机械设计ppt课件第7章 链传动.ppt

,链传动的结构特点,链传动的运动特性和受力分析,第7章 链传动,链传动概述,滚子链传动的设计计算,齿形链传动的设计计算,链传动的布置、张紧和润滑,链传动由主、从动链轮及与链轮啮合的链条组成，如图7-1所示。链传动在中心距较大、平均传动比准确、低速重载及环境恶劣的开式传动场合得到广泛应用，例如在建筑机械、石油机械、采矿机械、起重机、摩托车、自行车等中。传动链一般的工作范围：传动比8，P100 KW，V15 m/s，传动效率可达96。齿形链传动最大线速度可达40 m/s，链传动不适于在冲击与急促反向等情况下使用。,工程背景,第7章 链传动,设计者思维,作为工程师在设计链传动时，需考虑以下几个问题： 链传动有何优缺点？ 是根据什么来选定链条的型号和节距？ 链传动的主要失效形式是什么？ 如何计算链条的节距数和中心距？ 怎样确定链传动的润滑方式？ 怎样计算链传动作用在链轮轴上的压轴力？,第7章 链传动,简单实例,图7-1所示的是某发动机配气机构中上置式凸轮轴的链传动系统。曲轴的转动通过链条传递到凸轮轴，实现凸轮轴的驱动。上置式凸轮轴的链传动采用滚子链。为避免振动和噪声，工作时应将链条张紧，因此，在链传动机构中装有导链板，并在链条的松边设置张紧轮。,图7-1 发动机配气机构中的链传动,第7章 链传动,7.1链传动概述,1、组成：主动轮链从动轮,2、分类,(1)传动链,(2)起重链,(3)曳引链,第7章 链传动,第7章 链传动,7.2链传动的结构特点,滚子链的结构,滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4、及滚子5构成,图7-4 滚子链结构,第7章 链传动,滚子链基本参数,滚子链的主要参数是链的节距p，即链条上相邻两销轴之间的中心距。 节距p越大，链的尺寸和能传递的功率越大，但这时链的重量也随之增加。 当要传递的功率较大时，可选用双排链或多排链。,第7章 链传动,附表7-1列出了常用A系列滚子链的参数。表中链号与国际链号一致，链号数乘以25.4/16即为节距值。,滚子链标记,滚子链 链号排数×链节数 标准号 滚子链 08A 1 ×80 GB1243.183,第7章 链传动,附表7-1 滚子链的基本参数和尺寸（摘自GB/T 12431997）,第7章 链传动,为使链条连接成环形，应使内、外链板相连接，所以，链节数最好是偶数。这时开口处可用开口销（如图7-5(a)所示）或弹簧锁片（如图7-5(b)所示）来固定。若链节数是奇数，则采用过渡链节连接，如图7-5(c)所示。由于过渡链节受附加弯矩作用，故通常应避免使用奇数链节。,图7-5 滚子链接头形式,第7章 链传动,齿形链的结构,齿形链是由一系列的齿链板和导板交替装配且用销轴或组合的铰接元件连接组成的。,第7章 链传动,为防止齿形链工作时发生侧向移动，在齿形链中设置了导向链板，即导板。 导板有内导板和外导板两种。 工作时，链板必须能同标准链轮齿相啮合，使其铰接中心位于链轮的分度圆上。在内导板的链传动中，链轮的轮齿上需要开出导向槽。 内导板的齿形链导向性好，工作可靠，适用于高速、重载场合，具体的尺寸说明请见附表7-9。,第7章 链传动,附表7-9 齿形链的基本参数和尺寸（摘自GB/T 108551989）,第7章 链传动,齿形链标记,齿形链 SC + 代表链条节距数 + 代表链条公称宽度数,齿形链节距等于9.52 mm及以上节距的链条链号,乘以3.175 mm（1/8in）为链条节距值,乘以6.35 mm（1/4 in）为齿形链的公称链宽,SC302表示节距为9.52 mm，公称链宽为12.70 mm的齿形链。 标准同时要求链轮要标记上完整的齿形链链号和齿数。 例如，SC30225表示链号SC302，齿数25。