1、第9章 链传动第9章链传动9.1 概述9.1.1 链传动的特点和类型链传动由装在平行轴上的链轮和跨绕在两链轮上的环形链条所组成（图9.1），以链条作中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。图9.1链传动链传动结构简单、耐用、易维护，与带传动一样也适用于中心距较大的场合。与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，因此能保持准确的平均传动比，且功率损耗小，效率高；同时，其依靠啮合传动，需要的张紧力小，压轴力也小；在同样的使用条件下，链轮宽度和直径也比带轮小，因而结构紧凑；还能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，成本低廉，容易实现远距离传
2、动。其缺点是：瞬时速度不均匀，瞬时传动比不恒定，传动中有一定的冲击和噪音；无过载保护功能；安装精度比带传动要求高；不宜在载荷变化大、高速和急速反转中应用；只能用于两平行轴间的传动。链传动广泛用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。应用时应使链传动的传动比i8；中心距a56m；传递功率P100kW；圆周速度v15m/s。其传动效率 =0.920.96。按用途不同，链可分为传动链、输送链和起重链。输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，而传动链广泛用于一般机械传动中。传动链主要有滚子链和齿形链两种结构形式（如图9.2所示）。齿形链结构复杂，价格较高，应用不如滚子链广泛。1内链板；2外链板
3、；3销轴；4套筒；5滚子图9.2 传动链的类型9.1.2 滚子链传动的结构如图9.2（a）所示，滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5所组成。其中，内链板1和套筒4、外链板2和销轴3均用过盈配合固联在一起，分别称为内、外链节，内、外链节构成铰链。滚子5与套筒4、套筒4与销轴3之间均为间隙配合。当链条啮入和啮出时，内、外链节作相对转动，同时滚子沿链轮轮齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。链的磨损主要发生在销轴与套筒的接触面上，因此内、外链板间应留少许间隙，以便润滑油渗入套筒与销轴的摩擦面间。为减轻链条的重量并使链板各横剖面的抗拉强度大致相等，内、外链板均制成“”字形。组成链条的各零件，由
4、碳钢或合金钢制成，并进行热处理，以提高强度和耐磨性。滚子链相邻两滚子中心的距离称为链节距，用p表示，是链条的主要参数。节距p越大，链条各零件的尺寸越大，所能承受的载荷越大。滚子链可制成单排和多排链，如双排或三排链。链的排数越多，承载能力越大，但排数过多时难以保证制造和装配精度，易发生各排链载荷分布不均匀现象，故实际应用时一般不超过3排。滚子链已标准化，分为A、B两个系列，常用的是A系列。表9.1列出了几种A系列滚子链的主要参数。设计时，要根据载荷大小及工作条件等选用适当的链条型号、确定链传动的几何尺寸及链轮的结构尺寸。表9.1 A系列滚子链的主要参数链号节距p mm排距p1mm滚子外径d1mm
5、极限载荷Q（单排）N每米长质量q（单排）kg/m08A12.7014.387.95138000.6010A15.87518.1110.16218001.0012A19.0522.7811.91211001.5016A25.4029.2915.88556002.6020A31.7535.7619.05867003.8024A38.1045.4422.231246005.6028A44.4548.8725.401690007.5032A50.8058.5528.5822240010.1040A63.5071.5539.6834700016.1048A76.2087.8347.6350040022.
