第九章 链传动 |
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第九章 链传动9-1 链传动的特点及应用 链传动是一种挠性传动,通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。 组成: 链条 小链轮 大链轮 链传动优点: (与摩擦型带传动比) 保持准确的平均传动比 传动效率高 作用于轴上的径向压力小 链传动的整体尺寸较小,结构较为紧凑 能在高温的潮湿环境中工作 (与齿轮传动比) 制造安装精度要求较低 成本较低 在远距离传动时,比齿轮传动轻便得多 链传动缺点: 只能实现平行轴间链轮的同向传动 运转时不能保持恒定的瞬时传动比 磨损后易发生跳齿 工作时有噪声 不宜用在载荷变化很大、高速、急速反向的传动中 应用场合: 要求工作可靠 两轴相距较远 低速重载 工作环境恶劣 其他不宜使用齿轮传动的场合 链条按用途分类: 传动链 短节距精密滚子链(简称滚子链) 齿形链 输送链 起重链 9-2 传动链的结构特点滚子链一般传递的功率在 100 kW 以下 链速不超过 15 m/s 推荐使用的最大传动比 imaxi_{\max}imax = 6 滚子链结构: 滚子 套筒 销轴 内链板 外链板 配合方式: 过盈配合 内链板与套筒之间 外链板与销轴之间 间隙配合 滚子与套筒之间 套筒与销轴之间 活动方式: 内、外链板相对挠曲时,套筒可绕销轴自由转动 滚子活套在套筒上,工作时沿链轮齿廓滚动,以减轻齿廓的磨损 销轴与套筒接触面是链的主要磨损位置,应在内、外链板间留少许间隙,便于润滑油渗入 链板制成 8 字形: 使各个横截面具有接近相等的抗拉强度 减小链的质量和运动时的惯性力 多排链: 传递大功率时可以使用多排链,排数越多承载能力越强 但受限于精度,各排链承受的载荷不易均匀,故排数不宜过多 接头形式: 滚子链和链轮啮合的基本参数: 节距 ppp (主要参数) 滚子外径 d1d_1d1 内链节内宽 b1b_1b1 排距 ptp_tpt (多排链) 我国链条标准: GB/T 1243-2006 传动用短节距精密滚子链、套筒链、附件和链轮 链号数 × 25.416\frac{25.4}{16}1625.4 = 节距值 后缀 A 或 B 表示 A 系列(适用于以美国为中心的西半球区域,主要)或 B 系列(欧洲区域) 滚子链的标记: 链号 - 排数 - 整链链节数 标准编号 例:08A-1-88 GB/T 1243-2006 表示 A 系列、节距 12.7 mm、单排、88 节的滚子链 齿形链又称无声链,由一组带有两个齿的链板左右交错并铰接而成 齿楔角: 每个链板的两个外侧直边(工作边)间的夹角 一般为 60° 内导板齿形链导向性好,工作可靠,适用于高速重载传动 链轮宽度大于25 ~ 30 mm 时,一般采用内导板齿形链 外导板齿形链结构简单但导向性差,链轮宽度较小时使用 齿形链优点: 传动平稳、噪声小 承受冲击性能好 效率高 工作可靠 应用场合:高速、大传动比、小中心距等工作条件较为严酷的场合 齿形链缺点:结构复杂、难于制造、价格较高 9-3 滚子链链轮的结构和材料链轮由轮齿、轮缘、轮辐和轮毂组成。链轮设计主要是确定其结构和尺寸,选择材料和热处理方法。 链轮齿形非共轭啮合 端面:实际齿槽形状取决于加工轮齿的刀具和加工方法,并应使其位于最小和最大齿槽形状之间,常用“三圆弧一直线” 轴面:应作图 查表:滚子链链轮的齿槽形状 链轮的基本参数和主要尺寸基本参数: 配用链条的节距 ppp 滚子外径 d1d_1d1 排距 ptp_tpt 齿数 zzz 链轮的主要尺寸和计算公式:查表 链轮的结构尺寸结构小直径 整体式 中等直径 孔板式 大直径 可将齿圈用螺栓连接或焊接在轮毂上 链轮的材料小链轮应采用较好的材料制造 链轮常用材料和应用范围:查表 9-4 链传动的工作情况分析链传动的运动特性当链绕在链轮上时,其链节与相应的轮齿啮合后,这一段链条将曲折成正多边形(边长 ppp ,边数 zzz )的一部分(见图)。 