庄闲最稳公式打滚子链链轮设计


时间:2020-10-28 21:31

  滚子链链轮设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。1、链传动的特点和应用;2、传动链的结构特点;3滚子链链轮的结构和材料;4、链传动的运动特性;5、链传动的受力分析;6、滚子链传动的设计计算;7、链传动的布置、张紧和润滑。

  第七章 链传动 §7-1 链传动的特点和应用 1.组成:链传动由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链条组成。工 作时,靠链条链节与链轮轮齿的啮合带动从动轮回转并传递运动和动力。 2.特点:1)由于链传动属于带有中间挠性件的啮合传动,所以可获得准确的平均传动 比; 2)与带传动相比,链传动预紧力小,所以链传动轴压力小,而传递的功率较大,效 率较高,链传动还可以在高温、低速、油污等情况下工作; 3)与齿轮传动相比,两轴中心距较大,制造与安装精度要求较低,成本低廉。 4)链传动运转时不能保持恒定的瞬时传动比和瞬时链速,所以传动平稳性较差,工 作时有噪音且链速不宜过高。 3.应用:适用于中心距较大,要求平均传动比准确的场合。传动链传递的功率一般在 100kW 以下,最大传动比 imax = 8 ,链速不超过 15m/s。本章主要讨论滚子链。 §7-2 传动链的结构特点 一.滚子链 滚子链是由滚子 1、套筒 2、销轴 3、内链板 4 和外链板 5 组成。内链板和套筒之间、 外链板与销轴之间分别用过盈联接固联。滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。 当内、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,滚子沿链 轮齿廓滚动,减轻了齿廓的磨损。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,以便润滑油渗入销轴和套筒的摩擦面间。内、外链板制成 8 字形, 是为了使链的各剖面具有相近的抗拉强度,也可减轻链的质量和运动时的惯性力。 传动链使用时首尾相连成环形,当链节数为偶数时,接头处可用内、外链板搭接,插入 开口销或弹簧夹锁住。若链节为奇数,需采用一个过渡链节才能首尾相连,链条受拉时,过 渡链节将受附加弯矩,所以应尽量采用偶数链节的链条。 滚子链与链轮啮合的基本参数是节距 p、滚子外径 d1 和内链节内宽 b1。其中,节距是 滚子链的主要参数。节距增大时,链条中各零件的尺寸也要相应增大,可传递的功率也随之 增大。但当链轮齿数一定时,节距越大,链轮直径 D 也越大,为使 D 不致过大,当载荷较 大时,可用小节距的双排链或多排链。多排链的承载能力与排数成正比,列数越多,承载能 力越高。但由于制造、安装误差,很难使各排的载荷均匀,列数越多,不均匀性越严重,故 排数不宜过多,一般不超过四列。 考虑到我国链条生产的历史和现状,以及国际上几乎所有国家的链节距均用英制单位, 我国链条标准 GB1243.1-83 中规定节距用英制折算成米制的单位。 链号与相应的国际标准链 号一致,链号数乘以 25.4/16mm 即为节距值。后缀 A 或 B 分别表示 A 或 B 系列。A 系列用 于重载、重要、较高速的传动,B 系列用于一般的传动中。 滚子链标记:链号—排数*链节数 标准编号 1 例:10A—1*88 GB1243.1--83 二.齿形链 齿形链又称无声链。 由一组带有两个齿的链板左右交错并列铰接而成。 每个齿的两个侧 面为工作面,齿形为直线,工作时链齿外侧边与链轮轮齿相啮合来实现传动。 特点: 工作平稳, 噪音小, 允许的链速高, 承受冲击能力好, 传动效率一般为 0.95~0.98, 润滑良好的传动可达 0.98~0.99。但价格较高,重量较大,对安装、维护要求较高。 应用:适宜于高速传动;又实用于传动比大和中心距较小的场合,多用于高速或运动精 度要求较高的传动装置中。 §7-3 滚子链链轮的结构和材料 链轮是链传动的主要零件,链轮齿形已标准化。链轮设计主要是确定其结构及尺寸,选 择材料及热处理方法。 一.