《机械设计基础》教案——第八章 链传动教案.docx

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1、授课题目：第八章链传动第一节概述第二节滚子链和链轮第三节链传动的运动特性授课方式(请打J)理论课J讨论课口实验课口习题课口其他口课时安排教学大纲要求：(1)了解链传动的类型、特点和应用，重点为套筒滚子链。(2)熟悉链传动的运动特性。教学目的、要求(分掌握、熟悉、了解三个层次)：(1)了解滚子链和链轮(2)掌握链传动的类型、特点和应用，重点为套筒滚子链。(3)熟悉链传动的运动特性。教学重点及难点:链传动的运动特性作业：思考题：6-l6-4;习题课后总结分析：链传动的类型、特点和应用；套筒滚子链的结构、标准。链传动的失效形式和设计计算。教学内容第一节概述链传动是应用较广的一种机械传动，它是由装在两

2、平行轴上的主动链轮1、从动链轮2及绕在两轮上的环形链条3所组成（如图8-l）0一、链传动的工作原理和类型链传动是以链条作为中间挠性件，通过链条、链节与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力的,因此链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。链条的种类很多，按用途不同可分为传动链、起重链和牵引链三种。传动链主要用于一般机械传动，应用较广；起重链主要用于起重机械中提升重物；牵引链主要用于各种输送装置中输送和搬运物料。传动链的主要类型有套筒滚子链（如图8-1）和齿形链（如图8-2）。两者相比,齿形链工作平稳、噪声小，承受冲击载荷能力强，但结构复杂，质量较大，成本较高，只适用于高速或传动比大、精度要求高的场合。它有

3、内导板式和外导板式两种，一般用内导板式。套筒滚子链结构简单，质量较轻，成本较低，应用最为广泛。本章主要介绍套筒滚子链的结构、运动图8-1链传动简图b）外导板式8-2齿形链a）内导板式特点和设计计算。二、链传动的特点和应用范围链传动的优点是：与带传动相比，（1）没有弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比;（2）张紧力小，轴与轴承所受载荷较小；（3）结构紧凑，传动可靠，传递圆周力大；（4）传动效率较高，封闭式链传动的效率为97%98%;（5）链条在机构中应用更广泛。与齿轮传动相比，（1）适用于两轴中心距较大的传动，并能吸收振动及缓和冲击；（2）结构简单，成本低廉，安装精度要求低；（3）能在高温

4、潮湿、多尘、油污等恶劣环境下工作。链传动的缺点是：（1）链的瞬时速度和瞬时传动比不恒定，传动平稳性较差，工作时有冲击和噪声，不适合用于高速场合；（2）不适于载荷变化大和急速反转的场合；（3）链条较链易磨损，从而产生跳齿脱链现象；（4）只能用于传递平行轴间的同向回转运动。由于链传动结构简单，工作可靠，所以应用十分广泛，主要用于要求工作可靠，传动中心距较大、工作条件恶劣，但对传动平稳性要求不高的场合。目前，链传动所能传递的功率可达数千千瓦,链速可达3040ms,最高可达60m/s。应用范围日趋扩大。一般链传动的常用范围为：传递的功率尸Wl（X）kW；链速。W15m/s；传动比zV8；中心距，W5

5、6mo第二节滚子链和链轮一、滚子链的结构滚子链的结构如图8-3所示，它是由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。其中，内链板与套筒、外链板与销轴分别采用过盈配合固定，形成内、外链节，销轴与套筒、套筒与滚子之间均采用间隙配合，组成两转动副，使相邻的内、外链节可以相对转动，使链条具有挠性。当链节与链轮轮齿啮合时，链条的啮入与啮出使套筒绕销轴自由转动，同时滚子沿链轮齿廓滚动，减轻了链条与轮齿的磨损。为了减轻链条的重量并使链板各横截面强度接近相等，内、外链板均制成“8”字形。链条的各零件均由碳钢或合金钢制成，并经热处理以提高其强度和耐磨性。图8-3滚子链的结构1一内链板，2外链板，3一销轴，