6、60注： 1摘自GB1234.1-1983，表中链号与相应的国际标准链号一致，链号乘以即为节距值（mm）。后缀A表示A系列。 2使用过渡链节时，其极限载荷按表列数值80%计算。按照GB1243.1-1983的规定，套筒滚子链的标记为：链号排数 链节数 标准号例如：A级、双排、70节、节距为38.1mm的标准滚子链，标记应为：24A270 GB1243.11983标记中，B级链不标等级，单排链不标排数。滚子链的长度以链节数Lp表示。链节数Lp最好取偶数，以便链条联成环形时正好是内、外链板相接，接头处可用开口销（适用于大节距）或弹簧夹（适用于小节距）锁紧（图9.3a）。当采用弹簧夹时，应使其开口端
7、的方向与链条前进方向相反，以免在运转中受到碰撞而脱落。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节（图9.3b）。过渡链节的链板需单独制造，另外当链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，使强度降低，通常应尽量避免。(a) 偶数链的链节过渡 (b) 奇数链的过渡链节图9.3滚子链的接头形式9.1.3 齿形链齿形传动链由一组齿形链板并列铰接而成（图9.4），工作时，通过链片侧面的两直边与链轮轮齿相啮合。齿形链具有传动平稳、噪音小，承受冲击性能好，工作可靠等优点。但结构复杂，重量较大，价格较高。齿形链多用于高速（链速v可达40m/s）或运动精度要求较高的传动。图9.4齿形链9.2 链传动的工作情况分析9.
8、2.1 链传动的运动不均匀性链条绕上链轮后形成折线，因此链传动相当于一对多边形轮之间的传动（如图9.5所示）。设z1、z2为两链轮的齿数，p为节距（mm），n1、n2为两链轮的转速（r/min），则链条线速度（简称链速）为 m/s （9.1）链传动的传动比 （9.2）由以上两式求得的链速和传动比均为平均值。实际上，即使主动轮(小轮)作等角速度转动，由于链传动的正多边形效应，瞬时链速和瞬时传动比也都是变化的。图9.5链传动的运动分析为便于分析，假设链的主动边（紧边）处于水平方向（如图9.5所示），主动链轮以角速度 1回转，当链节与链轮轮齿在A点啮合时，链轮上该点的圆周速度的水平分量即为链节上该点
9、的瞬时速度，其值为 （9.3）式中， d1为主动链轮的分度圆直径，mm； 为A点的圆周速度与水平线的夹角。任一链节从进入啮合到退出啮合， 角在到的范围内变化。当 =0o，链速最大，；当时，链速最小，由此可知，当主动轮以角速度 1等速转动时，链条的瞬时速度v周期性地由小变大，又由大变小，每转过一个节距变化一次。同理，链条在垂直于链节中心线方向的分速度，也作周期性变化，从而使链条上下抖动。由于链速是变化的，工作时不可避免地要产生振动和动载荷。而在从动链轮上， 2角的变化范围为，由于链速v不等于常数且 2不断变化，因此从动轮的角速度也是周期性变化的，故链传动的瞬时传动比是变化的。从动轮角速度 2的速
10、度波动将引起链条与链轮轮齿的冲击，产生振动和噪音，并加剧磨损，而随着链轮齿数的增加， 1和 2相应减小，传动中的速度波动、冲击、振动和噪音也都减小，所以链轮的齿数不宜太少。通常取主动链轮（即小链轮）的齿数大于17。综上所述，由于链条绕在链轮上形成正多边形，导致链速和传动比都作周期性变化，这运动不均匀性称为链传动的正多边形效应。正多边形效应是链传动固有现象，不可避免。链传动在工作过程中，由于链传动的正多边形效应，从而产生动载荷。为了减少动载荷和减轻链传动的正多边形效应，设计链传动时，链轮的齿数应取大些，链节距和链轮转速应取小些。通常链传动用在传动系统的低速级。9.2.2 链传动的受力分析链传动工
