机械设计 教案.docx
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机械设计教案
第八章链传动
(一)教学要求
1、了解套筒滚子链结构、掌握链运动的不均匀性
2、掌握链传动失效形式和设计计算方法
(二)教学的重点与难点
1、链运动不均匀性和动载荷
2、失效形式和设计方法
(三)教学内容
§8—1概述
链传动工作原理与特点
1、工作原理:
(至少)两轮间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。
但非共轭曲线啮合,靠三段圆弧(
)一直线啮合。
其磨损、接触应力冲击均小,且易加工。
2、组成;主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等。
3、特点(与带、齿轮传动比较)
优点:
①平均速比im准确,无滑动;②结构紧凑,轴上压力Q小;③传动效率高η=98%;④承载能力高P=100KW;⑤可传递远距离传动amax=8mm;⑥成本低。
缺点:
①瞬时传动比不恒定i;②传动不平衡;③传动时有噪音、冲击;④对安装粗度要求较高。
4、应用:
适于两轴相距较远,工作条件恶劣等,如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。
中低速传动:
i≤8(I=2~4),P≤100KW,V≤12-15m/s,无声链Vmax=40m/s。
(不适于在冲击与急促反向等情况下采用)
§8—2传动链的结构特点
链传动的主要类型
1)按工作特性分:
起重链——用于提升重物——V≤0.25m/s;
牵(线)引链——运输机械——V≤2~4m/s;
传动链——用于传递运动和动力——V≤12~15m/s。
优点:
结构简单、重量轻、价廉、适于低速、寿命长、噪音小、应用广。
2)传动链接形式分:
套筒链;
(套筒)滚子链—属标准件
选用、合理确定链轮与链条尺寸,—短节距精密滚子链;
齿形链;成型链四种。
①套筒滚子链(结构与特点)
动配合,可相对运动,相当于活动铰链,承压面积A(投影)——宽×长
投影组成:
5滚子;4套筒;3销轴;2外链板;1内链板
动配合。
当链节进入、退出啮合时,滚子沿齿滚动,实现滚动摩擦,减小磨损。
套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合(压配)固联,使内、外链板可相对回转。
为减轻重量、制成“8”字形,亦有弯板。
这样质量小,惯性小,具有等强度。
磨损:
——主要指滚子与销轴截面之间磨损。
而内、外板之间留有间隙,保证润滑油进入,此润滑降低磨损。
表8-1,P越大,承载能力越高。
参数:
P—节距,b1—内链板间距,C—板厚,d1—滚子直径,d2—销轴直径,P—排距
当低速时也可以不用滚子——称套筒链
多排链——单排链用销轴并联——称多排链(或双排链)
排数↑→承载能力↑
但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过3~4列为宜
链接头型式:
链节数为偶数(常用)——内链板与外链板相接——弹性锁片(称弹簧卡)或大节距(称开口销)——受力较好
弹性锁片——端外链板与错轴为间隙配合
链节数为奇数——用过渡链节固联——(如图7-4b)
产生附加弯矩——受力不利,尽量不用。
固联——内(外)链板与内(外)链板相接
图7-4c—是板链—弹性好、缓冲、吸振在低速、重载、冲击和经常正反转工作情况。
安全过渡链节(图7-4c)——弯板与销
滚子链标记:
链号—排数×链节数标准号
套筒滚子链规格与主要参数——表8-1
2、齿形链——如图8-5
各组齿形链板要错排列,通过销轴联接而成。
链板两工作侧边为直边,夹角为60°或70°,由链板工作边与链轮齿啮合实现传动。
齿形链轴可以是圆柱销轴,也可以是其它形式(滚柱式)——图7-6,b——两个链片、c图为连接两链片的一对棱柱销轴,链节相对转动时,两棱柱可相互滚动。