6、4一套筒，5一滚子套筒滚子链上相邻两销轴中心间的距离称为链节距，用JP表示，它是链传动的主要参数。节距越大，链条各部分的尺寸越大，所能传递的功率也越大，但重量也大，冲击和振动也随之增加。为了减小链传动的结构尺寸及传动时的动载荷，当传递的功率较大及转速较高时，可采用小节距的双排链或多排链（如图8-4）,多排链的承载能力与排数成正比。但由于多排链制造和安装精度的影响，其各排链受载不易均匀，故排数不宜过多，一般不超过4排。相邻两排链条中心线之间的距离称为排距，用Pf表示。8-4双排滚子链滚子链的长度以链节数（节距P的倍数）来表示。当链节数为偶数时，接头处可用开口销（图8-5a）或弹性锁片（图8-5b

7、来固定。通常前者用于大节距链，后者用于小节距链。当链节数为奇数时，接头处需采用过渡链节（图8-5c）,过渡链节在链条受拉时，其链板要承受附加弯矩的作用，从而使其强度降低，因此在设计时应尽量避免采用奇数链节。a)b)c)图8-5滚子链的接头形式a）开口销b）弹性锁片c）过渡链节二、滚子链的标准目前传动用短节距精密滚子链已经标准化（GB1243.183）。根据使用场合和破断载荷的不同，滚子链分为A、B两种系列。A系列用于重载、高速和重要的传动，B系列用于一般传动。表8-1列出了国标规定的滚子链的主要参数、尺寸和破断载荷。其中链号乘以25.4/16mm即为链节距P值。国际上多数国家链节距用英制单位

8、我国链条标准中规定链节距用英制折算成米制单位，故节距P值均带小数。本章仅介绍最常用的A系列滚子链传动的设计计算。滚子链的标记方法规定为：链号一排数X链节数标准编号例如：16AIX80GB1243.183表示A系列、节距夕=25.4mm、单排、80节的滚子链。表8-1滚子链规格和主要参数节距排距滚子外径内链节内销轴直径套筒内经内链板高外链板与中链破断载荷单排每米链号度h2PPt4宽d2d3板高度，3单排Q双排Q三排Q质量Qmmmm最大mm最小mm最大mm最小mm最大mm最大mm最小kN最小kN最小kNkg/m05B8.005.645.003.002.312.367.117.114.47.811

9、10.1806B9.52510.246.355.723.283.338.268.268.916.924.80.4008A12.7014.387.957.853.964.0112.0710.4113.827.641.10.6008B12.7013.928.517.754.454.5011.8110.9217.831.144.50.70IOA15.87518.1110.169.405.085.1315.0913.0321.843.665.41.0012A19.0522.7811.9112.575.945.9918.0815.6231.162.393.471.5016A25.4029.2915.8

10、815.757.927.9724.1320.8355.6111.2166.82.6020A31.7535.7619.0518.909.539.5830.1826.0486.7173.5260.23.8024A38.1045.4422.2325.2211.1011.1536.2031.24124.6249.1373.75.6028A44.4548.8725.4025.2212.7012.7542.2436.45169.0338.1507.17.5032A50.8058.5528.5831.5514.2714.3248.264.66222.4444.8667.210.1040A63.5071.55

11、39.6837.8519.8419.8960.3352.07347.0693.91040.916.1048A76.2087.8347.6347.3523.8023.8572.3962.48500.41000.81501.322.60注：使用过渡链节时，其破断载荷按表列数值的80%计算。三、链轮的齿形、结构和材料链轮齿形已经标准化。设计时主要是确定其结构尺寸，合理地选择材料及热处理方法。1 .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JP、滚子外径4、齿数2及排距P,。链轮的主要尺寸及计算公式见表8-20名称代号计算公式备注分度圆直径mmd/180。a=snZ齿顶圆直径mmda4ma

12、x=d+L25p-4Zmin=1+(1)P-4Z可在ZmaX、Zmm范围内任意选取，但选用4max时应考虑如果采用展成法加工,有可能发生顶切。分度圆弦齿高mmhaQ8%a=(625+-)p-0.54ZWmin=65(4)ha是为简化放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸。（见表8-3图）4max相应于ZmaX4min相应于Zmln齿根圆直径mmdfdfdd齿侧凸缘（或排间槽）直径mmdS180dgPCOt1.04z2-0.76Z为一内链板高度2 .链轮的齿形链轮齿形应保证链条能顺利地进入啮合和退出啮合，不易脱链且便于加工。GB1244-85规定了滚子链链轮的端面齿形，见表8-3图。链轮的实际端面齿形