,第7章 链传动,齿形链 SC302,7.3链传动的运动特性和受力分析,一、链传动的运动不均匀性,1、平均传动比,2、瞬时传动比,设：主动边处于水平位置，主动轮上A点速度,当销轴A位于b角的瞬时，v1可分解为沿链条前进方向的水平分速度v1x（即链速v）和垂直方向分速度v1y。v1x和v1y可由下式计算：,第7章 链传动,图7-8 链传动的速度分析,第7章 链传动,由于b在-j1/2和+j1/2之间变化（j1=360/z），即使1为常数，v1x和v1y都不可能是常数。当b为-j1/2或+j1/2时，v1x达到最小值；当b为0时，v1x达到最大值R11。 这种由于多边形啮合传动给链传动带来的速度不均匀性，称为多边形效应。同理，由于链速及角g的变化，使得从动链轮的角速度2也是变化的，其大小为,第7章 链传动,第7章 链传动,由于b、g是随时间变化的，从上式可知，瞬时传动比it也相应随时间而变化。,图7-9 链速的周期性变化,第7章 链传动,二、链传动的受力分析,链传动中的主要作用力有如下3个。,（1）有效圆周力Fe，即,Fe为有效圆周力（N）； P为传递的功率（kW）； v为链速（m/s）。,（2）离心力Fc，即,Fc为离心力（N）； q为链条单位长度质量（kg/m）；v为链速（m/s）。,第7章 链传动,（3）垂度拉力Ff,垂度拉力Ff是由链条重量产生，且大小和链条的垂度及布置方式相关的拉力。,第7章 链传动,如图7-10所示，f为垂度，为两个链轮中心线和水平面的倾角。,图7-10 链的紧边拉力和松边拉力,按照计算悬索拉力的方法，可求出垂度拉力Ff的表达式为,第7章 链传动,如图7-10所示，当链传动工作时，紧边拉力F1和松边拉力F2分别为,图7-10 链的紧边拉力和松边拉力,第7章 链传动,7.4滚子链传动的设计计算,1、链板疲劳破坏：链板受变应力； （高速链v0.6m/s主要失效形式） 2、链条磨损：链回转副磨损后节距变长，易 脱链； （开式链失效形式 ）,1链传动的失效形式,第7章 链传动,3、销轴与套筒胶合：高速链或润滑不良， 限制链速； 4、套筒与滚子冲击：限制链速 5、链条过载拉断：低速链传动（v0.6m/s ）主要失效形式,第7章 链传动,2滚子链传动的额定功率,实验条件下，单排链能传递的极限功率P-n1关系； 反映不同工作条件下，限制链工作能力的失效形式；,1）极限功率曲线,第7章 链传动,1是在良好润滑条件下由磨损破坏限定的极限功率曲线； 2是在变应力作用下由链板疲劳破坏限定的极限功率曲线； 3是由滚子套筒冲击疲劳强度限定的极限功率曲线；,图7-11 链的极限功率曲线,第7章 链传动,4是由销轴和套筒胶合限定的极限功率曲线； 5是良好润滑条件下的额定功率曲线，它是设计时实际使用的功率曲线； 6是润滑条件不好或工作环境恶劣情况下的极限功率曲线，在这种情况下，链磨损严重。,第7章 链传动,图7-11 链的极限功率曲线,2）额定功率曲线,实验条件:载荷平稳，推荐润滑方式；磨损节距伸长量p3% z1=19,i=3,Lp=100节，T=15000h,应用:由p0n1选链条型号,第7章 链传动,注：双排链的额定功率是单排链的1.75倍；三排链的额定功率是单排链的2.5倍 图7-12 A系列单排滚子链的额定功率曲线,第7章 链传动,3链传动的参数选取,1)链轮齿数z1、z2,z小，运动不均匀多边形效应明显，zmin=17 z大，链节相对转角大，磨损链节伸长易脱 链， zmax150,第7章 链传动,链节距伸长对脱链影响分析：,链条铰链磨损后，链条节距由p增大为p + p，如图所示，滚子中心所在啮合圆的直径也由d增大到d + d。