《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件第9章

9.1鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

9.2鏈條和鏈輪9.3鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性9.4滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算9.5鏈傳動(dòng)的布置、張緊和潤(rùn)滑思考題和習(xí)題第9章鏈傳動(dòng)

9.1鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用鏈傳動(dòng)是一種具有中間撓性件(鏈條)的嚙合傳動(dòng)，它同時(shí)具有剛、柔特點(diǎn)，是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)械傳動(dòng)形式。如圖9-1所示，鏈傳動(dòng)由主動(dòng)鏈輪1、從動(dòng)鏈輪2和中間撓性件3(鏈條)組成，通過鏈條的鏈節(jié)與鏈輪上的輪齒相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。圖9-1鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)能得到準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，張緊力小，故對(duì)軸的壓力小。鏈傳動(dòng)可在高溫、油污、潮濕等惡劣環(huán)境下工作，但其傳動(dòng)平穩(wěn)性差，工作時(shí)有噪聲，一般多用于中心距較大的兩平行軸間的低速傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)適用的一般范圍為:傳遞功率P≤100kW，中心距a≤5～6m，傳動(dòng)比i≤8，鏈速v≤15m/s，傳動(dòng)效率為0.95～0.98。鏈傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、機(jī)床傳動(dòng)及輕工機(jī)械中。按用途的不同，鏈條可分為傳動(dòng)鏈、起重鏈和曳引鏈。用于傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)鏈又有齒形鏈(見圖9-2)和滾子鏈(見圖9-3)兩種。齒形鏈運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，噪聲小，又稱為無(wú)聲鏈。它適用于高速、運(yùn)動(dòng)精度較高的傳動(dòng)中，鏈速可達(dá)40m/s；但缺點(diǎn)是制造成本高、重量大。圖9-2齒形鏈圖9-3滾子鏈9.2鏈條和鏈輪

9.2.1滾子鏈的結(jié)構(gòu)

如圖9-3所示，滾子鏈由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、套筒3、銷軸4和滾子5組成。內(nèi)鏈板與套筒、外鏈板與銷軸間均為過盈配合；套筒與銷軸、滾子與套筒間均為間隙配合。內(nèi)、外鏈板交錯(cuò)聯(lián)接而構(gòu)成鉸鏈。相鄰兩滾子軸線間的距離稱為鏈節(jié)距，用p表示，鏈節(jié)距p是傳動(dòng)鏈的重要參數(shù)。當(dāng)傳遞功率較大時(shí)，可采用雙排鏈(圖9-4)或多排鏈。當(dāng)多排鏈的排數(shù)較多時(shí)，各排受載不均勻，因此實(shí)際應(yīng)用中排數(shù)一般不超過4。鏈條在使用時(shí)封閉為環(huán)形，當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接，可用開口銷或彈簧卡固定銷軸，如圖9-5(a)、(b)所示；若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)，則需采用過渡鏈節(jié)，如圖9-5(c)所示。由于過渡鏈節(jié)的鏈板要受附加的彎矩作用，一般應(yīng)避免使用，最好采用偶數(shù)鏈節(jié)。圖9-4雙排滾子鏈圖9-5滾子鏈接頭形式9.2.2滾子鏈的標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)目前使用的滾子鏈的標(biāo)準(zhǔn)為GB1243.1—83，分為A、B兩個(gè)系列，常用的是A系列，其主要參數(shù)見表9-1。國(guó)際上鏈節(jié)距均采用英制單位，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定鏈節(jié)距采用米制單位(按轉(zhuǎn)換關(guān)系從英制折算成米制)，對(duì)應(yīng)于鏈節(jié)距有不同的鏈號(hào)，用鏈號(hào)乘以25.4/16所得的數(shù)值即為鏈節(jié)距p。滾子鏈的標(biāo)記方法為:鏈號(hào)—排數(shù)×鏈接數(shù)標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)。表9-1