13、应在最大齿槽形状和最小齿槽形状之间，这样处理使链轮齿槽形状设计有一定的灵活性，其齿廓由两段光滑的圆弧组成。齿槽形状、各部分尺寸及计算公式见表8-3o链轮轴向齿廓及尺寸见表8-4o按标准齿形设计的链轮，可用标准刀具加工，其端面齿形在链轮零件图上可不画出，只需注明链轮的基本参数和主要尺寸，并注明“齿形按GB124485制造”即可。表8-3链轮齿槽的形状和尺寸名称代号计算公式最大齿槽形状最小齿槽形状齿面圆弧半径mmTermin=0.08rf1(z2+180)max=.三1(z2)齿沟圆弧半径mmYamax=05054+0.69斓=0.5054齿沟角/（）a90a.=120minZ90oa=140ma

14、xZ名称代号计算公式备注P12.7p12.7齿宽单排双排、三排四排以上bfi0.93b0.91bi0.88bi0.95b0.93bi0.93biP12.7时，经制造厂家同意也可以使用p02.7时的齿宽。bi内链节内宽（见表8-1）到角宽baba=(0.10.15)/倒角半径GGNP倒角深hz=0.5p仅适用于B型齿侧凸缘（或排间槽）圆角半径rar0.04P链轮齿总宽bfnbfn=n-)pt+bfin排数3 .链轮的结构链轮的结构如图8-6所示。小直径的链轮可采用整体式结构如图86a；中等尺寸的链轮可采用孔板式结构如图8-6b；大直径的链轮（d200mm）常采用组合结构，以便更换齿圈；组合方式可

15、为焊接（图8-6c）,也可为螺栓联接（图8-6d）。轮毂部分尺寸可参照带轮确定。a)图8-6链轮的结构a)整体式结构b)孔板式结构c)组合焊接结构d)组合螺栓联接结构4 .链轮的材料链轮的材料应保证轮齿具有足够的强度和耐磨性。在低速、轻载和平稳的传动中，链轮材料可采用中碳钢；中速、中载传动，也可用中碳钢，但需齿面淬火使其硬度大于40HRC；在高速重载且连续工作的传动中，最好采用低碳钢齿面渗碳淬火(如采用15Cn20Cr材料,淬火硬度至5060HRC),或用中碳钢齿面淬火，淬硬至4045HRC0由于小链轮齿数少，啮合次数多，磨损、冲击比大链轮严重，所以小链轮材料及热处理要比大链轮的要求高。5 轮

16、常用材料及应用范围见表8-5O表8-5链轮常用材料及应用范围材料热处理热处理后硬度应用范围15、20渗碳、淬火、回火50-60HRCz25,有冲击载荷的主、从动链轮35正火160200HRC在正常工作条件下，齿数较多(z25)的链轮40、50、ZG310-570淬火、回火40-50HRC无剧烈振动及冲击的链轮15Cr20Cr渗碳、淬火、回火50-60HRC有动载荷及传递较大功率的重要链轮(z5O)的从动链轮夹布胶木功率小于6kW、速度较高、要求传动平稳和噪声小的链轮第三节链传动的运动特性一、平均链速和平均传动比链条由若干个链节组成，每个链节可视为刚性体。当链条与链轮啮合时，链条呈多边形分布在链

17、轮上，因此链传动相当于一对多边形轮之间的传动。该多边形的边长就是链节距，边数就是链轮的齿数z。由于链轮每转过一周时链条转过的长度为卒，所以链条的平均速度为U=ZM=Z2P%601000601000由上式可求得链传动的平均传动比为/=ZL=三(8-2)n2zI式中，z1Z2为主、从动链轮的齿数；%、为主、从动链轮的转速，单位为r/min。二、瞬时链速和瞬时传动比实际上由于链条绕在链轮上呈多边形，因此即使主动链轮以等角速度。1转动，其瞬时链速、从动轮的瞬时角速度g和瞬时传动比都是变化的，并按每一链节啮合的过程作周期性变化。如图8-7所示，为了便于分析，设链传动时链的紧边（上边）始终处于水平位置。当