11、作时，链的紧边拉力和松边拉力不相等。若不考虑动载荷，则紧边拉力F1为工作拉力F、离心拉力Fc及悬垂拉力Fy之和（如图9.6所示）：（N） （9.4）其中，松边拉力为（N） （9.4）图9.6作用在链上的力工作拉力为 （N） （9.6）式中，P为链传动传递的功率，KW；v为链速，m/s。离心拉力为（N） （9.7）式中，q为每米链的质量，kg/m，见表9.1。悬垂拉力为（N）（9.8）式中，a为链传动的中心距，m；g为重力加速度，g=9.81m/s2；Ky为下垂度y=0.02a时的垂度系数。Ky值与两链轮轴线所在平面与水平面的倾斜角 有关。垂直布置时Ky=1，水平布置时Ky=7，对于倾斜布置的情
12、况， =30时Ky=6， =60时Ky=4， =75时Ky=2.5。链作用在轴上的压力FQ可近似取为 （9.9）有冲击和振动时取大值。9.3滚子链传动的设计9.3.1 滚子链传动的失效形式链传动的失效一般是链条的失效，其失效形式主要有以下几种：1链板疲劳破坏链传动中，链条经受着从紧边到松边的周期性变化，其所受应力为变应力。当循环次数超过一定值后，链板就会发生疲劳破坏。在正常润滑条件下，疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。2滚子、套筒的冲击疲劳破坏链节与链轮啮合时，滚子与链轮间会产生冲击，高速时冲击载荷较大。另外，对于因张紧不好而松边垂度较大的链传动，在反复起动、制动、反转时也会产生惯性冲击
13、，滚子、套筒表面受到反复多次的冲击载荷，会发生冲击疲劳破坏。3销轴与套筒的胶合当链轮的转速很高时，链节啮入链轮时的冲击能量增大，造成销轴与套筒之间的润滑油膜遭到破坏，使二者的工作表面在高温、高压下直接接触，从而导致工作表面胶合。另外，润滑不良也会使销轴与套筒工作面摩擦发热较大，致使两表面发生粘附磨损，严重时发生胶合。4链条铰链磨损链在工作过程中，销轴与套筒的工作表面会因存在着较大的压力和相对滑动而磨损，导致链节的伸长，滚子与链轮轮齿的啮合点逐步向齿顶方向外移，容易引起跳齿和脱链。磨损是开式链传动的主要失效形式。5过载拉断在低速（v7m/s而润滑又不当时，则不宜用链传动。设计时，若实际选用参数与
14、上述特定条件不同，则需要引入一系列相应的修正系数对图中的额定功率P0进行修正。单排链传动的额定功率应按下式确定： （9.10）式中，KA为工作情况系数，由表9.2确定；P0为单排链的额定功率，kW；P为链传动传递的功率，KW；Kz为小链轮的齿数系数，由表9.3确定，当工作点落在图9.8的曲线顶点左侧时（属于链板疲劳），查表中Kz；当工作点落在图9.8的曲线右侧时（属于套筒、滚子冲击疲劳），查表中kz；KL为链长系数（图9.10），图中曲线1为链板疲劳计算用，曲线2为套筒、滚子冲击疲劳计算用；当失效形式无法预先估计时，取曲线中小值代入计算；Kp为多排链系数（表9.4）。表9.2工作情况系数KA载
15、荷性质原动机电动机或汽轮机内燃机载荷平稳1.01.2中等冲击1.31.4较大冲击1.51.7表9.3小链轮齿数系数Kz和z191011121314151617Kz0.4460.5000.5540.6090.6640.7190.7750.8310.8870.3260.3820.4410.5020.5660.6330.7010.7730.846z1192123252729313335Kz1.001.111.231.341.461.581.701.821.931.001.161.331.511.691.892.082.292.50图9.10链长系数1链板疲劳；2滚子套筒冲击疲劳表9.4多排链系数KP
16、排数123456KP11.72.53.34.04.69.3.3 滚子链传动参数的选择链传动设计的已知条件一般包括：传递的功率P，主动链轮、从动链轮的转速n1、n2（或传动比i），工作状况以及对结构尺寸的要求等。需要设计的内容为：确定链的型号(节距) 、链的排数、链长(链节数) ，链轮齿数、材料和结构型式，计算中心距a、压轴力，选择润滑和张紧装置等。滚子链传动参数的选择方法如下：1链轮齿数z1、z2由链传动的运动不均匀性知，齿数越少，瞬时链速变化越大，而且链轮直径也较小，当传递功率一定时，链和链轮轮齿的受力也会增加。故为使传动平稳，小链轮齿数不宜过少。但若齿数过多，则又会造成链轮尺寸过大，而且当
