《机械设计》讲义第八版濮良贵第9章.docx
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《机械设计》讲义第八版濮良贵第9章
第九章链传动
§9—1链传动的特点及应用:
1.组成:
链条,主、从动链轮,机架。
P.165.图9-1.
2.工作原理:
靠链轮轮齿与链节的啮合传动。
3.特点:
与带传动相比
优:
1)平均传动比准确(∵无弹性滑动和打滑),效率较高(97~98%)。
2)结构紧凑,压轴力FP小(∵无需张得很紧)。
3)易安装,成本低,可远距传动。
(相对于齿轮)
4)可在高温、低速、多尘、润滑差的恶劣条件下工作。
缺:
1)只能用于平行轴间的同向传动。
2)瞬时传动比不恒定,冲击、噪音较大。
4.适用:
要求工作可靠,两轴相距较远,及其它不宜用齿轮传动处。
如:
农业、矿山、运输等机械中。
5.分类:
按用途不同可分三类:
1)传动链:
使用最广,适用于:
P<100kw.v<15m/s.i<imax=8的埸合。
又分:
①滚子链(主要介绍)②齿形链等几种。
2)输送链:
主要用于传送装置等(如:
自动生产线的输送装置)
3)起重链:
主要用于起重机械中。
§9—2传动链的结构特点:
一.滚子链:
1.结构:
1——滚子:
与2间隙配合。
2——套筒:
与3间隙配合,
与4过盈配合。
3——销轴:
与5过盈配合。
4——内链板
5——外链板
2.种类:
单排链,多排链。
3.主要参数:
1)节距p:
相邻两销轴中心线间的距离。
p↑→组成零件的尺寸↑→链承载能力↑。
2)链节数Lp:
链条链节的总数,最好为偶数。
Lp为奇数时,接头处需用过渡链板联接。
P.167.图9-4c.
3)排数、排距pt:
P.166.图9-3.
4.标记:
链号—排数×链节数GB/T1243-1997
标准号
例:
08A–1×82GB/T1243-1997
说明:
1)链已标准化,链号与国际标准链号一致。
P.167.表9-1.
2)链号数×25.4/16=p(节距)mm
3)链号后缀:
A或B。
表示A系列或B系列。
本章讨论A系列。
二.齿形链:
P.168.图9-5.
优:
传动平稳,无噪音,耐冲击,工作可靠。
缺:
制造难,价高。
§9—3滚子链链轮的结构和材料
链轮齿形已标准化。
设计任务是确定其结构尺寸,选择材料及热处理。
一.链轮齿形:
GB/T1243-1997没有规定具体的链轮齿形,只规定了最大和最小齿槽形状,在
此两极限间的齿形均可采用。
见:
P.169.表9-2。
二.链轮的基本参数及主要尺寸:
1.基本参数:
配用链条的节距p,套筒外径d1,排距pt及齿数z.
2.主要尺寸:
见P.170.表9-3、表9-4
分圆直径d:
三.链轮结构:
分①整体式②孔板式③可换齿轮式P.171.图9-6.
四.链轮的材料:
1.要求:
①耐磨性和强度足够。
②小轮材料较好(∵小轮易损)
2.常用材料及热处理方法:
P.171.表9-5.
