机械设计链传动

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失效形式

链条静力拉断
在低速重载的传动中或者链受突然很大的过载
时，链条静力拉断承载能力受到链元件的静拉 力强度的限制。
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额定功率曲线
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额定功率曲线
常用滚子链的额定功率曲线，是在特定条 件下由实验得到的。 特定条件是指：z1=19；L=100p；单排链； 两链轮安装在平行的水平轴上，两链轮共 面；载荷平稳；按照推荐的润滑方式润滑 ；工作寿命为15000小时；链因磨损而引起 的相对伸长量不超过3％。

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额定功率曲线
[P]=P0KZKLKP
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强度条件
Pc K AP P0 KZ KL KP KZ KL KP
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滚子链传动的计算

链节距和排数
链节距的大小直接决定了链的尺寸、重量和 承载能力，而且也影响链传动的运动不均匀性(也 称多边形效应)，产生冲击、振动和噪声。设计时 应尽量选用较小的链节距。高速重载时，宜用小 节距多排链；低速重载时，宜用大节距排数较少 的链。

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链传动的运动特性
主动链轮作等速回转时
，链条前进的瞬时速度 v周期性的由小变大， 又由大变小，每转过一 个节距就变化一次。
与此同时，v＇的大小
也在周期性的变化，使 链节以减速上升，然后 以加速下降。
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链传动的运动特性
设从动轮角速度为ω2，
圆周速度为v2，由图知:
v v1 cos v2 R2 2 cos cos
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滚子链传动的计算

链轮齿数的选择
若小链轮齿数过少，运动速度的不均匀性
和动载荷都会很大；链节在进入和退出啮 合时，相对转角增大，磨损增加，冲击和 功率损耗也增大。
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滚子链传动的计算
小链轮齿数如选
得太大，大链轮 齿数z2则将更大 ，除了增大传动 尺寸和重量外， 也会因链条节距 的伸长而发生脱 链，导致降低使 用寿命。 从动轮齿数z2=iz ，通常z2max=120 。
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链传动的特点及应用
链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确 的平均传动比，传动效率较高；封闭式链 传动传动效率η=0.95~0.98； 压轴力较小； 传递功率大，过载能力强； 能在低速重载下较好工作； 能适应恶劣环境如多尘、油污、腐蚀和高 强度场合。 缺点是：瞬时链速和瞬时传动比不为常数 ，工作中有冲击和噪声。
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分析与思考
18 有一链传动，z1=25，z2＝75，n1=900 r／min。 现由于工作需要，拟将从动轮转速降低到n2=200r ／min（允许误差为士3％），试问： （1）若从动轮齿数及其它各条件不变，应将主动 轮齿数减小到多少？此时链条所能传递的功率将 是原来的多少倍？ （2）若主动轮齿数及其它各条件不变，应将从动 轮齿数增大到多少？此时链条所能传递的功率将 是原来的多少倍？ （3）上述两种方案中，哪种方案比较合适？为什 么？ 注：上述两种方案中，因换大、小链轮后引起中 心距的变化对传递功率的影响可忽略。
9
传动链的结构特点
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传动链的结构特点

滚子链的标记方法为：
链号—排数—整链链节数，标准编号。 16A—1—80 GB1243—1997，即为按本标准 制造的A系列、节距25.4mm、单排、80节的滚 子链。

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传动链的结构特点



除了接头链节外，各 链节都是不可分离的 。 链的长度用链节数表 示。 为了使链条连成环形 时，正好是外链板与 内链板相连接，链节 数最好为偶数。


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失效形式

链的疲劳破坏
由于链在运动过程中所受的载荷不断变化，因
而链在变应力状态下工作，经过一定的循环次 数后，链板会产生疲劳断裂或滚子表面会产生 疲劳点蚀和疲劳裂纹。在润滑条件良好和设计 安装正确的情况下，疲劳强度是决定链传动工 作能力的主要因素。
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失效形式