根据几何关系可得,第7章 链传动,i小，包角小，同时啮合齿少，磨损 大，易脱链 推荐：i=22.5(imax7),2)传动比i,第7章 链传动,3）中心距a,中心距过小,啮合齿数过少,每个轮齿承受载荷过大，加剧了链轮轮齿的磨损，易导致跳齿和脱链,中心距过大,链条松边的垂度增加,导致松边上下颤动,通常，推荐使用初选中心距a0 = (3050)p，最大中心距a0max = 80p。若有张紧装置或拖板，则最大中心距可为a0max80p；若中心距不可调，则a0max30p。,第7章 链传动,4）节距p,节距p越大,链条及链轮各部分尺寸越大，承载能力越强,链传动的结构尺寸也越大，多边形效应也越显著，链运动的不均匀性及振动、冲击越严重，噪声也越大,第7章 链传动,因此，设计时，在满足传递功率的前提下，应尽可能选择较小的链节距p。,在高速、大功率及大传动比的场合，可选用节距较小的多排链；,在低速、大中心距及大传动比的使用场合，应选用节距较大的单排链。,第7章 链传动,4滚子链传动的设计计算,已知条件,链传动所传递的功率，链传动的工作条件，主、从动链轮的转速n1、n2或传动比i，传动位置及总体尺寸要求等。,第7章 链传动,设计的内容,链条型号的确定，链节距及排数的确定，主、从动链轮齿数的确定，主、从动链轮的结构设计、材料选择，中心距的计算，压轴力的计算，张紧装置及润滑方式的确定等。,第7章 链传动,设计步骤,（1）链轮齿数z1、z2及传动比i的确定,一般链轮齿数在17114范围内选取，传动比按下式计算：,第7章 链传动,（2）确定链型号和节距p,由于设计链传动的工作条件与确定额定功率时的工作条件不完全一致，需要利用式(7-12)将链传动的功率修正为当量单排链的功率Pc，即,第7章 链传动,确定链型号时：,原则： (1)满足承载要求，选小节距链 (2)高速大功率，选小节距，多排链 (3)低速大功率，选大节距链,第7章 链传动,（3）验算链速,链速一般不超过1215 m/s。,式中，v为链速（m/s）；n1为主动链轮的转速（r/min）；z1为主动链轮的齿数；p为链的节距（mm）。,第7章 链传动,链速与主动链轮的齿数z1应满足表7-1中的关系。最后，根据链速v和节距p，由图7-14选择适当的润滑方式。,表7-1 小链轮齿数z1,第7章 链传动,第7章 链传动,图7-14 润滑方式选择,第7章 链传动,（4）计算中心距a和链节数Lp,初选中心距a0 = (3050)p，再按下式计算链节数Lp0：,第7章 链传动,计算结果Lp0应圆整成偶数Lp，以避免链条中出现过渡链节。,链传动的理论中心距为a可以根据链节数Lp计算得到，即,为了保证链条松边有一个合适的安装垂度f，f = (0.010.03)a，实际中心距要比理论计算值a小一些。,第7章 链传动,（5）计算链作用于轴上的压力Fp,式中，FP为链作用于轴上的压力（N）；Fe为有效拉力（N）；KFP为压轴力系数，当水平传动时，KFP = 1.15；当垂直传动时，KFP = 1.05。,第7章 链传动,【工程实例7-1】液体搅拌机中的滚子链传动设计,试设计某液体搅拌机中的滚子链传动。由电动机驱动，运转平稳，经过减速后，已知小链轮输入功率P = 9.6 kW，转速n1 = 300 r/min，链传动的传动比i = 2.5。,第7章 链传动,解： （1）选择链轮齿数z1、z2,假定链速v = 0.63 m/s，根据表7-1，选择链轮齿数。取小链轮齿数为z1 = 19，大链轮齿数为z2 = 21 × 2.547。