第九章鏈傳動

機械設計DesignofMachinery機電工程學院機械設計研究室2/4/20231第三篇機械傳動9.1

鏈傳動的特點及應用9.2

傳動鏈的結構特點9.3

滾子鏈鏈輪的結構和材料9.4

鏈傳動的工作情況分析9.5

鏈傳動的設計計算9.6鏈傳動的布置、張緊、潤滑與防護第九章鏈傳動2/4/20232一、組成鏈傳動是以鏈條為中間撓性件的嚙合傳動?！?/p>

9.1鏈傳動的特點及應用

2/4/20233二、優(yōu)、缺點1、優(yōu)點與帶傳動相比：1）2）η高3）結構緊湊（∵帶傳動要求α1＞120°—a↑）4）壓軸力?。▏Ш蟼鲃印獜埦o力?。?。5）可在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境下工作。無彈性滑動2/4/20234與齒輪傳動相比：1）適于遠距離傳動。2）成本低（制造、安裝精度↓）。2、缺點1）只能用于平行軸間的傳動，且同向轉動。2），振動、平穩(wěn)性差、噪音大。3）成本比帶傳動高。2/4/20235三、應用Pmax→5000kW，vmax→40m/s，imax→15，amax→8m一般：P＜100kW，v＜15m/s，i＜81、不宜用于載荷變化大和急促反向的傳動。2、用于a較大，要求i平均不變，而不宜采用齒輪或帶傳動場合。∴廣泛應用在自行車、摩托車挖掘機（惡劣工作條件）其它低速重載場合2/4/202362/4/20237四、鏈的種類傳動鏈——一般機械傳動，v≤20m/s傳動鏈起重鏈——提升重物，v≤0.25m/s起重鏈曳引鏈——移動重物，v=2~4m/s曳引鏈2/4/20238傳動鏈按結構不同，分為：滾子鏈（套筒滾子鏈）、齒形鏈§9-2傳動鏈的結構特點2/4/20239（一）滾子鏈結構：自由滾動，減小摩擦，磨損內、外鏈板呈“8”字形：?

等強度，↓慣性力內鏈節(jié)外鏈節(jié)形成鉸鏈2/4/2023102/4/202311接頭形式：連接鏈節(jié)：過渡鏈節(jié)：產生附加彎矩,承載↓,FQ=0.8FQ∴避免采用奇數(shù)鏈節(jié)。偶數(shù)節(jié)：奇數(shù)節(jié)：彈簧卡片↓沖擊和振動開口銷、2/4/202312主要參數(shù)：1）鏈節(jié)距p——基本參數(shù)p↑——尺寸↑p=鏈號×25.4/16（mm）2）鏈節(jié)數(shù)Lp整數(shù)，一般為偶數(shù)。3）排數(shù)zp單排鏈排數(shù)↑—承載↑但：排數(shù)↑↑—承載不均，∴zp≯3-4多排鏈2/4/2023132/4/202314標準化滾子鏈已標準化：P167

表9-1GB1243.1—83×鏈號排數(shù)鏈節(jié)數(shù)標準編號例：08A—1×87GB2431—83？

A系列、節(jié)距p=12.7mm，單排，87節(jié)分為A、B兩個系列，常用的是A系列.2/4/202315(二）齒形鏈帶外導板帶內導板齒形鏈是由許多齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成。齒形鏈板的兩側是直邊，工作時鏈板的側邊與鏈輪齒廓相嚙合。鏈板的成形孔內裝入棱柱，兩棱柱相互滾動，可減小摩擦和磨損。p直邊直邊O60?2/4/202316缺點：結構復雜、價格較貴、比較重。應用場合：多應用于高速（鏈速可達40m/s）、大傳動比和小中心距等工作條件較為嚴酷的場合。優(yōu)點：承受沖擊能力比滾子鏈好，噪音低，平穩(wěn)——“無聲鏈”圓銷式軸瓦式滾柱式鉸鏈形式：2/4/202317§9-3滾子鏈鏈輪的結構和材料組成輪齒輪緣輪轂輪輻設計內容：確定其結構和尺寸，選擇材料和熱處理方法。2/4/202318(一)鏈輪齒形