A系列滾子鏈的基本參數(shù)和尺寸9.2.3鏈輪鏈輪輪齒的齒形應(yīng)便于鏈條順利地進(jìn)入和退出嚙合，使其不易脫鏈，且形狀簡(jiǎn)單，便于加工。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1244-85規(guī)定了滾子鏈鏈輪端面齒形，如圖9-6所示。圖9-6鏈輪的端面齒形鏈輪的主要參數(shù)為齒數(shù)z、節(jié)距p(與鏈節(jié)距相同)和分度圓直徑d。分度圓是指鏈輪上銷軸中心所處的被鏈條節(jié)距等分的圓，其直徑為鏈輪的齒形用標(biāo)準(zhǔn)刀具加工，在其工作圖上一般不繪制端面齒形，只需注明按GB1244-85齒形制造和檢驗(yàn)即可。但為了車削毛坯，需將軸向齒形畫出，軸向齒形的具體尺寸參見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。鏈輪的結(jié)構(gòu)見圖9-7。鏈輪的直徑小時(shí)通常制成實(shí)心式(圖9-7(a))，直徑較大時(shí)制成孔板式(圖9-7(b))，直徑很大時(shí)(≥200mm)制成組合式，可將齒圈焊接到輪轂上(圖9-7(c))，或采用螺栓聯(lián)接(圖9-7(d))。圖9-7鏈輪結(jié)構(gòu)鏈輪輪齒應(yīng)有足夠的接觸強(qiáng)度和耐磨性。常用材料為中碳鋼(35、45鋼)，不重要場(chǎng)合則用Q235A、Q275A鋼，高速重載時(shí)采用合金鋼，低速時(shí)大鏈輪可采用鑄鐵。由于小鏈輪的嚙合次數(shù)多，因此小鏈輪的材料應(yīng)優(yōu)于大鏈輪，并應(yīng)進(jìn)行熱處理。9.3鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性

鏈條是以折線形狀繞在鏈輪上，相當(dāng)于鏈繞在邊長(zhǎng)為節(jié)距p、邊數(shù)為鏈輪齒數(shù)z的多邊形輪上，如圖9-8所示。設(shè)兩輪的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2，則鏈的平均速度為(9-1)式中：z1、z2分別為主、從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)；p為鏈節(jié)距。

由上式可得鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比為由式(9-1)求得的鏈速是平均值，由式(9-2)求得的鏈傳動(dòng)比也是平均值。實(shí)際上鏈速和鏈傳動(dòng)比在每一瞬時(shí)都是變化的，而且是按每一鏈節(jié)的嚙合過程作周期性變化。在圖9-8中，假設(shè)鏈條的上邊始終處于水平位置，鉸鏈A已進(jìn)入嚙合，主動(dòng)輪以角速度ω1回轉(zhuǎn)，其圓周速度v1=d1ω1/2，將其分解為沿鏈條前進(jìn)方向的分速度v和垂直分速度v′，則v和v′的值分別為：(9-2)式中，β為主動(dòng)輪上鉸鏈A的圓周速度方向與鏈條前進(jìn)方向的夾角。每一鏈節(jié)自嚙入鏈輪后，在隨鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)沿圓周方向送進(jìn)一個(gè)鏈節(jié)的過程中，每一鉸鏈轉(zhuǎn)過。當(dāng)鉸鏈中心轉(zhuǎn)至鏈輪的垂直中心線位置時(shí)，其轉(zhuǎn)速達(dá)最大值，；當(dāng)鉸鏈處于和時(shí)，鏈速為最小，。(9-3)(9-4)由此可見，鏈輪每送進(jìn)一個(gè)鏈節(jié)，其鏈速v經(jīng)歷“最小—最大—最小”的周期性變化。這種由于鏈條繞在鏈輪上形成多邊形嚙合傳動(dòng)而引起傳動(dòng)速度不均勻的現(xiàn)象，稱為多邊形效應(yīng)。當(dāng)鏈輪齒數(shù)較多，β的變化范圍較小時(shí)，其鏈速的變化范圍也較小，多邊形效應(yīng)相應(yīng)減弱。此外，鏈條在垂直方向上的分速度v′也作周期性變化，使鏈條上下抖動(dòng)。圖9-8鏈傳動(dòng)的速度分析用同樣的方法對(duì)從動(dòng)輪進(jìn)行分析可知，從動(dòng)輪的角速度ω2是變化的，所以鏈速和鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比也是變化的。由上述分析可知，鏈傳動(dòng)工作時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊，引起附加的動(dòng)載荷，因此鏈傳動(dòng)不適用于高速傳動(dòng)。9.4滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