链的平均速度 vvv (m/s)为 v=z1n1p60×1000=z2n2p60×1000v = \frac{z_1n_1p}{60 \times 1000} = \frac{z_2n_2p}{60 \times 1000}v=60×1000z1n1p=60×1000z2n2p字母符号含义z1z_1z1 、 z2z_2z2 主、从动链轮的齿数 n1n_1n1 、 n2n_2n2 主、从动链轮的转速,r/min 链传动平均传动比: i=n1n2=Z2Z1i = \frac{n_1}{n_2} = \frac{Z_2}{Z_1}i=n2n1=Z1Z2链速瞬时变化: 前提:主动链轮转速恒定 铰链 AAA 实际用于牵引链条运动的速度 vxv_xvx 为 vx=v1cosβ=R1ω1cosβv_x = v_1 \cos\beta = R_1 \omega_1 \cos\betavx=v1cosβ=R1ω1cosβR1R_1R1 为主动链轮的分度圆半径,m β=±φ12=±180∘z1\beta = \pm \frac{\varphi_1}{2} = \pm \frac{180^{\circ}}{z_1}β=±2φ1=±z1180∘ 链速最低 β=0\beta = 0β=0 链速最高 链速变化呈周期性,链轮转过一个链节,对应链速变化的一个周期 转速越高、齿数越少,链速变化范围越大 铰链 AAA 带动链条上下运动,上下运动的链速 vy1v_{y1}vy1 也随链节周期性变化 vy1=v1sinβ=R1ω1sinβv_{y1} = v_1 \sin\beta = R_1\omega_1\sin\betavy1=v1sinβ=R1ω1sinβ从动链轮上,铰链 CCC 沿圆周方向运动的线速度 v2=R2ω2=vxcosγv_2 = R_2\omega_2 = \frac{v_x}{\cos\gamma}v2=R2ω2=cosγvx由此,从动轮转速为 ω2=vxR2cosγ=R1ω1cosβR2cosγ\omega_2 = \frac{v_x}{R_2\cos\gamma} = \frac{R_1\omega_1\cos\beta}{R_2\cos\gamma}ω2=R2cosγvx=R2cosγR1ω1cosβγ\gammaγ 在 ±180∘z2\pm \frac{180^{\circ}}{z_2}±z2180∘ 内不断变化,β\betaβ 也在变化,所以即使 ω1\omega_1ω1 为常数,ω2\omega_2ω2也是周期性变化的 链传动瞬时传动比: i=ω1ω2=R2cosγR1cosβi = \frac{\omega_1}{\omega_2} = \frac{R_2 \cos\gamma}{R_1\cos\beta}i=ω2ω1=R1cosβR2cosγ链传动多边形效应: 链传动的传动比变化与链条绕在链轮上的多边形特征有关 链传动的动载荷链速变化引起的惯性力: Fd1=macF_{d1} = ma_cFd1=mac字母符号含义mmm 紧边链条的质量,kg aca_cac 链条变速运动的加速度,m/s² 视主动链轮匀速转动,当 β=±φ12=±180∘z1\beta = \pm \frac{\varphi_1}{2} = \pm \frac{180^{\circ}}{z_1}β=±2φ1=±z1180∘ 时, (ac)max=−R1ω12sin(±180∘z1)=∓ω12p2(a_c)_{\max} = -R_1\omega_1^2\sin(\pm\frac{180^{\circ}}{z_1}) = \mp \frac{\omega_1^2p}{2}(ac)max=−R1ω12sin(±z1180∘)=∓2ω12p从动链轮因角加速度引起的惯性力为: Fd2=JR2dω2dtF_{d2} = \frac{J}{R_2} \frac{d\omega_2}{dt}Fd2=R2Jdtdω2字母符号含义JJJ 从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量,kg · m² ω2\omega_2ω2 从动链轮的角速度,rad/s 链轮转速越高、节距越大、齿数越少,则惯性力越大,相应动载荷越大;同时链条沿垂直方向的变速运动也会产生一定的动载荷 链节和链轮啮合瞬间的相对速度,也将引起冲击和振动:节距越大、链轮转速越高,冲击越严重 链传动的受力分析链条安装时应有一定的张紧力——通过使链条保持适当的垂度所产生的悬垂拉力 紧边拉力与松边拉力: F1=Fe+Fc+FfF_1 = F_e + F_c + F_fF1=Fe+Fc+FfF2=Fc+FfF_2 = F_c + F_fF2=Fc+Ff字母符号含义FeF_eFe 有效圆周力,N FcF_cFc 离心力引起的拉力,N FfF_fFf 悬垂拉力,N 有效圆周力: Fe=1000PvF_e = 1000\frac{P}{v}Fe=1000vP字母符号含义PPP 传递的功率,kW vvv 链速,m/s 离心力引起的拉力: Fc=qv2F_c = qv^2Fc=qv2qqq 为链条单位长度的质量,kg/m 悬垂拉力: Ff=max(Ff′,Ff′′)F_f = \max(F^\prime_f, F^{\prime\prime}_f)Ff=max(Ff′,Ff′′)其中: Ff′=Kfqa×10−2F^\prime_f = K_f qa \times 10^{-2}Ff′=Kfqa×10−2Ff′′=(Kf+sinα)qa×10−2F^{\prime\prime}_f = (K_f + \sin\alpha)qa \times 10^{-2}Ff′′=(Kf+sinα)qa×10−2字母符号含义aaa 链传动的中心距,mm KfK_fKf 垂度系数,查表 9-5 滚子链传动的设计计算链传动的失效形式链的疲劳破坏 经过一定循环次数后,链板将会因疲劳而断裂 套筒和滚子表面将会因冲击而出现疲劳点蚀 链条的疲劳强度为决定链传动承载能力的主要因素 链条铰链的磨损 使链节距增大,链条总长度增加 使链的松边垂度发生变化 增大运动的不均匀性和动载荷,引起跳齿 链条铰链的胶合 胶合在一定程度上限制了链传动的极限转速 链条的静力破坏 当链速较低时(vvv < 0.6 m/s),如果链条负载不增加而变形持续增加,即认为链条正在被破坏 导致链条变形持续增加的最小负载将限制链条能够承受的最大载荷 链传动的额定功率极限功率曲线: 在润滑良好、中等速度下,链传动的主要承载能力主要取决于链板的疲劳强度 随着转速提高,链传动的动载荷增大,传动能力主要取决于滚子和套筒的冲击疲劳强度 当转速很高时,胶合将限制链传动的承载能力 额定功率曲线: 采用额定功率 PcP_cPc 限制链传动的实际工作能力 通过试验确定额定功率曲线,一个试验条件:查表 当链传动的工作条件与试验条件不同时,额定功率应予以修正。修正时考虑工作情况、主动链轮齿数、链传动的排数 链传动的参数选择链轮齿数 z1z_1z1 和 z2z_2z2“小链轮不宜太小,大链轮不宜太大” 链轮齿数过少的缺点: 增加运动的不均匀性和动载荷 链条在进入和退出啮合时,链节间的相对转角增大 链传动的圆周力增大,从整体上加速铰链和链轮的磨损 链轮最小齿数 zminz_{\min}zmin = 9 z1z_1z1 ≥ 17 (一般) z1z_1z1 ≥ 25 (高速传动或承受冲击载荷的链传动)、链轮应淬硬 链轮齿数过多的缺点: 增大传动总体尺寸 易发生跳链、脱链:链节增长量 Δp\Delta pΔp 一定时,链轮齿数越多,链轮上一个链节所对的圆心角就越小,铰链所在圆的直径的增加量 Δd\Delta dΔd 越大,铰链会更接近齿顶(如图),从而增大跳链和脱链机会 zmaxz_{\max}zmax ≤ 150,一般 zzz ≤ 114 常取链轮齿数为奇数,并尽可能与链节数互质:链节数通常为偶数,这样可以使链条和链轮磨损均匀 传动比 iiiiii ≤ 6 (一般) 2 ≤ iii ≤ 3.5 (常用) 链条在小链轮上的包角不应小于120° 中心距 aaa中心距过小的缺点: 单位时间内链条的绕转次数增多,链条曲伸次数和应力循环次数增多,加剧链条的磨损和疲劳 链条在小链轮上的包角变小,每个轮齿所受的载荷增大,易出现跳齿和脱链现象 中心距太大的缺点:松边垂度过大,传动时造成松边颤动 情况中心距取值无其他限制 a0a_0a0 = (30 ~ 50) ppp 无其他限制,无张紧装置或托板 a0maxa_{0\max}a0max = 80 ppp 有张紧装置或托板 a0maxa_{0\max}a0max 可以大于80 中心距不能调整 a0max≈30pa_{0\max} \approx 30pa0max≈30p 链的节距 ppp 和排数节距大可以提高承载能力 节距大的缺点: 总体尺寸增大 多边形效应显著 振动、冲击、噪声更严重 工作情况链的节距排数选择理由—— 较小节距单排链 使结构紧凑、延长寿命 速度高、功率大 小节距多排链 —— 中心距小、传动比大 小节距多排链 经济 中心距大、传动比小 