链轮的基本参数及主要尺寸 链轮的基本参数是配用链条的节距 p,套筒的最大外径 d1、排距 pt 及齿数 z。 二.链轮的齿形 链轮的端面齿形是标准齿形,由弧 aa、ab、cd、和直线 bc 构成--三圆弧一直线齿形。当 选用这种齿形并用相应的标准刀具加工时, 链轮齿形在工作图上不画出, 只需注明链轮的基 本参数和主要尺寸(节距 p,节圆直径 d,齿顶圆直径 da,齿根圆直径 df 和齿数 z) ,并注明 “齿形按 3R GB1244—85 规定制造”即可。 节圆—链轮上链条的销轴中心所在的圆,直径用 d 表示。 若已知 p、z p 1800 sin z ? 1800 ? ? d a = p? 0 . 54 + ctg ? z ? ? ? d f = d ? d1 (d1 ? ?滚子直径) d= 链轮轴向齿廓及尺寸,应符合 GB1244—85 的规定。在零件的工作图上应绘出链轮的轴 面齿形,以便制造链轮切齿前的毛坯。 三.链轮的结构 小直径----整体式;中等尺寸---孔板式;大直径---组合式(齿圈、轮芯用不同材料,用焊 接或螺栓联接在轮芯上) 。 四.链轮的材料 材料应能保证轮齿具有足够的强度和耐磨性,常用碳钢、合金钢,齿面多经热处理。工 作时,小链轮轮齿参与啮合的次数比大链轮多,磨损、冲击较严重,所以,小链轮的材料应 较好,齿面硬度较高。 §7-4 链传动的运动特性 链条整体是一挠性体,但对单个链节,却是刚性体。所以链条绕在链轮上时,并非沿轮 周弯曲成圆弧性,而是折成正多边形的一部分,此正多边形的边长为,边数为链轮的齿数。 链轮每转一周,带动链条转过的长度为 zp,所以链条的速度为 2 v平均 = i平均 n1 z1 p n2 z2 p = m/ s 60 * 1000 60 *1000 n z = 1 = 2 n2 z1 实际工作时,即使主动链轮以等角速转动,瞬时速度和瞬时传动比是变化的。 ?1/2 ω1 ??1/2 ? 2 /2 ω2 ?? 2/2 一.瞬时链速 设链的主动边始终处于水平位置。链节在 A 点进入啮合,当旋转到 B 点时,下一链节 进入啮合。设小链轮以匀角速转动 A 点: ? 1800 1800 ? ? ? vx = v1 cos? ? 1 ? = R1ω1 cos (Q ?1 z1 = 3600 ,∴ 1 = ) z1 z1 2 ? 2? 180 ? ? ? v y = v1 sin ? ? 1 ? = ? R1ω1 sin z1 ? 2? vx = v1 = R1ω1 vy = 0 180 ?? ? vx = v1 cos? 1 ? = R1ω1 cos z1 ?2? 180 ?? ? v y = v1 sin ? 1 ? = R1ω1 sin z1 ?2? vx = v1 cos β = R1ω1 cos β v y = v1 sin β = R1ω1 sin β 0 0 C 点: B 点: 0 任一位置: (β为铰链 A 在链轮上的相位角) 由以上分析可知:在前一链节进入啮合到后一链节进入啮合的过程中,链条线 cos β , vx 随β的变化而变化。 v y = R1ω1 sin β ,β在 ± ?1 ? ?1 1800 ? ? = ?之 2? z1 ? ?2 ? 间变化。链条这样忽快忽慢、忽上忽下,给链传动带来运动的不均匀和振动拍击,若齿数 z 越少或节距 p 越大---φ越大,运动的不均匀性越严重。 3 ??1/2 二.瞬时传动比 ?1/ 2 ??1/2 ?1/2 β ?1/2 ω1 ??1/2 ? 2 /2 ω2 2 γ ?? 2/2 vx = v1 cos β = v2 cos γ R1ω1 cos β = R2ω 2cos γ Q β在 ± i瞬时 = 1800 1800 之间变化,而γ在 ± 之间变化, ∴ω 2在每一瞬时都发生变化 z1 z2 ω1 R2 cos γ = 变化。只有当 z1 = z 2 (r1 = r2 ) ,且链传动的中心距恰为节距的整 ω 2 R1 cos β 数倍时(只有具备上述条件,β、γ才能同步变化) ,传动比才能恒定不变(恒为 1) 。 三.链传动的动载荷 链传动在工作过程中, 链条和从动链轮都是作周期性的变速运动, 因而造成和从动链轮 相连的零件也产生周期性的速度变化, 从而引起了动载荷。 