滾子鏈鏈輪的齒形齒面圓弧半徑：re

齒溝圓弧半徑：

ri

齒溝角：ααmin、αmax各種鏈輪的實際斷面齒形介于最大最小齒槽形狀之間。這樣處理使鏈輪齒廓曲線設計具有很大的靈活性。但齒形應保證鏈節(jié)能平穩(wěn)自如地進入或推出嚙合，并便于加工。國標規(guī)定最大值和最小值：reriα屬非共軛嚙合，鏈輪齒形設計比較靈活。2/4/202319潘存云教授研制d180?Z滾子鏈鏈輪端面齒形（一）鏈輪齒形這種三圓弧一直線齒形基本上符合標準齒槽形狀范圍，且具有較好的嚙合性能，并便于加工。r2bdcr3r1aa端面齒形：三圓弧一直線2/4/202320bg(h)r5gbB2B3ptptr5軸面齒形：圓弧+直線便于進入或退出嚙合單排鏈輪軸面齒形多排鏈輪軸面齒形零件工作圖：只繪制軸面齒形，不用繪制端面齒形。直線指采用標準刀具加工r42/4/202321滾子鏈鏈輪的參數(shù)鏈輪的節(jié)距：p----弦長分度圓直徑：d1ddf=d-d1

齒頂圓直徑：da齒根圓直徑：鏈輪主要尺寸計算公式：§9-3滾子鏈鏈輪的結構和材料reriαdf360?Zp(二）鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸基本參數(shù)：配用鏈條的節(jié)距p，套筒的最大外徑d1，排距pt和齒數(shù)z。2/4/202322表9-3鏈輪主要尺寸計算公式一覽

名稱代號計算公式備注分度圓直徑d

d=p/sin(180/Z)齒頂圓直徑da

damax=d+1.25p-d1

damin=d+(1-1.6/z)p-d1

da=p[0.54+ctg(180/z)]若為三圓弧一直線齒形，則有：分度圓弦齒高ha

hamax=(0.625-0.8/z)p-0.5d1

hamin=0.5(p-d1)z

若為三圓弧一直線齒形，則有：ha=0.27p齒根圓直徑df

df=d-d1齒側凸緣圓直徑或排間槽dz

≤

pctg(180/z)-1.04h2-0.76mmdgh2-內鏈板高度ha是為簡化放大齒形的繪制而引入的輔助尺寸hamin相應damin

hamax相應damax

可在damax、damin

范圍內任意選取，但選用damax時，應考慮才用展成法加工有發(fā)生頂切的可能性。注：da

、dg取整數(shù)，其它尺寸精確到0.01mm2/4/202323表9-4鏈輪的結構尺寸計算公式倒角寬baba=(0.1~0.15)p

倒角半徑rxrx

≥p名稱代號計算公式備注齒寬雙排、三排bn0.91b1

0.93b1

單排

0.93b10.95b1

四排以上

0.88b10.93b1

鏈輪齒總寬bfnbfn

=(n-1)pt+bf1

倒角深hh=0.5p齒側凸緣（或排間距）圓角半徑rara

≈0.04pp≤12.7mm

p≥12.7mmP>12.7mm時，經制造廠同意，也可以使用p≤12.7mm時的齒寬。b1為內鏈節(jié)內寬。僅適用于B型n----排數(shù)bf1bf2bf3ptptr52/4/202324鏈輪的結構實心式----小直徑(三）鏈輪的結構2/4/202325孔板式----中等直徑鏈輪的結構實心式----小直徑潘存云教授研制2/4/202326組合式----大直徑，齒圈可更換?？装迨?---中等直徑鏈輪的結構實心式----小直徑潘存云教授研制2/4/202327(四）鏈輪的材料鏈輪的材料應能保證輪齒具有足夠的耐磨性和強度，由于小鏈輪的工作情況較大鏈輪的惡劣些，故小鏈輪通常采用較好的材料制造。材料熱處理熱處理后硬度應用范圍15、2050~60HRC

Z<25，有沖擊載荷的主從動輪35正火160~200HBS在正常工作條件下，齒數(shù)Z>25的鏈輪40、50、ZG310-570淬火、回火40~50HRC

無劇烈振動及沖擊的鏈輪15Cr、20Cr

50~60HRC滲碳、淬火、回火有動載荷及傳遞角大功率的重要鏈輪Z<25Q235、Q23735SiMn、焊接后退火140HBS

中等速度、傳遞較大功率的鏈輪35SiMn、40Cr35CrMo淬火、回火40~50HRC

使用優(yōu)質鏈條、重要的鏈輪灰鑄鐵(HT150以上)淬火、回火260~280HBSZ>50的從動鏈輪滲碳、淬火、回火功率小于6KW、速度較高、要求傳動平穩(wěn)和噪聲小的臉輪夾布膠木材料與熱處理：碳素鋼、鑄鐵、重要鏈輪可用合金鋼。齒面需經熱處理以提高接觸強度和耐磨性。2/4/202328§9.4鏈傳動的工作情況分析