1.鏈傳動(dòng)的失效形式

由于鏈條強(qiáng)度不如鏈輪高，因此一般鏈傳動(dòng)的失效主要是鏈條的失效。常見的失效形式有以下幾種。

(1)鏈板疲勞破壞。由于鏈條松邊和緊邊的拉力不等，在其反復(fù)作用下經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板將發(fā)生疲勞斷裂。在正常的潤(rùn)滑條件下，一般是鏈板首先發(fā)生疲勞斷裂，其疲勞強(qiáng)度成為限定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素。

(2)滾子和套筒的沖擊疲勞破壞。鏈傳動(dòng)在反復(fù)起動(dòng)、制動(dòng)或反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生巨大的慣性沖擊，會(huì)使?jié)L子和套筒發(fā)生沖擊疲勞破壞。

(3)鏈條鉸鏈磨損。鏈的各元件在工作過程中都會(huì)有不同程度的磨損，但主要磨損發(fā)生在鉸鏈的銷軸與套筒的承壓面上。磨損使鏈條的節(jié)距增加，容易產(chǎn)生跳齒和脫鏈。一般開式傳動(dòng)時(shí)極易產(chǎn)生磨損，降低鏈條壽命。

(4)鏈條鉸鏈的膠合。當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，鏈節(jié)嚙入時(shí)受到的沖擊能量增大，工作表面的溫度過高，銷軸和套筒間的潤(rùn)滑油膜被破壞而產(chǎn)生膠合。膠合限制了鏈傳動(dòng)的極限轉(zhuǎn)速。

(5)靜力拉斷。在低速重載或嚴(yán)重過載的場(chǎng)合，當(dāng)載荷超過鏈條的靜力強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)致鏈條被拉斷。

2.額定功率曲線圖

額定功率曲線圖是將各種規(guī)格的滾子鏈實(shí)際使用的極限功率曲線綜合在一起所得的圖，如圖9-9所示。它表明了鏈條規(guī)格、功率和小鏈輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，依據(jù)此圖可根據(jù)功率和小鏈輪轉(zhuǎn)速選定鏈條的規(guī)格。圖9-9額定功率曲線圖圖中的功率曲線是在以下特定條件下繪制的:兩輪端面共面，小鏈輪齒數(shù)z1=19，鏈長(zhǎng)Lp為100節(jié)，單排鏈，載荷平穩(wěn)，采用推薦的潤(rùn)滑方式，壽命為15000h，傳動(dòng)比i=3，中心距a=40p。

3.設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則對(duì)于一般鏈速v＞0.6m/s的鏈傳動(dòng)，其主要失效形式為疲勞破壞，故設(shè)計(jì)計(jì)算通常以疲勞強(qiáng)度為主并綜合考慮其他失效形式的影響。計(jì)算準(zhǔn)則為：傳遞的功率值(計(jì)算功率值)小于許用功率值，即Pc≤［P］由圖9-9查得的P0值是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下得到的，與實(shí)際工作條件往往不一致，所以P0不能作為[P]，而必須對(duì)P0值進(jìn)行修正，即式中，P為名義功率(kW)；KA為工作情況系數(shù)(見表9-2)；Kz為小鏈輪齒數(shù)系數(shù)(見表9-3)；Ki為傳動(dòng)比系數(shù)(見表9-4)；Ka為中心距系數(shù)(見表9-5)；Kp為多排鏈系數(shù)(見表9-6)。表9-2工作情況系數(shù)KA

表9-3小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz

表9-4傳動(dòng)比系數(shù)Ki

表9-5中心距系數(shù)Ka

表9-6多排鏈系數(shù)Kp

當(dāng)鏈速v≤0.6m/s時(shí)，鏈傳動(dòng)的主要失效形式為鏈條的過載拉斷，因此應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，校核其靜強(qiáng)度安全系數(shù)S，即式中，F(xiàn)Q為單排鏈的極限拉伸載荷；m為鏈條排數(shù)；F為鏈的工作拉力，單位為N，(其中，P為名義功率，單位為kW；v為鏈速，單位為m/s)。鏈條作用在鏈輪軸上的壓力F′可近似取為F′=(1.2~1.3)F當(dāng)有沖擊、振動(dòng)時(shí)，式中的系數(shù)取大值。

4.鏈傳動(dòng)主要參數(shù)的選擇

(1)鏈的節(jié)距和排數(shù)。鏈節(jié)距越大，鏈的零件尺寸越大，承載能力越強(qiáng)，但傳動(dòng)時(shí)的不平穩(wěn)性、動(dòng)載荷和噪聲也越大。鏈的排數(shù)越多，其承載能力增強(qiáng)，傳動(dòng)的軸向尺寸也越大。因此，選擇鏈條時(shí)應(yīng)在滿足承載能力要求的前提下，盡量選用較小節(jié)距的單排鏈，當(dāng)在高速大功率時(shí)，可選用小節(jié)距的多排鏈。