动载荷的大小与回转零件的质量 和加速度的大小有关。 1.链条前进引起的动载荷为: Fd 1 = mac N 式中:m---紧边链条的质量,kg; ac---链条加速度,m/s2。 ac = dvx d = R1ω1 cos β = ? R1ω12 sin β dt dt 4 当β =± 1800 ω2 p 1800 时, amax = m R1ω12 sin =m 1 z1 z1 2 J dω 2 N R 2 dt 2.从动链轮的角加速度引起的动载荷为: Fd 2 = 式中:J---从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量,kg.m2; ω2---从动链轮的角速度,rad/s; R2---从动链轮的分度圆半径,m。 3.vy 变化引起的动载荷 vy 变化,使链条发生横向振动,甚至共振。对高速链传动,注意固有频率。 4.链节与链轮啮合瞬间,由于链与轮间的相对速度,引起链与论的冲击,冲击能量与 速度、质量有关。 U= 1 2 mv0 2 ω1 设质量集中在链节中点 m = pq / 1000 g p p 2n π v0 = ω1 = 1 . 2 60 2 * 1000 2 pq (n1πp ) qp 3 n12 1 2 U = mv0 = = C 2 2 g * 60 *10003 ω1 式中:q---链条每米质量,kg/m。 v0---链条与链轮相对转速,m/s。 g---重力加速度,m/s2。 综上所述:链传动中,由于链在轮上呈多边形随链轮转动时,引起链速和传动比都随时 间作周期性的变化,导致运动不均匀并发生动载荷、冲击和振动现象,这是链传动的固有特 性。为获得较平稳的链传动,设计时,合理选择各项运动参数(小节距、多齿数、限制链轮 最高转速) 。 §7-5 链传动的受力分析 链传动在安装时, 应使链条受一定的张紧力, 其张紧力是通过使链保持适当的垂度所产 生的悬垂拉力获得的。 链传动张紧的目的主要是使松边不致太松, 以免影响链条正常退出啮 合和产生振动、跳齿或脱链现象,因而所需的张紧力比带传动小得多。 链在工作过程中,紧边和松边的拉力不等。若不计传动中的动载荷,链的紧边受到的拉 力 F1 是由链传递的有效圆周力 Fe、 链的离心力 Fc 及链条松边垂度引起的悬垂拉力 Ff 三部分 组成。 F1 = Fe + Fc + Ff N 链的松边所受的拉力 F2 由 Fc 及 Ff 两部分组成。 F2 = Fc + Ff 5 有效圆周力 Fe = 1000 P v N 式中:P---链传动所传递的功率,kW; v---链速,m/s。 离心力引起的拉力 Fc = qv 2 N 式中:q---单位长度链条的质量,kg/m。 v---链速,m/s。 悬垂拉力 Ff 的大小与链条的松边垂度及传动的布置方式有关,在 F’f 和 F”f 中选大者。 Ff = K f qa * 10?2 Ff = ( K f + sin α )qa *10 ? 2 N 式中:a---链传动的中心距,mm。 q---单位长度链条的质量,kg/m。 Kf—垂度系数。 §7-6 滚子链传动的设计计算 一.链传动的失效形式 1.链的疲劳破坏 链在工作时,链轮两边的链条一边张紧、一边松弛。链条不断由松边到紧边周而复始 地运动着,所以它的各个元件都在变应力作用下工作,经过一定循环次数后,链板将会出现 疲劳断裂,或套筒、滚子表面会出现疲劳点蚀(多边形效应引起的冲击疲劳) 。因此,链条 的疲劳强度成为决定链传动承载能力的主要因素。 试验表明: 在润滑良好的中等速度下工作 的链条,在链板上首先出现疲劳断裂。链条越短,速度越高,循环快时,疲劳损坏越严重。 2.链条铰链的磨损 链条在工作时,铰链与套筒间承受较大的压力,传动时彼此又发生相对转动,导致铰链 磨损,铰链节距伸长,而轮齿节距几乎不受磨损影响,结果将导致啮合点外移,严重时,产 生跳链、脱链现象。 图 9-15,铰链磨损后,节距由 p 增大为 p+Δp,啮合点由 d 增大为 d+Δd,链节距的增 6 长量Δp 和啮合圆的外移量Δd 有如下关系 ?d = ?p ,当节距一定时,齿高就一定, 1800 sin z 即允许的啮合圆外移量就一定。齿数 z 越多,啮合圆的外移量Δd 就越大,链从链轮上脱落 的可能性就越大,为保证链条寿命,应使齿数少一些。 