第14章--链传动设计(讲课09.10)

§14-1链传动概述§14-2链传动的运动特性和受力分析§14-3滚子链传动设计计算§14-1链传动的类型、结构和特点滚子链传动一.链传动的类型齿形链导向板棱柱销轴齿形链板链传动的组成——由主、从动链轮和环形链条组成。链传动的工作原理：间接啮合传动二.滚子链的结构、参数及标记滚子内链板外链板销轴套筒一）滚子链结构分析——滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。滚子链的结构分析图h2滚子内链板外链板销轴套筒——用过盈配合连接，称为外链节。——用过盈配合连接，称为内链节。——间隙配合，当链条与链轮轮齿啮合时，内、外链节相对转动。——为间隙配合，使滚子与轮齿间主要发生滚动摩擦。p销轴与外链板套筒与内链板销轴与套筒之间滚子与套筒之间二）滚子链的主要参数——链条上相邻两滚子中心之间的距离，是反映链条尺寸和承载能力的重要参数。——排数是反映链条承载能力的参数。双排链链节距p链的排数nph2p链条节头数目称为链节数，是反映链条长度的参数。一般采用偶数链节，链条连成环形时正好是外链板与内链板相连接。滚子链的接头形式若采用奇数链节，链条连成环形时必须使用过渡链节。有附加弯矩的作用，所以强度仅为通常链节的80％左右，故设计时应尽量避免使用过渡链节。a)偶数链节用接头b）过渡链节链节数Lp——4．滚子链的标记——链号—排数x链节数标准号链号，节距p=25.4mm按本标准制造的A系列链节数LP=80节标准号单排例如：16A—1×80GB／T1243.1—1983三．链传动的特点及应用一）链传动的特点——链传动兼有齿轮传动和带传动的特点。与齿轮传动比较：链传动较易安装，成本低廉；远距离传动(中心距最大可达十多米)时，其结构要比齿轮传动轻便得多。3.滚子链的规格，见表14-1P299优点：平均传动比准确；传动效率高；需要的张紧力小，压轴力小；结构尺寸紧凑；能在低速重载下较好地工作；能适应较恶劣环境如油污多尘和高温等场合。缺点：噪声大，需要良好润滑；若中心距很大，转速极高时，不及带传动。与带传动比较二）链传动的应用——广泛应用于石油、化工、冶金、农业、采矿、起重、运输、纺织等各种机械和动力传动中。一.链传动的运动特性一）链传动的平均链速V平及平均传动比i平与带传动相比，链传动相当于链条绕在多边形的轮子上，多边形的边长等于节距p，边数等于链轮齿数z，链轮每转一周，链就移动一个多边形的周长，所以链的平均速度为：链传动的平均传动比：smpnzpnzv/60000600002211平contzznni1221平§14-2链传动的运动特性和受力分析二）链传动的瞬时链速V瞬及瞬时传动比i瞬•1.分析说明：1）研究滚子链销轴中心的运动；2）设链的紧边（即主动边）在传动时，始终处于水平位置；3)只研究转过一个链节时段的运动情况。2.链传动的瞬时链速V瞬图示为链条的销轴中心A在主动轮上啮进，销轴中心D在从动轮上啮出的速度分析。设主、从动链轮分别以角速度ω1、ω2转动，链轮节圆半径为R1、R2，销轴中心A、D亦随之作等速圆周运动，其圆周速度V1=R1ω1，V2=R2ω212DAV1V2链传动速度分析12AVV1V1′BVV2V2′DV1、V2可分解为沿链条前进方向的分速度V和垂直链条前进方向的分速度V1´、V2´。V1V=R1ω1cosβV1′=R1ω1sinβV2V=R2ω2cosγV2′=R2ω2sinγ式中：β——为铰链点A的圆周速度与前进分速度之间的夹角，在数值上等于A点在主动轮上的相位角，β在±180º/Z1之间变化。γ——为铰链点D的圆周速度与前进分速度之间的夹角，在数值上等于D点在从动轮上的相位角，γ在±180º/Z2之间变化。可见，在链节的啮进过程中，链条前进方向速度V和垂直方向分速度V1′、V2′的数值随β、γ变化而改变。