链条铰链磨损
链节在进入啮合和退出啮合时，销轴与套筒之
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链传动动载荷
链节与链轮之间
的冲击
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链传动动载荷
链轮转速愈高
链节距愈大
链轮齿数愈少 引起动载荷愈大
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受力分析
工作拉力 离心拉力 垂度拉力

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滚子链传动的设计计算

根据链速不同分为一般与低速两种情况： 一般(v≥0.6m/s)的链传动按功率曲线设计计 算 低速(v<0.6m/s)链传动按静强度设计计算
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链传动动载荷

链水平速度与从动轮角速度的周期性变化 引起附加动载荷
dv a R112 sin dt
2 180 2 2 1 1 p amax R11 sin R11 sin 2 z 2
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链传动动载荷
从动链轮的角加速度引起的动载荷
Jd 2 Fd 2 R2 dt
13 若只考虑链条铰链的磨损，脱链通常发 生在哪个链轮上？为什么？ 14 为什么小链轮齿数不宜过多或过少？ 15 试分析链节距过大或过小对传动有何影 响。 16 链传动的中心距过大或过小对传动有何 不利？

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分析与思考

17 什么情况下按功率曲线来选择链条？什 么情况下按静强度计算来选择链条？
2 滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和 外链板所组成，其________________之间 、______________之间分别为过盈联接， 而___________之间、__________之间分别 为间隙配合。
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选择与填空
3 链条的磨损主要发生在______________的 接触面上。 4 多排链的排数不宜过多，这主要是因为排 数过多则_______。（1）给安装带来困难 （2）各排链受力不均严重 （3）链传动的 轴向尺寸过大 （4）链的质量过大
间存在相对滑动，在不能保证充分润滑的条件 下，将引起铰链的磨损。 磨损导致链轮节距增加，链与链轮的啮合点外 移，最终将产生跳齿或脱链而使传动失效
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失效形式

链条铰பைடு நூலகம்胶合
由于套筒和销轴间存在相对运动，在变载荷的
作用下，润滑油膜难以形成，当转速很高时， 使套筒与销轴间发生金属直接接触而产生很大 摩擦力，其产生的热量导致套筒与销轴的胶合 。在这种情况下，或者销轴被剪断，或者套筒 、销轴与链板的过盈配合松动，从而造成链传 动的失效。
R11 cos R2 2 cos
又因v1=R1ω1，而有
所以瞬时传动比为：
1 R2 cos i 2 R1 cos
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链传动的运动特性
随着β角和γ角的不断变化，链传动的瞬时传动
比也是不断变化的。当主动链轮以等角速度回 转时，从动链轮的角速度将周期性地变化。 只有在z1=z2，且传动的中心距恰为节距p的整 数倍时，传动比才可能在啮合过程中保持不变 ，恒为1。 由上面分析可知，链轮齿数z越小，链条节距p 越大，链传动的运动不均匀性严重。

5
链传动的特点及应用

按用途链可分为传动链、 起重链和曳引链。

起重链在起重机械中提升 重物（v≤0.25m/s）

曳引链在运输机械中移动 重物（v≤2~4m/s）
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传动链的结构特点

传动链用于传递运动和动 力，v≤20m/s；P≤100kW ；i≤8；一般i=2~3； η=0.95~0.98。
链传动的平均传动比为：i≈z2
/z1。
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链传动的运动特性

链传动的运动不均匀性
链轮转动时，绕在其上的链条的销轴轴心沿链轮节圆 (半径为R1)运动。
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链传动的运动特性
设链轮以角速度ω1转动时，该链轮的销轴轴心
A作等速圆周运动，其圆周速度v1=R1ω1。 为了便于分析，设链在转动时主动边始终处于 水平位置。 v1可分解为沿链条前进方向的水平分速度v和上 下垂直运动的分速度v‘，其值分别为： v= v1cosβ=R1ω1 cosβ v＇ =v1sinβ=R1ω1 sinβ
• 式中β是A点处圆周速度与水平线的夹角。
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链传动的运动特性
链条的每一链节在主动链轮上对应中心角为φ1 (φ=360°/z1)，则β角的变化范围为(-φ1/2 ~ φ1/2) 。 当β=±φ1/2时，链速最小，vmin=R1ω1cos(φ1 /2) ； 当β=0时，链速最大，vmax=R1ω1。