§9—4链传动的工作情况分析
一.链传动的运动特性:
1.平均链速v,平均传动比i:
设:
n1,n2,z1,z2──主、从动轮转速(rpm)及齿数。
p──链的节距,mm。
则:
链轮转一周,链条随之运动zp。
所以:
v=z1n1p/60000=z2n2p/60000m/s(9-1)
i=n1/n2=z2/z1(9-2)
2.瞬时链速:
链传动时,绕在链轮上的链条形成正多边形的一部分,其销轴位于链轮分圆
上,线速度与分圆周速相等,即:
v1=ω1R1
图9-7链传动的速度分析
设传动中,链主动边始终水平,则v1=R1ω1可分解成:
vx=v1cosβ=R1ω1cosβ驱使从动链轮转动的分量。
vy1=v1sinβ=R1ω1sinβ驱使链条上、下抖动。
β──主动轮上新啮入销轴的周速v1与水平线的夹角。
φ1──主动链轮相邻两齿所对的圆心角。
φ1=360°/z1
1)瞬时链速作周期性波动:
因为,即使ω1=const,β仍是周期变化的,且:
β=±180°/z1时:
vx=vxmin=R1ω1cos(180°/z1)
β=0°时:
vx=vxmax=R1ω1
2)p↑,z1↓→链速波动↑。
∵z1不变,p↑→R1=p/2sin(180°/z1)↑→vx的波动幅度↑。
p不变,z1↓→β∝↑→vx的波动幅度↑。
3.瞬时传动比is:
1)从动链轮的分度圆周速v2和瞬时角速度ω2:
v2=R2ω2=vx/cosγ=R1ω1cosβ/cosγ
ω2=R1ω1cosβ/R2cosγ(9-6)
γ──轮2即将退出啮合的销轴周速v2与水平线的夹角,
2)瞬时传动比is:
4.多边形效应:
由于绕在链轮上的链条形成正多边形,使得链传动运动不均的特性。
二.链传动的动载荷:
传动中,链及从动链轮的速度波动→引起从动系统速度波动→动载荷。
1.链条的动载荷:
Fd1=mac=m·(-R1ω12sinβ)
m──紧边链条的质量,kg.
ac──链条的加速度,m/s2ac=dvx/dt=-R1ω12sinβ
∵
∴
2.从动链轮的动载荷:
∵惯性矩
∴
J──从动系统转化到从动轮轴上的转动惯量,kg·m2
3.结论:
1)ω1↑,p↑,z↓→vx波动↑→动载荷↑。
2)vy将使链条横向抖动→引起动载。
3)链节啮上链轮的瞬间,由直线运动变成圆周运动→运动突变→
引起冲击→产生附加动载荷。
三.链传动的受力分析:
1.链条的张紧:
1)目的:
使松边不致过松,以避免产生抖
动、跳齿或脱链等。
2)方法:
使链保持适当的垂度f(即保持适
当的悬垂拉力)
2.悬垂拉力Ff:
Ff=max(Ff′,Ff″)
其中:
Ff′=Kfqa×102N
Ff″=(Kf+sinα)qa×102N
a──链传动的中心距,mm
q──单位长度链条的质量,kg/m,可查手册得到
α──两链轮中心连线与水平面的夹角。
Kf──垂度系数,由α,f/aP.175.图9-9查取Kf
3.离心拉力Fc:
Fc=qv2N
v──链速,m/s
4.有效圆周力Fe:
Fe=1000P/vN
P──链传动传递的功率,kw
5.紧、松边拉力:
紧边:
F1=Fe+Fc+Ff
松边:
F2=Fc+Ff
§9—5滚子链传动的设计计算:
一.失效形式:
1.疲劳破坏:
各元件受变应力作用→①链板疲断,②套筒、滚子疲劳点蚀。
2.铰链磨损:
套筒与销轴间承受较大压力,又相对转动→铰链磨损→节距变长
→爬高或跳齿。
3.铰链胶合:
转速↑→套筒与销轴的啮入冲击能量↑→油膜破裂→胶合。
4.链条静力拉断:
低速(<0.6m/s)过载→链静强度不够→链条被拉断。
二.链传动的额定功率:
1.极限功率曲线:
实验表明,P0的主控失效形式为:
1)润滑良好,中速→链板疲劳
2)转速增至一定值后→多边形效
应增大→滚子、套筒的冲击疲劳
3)转速较高时→铰链胶合
∵此时,冲击能↑→油膜破裂→摩擦温升↑→胶合
2.额定功率曲线:
P.176.图9-11.
通过实验得到,A系列滚子链的额定功率曲线(v>0.6m/s)实验条件为:
a.两链轮安装在水平轴上且共面;
b.小链轮齿数z1=25;
c.无过渡链节的单排链。
d.链长LP=120节。
e.传动比i=3;
f.满载寿命15000小时;
g.工作平稳、润滑合适。
3.实际额定功率:
①工作情况②z1≠25③排数不为单排等实验条件不符时,额定功率需作修正
三.链传动的参数选择:
1.链轮齿数z1、z2,传动比i:
1)z1,z2的影响:
z1过少:
①链速波动↑→动载↑。
②啮入/出时,链节的相对转角↑→铰链磨损↑。
③链传递的有效圆周力↑→加速成链及链轮的损坏。
∵功率P一定时,R1=p/2sin(180°/z)↓→
→v=R1ω1↓→Fe=1000P/v↑
z1过多:
①链传动的尺寸及质量↑。
②→z2↑→易跳齿或脱链。
P.177.图9-12.