(2)鏈輪齒數(shù)和傳動(dòng)比。為保證傳動(dòng)平穩(wěn)，減少?zèng)_擊和動(dòng)載荷，小鏈輪齒數(shù)z1不宜過小(一般應(yīng)大于17)，通?？砂幢?-7選取。大鏈輪齒數(shù)不宜過多，齒數(shù)過多除了增大傳動(dòng)的尺寸和重量外，還會(huì)出現(xiàn)跳齒和脫鏈等現(xiàn)象，通常z2≤120。表9-7小鏈輪齒數(shù)z1

由于鏈節(jié)數(shù)常取為偶數(shù)，為使鏈條與鏈輪的輪齒磨損均勻，因此鏈輪齒數(shù)一般應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)。

(3)中心距和鏈節(jié)數(shù)。如果中心距過小，則鏈條在小鏈輪上的包角較小，嚙合的齒數(shù)小，導(dǎo)致磨損加劇，且易產(chǎn)生跳齒、脫鏈等現(xiàn)象。同時(shí)鏈條的繞轉(zhuǎn)次數(shù)增多，加劇了疲勞磨損，從而影響鏈條的壽命。若中心距過大，則鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)大，且由于鏈條松邊的垂度大而產(chǎn)生抖動(dòng)。一般中心距取a＜80p，大多情況下a=(30～50)p。鏈條的長(zhǎng)度以鏈節(jié)數(shù)Lp表示，可按下式計(jì)算由上式計(jì)算得到的鏈節(jié)數(shù)應(yīng)圓整為偶數(shù)。由上式可推導(dǎo)出實(shí)際中心距的計(jì)算公式一般情況下，中心距設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的。若中心距不可調(diào)節(jié)，則實(shí)際安裝中心距應(yīng)比計(jì)算值小2～5mm。

5.鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一般設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)時(shí)的已知條件為:傳動(dòng)的用途和工作情況，原動(dòng)機(jī)的類型，需要傳遞的功率，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比以及外廓安裝尺寸等。鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一般包括：確定滾子鏈的型號(hào)、鏈節(jié)距、鏈節(jié)數(shù)，選擇鏈輪的齒數(shù)、材料、結(jié)構(gòu)，繪制鏈輪工作圖并確定傳動(dòng)的中心距。9.5鏈傳動(dòng)的布置、張緊和潤(rùn)滑

1.鏈傳動(dòng)的布置

鏈傳動(dòng)的布置對(duì)傳動(dòng)的工作狀況和使用壽命有較大影響。通常情況下，鏈傳動(dòng)的兩軸線應(yīng)平行布置，兩鏈輪的回轉(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。鏈條應(yīng)使主動(dòng)邊(緊邊)在上，從動(dòng)邊(松邊)在下，以免松邊垂度過大時(shí)鏈與輪齒相干涉或緊、松邊相碰。如果兩鏈輪中心的連線不能布置在水平面上，則其與水平面的夾角應(yīng)小于45°。應(yīng)盡量避免中心線垂直布置，以防下鏈輪嚙合不良。

2.鏈傳動(dòng)的張緊鏈傳動(dòng)需適當(dāng)張緊，以免垂度過大而引起嚙合不良。一般情況下，鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)成中心距可調(diào)整的形式，通過調(diào)整中心距來(lái)張緊鏈輪。也可采用張緊輪(圖9-10)張緊，張緊輪應(yīng)設(shè)在松邊。圖9-10鏈傳動(dòng)的張緊

3.鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑是影響傳動(dòng)工作能力和壽命的重要因素之一，潤(rùn)滑良好可減少鉸鏈磨損。潤(rùn)滑方式可根據(jù)鏈速和鏈節(jié)距的大小由圖9-11選擇，具體的潤(rùn)滑裝置如圖9-12所示。潤(rùn)滑油應(yīng)加于松邊，以便潤(rùn)滑油滲入各運(yùn)動(dòng)接觸面。潤(rùn)滑油一般可采用L-AN32、L-N46、L-AN68油。圖9-11推薦的潤(rùn)滑方式圖9-12鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑思考題和習(xí)