使铰链磨损减少。
齿形链设导板,以防链条轴向窜动:
内导板—导向性好;外导板
铰链形式:
圆销式;轴互式;滚柱式
齿形链的齿形特点:
传动平稳、承受冲击好、齿多受力均匀、噪音较小、故称无声链。
允许速度V高,特殊设计齿形链V=40m/s,但结构较复杂、价格贵、制造较困难、也较重。
摩托车用链应用于高速机运动精度,要求较高的场合,故目前应用较少。
§8—3滚子链链轮的结构与材料(套筒滚子链)
要求掌握:
1)链轮齿形的设计要求;2)链轮齿形特点;3)链轮的主要参数;
4)链轮的结构型式有哪些;5)对链轮的材料要求及适用情况
一、链轮齿表——比较灵活,如表8-5介于最小齿槽形状与最大齿槽形状之间可稳定
1、对齿形要求:
①保证链节平稳进入和退出啮合;②减少啮合时冲击和接触应力;③链条节距因磨损而增长后,应仍能与链轮很好地啮合;④要便于加工。
2、链轮齿形及特点
端面齿形(如图8-6)——是三圆弧一直线,弧
、
、
和一直线
优点:
接触应力小、冲击小、磨损少,不易跳齿与脱链
轴面齿形:
两侧呈圆弧状,以利链节的进入和退出啮合(如图8-7)
加工方法:
标准刀具加工,一般为成型铣刀(只要P相同,Z不同的所有链轮均能加工)
二、链轮的主要参数
1、链轮的主要参数,如表7-2
(表8-3)节距P,齿数Z,分度圆直径(公称直径)
齿顶圆直径
齿根圆直径
d—滚子直径
三、链轮的结构型式,如图8-10
1)同轴式(直径较小时)
2)整体式(轮齿与轮毂部分成一体),如图8-8a,直径较大时可在胶板上开孔
3)孔板式(图8-8b)——中等尺寸
4)组合式(如图8-8c)3,4
3——齿圆与轮毂焊接
4——齿圆与轮毂螺栓联接
——齿圆材料较硬耐耐磨耐
四、链轮的材料
要求:
1)强度;2)耐磨;3)耐冲击(在冲击载荷时)
具体有普通碳素钢,优质碳素钢和合金钢,链轮较大(要求较低时)可用百炼成钢铸铁,小功率传动也可用夹布胶木。
具体的材料及适用场合见表8-7
注意:
1)有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢→渗碳淬火→回火。
2)无剧烈冲击,中等速度较大的链轮,一般采用中碳钢和中碳合金钢→淬火、回火。
3)齿数较多(特大)Z>50的链轮→采用灰铸铁
4)中小功率传动→采用普通或优质碳素钢
大小功率传动→采用合金钢
5)P<6KW,高速链传动→采用夹布胶木,噪音较小,传动平稳
6)小链轮的材料与热处理要求应高于大链轮——因为小链轮的啮合次数比大链轮多,∴磨损和冲击比大链轮严重。
§8—4链传动的几何计算
一、链的几何计算(可自学)
1、链节数LP
(开口)带传动节线长度计算公式中:
将
,
代入,即可得链节线长度计算公式
节线长度:
(8-1)
Z1.Z2——主、从动链轮齿数,a——中心距,P——链节距
以链节数表示(常用):
——式(7-1)除以节距P得
(7-2)
2、中心距a(——由式(7-2)反推a可得:
(7-3)
§8—5链传动的运动特性
链传动的运动特性分析(为什么链传动不平稳,噪声大,且有扇动,i不恒定,不均匀性)
一、链运动的运动不均匀性
链传动与挠在正多边形轮子上的带传动极其相似
正多边形边数~(Z)(齿数)
正多边形边长~(P)(节距)
当链轮转过一周,链移动距离——ZP
当链轮转速为n1、n2时
(m/s)——平均速度
——平均传动比
但
——链
注意:
带:
齿轮:
进入啮合后某一位置
链速
——前进速度
——垂直速度(8-6)
式中:
V1——为A点的圆周速度
——为链节进入啮合后某点铰链中心与轮心联线与铅垂线夹角,(或铰链中心相对于铅垂线的位置角)。
书上称为A点圆周速度与水平线夹角(不当)。
的变化范围:
作周期性变化。
前进速度变化情况:
和垂直速度变化情况:
当
时,
——在两侧,刚进入与刚退出啮合时
时,这时:
当
(在顶点位置),
∴对主动轮:
当W1恒定,但前进速度周期性变化,同时升降速度也在作周期性变化。