∵铰链磨损耗→链节伸长Δp→啮合圆外移
又∵齿高也一定→允许外移量Δd一定→从而,z↑时,
允许的节距伸长量
2)z1,z2的选择原则:
①z1:
一般:
z1≥17
高速传动:
z1≥25
②z2≤114最大不超过zmax≤150
③齿数应尽可能与链节数互质,且优先选用:
17、19、21、23、25、38、57、76、95、114.
2.传动比i:
一般要求:
i≤6(载荷平稳时,可达:
i=10)
推荐:
i=2~3.5
i过大,小链轮包角↓→啮合齿数↓→磨损↑,且易跳齿
3.中心距a:
一般取:
a=(30~50)p
a过小:
①链单位时间内的绕转次数↑→应力循环次数↑→磨损,疲劳↑
②小链轮包角↓→啮合齿数↓→每数所受载荷↑
③易跳齿和脱链。
a过大:
松边垂度过大→松边颤动。
4.链的节距p和排数:
1)节距p的影响:
∵p↑→优:
链及链轮各部分尺寸↑→承载能力↑
缺:
多边形效应↑→冲击,振动↑
p↓→尺寸↓→结构紧凑,多边形效应↓→动载↓→寿命↑
2)节距和排数的选择原则:
尽量选较小节距的单排链.并推荐:
①高速大功率:
选小节距多排链。
②小中心距大传动比:
小节距多排链。
③大中心距小传动比:
大节距单排链。
四.滚子链传动的设计计算
已知条件:
1)传递的功率P(kW)。
2)主、从动链轮转速n1,n2(或传动比i)。
3)原动机种类,载荷性质,传动用途。
设计内容:
确定链号、链节数、排数、链轮齿数、中心距等
设计步骤和方法如下:
1.选择链轮齿数z1、z2;
2.计算当量单排链的计算功率Pca:
Pca=KAKzP/Kp(kW)(9-15)
P──链传动传递的功率,kW
KA──工作情况系数,由载荷性质及原动机种类确定。
P.178.表9-6.
Kz──主动链轮齿数系数,P.179.图9-13
KP──多排链系数。
双排链:
KP=1.75;三排链:
KP=2.5
3.确定链号和节距p:
1)根据Pca和n1,查P.176.图9-11,确定链号
2)根据链号,查P.167.表9-1,确定节距p
4.计算链节数Lp和中心距a:
1)初取a0:
一般取:
a0≈(30~50)p
最大取:
a0max=80p
2)计算链节数Lp:
算得的Lp应圆整成整数,且最好取偶数。
3)计算最大中心距a:
a=f1p[2Lp-(z1+z2)](9-17)
f1----中心距计算系数,P.180.表9-7
5.计算链速v,确定润滑方式:
1)链速v:
v=z1n1p/60000(m/s)
2)润滑方式:
查P.181.图9-14
6.计算压轴力FP:
FP≈KFp·Fe
Fe──链传递的有效圆周力,N
KFp──压轴力系数,水平传动:
KFp=1.15
垂直传动:
KFp=1.05
§9—7链传动的布置、张紧和润滑:
一.链传动的布置:
1.链传动应布置在铅垂面内(即两链轮平面应在铅垂面内)。
2.两链轮轴线在同一水平面内或倾斜较小时:
紧边最好在上面。
3.两链轮轴线在同一铅垂面内时:
由于链的下垂,会使下链轮有效啮合齿数减少,故应采取下列措施:
1)中心距可调。
2)设张紧装置。
3)上、下两轮偏置。
二.链传动的张紧
1.目的:
1)避免垂度过大,导致啮合不良或链
条振动。
2)增大链条与链轮的包角。
2.方法:
1)调整中心距。
2)取掉一、二个链节。
3)加张紧轮①直径与小链轮相近。
②压紧在松边外侧靠近小链轮处。
③滑轮、链轮均可。
三.链传动的润滑
1.作用:
缓和冲击,减轻磨损,延长寿命。
2.方法:
P.183.表9-9.
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