,（2）确定修正功率Pc,由附表7-2查得KA = 1.0，查图7-12估计：该链传动工作在图7-12中高峰值左侧，表示主要失效形式为链板的疲劳破坏，因此，再根据附表7-3，选取小链轮齿数系数Kz = 1.0,单排链传动，由附表7-4查得Km = 1，则修正功率为,第7章 链传动,附表7-2 工作情况系数KA,第7章 链传动,注：双排链的额定功率是单排链的1.75倍；三排链的额定功率是单排链的2.5倍 图7-12 A系列单排滚子链的额定功率曲线,第7章 链传动,附表7-3 小链轮齿数系数Kz,第7章 链传动,附表7-4 多排链系数Km,（3）确定链节距 根据Pc = 9.6 kW及n1 = 300 r/min，由图7-12查得：若链条型号为16A单排链，当n1 = 300 r/min时，单排链P011 kW Pca= 9.6 kW，满足传动要求。若链条型号为12A双排链，当n1 = 300 r/min时，单排链P04.8 kW，而双排链的额定功率4.8 × 1.75 = 8.4 Pca = 9.6 kW，不满足传动要求。若采用12A三排链，虽然满足传动要求，但排数过多，结构复杂，舍去。 因此，选用16A单排链，由附表7-1查得节距p为25.40 mm。,第7章 链传动,（4）计算链速和润滑方式,链速v = 2.41 m/s与假定链速范围v = 0.63 m/s基本相符，满足要求。 根据链速v和链条型号为16A，由图7-14，选择油浴或飞溅润滑方式。,第7章 链传动,（5）计算链节数和中心距,初选中心距a0 = (3050)p = (3050) × 25.40 = 7621270 mm。取a0 = 800 mm，相应的链长节数Lp0为,故取链节数Lp = 96。,由于 ，先由附表7-5查，再用插值法得 中心距系数 f1 = 0.247 41，故链传动的中心距为,第7章 链传动,（6）计算压轴力,有效拉力Fe为,当链轮水平布置时，压轴力系数KFP = 1.15，故压轴力为,（7）链轮的设计,链轮的材料选40号钢，热处理后表面硬度为4050HRC。,小链轮分度圆直径：,第7章 链传动,大链轮分度圆直径：,链轮的其他结构设计和轴向尺寸略。,第7章 链传动,5滚子链传动的链轮,1）滚子链链轮的齿形,滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，其链轮的设计有较大的灵活性。GBT12431997中没有具体规定链轮的齿形，只规定了最大齿槽形状和最小齿槽形状（如图7-15所示）及其极限参数,第7章 链传动,2）滚子链链轮的基本参数和主要尺寸,滚子链链轮的基本参数包括：链轮齿数z、节距p、排距pt、分度圆直径d、齿顶圆直径da等，链轮的主要尺寸计算公式见附表7-8。,第7章 链传动,7.5齿形链传动的设计计算,已知条件,链传动所传递的功率P，链传动的工作条件，主、从动轴的转速n1、n2或传动比i，传动位置及总体尺寸要求等。,设计的内容,链条节距p及链宽b的确定，主、从动链轮齿数的确定，主、从动链轮的结构设计、材料选择，中心距的计算，压轴力的计算，张紧装置及润滑方式的确定等。,第7章 链传动,设计步骤,1）小链轮齿数z1的确定,齿形链传动一般用于速度较高的场合，因此，若传动空间尺寸允许，为减小多边形效应，z1宜取较大值。通常，要求z115。推荐小链轮齿数为,z1小链轮齿数，i为链传动的传动比,第7章 链传动,2）传动比i及大链轮齿数z2的确定,齿形链传动通常要求传动比i7，推荐值为i = 23.5，传动比i的最大值为10。传动比与链轮的转速及齿数应满足,大链轮齿数z2为,要求大链轮齿数z2满足z2100，z2max = 150。,第7章 链传动,3）链条节距p及链型号的确定,齿形链节距p的选取应综合考虑小链轮转速的高低、传动功率的大小及传动空间尺寸的限制等因素，可参照链轮转速n1从表7-2中选取，并根据附表7-9确定链的型号。,第7章 链传动,附表7-9 齿形链的基本参数和尺寸（摘自GB/T 108551989）,第7章 链传动,4）单位链宽所能传递的功率选取,链宽每1 mm所能传递的功率P0，可根据链节距p和小链轮转速n1由右图选取。