变化情况→刚进入啮合→达顶点→退出啮合
前进VVmin→Vmax→Vmin
每转一周,周期性变化使i不均匀。
(
)
(
)
升降V'V'减速上升V'=0V'加速下降
变化曲线——以V为纵标,
为横标,则
结论:
链节在运动中,作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。
这就造成链运动速度的不均匀,不恒定作有规律的周期性的波动。
对从动轮讲:
(8-8)
瞬时传动比:
(8-9)
∴即使W1恒定,而W2随
(
)而变化,∴it不恒定。
只有当Z1=Z2(d1=d2),
a(中心距)为P的整数倍时,
,因为此情况下
、
变化处处相同。
二、动载冲击——链传动的动载荷
由于W2变化,造成回转质量是加速或减速。
引起动负荷、冲击。
对式(8-6)求导,可得:
①加速度从动轮角速度变化引起冲击
链条加速度为:
(8-11)
——前进加速度
讨论:
时:
时,
同理:
——升降加速度
结论:
链轮转速(n1)越高,节距(力)越大,(即齿数Z1越少),动载冲击越严重,噪音越大。
当V一定,Z1多,P小,是非常有利的。
当P、Z一定,则必须限制n,(nL—极限转速(表8-8)、nK—推荐用最高转速r/min),可降低冲击能量:
∵U=qp3n2/c——常数q——每半长质量
推导:
u——动载冲击能量
还应注意:
链节与轮相对速度也引起冲击。
②链作直线运动,轮作圆周运动,则进入啮合时产生冲击、动负荷。
而且,P↑,n↑→冲击↑
③张紧不适当,松边垂度过大,起动、制动、反向、突然卸载或超载必出现惯性冲击,增大了动负荷。
§8—6链传动的受力分析
链传动在安装时,链条应有一定的张紧力,张紧力是通过使链保持适当的垂度所产生的悬垂拉力来获得。
目的:
使松边不致过松,以免影响链条的正常啮合和产生振动,跳齿和脱链。
但张紧力比带传动中要小得多。
不计动载荷,链传动中主要作用力有:
1、工作拉力Fe——作用于主动边
1000P——(KW)V——链速(V/m)
2、离心拉力:
Fe=q、V2q——每米链长质量(kg/mm——表8-1)
V>7m/s时须考虑——作用于全链长
3、度拉力:
Ff——作用于链全长——与松边垂度和悬垂布置方式有关。
(图8-11)
垂度f越小,Ff越大
(N)
(N)
b——水平传动(f/a≤0.02)
Kf4——<40°倾角
2——>40°倾角
1——垂直
Kf——垂度系数图8-11
F——下垂度
——两轮中心线与水平面的夹角
4、紧边拉力F1=Fe+Fc+Ff
从动力拉力F2=Fc+Ff
5、作用于轴上载荷Q——为主从动边拉力之和,略去离心拉力(对轴压力没有影响)
Q=Fe+2Fff——影响较小
一般取Q≈1.2Fe
§8—7链传动的失效形式及承载能力
链传动的失效形式及承载能力
一、失效形式
1)各元件的疲劳破坏(主要指链板、销轴、套筒、滚子)——正常润滑及速度主要失效形式
2)链节磨损后伸长(主要是销轴铰链磨损),造成脱链,跳齿
3)冲击破坏(反复起制动、反转或受重多冲击载荷时,动载荷大,经多次冲击、销轴、滚子、套筒最终产生冲击断裂,总循环次数N=104)
4)胶合(重载高速)(破坏——验算nL)——极限转速
5)轮齿过度磨损
6)过载拉断——塑性变形(当低速重载V<0.6m/s,按静强度设计)
二、链传动的承载能力
1)极限功率曲线,P268,图8-12
①良好的润滑条件下,由磨损、破坏限定的极限功率曲线;
②链板疲劳破坏限定的极限功率曲线;
③滚子、套筒冲击疲劳破坏限定的功率曲线;
④销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线;
⑤良好润滑情况下额定功率曲线;——设计时实际使用的功率曲线;
⑥润滑不好或工况恶劣的极限功率曲线。
较良好的润滑下低得多。
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