(一）鏈傳動的運動特性（二）鏈傳動的動載荷（三）鏈傳動的受力分析2/4/202329§9.4鏈傳動的工作情況分析整條鏈：撓性體單個鏈節(jié)：剛性體鏈條繞上鏈輪時，鏈節(jié)與鏈輪輪齒嚙合，形成正多邊形一部分。鏈條與鏈輪分度圓在運動中交替呈現(xiàn)相割和相切?！哝溳嗈D一周，鏈條轉過長度為zp∴平均鏈速：平均傳動比：（一）鏈傳動的運動特性——多邊形效應2/4/202330實際上：ω1=const時，ω2、v是變化的。假設：緊邊在傳動時總是處于水平位置?！椒炙俣?即鏈速,使鏈條前進,傳遞功率?！怪狈炙俣?使鏈條上下移動,消耗功率。主動輪：在某一時刻，銷軸的圓周速度為。2/4/202331由：可見時，——鏈節(jié)距對應的中心角，兩個特殊位置：時：時：2/4/202332如圖：、均作周期性變化每轉一個鏈節(jié)為周期——“忽快忽慢”——“忽上忽下”不平穩(wěn)、有規(guī)律振動?！\動不均勻性↑2/4/202333從動輪：∵v、γ變化∴ω2變化由后果：1、i瞬時變化；

2、鏈速不均勻。緊邊長度為鏈節(jié)距的整數(shù)倍i瞬時=1z1=z2使i瞬時=const的條件：這種在鏈傳動中，由于鏈呈多邊形運動，鏈條瞬時速度和傳動比發(fā)生周期性波動，鏈條上下振動造成傳動不平穩(wěn)現(xiàn)象，是鏈傳動固有特性，是無法消除的，稱為鏈傳動的多邊形效應。2/4/202334(二)鏈傳動的動載荷主要原因有四點：1、由于v、ω2周期性變化附加動載荷鏈的加速度：時：p↑z1↓a↑動載荷↑可見：n1↑—ω1↑2/4/2023352、鏈條的垂直分速度周期性變化（大小、方向）鏈條橫向振動。3、鏈條進入鏈輪瞬間，產生沖擊附加動載荷?？梢姡簈↑p↑n↑—↑Ek為↓Ek→↓p，n＜nlim。4、由于鏈張緊不好、鏈條松弛——在起動、制動、載荷變化等情況下——慣性沖擊常數(shù)沖擊動能：∴

鏈傳動的運動不均勻性和動載荷是鏈傳動的固有特性。2/4/202336ω

v

n↑

、p↑,

則→相對沖擊動載荷↑d當鏈節(jié)嚙上鏈輪輪齒的瞬間，作直線運動的鏈節(jié)鉸鏈和以角速度ω作圓周運動的鏈輪輪齒，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沖擊，并產生附加動載荷。dω

2/4/202337降低動載荷的措施：

(1)n1<nlim;(2)鏈傳動盡量放在低速級；

(3)選用小p，多z的鏈傳動。思考：鏈傳動為什么布置在低速級?帶傳動應布置在多級傳動的高速級還是低速級？為什么？**鏈的節(jié)距越大，多邊形效應越嚴重**鏈輪轉速越高，多邊形效應越嚴重2/4/202338(三）鏈傳動受力分析一、緊邊拉力1、工作拉力FeP——kWv——m/s2、離心力Fcq——kg/m3、懸垂拉力Ff——布置方式、垂度大小懸垂拉力:F’f=Kfqa×10-2

Na--為中心距，Kf

--為垂度系數(shù)其值與鏈輪中心線與水平夾角有關,見下頁F”f=(Ky

+sinα)

qa

×10-2NFf=[F’fF”f]