18、链节AB进入啮合时，销轴A开始随主动链轮作等速圆周运动，其圆周速度。=（例，Ul可分解为沿链条前进方向的水平分量4和垂直链条前进方向的垂直分量41,其值为=八1cos=（GSin/式中，水平分量4即为链条在该点的瞬时速度；尸为主动轮上销轴A和轮心0的连线与过01点垂线的夹角。由图8-7可知，链条的链节在主动轮上对应的中心角为名（即360c72）,每一销轴从进入啮合到脱离啮合，夕角在0/2（即180。/2）的范围内作周期性变化。当A=O。时，链图8-7链传动的速度分析速最大，L=Lmax=那；当/=180/4时，链速最小，x=xmin=r11cos（180o/z）o根据以上分析可知，在链节AB的

19、啮合过程中，主动轮虽以等角速度电转动，但链条的瞬时速度却周期性地由小变大，又由大变小。每转过一个链节，链速的这种变化就重复一次。当链轮的齿数越少，链节距越大时，夕角的变化范围就越大，链速的不均匀性也就越显著。同理，每一链节在与从动链轮轮齿啮合的过程中，从动轮位置角/也在180。/22的范围内不断变化，所以从动轮的角速度g也是变化的。由图可知，x=cos/,所以G_qGlCos/UJr1COS/r1COS/将上式整理后可得链传动的瞬时传动比为(8-3)._1_r2coss2cos由于月角和/角的不断变化，所以链传动的瞬时传动比也是不断变化的。只有当主、从动链轮的齿数相同及链条主动边长恰好是节距P

20、的整数倍时(即万和/的大小与变化完全相同)，瞬时传动比才等于常数。同理在垂直于链条前进方向上的分速度41=?GlSin/,42=Ggsin7也作周期性变化，它将使链条上下抖动。三、链传动中的附加动载荷链传动在工作时引起的动载荷主要由以下三个方面的原因产生：(1)因链速和从动链轮转速的周期性变化而产生的附加动载荷，链的水平方向加速度为a=F;sin加速度越大，动载荷越大。当=180c72时，加速度达到最大值，即2.180;P%L2i丁=土可见链速越高，节距越大，齿数越少，则动载荷越大。(2)链条沿垂直方向分速度的周期性变化，将引起链条作有规律的上下振动，产生垂直方向的动载荷。(3)链条进入链轮的

21、瞬间，链节与链轮轮齿的相对速度，也将引起冲击并形成附加动载荷，产生振动和噪音，加速链条的损坏和链轮的磨损。链传动中链速的波动，传动比的不稳定，以及动载荷的存在，其根本原因是链绕在链轮上呈多边形所致，故称为链传动的多边形效应，这是链传动的固有特性。另外，由于链和链轮的制造误差、安装误差、链条的松动下垂，在启动、制动、反转、突然超载和卸载情况下出现的惯性冲击，也将使链条产生很大的动载荷。授课题目：第八章链传动第四节滚子链传动的设计计算授课方式（请打J）理论课J讨论课口实验课口习题课口其他口时排课安2教学大纲要求：讲授链传动的失效形式；讲授链传动的设计计算准则；讲授熟悉链传动的设计计算方法。教学目的

22、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解链传动的失效形式；掌握链传动的设计计算准则；熟悉链传动的设计计算方法。教学重点及难点：重点：链传动的设计计算方法;难点：链传动的设计计算方法。作业、讨论题、思考题：习题6-1、6-2课后总结分析：链传动的失效形式；链传动的设计计算准则；链传动的设计计算方法教学内容第四节滚子链传动的设计计算一、链传动的失效形式链传动的失效形式主要有以下几种。1 .链条的疲劳破坏链条在工作时，不断地由松边到紧边作环形绕转，因此链条在交变力状态下工作。当应力循环次数达到一定时，链条中某一零件将产生疲劳破坏而失效。通常润滑良好、工作速度较低时，链板首先发生疲劳断裂；高速时，套

