b1，排距pt（多排）。

節(jié)距p越大，鏈的各部分尺寸相應(yīng)增大，傳遞P越大，承載能力也越高，重量也隨之增加。鏈的使用壽命很大程度上取決于材料及熱處理方法，因此鏈所有元件均需熱處理，以增大耐磨性、耐沖擊強度。

鏈條上相鄰銷軸的中心距稱為節(jié)距p，它是鏈傳動的主要參數(shù)。滾子鏈已標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)中，滾子鏈的鏈節(jié)距是從英制折算成米制的單位，滾子鏈的標(biāo)記為

鏈號—

排數(shù)×鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)代號

例如：A系列滾子鏈，鏈節(jié)距p=25.4mm，雙排，鏈節(jié)數(shù)88，其標(biāo)記為：16A-2×88GB/T1243—2006

4、滾子鏈的標(biāo)準(zhǔn)鏈節(jié)距p等于鏈號乘以25.4mm/16

分為A、B兩個系列，常用A系列滾子鏈的主要參數(shù)和尺寸見P167表9-1。后綴A、B為系列代號。從表中可知鏈號數(shù)越大，鏈的尺寸就越大，其承載能力也就越高。

A系列，適用于一美國為中心的西半球區(qū)域，我國主要使用A系列。B系列適用于歐洲區(qū)域。二.齒形鏈

齒形鏈又稱無聲鏈：是由一組帶有兩個齒的鏈板左右交錯并列鉸接而成。鏈板的直側(cè)邊為工作邊，其夾角稱為齒楔角

一般60°。為防止工作時的側(cè)向竄動，齒形鏈上設(shè)有導(dǎo)板。

齒形鏈傳動平穩(wěn)，無噪聲，承受沖擊性能好，工作可靠性高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、成本高，故用于中心距小、高速、運動精度較高的傳動中。本章只討論滾子鏈。

鏈輪齒形應(yīng)能使鏈輪與鏈條接觸良好,受力均勻。齒形兩側(cè)呈圓弧狀,以便鏈節(jié)順利進入或退出嚙合，且應(yīng)形狀簡單，便于加工。齒形已有國家標(biāo)準(zhǔn),并用標(biāo)準(zhǔn)刀具范成法加工。國標(biāo)GB/T1243-2006規(guī)定了滾子鏈鏈輪端面齒形。

有兩種：二圓弧齒形、三圓弧一直線齒形。

§9-3

滾子鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料一、鏈輪的齒形推薦采用“三圓弧一直線”的齒形

滾子鏈鏈輪端面標(biāo)準(zhǔn)齒形“三圓弧—一直線”的形狀(三段圓弧

aa

、ab

、cd

和一段直線bc)鏈輪工作圖一般不繪制端面齒形只注明基本參數(shù)及主要尺寸。需要時可查閱機械設(shè)計手冊。表9-2滾子鏈輪齒槽尺寸二、鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸P148表9-3滾子鏈輪的幾何參數(shù)和尺寸表9-3滾子鏈輪的幾何參數(shù)和尺寸（續(xù)）表9-4滾子鏈輪軸向齒廓尺寸三、鏈輪的結(jié)構(gòu)

鏈輪結(jié)構(gòu)見下圖

實心鏈輪齒圈焊接組合式鏈輪孔板式鏈輪緊固件連接小直徑較大直徑直徑很大

要求輪齒有：足夠的耐磨性和強度。材料一般為：中碳鋼淬火處理；高速重載:低碳鋼滲碳淬火處理；低速:可用鑄鐵等溫淬火處理；可根據(jù)其尺寸大小及工作條件選擇。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，所受沖擊也大，故小鏈輪所選材料較好（如：當(dāng)大鏈輪用鑄鐵時，小鏈輪用鋼）。四、鏈輪的材料表9-5鏈輪材料及齒面硬度

由銷軸鉸接而成的剛性鏈節(jié)的鏈條呈多邊形繞在鏈輪上，如同具有柔性的傳動帶繞在正多邊形的帶輪上，多邊形的邊長和邊數(shù)分別對應(yīng)于鏈條節(jié)距p和鏈輪齒數(shù)z?！?-4鏈傳動的工作情況分析