max

2/4/202339二、松邊拉力注意：1）鏈傳動緊邊布置與帶傳動相反。2）張緊力：帶傳動張緊力決定傳動工作能力；鏈傳動張緊力不決定工作能力，防止脫鏈、跳齒3）因張緊力小，壓軸力比帶傳動小?？刂扑蛇叴苟榷?/4/202340§9.5滾子鏈傳動的設計計算（一）失效形式1、鏈條元件的疲勞破壞（∵交變應力下工作）2、鏈條鉸鏈磨損→p↑—脫鏈3、膠合：銷軸與套筒（高速或潤滑不良）4、沖擊破壞：起動、制動、反轉6、鏈輪輪齒磨損5、靜力拉斷：下，過載拉斷2/4/2023411.極限功率曲線針對各種失效形式——極限功率曲線（帳篷曲線）實際使用區(qū)域4321極限功率曲線n1P對應每種失效形式，可得出一個極限功率表達式。常用線圖表示。曲線1--正常潤滑條件下，鏈條鉸鏈磨損限定的極限功率；曲線2--鏈板疲勞強度限定的極限功率；曲線3--滾子、套筒的沖擊疲勞強度限定的極限功率；曲線4--鉸鏈膠合限定的極限功率；其極限功率急劇下降；密封潤滑不良(二)鏈傳動的額定功率2、額定功率P0為避免上述失效形式——特定條件下，試驗曲線各種失效形式都與鏈速有關為保證鏈傳動工作的可靠性，采用額定功率來限制鏈傳動的實際工作能力。2/4/202342潘存云教授研制10152040608010015020040060080010001500200040006000小鏈輪轉速n1(r/min)0.10.150.20.40.60.811.52468101520406080100150200300功率p0(kw)48A單排A系列滾子鏈的功率曲線鏈號節(jié)距08A

12.710A15.87512A

19.0516A25.420A31.7524A38.128A44.4532A50.840A63.548A76.240A32A28A24A20A16A12A10A08A2/4/202343特定條件：z1=25、Lp=120、Lh=1500h,單排,水平,實際使用：修正考慮：1）工作情況；2）主動鏈輪齒數(shù)；3）鏈傳動排數(shù)。2/4/202344(三）鏈傳動的參數(shù)選擇1、傳動比ia一定時，i↑—α↓—同時嚙合齒數(shù)少—磨損↑—跳齒∴，通常：α1≥120°，i=2~3.52、鏈輪齒數(shù)1）不宜過少z↓—↑運動不均勻性、↑動載荷—↑垂直分速度，↑功率消耗z↓，同時嚙合齒數(shù)↓，磨損↑z↓，鏈節(jié)間相對轉角↑，↑功率消耗∴限制zmin2/4/2023452）不宜過多z1↑→z2↑↑─→d+Δd↑→跳齒、脫鏈↑→壽命↓磨損由于：磨損后：p→p+Δp即：當Δp相同時：z↑—Δd↑—鏈節(jié)外移(爬齒)↑—脫鏈可能性↑∴zmax

=120問：自行車鏈傳動，磨損后脫鏈從哪輪開始？前輪：z多3）均勻磨損Lp為偶數(shù)→鏈輪齒數(shù)應采用與Lp互質的奇數(shù)。

2/4/2023463、鏈速、鏈輪極限轉速v↑—動載荷↑∴v＜12m/snlim—右側豎線（圖9-11）。4、鏈節(jié)距p和排數(shù)p↑鏈傳動尺寸↑—承載能力↑運動不均勻性↑、動載↑、振動噪音↑∴盡量采用小節(jié)距鏈條。速度高、功率大或a小、i大：小節(jié)距、多排鏈；v小、a大、i?。捍蠊?jié)距、單排鏈；一般2/4/2023475、中心距和鏈長v一定：a↓—Lp↓—屈伸次數(shù)↑—磨損↑d一定：a↓—α1↓—同時嚙合齒數(shù)↓—磨損↑a↑↑—松邊上下顫動，傳動不平穩(wěn)。∴a=（30~50）pamax=80pa↓2/4/2023481.已知條件及設計內容：已知條件設計內容傳遞的額定功率P主動輪轉速n1從動輪轉速n2或傳動比i傳動位置要求

工況條件、原動機類型等鏈條的型號、鏈節(jié)數(shù)和排數(shù)傳動中心距a鏈輪齒數(shù)、材料和結構壓軸力、潤滑方式和張緊裝置等（四）滾子鏈傳動的設計計算2/4/2023492、計算當量的單排鏈的計算功率Pca3、確定鏈條型號和節(jié)距據(jù)Pca和n1,由圖9-11。由表9-1確定p2.設計步驟和方法1、選擇鏈輪齒數(shù)和確定傳動比4、計算鏈節(jié)數(shù)和中心距5、計算鏈速，確定潤滑方式6、計算鏈傳動在軸上的壓軸力FpZ在17~114間由圖9-14選擇-2/4/202350kz——主動鏈輪齒數(shù)系數(shù),

(見圖9-13)

kp——多排鏈系數(shù),雙排kp=1.75

，三排kp=2.5

；P——傳遞的功率，KW.特定條件：z1=25、Lp=120、Lh=1500h,單排,水平,實際使用：修正考慮：1）工作情況；2）主動