其变化情况只需分析一链节从进入啮合开始，到相邻的下一个链节进入啮合为止的一段时间的运动情况，以A链节在主动链轮1上啮合全过程为例分析瞬时速度变化。V1V=R1ω1cosβV1′=R1ω1sinβV2V=R2ω2cosγV2′=R2ω2sinγ12AVV1V1′BVV2V2′D1）A链节开始进入啮合——相位角：111802z）链节开始进入啮合（111802zA前进方向分速度：垂直方向分速度：111111180cos180coszRzRv1111111180sin180sin'zRzRv12AVV1V1′BVV2V2′D范围内啮合）链节在（）018021ZA范围内啮合）链节在（01801ZA前进方向分速度V=R1ω1cosβ；垂直方向分速度：V1′=R1ω1sinβ；12ABV3）A链节与Y轴重合——相位角β=A链节与Y轴重合（β=）前进方向分速度：V=V1=R1ω1；垂直方向分速度：V1′=0D0012AVV1V1′DVV2V2′）范围内啮合（链节在11800)4ZA）范围内啮合（链节在11800ZA前进方向分速度：V=R1ω1cosβ；垂直方向分速度：V1′=R1ω1sinβ；B5）A链节结束啮合时——相位角：111802z)1802(11zA链节结束啮合时前进方向分速度：垂直方向分速度：111111180cos180coszRzRv1111111180sin180sin'zRzRv12AVV1V1′DVV2V2′B每啮进一个链节时，链速变化情况相位角β变化：前进方向分速度：11/1800/180zz由11111180cos180coszRRzR111由即：时而加速啮进，时而减速啮进垂直方向分速度：111111180sin0180sinzRzR由即：时而减速上升，时而加速下降链速V时快时慢，V′忽上忽下的变化，称为多边形效应。12AVV1V1′DVV2V2′B从动轮节圆上圆周速度：221112coscoscoscoscosRRvvv3.链传动的瞬时传动比i瞬——coscos1221RRi瞬21180,180zz的变化范围为：的变化范围为：常数，故一般情况下瞬ii瞬=常数的条件：1）i=1，即Z1=Z2，β和γ变化范围相同；2）链紧边长为链节距的整数倍，使β和γ同步变化。结论：链传动存在多边形效应，使链节啮合速度周期性变化，瞬时传动比不等于常数，使运动产生不均匀性和动载荷。coscos1221RRi瞬二.链传动的受力分析一）链传动工作的受力分析链紧边受到的拉力：F1=F+Fc+Fy作用在链上的力及链的下垂度链松边受到的拉力：F2=Fc+FyF—链传动的圆周力（有效拉力）NvPF1000Fc—作圆周运动的链节产生的离心力Fy—链条重量产生的悬垂拉力，Fy=KyqgaN式中：q—链每米长度的质量，kg/m，见表14-1；v—链的圆周速度，m/s；a—链传动的中心距，m；g—重力加速度，g=9.81m/s2；Ky—垂度系数，即下垂量为y=0.02a时的拉力系数，见表14-2，表中β为两链中心连线与水平面的夹角。二）链作用于轴上的压力FQ链传动为间接啮合传动，安装时只需较小的张紧力，目的是使松边的垂度不致过大。以防松边在下时，导致链轮啮合齿数较少，加速磨损，产生较大振动、跳齿或脱链。与带传动相比，链作用于轴上的压力要小得多，若忽略传动中的动载荷，可近似取为：FQ=F1+F2≈(1.2~1.3)FFy=KyqgaN三.链传动中的动载荷链传动中的动载荷包括外部附加动载荷——由于工作载荷和原动机的工作特性带来的振动、冲击等因素引起的附加载荷，用工作情况系数加以考虑；内部附加动载荷——由链传动本身速度变化及制造、安装误差引起的附加动载荷。内部附加动载荷产生原因：1）由于链速v=R1ω1cosβ的周期性变化产生的加速度a，当β=±φ1/2时，加速度达到最大值：2112111211max21180sin2sinpzRRa可见，链速越高，节距越大，链的加速度越大，则链传动的动载荷也越大。