23、筒或滚子表面将会出现疲劳点蚀或疲劳裂纹。此时，疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。2 .链条较链的磨损链条在工作时，销轴和套筒不仅承受较大的压力，而且又有相对运动，因而将引起钱链的磨损。磨损后使链节距增大，动载荷增加，链与链轮的啮合点将外移，最终将导致跳齿或脱链。润滑密封不良时，磨损严重，使链条寿命急剧降低。磨损是开式链传动的主要失效形式。3 .销轴与套筒的胶合润滑不良或速度过高的链传动，链节啮合时会受到很大的冲击，使销轴与套筒之间的润滑油膜遭到破坏，两者的金属表面直接接触，由摩擦产生的热量增加，进而导致两者的工作表面发生胶合。胶合在一定程度上限制了链传动的极限速度。4 .滚子与套筒的冲击

24、疲劳破坏链条与链轮啮合时将产生冲击，速度越高，冲击越大。另外，反复起动、制动或反转时，也将引起冲击载荷，使滚子、套筒发生冲击断裂。5 .链条静力拉断低速(u链节因磨损而引起的相对伸长量不超过3%的试验条件下绘制的。若润滑不良或不能采用推荐的润滑方式时，应将图中规定的稣降至下列数值：当。vl.5ms时，降至(0.30.6)兄；当1.5msvuv7ms时,降至(0.150.3)片；当u7ms时,图8-9A系列滚子链的额定功率曲线(0.6ms)润滑不良时，则传动不可靠，不宜采用。若实际使用条件与上述特定试验条件不符时，则用修正系数加以修正。三、设计计算准则设计的已知条件：传动用途、工作情况、原动机种

25、类、传递功率、链轮转速以及对结构尺寸的要求等。设计的内容包括：确定链轮齿数、链节距、链条排数、链节数、传动中心距、材料和结构尺寸、作用在轴上的压力及选择润滑方式等。按链传动的速度一般可分为：低速链传动，8ms.低速链传动通常按静强度设计；中、高速链传动则按功率曲线设计。四、链传动的主要参数的选择1 .链轮齿数链轮齿数不宜过少或过多。当齿数4过少时，虽可减小外廓尺寸，但将使传动的不均匀性和动载荷增大，链的工作拉力也随着增大，从而加速了链条磨损。一般最少齿数为A=17,高速重载时取421。当齿数4过多时，将使大链轮齿数更多，除了增大传动尺寸外，也易因链条节距的增长而发生跳齿脱链现象，见图8-10。

26、设链条磨损后节距JP的增量为切，相应的节圆直径d增大Ad,经分析可得，节距增量AP与节圆外移量Ad有如下关系：Nd二sin(180oz)图8-10节距增量与节圆外移量的关系可见，AP一定时，齿数越多，节圆外移量Ad就越大，链节就越向外移，脱链的可能性就越大，链的使用寿命也就越短。因此，大链轮齿数不宜过多，通常22=ZW1200通常由表8-6按传动比，选取小链轮齿数21,则大链轮齿数为N?二玄。链轮齿数应优先选用下列数列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。由于链节数常为偶数，为使链条和链轮轮齿均匀磨损，链轮齿数一般应取与链节数互为质数的奇数。表8-6小链轮齿数Zl传动

27、比，1234566Zl31-2725-2321-17172 .传动比i传动比过大时，链条在小链轮上的包角减小，同时啮合的齿数减少，使链条和轮齿受到的单位压力增加，加速了磨损，而且使传动尺寸增大。一般限制传动比/W7,推荐i=23.50但当传动速度u80夕。最小中心距为i3时，min=1.2(41+42)/2+(2030)mmi3时，min=9+zi+2)mm12式中，41,42为主、从动链轮顶圆直径，单位mm。五、链传动的设计计算方法1 .中高速链传动的设计步骤确定链轮齿数4、Z2根据表8-6确定小链轮齿数z1,由22二必算出大链轮齿数。确定链节距P和排数选用链节距P的根据是额定功率曲线图(图