,图7-16 链轮齿宽为b = 1 mm的额定功率曲线图,5）设计功率Pd的确定,设计功率Pd为,KA为工作情况系数，见附表7-2；,Kz为主动链轮齿数系数，见表7-3；,P为传递的功率（kW）,Pd为单排链在试验条件下所传递的功率,第7章 链传动,附表7-2 工作情况系数KA,表7-3 齿形链主动链轮齿数系数Kz,第7章 链传动,6）链宽b的确定,链宽b可按照下式计算：,Pd为单排链在试验条件下所传递的功率（kW）；P0为链宽每1 mm所能传递的功率（kW）；b为链宽（mm）。计算出的链宽b应按附表7-9选取标准值。,第7章 链传动,7）计算中心距a和链节数Lp,齿形链的中心距和链节数计算方法与滚子链相同。一般取中心距a0 = (3050)p ，再按下式计算链节数Lp0，,第7章 链传动,计算结果Lp0应圆整成偶数Lp,齿形链传动的理论中心距为a,式中，f1为中心距计算系数，可由附表7-5查得。为了保证链条松边有一个合适的安装垂度，实际中心距要比理论计算值a小一些。,第7章 链传动,附表7-5 中心距计算系数f1,第7章 链传动,8）润滑方式的确定,最后，根据链速v和节距p，参照滚子链传动，从图7-14选择适当的润滑方式。,第7章 链传动,图7-14 润滑方式选择,第7章 链传动,齿形链轮的基本参数和主要尺寸,如图7-17所示，齿形链链轮的基本参数包括：链轮齿数z、齿楔角= 60°、齿形角 、齿槽角 、节距p、排距pt、分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径 、齿槽定位圆半径 、分度角 等,图7-17 齿形链轮的齿形,第7章 链传动,【工程实例7-2】液体搅拌机中的齿形链传动设计,试设计某液体搅拌机中的齿形链传动。已知电动机功率P = 10 kW，转速n1 = 1450 r/min，链传动的传动比i = 2.5。,第7章 链传动,解： （1）确定链轮齿数z1和z2。按照式7-17可得小链轮齿数z1为,大链轮的齿数z2为,（2）链条节距p及链型号的确定。根据n1从表7-2中选取链条节距p为15.875，由附表7-9可得链的型号为CL10（原标准GB/T 108551989）。,第7章 链传动,（3）确定单位链宽所能传递的功率P0。根据链节距p和小链轮转速n1由图7-16可得P0约为0.51 kW。,（4）设计功率Pd的确定。由附表7-2得工作情况系数KA为1.0，由表7-3得主动链轮齿数系数Kz为1.56。设计功率Pd为,（5）链宽b的确定。根据式(7-21)可得链宽b为,最后，按附表7-9选取链宽b标准值为30 mm。,第7章 链传动,（6）求链速v和确定润滑方式,链速,根据齿形链链速和节距p = 15.875（与滚子链10A节距相同），按图7-14查得，需要采用压力喷油润滑方式。,（7）齿形链轮的设计,链轮材料采用40Cr，热处理后硬度为4050HRC，则,小链轮分度圆直径：,大链轮分度圆直径：,齿形链轮的其他结构设计和轴向尺寸略。,第7章 链传动,7.6齿形链传动的设计计算,1链传动的布置,1、两链轮在同一垂直平面内，两轴线 平行； 2、两链轮中心线与水平面夹角尽可能 小，45º，避免=90º； 3、一般紧边在上，润滑剂加在松边。,第7章 链传动,第7章 链传动,2链传动的张紧,1、调整中心距； 2、张紧轮：两链轮中心线与水平面夹角 60º时加张紧轮，张紧轮位置：松 边靠小轮处(增加小链轮包角，保证 同时啮合齿数 ),第7章 链传动,第7章 链传动,3链传动的润滑,链条的润滑对链传动的寿命及工作性能有很大的影响。良好的润滑，可以缓和链条和链轮间的冲击，防止铰链内部工作温度过高，减小磨损。闭式链传动润滑方式的选择如图7-14所示。,第7章 链传动,图7-14 润滑方式选择,第7章 链传动,Thank You !,