17、链条磨损后，也更容易从链轮上脱落。滚子链传动的小链轮齿数z1应根据链速v和传动比i，由表9.5进行选取，然后按z2=iz1，选取大链轮的齿数，并控制z2120。表9.5 小链轮齿数链速v / （m/s）0.63388z1151719212325因链节数常取偶数，故链轮齿数最好取奇数，以使磨损均匀。2链的节距p链的节距p是决定链的工作能力、链及链轮尺寸的主要参数，正确选择p是链传动设计时要解决的主要问题。链的节距越大，承载能力越高，但其运动不均匀性和冲击就越严重。因此，在满足传递功率的情况下，应尽可能选用较小的节距，高速重载时可选用小节距多排链。3传动比i传动比受链轮最小齿数和最大齿数的限制，且
18、传动尺寸也不能过大，故链传动的传动比一般不大于6。传动比过大时，小链轮上的包角 1将会太小，同时啮合的齿数也太少，将加速轮齿的磨损。因此，通常要求包角 1不小于120。4中心距a和链节数Lp若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小，同时啮合的链轮齿数也减少；若中心距过大，则易使链条抖动。一般可取中心距a=（3050）p，最大中心距amax80p。链的长度以链节数LP（节距p的倍数）来表示。与带传动相似，链节数LP与中心距a之间的关系为 （9.11）计算出的Lp应圆整为整数，且最好取为偶数。若Lp已知，也可由式（9.13）计算出实际中心距a，即： （9.12）为了便于链条的安装和调节链的张紧，通
19、常中心距设计成可调的。若中心距不能调节而又没有张紧装置时，应将算得的中心距减小25mm，使链条有小的初垂度，以保持链传动的适度张紧。例9.2 设计一带动压缩机的链传动。已知电动机的额定转速n1=970r/min，压缩机转速n2=330r/min，传递功率P=9.7KW，两班制工作，载荷平稳，要求中心距a不大于600mm。电动机可在滑轨上移动。解：（1）选择链轮齿数z1、z2传动比 按表9.5取小链轮齿数z1=25，大链轮齿数z2=iz1=2.9425=73.5，取z2=73。（2）求计算功率PC由表9.2查得KA=1.0，计算功率为 kW（3）确定中心距a0及链节数Lp初定中心距，取由式（9.
20、11）求Lp取Lp=110（4）确定链条型号和节距p首先确定系数Kz、KL、Kp。根据链速估计链传动可能产生链板疲劳破坏，由表9.3查得小链轮齿数系数Kz=1.34，由图9.8查得KL=1.02，考虑传递功率不大，故选单排链，由表9.4查得Kp=1所能传递的额定功率kW由图9.6选择滚子链型号为10A，链节距p=15.875mm，由图证实工作点落在曲线顶点左侧，主要失效形式为链板疲劳，前面假设成立。（5）验算链速Vm/s（6）确定链长L和中心距a链长m中心距=468.47mm（7）求作用在轴上的力工作拉力 N因载荷平稳，取FQ=1.2F=1.21513=1815.6 N（8）选择润滑方式根据链
21、速v=6.41 m/s，节距p=15.875mm，按图9.9选择油浴或飞溅润滑方法。设计结果：滚子链型号10A-1110 GB1243.11983，链轮齿数z1=25，z2=73，中心距a=468.47mm，压轴力FQ=1815.6 N。（9）结构设计（略）9.3.4 低速链传动的设计对于v0.6m/s的低速链传动，其失效形式主要是链条因过载而被拉断；故应按抗拉静强度条件进行计算。根据已知的传动条件，由图9.8初选链条型号，然后校核安全系数S（9.13）式中， S为静强度计算的安全系数；Q为链条的最低破坏载荷，由链号查表9.1；n为链的排数；KA为工作情况系数，由表9.2确定；F1为链的紧边工