28、8-9)。由于链传动的实际工作条件与试验情况一般不同，因此应按实际工作条件对所要传递的功率尸进行修正，修正后的传递功率即为设计功率:Pd=KaKzP(8-4)式中，尸为链传动所需传递的额定功率，单位kW；KA为工作情况系数，见表8-7；KZ为小链轮齿数系数，考虑419时的修正系数，见表8-8。链传动设计计算中，其承载能力应满足的条件为：5W此(图8-9所列链传动的额定功率)。根据乃和由由图8-9选择链号从而确定链节距。注意：坐标点(%,5)应落在所选链条功率曲线顶点的左侧范围内，这样链条工作能力最高。若坐标点落在顶点右侧，则可改选小节距的多排链，使坐标点落在较小节距链的功率曲线顶点左侧。表8-

29、7工作情况系数KA工作机原动机转动平稳轻微振动中等振动电动机、蒸气和空气透平、装有液力变矩器的内燃机四缸或四缸以上内燃机少于四缸的内燃机平稳转动离心泵和压缩机、印刷机、输送机、纸压光机、液体搅拌机、自动电梯、风扇1.01.11.3中等振动多缸泵和压缩机、水泥搅拌机、压力机、剪床、载荷非恒定输送机、固体搅拌机、球磨机1.41.51.7严重振动刨煤机、电铲、轧机、橡皮加工机、单缸泵和压缩机、石油钻机1.81.92.1表8-8小链轮齿数系数KZziTH112113114115116117118119511011511401145Kz1.951.751.61.451.351.271.171.11.04

30、10.940.740.60.510.450.4(3)校核链速。由式(8-1)计算链速_ZIPnl_z2p11260100060x1000一般不超过15ms.(4)初选中心距QO及确定链节数Lp一般初选中心距=(3050)，推荐取4=40夕，若对安装空间有限制，则应根据具体要求选取。根据初选的中心距可按下式计算链节数：计算所得的Z应圆整为整数，为了避免使用过渡链节，链节数4最好取为偶数。确定链传动的实际中心距4选定链节数LP之后，可按下列情况计算实际中心距即1)两链轮齿数相同(2=?2=2)时L-za=-p(8-6)22)两链轮齿数不同时a=2Lp-(zi+zKap(8-7)式中，Ka为具有不同

31、齿数的两链轮中心距的计算系数，见表8-9。表8-9具有不同齿数的两链轮中心距的计算系数KaLP-Z1KaLP-Z1KaLP-Z1Ka-130.249913.80.248832.00.24421120.249903.60.248682.000.24421110.249883.40.248491.950.24380100.249863.20.248251.900.2433390.249833.00.247951.850.2428180.249782.90.247781.800.2422270.249702.80.247581.750.2415660.249582.70.247351.700.240

32、8150.249372.60.247081.680.240484.80.249312.50.246781.660.240134.60.249252.40.246431.640.239774.40.249172.30.246021.620.239384.20.249072.20.245521.600.238974.00.248962.10.244931.580.238541.560.238071.320.229121.160.215261.540.237581.310.228541.150.213901.520.237051.300.227931.140.212451.500.236481.29

33、0.227291.130.210901.480.235881.280.226621.120.209231.460.235241.270.225931.110.207441.440.234551.260.225201.100.205491.420.233811.250.224431.090.203361.400.233011.240.223611.080.201041.390.232591.230.222751.070.198481.380.232151.220.221851.370.23170.210.220901.360.231231.200.219901.060.195641.350.23

34、0731.190.217711.340.230221.180.217711.330.229681.170.21652为了便于安装链条和调节链的张紧程度，中心距一般应设计成可调节的,实际安装中心距应比计算值小0.2%0.4%。若中心距不可调节时，为了保证链条适当的初垂度，实际安装中心距应比计算中心距Q小25mm。(6)计算作用在链轮轴上的压力Fq链传动的有效圆周力工(单位为N)为=1000尸/。(8-8)式中，尸为链传动传递的功率，单位为kW；D为平均链速，单位为m/s。链条作用在链轮轴上的压力Fq可近似取为f(1.21.3)7=1000(1.21.3)Pt?(8-9)当有冲击和振动时应取最大值。2 .低速链传动的静强度计算对于低速链传动(o2a30pi60pi、a为任意值反向传动W(