當(dāng)鏈繞上鏈輪嚙合時，這一段將曲折成多邊形的一部分，因此邊長等于節(jié)距P。鏈輪每轉(zhuǎn)一周，鏈就移動了z×p的距離，1、平均速度及傳動比（9-1）

一、鏈傳動的運動特性所以鏈的平均速度為：故平均傳動比

（9-2）

2、瞬時鏈速

實際上，即使主動輪的角速度ω＝常數(shù)，其瞬時鏈速、從動輪角速度及瞬時傳動比都是變化的，且按每一鏈節(jié)的嚙合過程作周期性變化。

設(shè)鏈的緊邊(即主動邊)在傳動時始終處于水平位置，如圖所示。

圖9-7鏈傳動的速度分析

設(shè)主動鏈輪的分度圓半徑為R1，并以等角速度ω1轉(zhuǎn)動，現(xiàn)通過某一鏈節(jié)AB的運動來分析鏈速v。當(dāng)該鏈節(jié)進入嚙合時，銷軸A開始隨鏈輪作等速圓周運動，

鏈速v是銷軸A圓周速度vA的水平分量。在圖（b）位置時，鏈速為設(shè)主動鏈輪分度圓圓周速度為v1=

R1

ω1

又設(shè)鏈水平運動的瞬時速度為v在圖（c）位置時，鏈速為在圖（d）位置時，（

1為主動輪上一個節(jié)距所對的圓心角）鏈速為

在鏈節(jié)AB的嚙入過程中，主動鏈輪雖以等角速度ω1轉(zhuǎn)動，而鏈條的瞬時速度卻按上述規(guī)律周期性變化。每轉(zhuǎn)過一個鏈節(jié)，就重復(fù)一次這種變化的鏈速。

β的變化范圍在±j1/2之間(

1=360°/z1，β的變化范圍：±

180°/z1

）。Z1

越少，β角的變化范圍就越大，鏈速的不均勻性也就越顯著；與此同時，鏈節(jié)銷軸A速度的垂直分量（vy1=v1sinβ=R1ω1sinβ）由于vy1的變化使鏈節(jié)減速上升，加速下降，因而引起鏈的忽上忽下運動；周期性變化使鏈條沿鉛垂方向產(chǎn)生有規(guī)律振動，引起附加動載荷。

同理：在主動鏈輪牽引鏈條變速運動的同時，從動鏈輪也發(fā)生著類似的過程。在傳動過程中，因為γ1在±180°/z2范圍內(nèi)不斷變化，加上β也在變化，所以當(dāng)ω1為常數(shù)時，ω2作周期性變化。3、鏈傳動的瞬時傳動比特殊情況：只有在二、鏈傳動的動載荷1、vx的變化引起的動載荷m

—緊邊鏈條的質(zhì)量ac—鏈條的速度

傳動比與鏈條繞在鏈輪上的多邊形特征有關(guān)，將這種瞬時傳動比變化的現(xiàn)象稱為鏈傳動多邊形效應(yīng)。如果主動鏈輪勻速轉(zhuǎn)動：當(dāng)時，即討論：2、從動輪角加速度引起的動載荷J:從動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動鏈輪軸上的轉(zhuǎn)動慣量由此可知：鏈輪n↑,p↑,z↓→Fd↑3、vy

的變化（顫動）

vy作周期性地變化，使鏈條發(fā)生橫向振動，這也是鏈傳動產(chǎn)生動載的原因之一。4、鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間，作直線運動的鏈節(jié)鉸鏈和以角速度ω作圓周運動的鏈輪將以一定的相對速度突然相互嚙合，從而使鏈條和鏈輪受到?jīng)_擊。顯然，節(jié)距p↑，ω↑，其沖擊動能為：n↑,p↑→E↑，沖擊越嚴(yán)重。鏈節(jié)質(zhì)量為