22、作拉力；S为许用静强度安全系数，通常S=48。9.4 滚子链轮的结构设计链轮的轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。因小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢（如Q235、Q275、45、ZG312-570等），灰铸铁（如HT200）等。重要的链轮可采用合金钢。链轮有整体式、孔板式、组合式等结构形式（图9.11）。L=(1.52)ds; D1=(1.22) ds; ds为轴孔直径图9.11链轮的结构轮齿的齿形应保证链节能平稳地进入和退出啮合，受力良好，不易脱链，便于加工。滚子链链轮的齿形已标准化（GB12441985），有双圆弧齿
23、形（图9.12a）和三圆弧一直线齿形（图9.12b）两种，前者齿形简单，后者可用标准刀具加工。图9.12链轮的齿形链轮上被链条节距等分的圆称为分度圆，其直径用d表示，则 （9.14）齿顶圆直径 （9.15）齿根圆直径df=d-dt （9.16）式中，dt为滚子外径。9.5链传动的布置、张紧和润滑9.5.1 链传动的布置在链传动中，两链轮的转动平面应在同一平面内，两轴线必须平行，最好成水平布置（如图9.13（a）所示）。如需倾斜布置，则应使两链轮中心连线与水平线的夹角 小于45（如图9.13（b）所示）。同时应使链的紧边（即主动边）在上，松边在下，以便链节和链轮轮齿可以顺利地进入和退出啮合。如果
24、链的松边在上，可能会因链的松边垂度过大而出现链条与链轮的干扰，甚至会引起链的松边碰到紧边。图9.13链传动布置为防止链条垂度过大造成啮合不良和松边的颤动，需用张紧装置。当中心距可以调节时，可通过调节中心距来控制张紧程度；当中心距不可调节时，可用张紧轮。张紧轮应安装在链条松边靠近小链轮处，放在链条内、外侧均可，分别如图9.13（c）和9.13（d）所示。张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的滚轮，其直径可比小链轮略小些。9.5.2 链传动的润滑链传动的良好润滑可减少磨损、缓和冲击，提高承载能力，延长使用寿命，因此链传动应合理地确定润滑方式和润滑剂种类。常用的润滑方式有以下几种：（1）人工定期润滑：用油
25、壶或油刷给油（如图9.14（a）所示），每班注油一次，适用于链速v4m/s的不重要传动。（2）滴油润滑：用油杯通过油管向松边的内、外链板间隙处滴油，用于链速v10m/s的传动（如图9.14（ b）所示）。（3）油浴润滑：链从密封的油池中通过，链条浸油深度以612mm为宜，适用于链速v=612m/s的传动（如图9.14（c）所示）。（4）飞溅润滑：在密封容器中，用甩油盘将油甩起，经由壳体上的集油装置将油导流到链上。甩油盘速度应大于3m/s，浸油深度一般为1215mm（如图9.14（d）所示）。（5）压力油循环润滑：用油泵将油喷到链上，喷口应设在链条进入啮合处，适用于链速v8m/s的大功率传动（如
26、图9.14（e）所示）。常用的润滑油有L-AN32、L-AN46、L-AN68、L-AN100等全损耗系统用油。温度低时，粘度宜低；功率大时，粘度宜高。图9.14链传动润滑方法习 题9.1 当传递功率较大时，可用单排大节距链条，也可用多排小节距链条，此二者各有何特点，各适用于什么场合？9.2 小链轮齿数z1不允许过少，大链轮齿数z2不允许过多。这是为什么？9.3 链传动的失效形式有几种？设计链传动的主要依据是什么？9.4 试设计驱动运输机的链传动。已知：传递功率P=20KW。小链轮转速n1=720r/min，大链轮转速n2=200r/min，运输机载荷不够平稳。同时要求大链轮的分度圆直径最好不超过700mm。9.5 某滚子链传动，已知主动链轮齿数z1=19，采用10A滚子链，中心距a=500mm，水平布置，传递功率P=2.8kW，主动轮转速n1=110r/min。设工作情况系数KA=1.2，静力强度许用安全系数S=6，试验算此滚子链传动设计。