2）链条上下方向运动速度周期性变化产生横向振动，引起动载荷。3）当链条的铰链与轮齿突然啮合时，相当于链节铰链敲击轮齿，它们之间产生冲击动载荷。4）链和链轮的制造误差以及安装误差。5）由于链条的松弛，在启动、制动、反转、突然超载或卸载情况下出现的惯性冲击等。四.影响链传动运动不均匀性和动载荷的主要因素及其减小措施一）影响因素小链轮齿数Z1：链节距p：小链轮的角速度ω1：；，动载荷，不均性变化范围，1Z；，动载荷，不均性，maxap。，动载荷，不均性，max1a二）减小运动不均性动载荷的措施1）选较多的链轮齿数；2）链传动放在低速级，限制Vmax≤15m/s;3）尽可能使用较小的链节距。2112111211max21180sin2sinpzRRa一.滚子链传动的主要失效形式及计算准则一）主要失效形式1.铰链磨损—§9-3滚子链传动设计计算2.链板的疲劳破坏----3.点蚀和多次冲击破断4.销轴与套筒的胶合5.过载拉断在润滑条件良好且设计安装正确的情况下，闭式链传动的主要失效形式开式链传动的主要失效形式。——润滑不良或转速过高时——低速重载场合PP+△P△P链条磨损后的节距增量p3600/z3600/z链节距伸长量与节圆增大量之间关系二）链传动计算准则通常链轮的寿命为链寿命的2—3倍以上，故链传动的承载能力以链的强度和寿命为依据。闭式传动V≥0.6m/s链传动：按额定功率曲线设计；V0.6m/s链传动：主要失效为过载拉断，按静强度计算。开式链传动——主要失效为磨损，进行磨损条件性计算，即：p[p]二.滚子链传动的功率曲线一）滚子链传动的极限功率曲线6是润滑条件不好或工作环境恶劣的情况下的极限功率曲线，这种情况下链磨损严重，所能传递的功率甚低。1是在良好而充分润滑条件下由磨损破坏限定的极限功率曲线；2是在变应力下链板疲劳破坏限定的极限功率曲线；3是由滚子套筒冲击疲劳破坏限定的极限功率曲线；4是由销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线；5是良好润滑条件下的额定功率曲线，是设计时所使用的曲线；Ａ系列滚子链传动的额定功率曲线一）滚子链传动的额定功率曲线注：双排链的额定功率曲线可以用单排链的Ｐ０×１.７５计算得到三排链的额定功率曲线可以用单排链的Ｐ０×２.５计算得到Ｚ１=２５；ＬＰ=1２０节；单排链；传动比i=3，水平安装载荷平稳；按照推荐的润滑方式润滑；工作寿命为15000小时；链因磨损而引起的相对伸长量不超过3％。说明：1、特定条件2、当实际情况不符合特定条件时，应对查得Ｐ０的值进行修正。设计时修正公式：Ｐ０＝ＰＫＡＫZＫＡ为工作情况系数,ＫZ为主动链轮齿数系数vv3、当不能保证按图示推荐的润滑方式时，则设计时应将Ｐ０值按如下数值降低：当1.5m/s，润滑不良时，取图值的30%～60%；无润滑时，降至15%(寿命不能保证15000小时)；v当1.5m/s7m/s，润滑不良时，取图值的15%～30%；当7m/s，若润滑不良时，该传动不可靠，不宜采用。三、链传动的设计计算和主要参数的选择1、一般(V≥0.6m/s)的链传动设计方法(1)确定链轮齿数和速比链轮齿数的多少对传动平稳性和使用寿命有很大影响。若小链轮齿数－－－－运动速度的不均匀性和动载荷↑－－－－链节进入和退出啮合时，相对转角↑，铰链磨损↑－－－－冲击和功率损耗↑。Ｚ１↓｛当链速很低时，滚子链传动小链轮最小齿数Ｚ１min≥9，一般小链轮齿数可根据传动比按表９-４选取。一般-----(0.6m/s)的链传动按功率曲线设计计算；低速-----(0.6m/s)链传动按静强度设计计算。表９-４小链轮齿数Ｚ１链速Ｖ（m/s）0.6～33～88Z1≥17≥21≥25但是Ｚ１↑↑→Ｚ２↑↑｛传