因鏈節(jié)的運動速度和鏈輪輪齒的運動速度在大小和方向的差別，從而產(chǎn)生附加動載荷。緊邊拉力：F1=Fe+Fc

+Ff

松邊拉力:F2=Fc+Ff三、鏈傳動的力分析

鏈傳動的張緊力，是通過使鏈條保持適當(dāng)?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂力來獲得的。

若不計傳動中的動載荷；式中：P—

鏈傳動功率，kW；v—

鏈速，m/s。Kf

——垂度系數(shù)，與兩輪連心線的傾角α有關(guān)，q——每米鏈的質(zhì)量，kg/ma——鏈輪中心距,m。當(dāng)鏈速v<1m/s時，鏈的離心力可略去不計。圖9-9圖中：f

——下垂度，

a——中心距，§9-5鏈傳動的失效形式、計算準(zhǔn)則和設(shè)計計算一、鏈傳動的失效形式

在變載荷下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板疲勞斷裂；滾子、套筒、銷軸工作表面點蝕和沖擊疲勞裂紋。2、鉸鏈磨損1、疲勞破壞

鉸鏈磨損使外鏈節(jié)節(jié)距變長，嚙合點沿齒高外移，增加了運動的不均勻性和動載荷，引起跳齒、在大鏈輪上易脫鏈。4、鏈條的靜載破壞

低速(v<0.6m/s)重載時，或突然巨大過載時，鏈會發(fā)生塑性變形或產(chǎn)生靜載裂斷。

導(dǎo)致鏈條發(fā)生塑性變形的最小負載將限制鏈條能承受的最大載荷。3、鉸鏈膠合

鉸鏈中的銷軸和套筒在高壓下接觸，同時相對轉(zhuǎn)動產(chǎn)生摩擦熱，從而導(dǎo)致膠合。膠合在一定程度上限制了其極限轉(zhuǎn)速。

1、鏈傳動的計算準(zhǔn)則是依據(jù)實驗得出的在一定使用壽命和規(guī)定條件下，各失效形式限定的極限功率曲線。二、鏈傳動的計算準(zhǔn)則（鏈傳動的額定功率）2、滾子鏈的額定功率曲線

圖9-11為標(biāo)準(zhǔn)單排A系列滾子鏈的額定功率曲線，在特定的實驗條件下由實驗結(jié)果繪制而成。特定的實驗條件是：

⑴兩鏈輪軸平行，水平布置，

⑵小鏈輪齒數(shù)z1＝25，⑶無過渡鏈節(jié)的單排鏈，

⑷鏈長Lp＝120節(jié)；⑸減速傳動i=3⑹預(yù)期工作壽命15000h；

⑺工作環(huán)境溫度：－5~70℃⑻兩鏈輪共面，鏈條保持規(guī)定的張緊度；

⑼載荷平穩(wěn)，⑽環(huán)境清潔，潤滑方式符合規(guī)定；鏈條因磨損引起的相對伸長量不超過3％。根據(jù)小鏈輪轉(zhuǎn)速n1可在圖上查出各型號鏈條所能傳遞的額定功率，也可由所要求傳遞的功率在圖中選定所需鏈條的型號。圖9-11

與試驗條件不同，額定功率應(yīng)予以修正。主要考慮：⑴工作情況⑵主動鏈輪齒數(shù)⑶鏈傳動的排數(shù)A系列單排滾子鏈額定功率曲線三、鏈傳動的參數(shù)選擇1、選擇鏈輪齒數(shù)z1、z2

小輪齒數(shù)z1不宜太小，否則傳動不平穩(wěn)。通常取z1min

=17，小輪齒數(shù)按鏈速由下表選?。淮筝嘄X數(shù)z2不宜過大，否則鉸鏈磨損后，易脫鏈。取zmax

≤114。2、選擇傳動比

i

傳動比過大，鏈條在小鏈輪上的包角就會過小，參與嚙合的齒數(shù)少，每個輪齒承受載荷大，輪齒磨損加速，且易出現(xiàn)跳齒、脫鏈。一般取常取且小鏈輪包角3、中心距a一般取中心距：a=(30～50)p，最大可?。篴0max