z2 ≤ 120 。 3.销轴与套筒的胶合 当链轮转速过高时,链节啮入时受到的冲击能量增大,积聚的热量较大,销轴、套筒间 的润滑油膜被破坏,使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触,导致胶合。胶合在 一定程度上决定了链传动的极限转速。 4.链条静力拉断 低速(v0.6m/s)的链条过载,并超过链条静力强度的情况下,链条会被拉断。 二.滚子链传动的额定功率 链传动的各种失效形式都在一定条件下限制了它的承载能力。 因此, 在选择链条型号时, 必须全 面 考虑 各 种 失 效 形 式 产生的原因和条件,从而确定 其能传递的额定功率 P0。 右图是通过实验作出的 单排链的额定功率曲线图。由 图可见:在润滑良好、中等速 度的链传动中,链传动的承载 能 力主要 取 决 于链 板 的 疲劳 强度;随着转速的增高,链传 动的多边形效应增大,传动能 小链轮转速 力主要 取 决 于 套筒 和 滚子 的 -- 由链板疲劳强度限定 冲击疲劳强度,转速越高,传 动能力就越低,并会出现铰链 -- 由滚子、套筒冲击疲劳强度限定; 胶合现象,使链条迅速失效。 -- 由销轴和套筒疲劳强度限度 图 9-13 为 A 系列滚子链 的额定功率曲线,它是在标准 实验条件下得出的:1)两链轮安装在水平轴上,两链轮共面;2)z1=19;3)Lp=100 节;4) 载荷平稳;5)按推荐方式润滑;6)能连续 15000 小时满负荷运转;7)链条因磨损引起的 相对伸长量不超过 3%。根据小链轮转速,由此图可查出各种链条链速在大于 0.6m/s 情况下 允许传递的额定功率 P0。若所设计的链传动与上述实验条件不符时,由图查得的 P0 值应乘 以一系列修正系数。 Pca = K A P = P0 K z K L K p 式中:KA---工况系数,表 9-9。 Kz---小链轮齿数系数。表 9-10。 KL---链长系数,表 9-10。 Kp ---多排链系数,表 9-11。 当不能保证 图 9-14 中所推荐的润滑方式时,线 值应降到下列数值: 当 v ≤ 1.5m / s ,润滑不良时,降至(0.3~0.6)P0;无润滑时,降至 0.15 P0(寿命不能 7 额定功率 保证 15000 小时) 。 当 1.5m / s ≤ v 7 m / s ,润滑不良时,降至(0.15~0.3)P0; 当 v 7m / s ,润滑不良时,传动不可靠,不宜采用。 当要求的实际工作寿命低于 15000 小时时, 按有限寿命设计。 这时允许传递的功率可高 些。 三.滚子链传动的设计计算 已知;传动用途、工作情况、原动机种类、传递的功率 P、链轮转速 n1、n2(或 i) ,结 构尺寸要求等。 设计内容:链条节距 p、列数、链条链节数 Lp、传动中心距 a;大、小链轮齿数 z1 、z2; 轴压力 Q;润滑方式。 设计步骤: 1.链轮齿数 z1 、z2 和传动比 i 小链轮齿数 z1 对链传动的平稳性和使用寿命有较大影响。齿数少,外廓尺寸小,但齿数 过少,运动不均匀性加剧,动载荷和冲击加大;链条进入和退出啮合时,链节间的相对转角 增大,铰链的磨损加剧;链传递的圆周力增大,加速了链条和链轮的损坏。 齿数过多,将增大传动尺寸和质量,链条磨损后节距的伸长容易发生跳齿和脱链,同样 会缩短链条的使用寿命。 齿数的选取原则: (1)链传动速度高时,齿数多些; (2)为考虑磨损均匀,链轮齿数应 取与链节数互为质数的奇数,并优先选用以下数列:17、19、21、23、25、38、57、76、95、 114。 z1 min = 17, z 2 = iz1 (取整) ,且 z2 ≤ 120 。由表 9-8,试选 v—选取 z1,z1 尽量用奇数。 i ≤ 6 ,推荐=2~3.5。当 v2m/s 且载荷平稳时,可达 10。过大时,链条在小链轮上的包 角过小,将减少啮合齿数,因而易出现跳齿或加速轮齿的磨损,故可用二级或二级以上的传 动。 2.确定计算功率 Pca 计算功率 Pca 是根据传递的功率 P,并考虑到载荷性质和原动机的种类而确定,即 Pca = K A P kW 3.