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分析与思考
10 影响链传动运动不均匀性的因素有哪些 ？如何影响？ 11 为了提高链传动的运动均匀性和减小动 载荷，在满足强度要求的条件下，在设计 上应采用什么措施？ 12 链传动的额定功率曲线是在什么条件下 得到的？当所设计的链传动与上述条件不 符合时，要进行哪些项目的修正？

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分析与思考
链传动
链传动的特点及应用 传动链的结构特点 滚子链链轮的结构和材料 链传动的工作情况分析 滚子链传动的设计计算 链传动的布置、张紧与润滑

1
链传动重点内容
链传动的运动特性分析 链传动设计中参数的合理选择

2
链传动的特点及应用

挠性传动；链轮轮齿与 链条链节之间啮合。
3
链传动的特点及应用
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设计计算

19 滚子链传动传递的功率P=8.5kW， 工况 系数KA=1.2，主动链轮转速n1= 960r/min， 齿数z1=21，从动链轮转速n2=330r／min， 中心距a≤600mm，链节距p=12.7mm，试计 算需要几排链。
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设计计算

20 单排滚子链传动，主动链轮转速n1=600r ／min，齿数z1=21，从动链轮齿数z2=105 ，中心距a=910mm，该链的节距p=25. 4mm ，工况系数调KA=1.2，求链所能传递的功 率P。
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滚子链传动的计算

链节数与中心距
过小，加快链的磨损
过大，松边上下颤动，传动不平稳
推荐
a=30~50p (80p)
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滚子链传动的计算
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48
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选择与填空

1 与带传动相比较，链传动的主要特点之一 是_______。（1）缓冲减振 （2）过载保护 （3）无打滑
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选择与填空

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设计计算

21 设计一输送装置用的链传动。已知传递 的功率P=16.8kW，主动轮转速n1=960r/min ，传动比i=3.5，原动机为电动机，工作载 荷冲击较大，中心距a≤800mm，水平布置 。
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选择与填空

5 链传动的主要失效形式有 _____________________________________ ________四种。在润滑良好、中等速度的 链传动中，其承载能力主要取决于 ______________ 。
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分析与思考
6 为什么在自行车中一般都采用链传动，而 不用带传动？ 7 齿形链为什么没有内导板或外导板？ 8 对链轮材料的基本要求是什么？大、小链 轮的硬度要求有何不同？ 9 为什么链传动的平均传动比是常数，而在 一般情况下瞬时传动比不是常数？
传动链的类型主要有套筒


滚子链和齿形链。 齿形链比套筒滚子链工作 平稳、噪声小，承受冲击 载荷能力强，但结构较复 杂，成本较高。 套筒滚子链的应用最为广 泛。
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传动链的结构特点
8
传动链的结构特点



滚子链的结构由内链板1、外链板2、销轴3、套筒 4和滚子5组成。 销轴3与外链板2、套筒4与内链板1分别用过盈配 合联接。而销轴与套筒、滚子与套筒之间则为间 隙配合，所以，当链条与链轮轮齿啮合时，滚子 与轮齿间基本上为滚动摩擦。 套筒与销轴间、滚子与套筒间为滑动摩擦。链板 一般做成8字形，以使各截面接近等强度，并可减 轻重量和运动时的惯性。
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传动链的结构特点

齿形链的组成
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滚子链链轮的 结构和材料


三圆弧一直线 aa ab cd bc
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滚子链链轮的结构和材料
15
滚子链链轮的结构和材料
16
滚子链链轮的结构和材料
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链传动运动特性

链传动的平均速度与平均传动比
链绕在链轮上，链条曲折成正多边形的一部 分。边长为链条的节距p，边数等于链轮齿数z 。链轮每转一转，随之转过的链长为zp，故链 的平均速度v为： z1n1 p z2 n2 p v m/s 60 1000 60 1000