=80p。有張緊裝置或托板時：a0max可大于80p，若中心距不能調(diào)整：a0max≈30p，4、鏈節(jié)距p和排數(shù)節(jié)距p間接反映鏈條和鏈齒各部分尺寸的大小，一般p↑→承載↑，但多邊形效應(yīng)↑。

中心距小，傳動比大，選小節(jié)距多排鏈；傳動比小，選大節(jié)距單排鏈。㈠、已知條件：鏈傳動的的工作條件，傳動位置與總體尺寸限制，傳遞的功率P，主動鏈輪的鏈速n1、從動鏈輪轉(zhuǎn)速n2（或傳動比i)。設(shè)計內(nèi)容：確定參數(shù)節(jié)距p、排數(shù)，鏈輪齒數(shù)z1、z2以及鏈輪結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、材料，中心距a、壓軸力FP、潤滑方式及張緊裝置。四、滾子鏈傳動的設(shè)計計算㈡、設(shè)計步驟和方法鏈輪齒數(shù)一般?。?7~114之間1、選擇鏈輪齒數(shù)

z1、z2和確定傳動比

i

3、確定鏈條型號和節(jié)距P工作情況系數(shù)KA由表9-6（P178）選取。

2、計算當(dāng)量單排鏈的計算功率Pca主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz由圖9-13（P179）選取。

多排鏈系數(shù)，雙排鏈KP=1.75三排鏈KP=2.5P：需傳遞的功率由圖9-11（P176）根據(jù)Pca和n1選取鏈條型號。

再由表9-1（P167）確定鏈條節(jié)距P

。

4、計算鏈節(jié)數(shù)和中心距a⑴初選中心距a

=(30～50)p，計算鏈節(jié)數(shù)Lp0

由于鏈條長度不能為任意值，必須是鏈節(jié)長度的整倍數(shù)，所以鏈長用鏈節(jié)數(shù)Lp=L/p

來表示：圓整后取偶數(shù)⑵最大中心距為中心距計算系數(shù)f1

查表9-7（P180）。a可調(diào)時△a取大值。

補充：為保證鏈條有一定的初垂度，實際a比計算的a小2~3mm。實際鏈傳動往往做成中心距可調(diào)的，以使鏈節(jié)伸長后，可隨時調(diào)整張緊度。5、計算鏈速v，確定潤滑方式根據(jù)鏈速v，擇合適的潤滑方式由圖9-14（P181）選圖9-14鏈傳動潤滑方式的選擇6、鏈傳動作用于軸上的壓力FpFe：鏈傳遞的有效圓周力，N（P174）KFp：壓軸力系數(shù)，水平傳動KFp=1.15垂直傳動KFp=1.05

當(dāng)確定了鏈和鏈條的節(jié)距、小輪齒數(shù)后，則鏈輪的結(jié)構(gòu)和各部分尺寸基本確定（表9-3），轂孔的dkmax也可定出，但dkmax須≥安裝鏈輪處的軸徑，否則可采用特殊結(jié)構(gòu)的鏈輪（如鏈輪軸）或重新選擇傳動參數(shù)（增大z1或p）。7、小鏈輪的轂孔最大直徑dkmax

（補充）GB/T10855-2003《

齒形鏈和鏈輪》式中：Sca—

鏈的抗拉靜力強度的計算安全系數(shù)

對v＜0.6m/s的傳動，因為抗拉靜力強度不夠而破壞的機率很大，故常按下式進行抗拉靜力強度計算：F1—

鏈的緊邊工作拉力，單位kN

Flim—

單排鏈的極限拉伸載荷，單位kN，見表9-1。

N—

排數(shù)KA—

工作情況系數(shù)，查表9-9五、低速鏈傳動的靜力強度計算（補充）§9-6鏈傳動的布置、張緊、潤滑與防護一、鏈傳動的布置

鏈傳動的布置是否合理，對傳動的質(zhì)量和使用壽命有較大的影響。1、鏈輪必須位于鉛垂面內(nèi)，兩鏈輪的回轉(zhuǎn)平面應(yīng)在同一平面內(nèi),否則易使鏈條脫落或產(chǎn)生不正常磨損。不合理布置2