初选中心距 a0 a 小,传动结构紧凑,但 a 太小,链条总长太短,单位时间里每一链节参与啮合次数过 多,加剧链的磨损和疲劳。a 过大,承载好,但链条长,横向振动大。一般 a0 = (30 ~ 50 ) p, a0 max = 80 p (张紧或托板) ,中心距不可调时, a0 max ≈ 30 p 。 4.链节数 Lp 2 2a z + z ? z ?z ? p Lp = 0 + 1 2 + ? 2 1 ? . p 2 ? 2π ? a0 取整,最好取偶数。 5.节距和排数的确定 一定条件下,庄闲最稳公式打,节距越大,链传动承载能力越强,但节距越大,链传动的多边形效应越严 重,动载荷、冲击、振动越严重。所以,为使链传动结构紧凑、寿命长,尽量取小节距的单 排链。 若传动速度高,传递的功率大;或传动中心距小,传动比大,取小节距的多排链。 8 若传动中心距大而传动比小,取大节距的单排链。 Pca = K A P = K z K L K p P0 P0 = Pca Kz KLK p 设计时, 先定传动的列数—查表 9-11 得 Kp—由上式计算得 P0—由图 9-13 查得链号—查 表 9-1 得节距 p。 6.验算链速 v= n1 z1 p 60 *1000 判断是否与假设符。 7.确定实际中心距 p ?? z +z ? z +z ? ?z ?z ? ? a = ?? Lp ? 1 2 ? + ? L p ? 1 2 ? ? 8? 2 1 ? 4 ?? 2 ? 2 ? ? 2π ? ? ? 2 2 ? ? ? ? 为保证松边有合适的垂度 f = (0.01 ~ 0.02)a a = a ? ?a 实际中心距 ?a = (0.002 ~ 0.004)a 若传动中心距可调,△a 取大值;若中心距不可调,△a 取小值。 8.小链轮毂孔最大直径 当确定了链条节距和小链轮齿数后,链轮的结构和各部分尺寸已可定出(表 9-3) ,毂孔 的最大直径 dkmax 也可定出,但 dkmax 不小于安装链轮处的轴径;若不能满足要求时,可采用 特殊结构的链轮(如链轮轴)或重新选择链传动参数(增大 z1 或 p) 。 9.计算压轴力 Q Q ≈ K Q Fe 式中:Fe---链传递的有效圆周力,N; KQ---压轴力系数,对于水平传动,KQ=1.15;对于垂直传动 KQ=1.05。 10. 链轮的结构设计,材料和尺寸。 11. 链传动的润滑和防护。 四.低速链传动的静力强度计算 对于链速的低速链传动, 因抗拉静力强度不够而破坏的几率很大, 故常按下式进行抗拉 静力强度计算 S ca = Qn ≥4~8 K A F1 式中:Sca ---链的抗拉静力强度的计算安全系数; Q---单排链的极限拉伸载荷,kN,查表 9-1; n---排数; KA---工作情况系数,查表 9-9; F1 ---链的紧边工作拉力,kN。 低速链传动,小链轮齿数可少于 17,但不能小于 9。 9 §7-7 链传动的布置、张紧和润滑 一.链传动的布置 链传动一般应布置在铅垂平面内,尽可能避免布置在水平或倾斜平面内。如确有需要, 则应考虑加托板或张紧轮等装置,并且设计较紧凑的中心距。参表 9-12。 二.链传动的张紧 目的:避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象;同时增加链条和链轮 的包角。当两轮中心连线 时,通常设有张紧装置。 张紧的方法:链传动中心距可调时,调节中心距以控制张紧程度;中心距不可调时,可 设置张紧轮或在链条磨损变长后取掉 1~2 个链节, 以恢复原来的长度。 张紧轮一般紧压在松 边靠近小链轮处。张紧轮可以是链轮,也可以是无齿的滚轮。张紧轮的直径与小链轮的直径 接近。张紧轮有自动张紧(用弹簧、吊重等自动张紧装置)及定期调整(用螺旋、偏心等调 整装置) 。另外还可用压板和托板张紧。 三.链传动的润滑 链传动的润滑十分重要,对高速、重载的链传动更为重要。良好的润滑可缓和冲击,减 轻磨损,延长链条寿命。滚子链的润滑方法和要求参表 9-13。 润滑油推荐采用牌号为 L-AN32、L-AN46、L-AN68 的全损耗系统用油。温度低时取前 者。对于开式及重载低速传动,可在润滑油中加入 MoS2,WS2 等抗胶合添加剂。对用润滑 油不便的场合,允许涂抹润滑脂,但应定期清洗与涂抹。 10