大节距单排链 经济 滚子链传动的设计计算已知条件: 链传动的工作条件 传动位置与总体尺寸限制 所需传递的功率 PPP 主、从动链轮转速 n1n_1n1 、n2n_2n2 或传动比 iii 设计内容: 链条型号、链节数 LpL_pLp、排数 链轮齿数 z1z_1z1、z2z_2z2 链轮的材料、几何尺寸 链传动的中心距 aaa 压轴力 FpF_pFp 润滑方式、张紧方式等 设计步骤和方法: (1)选择链轮齿数 z1z_1z1 、 z2z_2z2 和确定传动比 iii链轮齿数一般为 17 ~ 114 传动比: i=z2z1i = \frac{z_2}{z_1}i=z1z2(2)计算当量的单排链计算功率 PcaP_{ca}PcaPca=KAKzKpPP_{ca} = \frac{K_A K_z}{K_p} PPca=KpKAKzP字母符号含义KAK_AKA 工作情况系数,查表 KzK_zKz 主动链轮齿数系数,Kz=(19Z1)1.08K_z = (\frac{19}{Z_1})^{1.08}Kz=(Z119)1.08 KpK_pKp 多排链系数,对双排链取值 1.7,三排链取值 2.5 PPP 传递的功率,kW (3)确定链条型号和节距 ppp链条型号:查表(根据当量的单排链计算功率 PcaP_{ca}Pca 、单排链额定功率 PcP_cPc 、主动链轮转速 n1n_1n1) 确定链条节距 ppp :查表 (4)计算链节书和中心距初选中心距 a0a_0a0 = (30 ~ 50) ppp ,按下式计算链节数 Lp0L_{p0}Lp0 Lp0=2a0p+z1+z22+(z2−z12π)2pa0L_{p0} = 2\frac{a_0}{p} + \frac{z_1 + z_2}{2} + (\frac{z_2 - z_1}{2\pi})^2\frac{p}{a_0}Lp0=2pa0+2z1+z2+(2πz2−z1)2a0p为避免使用过渡链节,应将计算出的链节数 Lp0L_{p0}Lp0 圆整为偶数 LpL_pLp 链传动最大中心距为 amax=f1p[2Lp−(z1+z2)]a_{\max} = f_1p[2L_p - (z_1 + z_2)]amax=f1p[2Lp−(z1+z2)]f1f_1f1 为中心距计算系数,查表 特别地,当两链轮的齿数相等( z=z1=z2z = z_1 = z_2z=z1=z2 )时,链传动的最大中心距为 amax=p(Lp−z2)a_{\max}= p(\frac{L_p - z}{2})amax=p(2Lp−z)(5)计算链速 vvv ,确定润滑方式链的平均速度 vvv (m/s)计算公式: v=z1n1p60×1000=z2n2p60×1000v = \frac{z_1n_1p}{60 \times 1000} = \frac{z_2n_2p}{60 \times 1000}v=60×1000z1n1p=60×1000z2n2p字母符号含义z1z_1z1 、 z2z_2z2 主、从动链轮的齿数 n1n_1n1 、 n2n_2n2 主、从动链轮的转速,r/min 润滑方式:查表 (6)计算链传动作用在轴上的压轴力 FpF_pFpFp≈KFpFeF_p \approx K_{Fp}F_eFp≈KFpFe字母符号含义FeF_eFe 有效圆周力,N KFpK_{Fp}KFp 压轴力系数。对于水平传动,取值 1.15;对于垂直传动,取值 1.05 9-6 链传动的布置、张紧、润滑与防护链传动的布置链轮必须位于铅垂面内,两链轮共面 中心线可以水平或倾斜,尽量不要处于铅锤位置 紧边在上,松边在下 具体布置:查表 链传动的张紧目的:避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象、增加链条与链轮的啮合包角 张紧方法: 调节中心距(中心距可调时) 张紧轮 链轮或滚轮 直径与小链轮的直径相近 自动张紧(弹簧、吊重等)或定期张紧(螺旋、偏心等调整装置) 压板、托板 链传动的润滑润滑作用:缓和冲击、减轻磨损、延长链条使用寿命 推荐润滑方式:查表 链传动的防护应用防护罩将链传动装置封闭,与灰尘隔离以保证正常润滑 上一页第八章 带传动下一页第十章 齿轮传动最后更新于2年前 |
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