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【设备设计】:仔细的链传动设计与计算

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发表于 2024-8-4 11:42:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

1、链传动的特点和应用

1、构成: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构成。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)因为链传动属于带有中间挠性件的啮合传动,因此得到准确的平均传动比;

2)与带传动相比,链传动预紧力小,因此链传动轴压力小,而传递的功率很强,效率较高,链传动还能够在高温、低速、油污等状况下工作;

3)与齿轮传动相比,两轴中心距很强,制造与安装精度需求较低,成本优惠

4)链传动运转时不可保持恒定的瞬时传动比和瞬时链速,因此传动安稳性较差,工作时有噪音且链速不宜过高。

3、应用:适用于中心距很强需求平均传动比准确的场合。传动链传递的功率通常在100kW以下,最大传动比,链速不超过15m/s。本文重点讨论滚子链。

2、传动链的结构特点

1、滚子链

滚子链是由于滚子1、套筒2、销轴3、内链板4和外链板5构成。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协同。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。链的磨损重点出现在销轴与套筒的接触面上。因此呢,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拥有相近的抗拉强度,可减轻链的质量和运动时的惯性力。

传动链运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,插进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可首尾相连,链条受拉时,过渡链节将受附加弯矩,因此尽可能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,节距是滚子链的重点参数。节距增大时,链条中各零件的尺寸要相应增大,可传递的功率随之增大。但当链轮齿数一按时,节距越大,链轮直径D越大,为使D不致过大,当载荷很强时,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。但因为制造、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,故排数不宜太多通常不超过四列。

思虑到我国链条生产的历史和状况,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分别暗示A或B系列。A系列用于重载、重要、较高速的传动,B系列用于通常的传动中。

   滚子链标记:链号—排数*链节数    标准编号

   例:10A—1*88  GB1243.1--83

2、齿形链

   齿形链又叫作无声链。由一组带有两个齿的链板上下交错并列铰接而成。每一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:工作安稳,噪音小,准许的链速高,承受冲击能力好,传动效率通常为0.95~0.98,润滑良好的传动达到0.98~0.99。但价格较高,重量很强,对安装、守护需求较高。

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需求较高的传动安装中。

3、滚子链链轮的结构和材料

链轮是链传动的重点零件,链轮齿形已标准化。链轮设计重点是确定其结构及尺寸,选取材料及热处理办法

1、链轮的基本参数及重点尺寸

   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。

2、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形成--三圆弧始终线齿形。当选择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重点尺寸(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3RGB1244—85规定制造”就可

   节圆—链轮上链条的销轴中心所在的圆,直径用d暗示

若已知p、z     

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。

3、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、轮芯用区别材料,用焊接或螺栓联接在轮芯上)。

4、链轮的材料

材料应能保准轮齿拥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,因此,小链轮的材料应较好,齿面硬度较高。

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。因此链条绕在链轮上时,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1星期,带动链条转过的长度为zp,因此链条的速度为

实质工作时,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、瞬时链速

   设链的主动边始终处在水平位置。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:

C点:

B点:

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,链条线速为

,随β的变化而变化。,β在之间变化。链条这般忽快忽慢、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。

2、瞬时传动比

变化。仅有,且链传动的中心距恰为节距的整数倍时(仅有具备以上要求,β、γ才可同步变化),传动比才可恒定不变(恒为1)。

3、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,因而导致和从动链轮相连的零件产生周期性的速度变化,从而导致了动载荷。动载荷的体积与回转零件的质量和加速度的体积相关。关注公众号《机械工程文萃》。

1)链条前进导致的动载荷为: N

                    式中:m---紧边链条的质量,公斤

ac---链条加速度,m/s2。

时,

2)从动链轮的角加速度导致的动载荷为:

                      式中:J---从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量,公斤.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变化导致的动载荷

vy变化,使链条出现横向振动,乃至共振。对高速链传动,重视固有频率。

4)链节与链轮啮合瞬间,因为链与轮间的相对速度,导致链与论的冲击,冲击能量与速度、质量相关

设质量集中在链节中点

式中:q---链条每米质量,公斤/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,因为链在轮上呈多边形随链轮转动时,导致链速和传动比都随时间作周期性的变化,引起运动不均匀并出现动载荷、冲击和振动现象,这是链传动的固有特性。为得到安稳的链传动,设计时,恰当选取各项运动参数(小节距、多齿数、限制链轮最高转速)。

5、链传动的受力分析

链传动在安装时,应使链条受必定的张紧力,其张紧力是经过使链保持适当的垂度所产生的悬垂拉力得到的。链传动张紧的目的重点是使松边不致太松,以避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是由于链传递的有效圆周力Fe、链的离心力Fc及链条松边垂度导致的悬垂拉力Ff三部分构成

 N

链的松边所受的拉力F2由Fc及Ff两部分构成

有效圆周力       N

    式中:P---链传动所传递的功率,kW;

         v---链速,m/s。

离心力导致的拉力      N

式中:q---单位长度链条的质量,公斤/m。

     v---链速,m/s。

   悬垂拉力Ff的体积与链条的松边垂度及传动的部署方式相关,在F’f和F”f中选大者。

 N

式中:a---链传动的中心距,mm。

     q---单位长度链条的质量,公斤/m。

     Kf—垂度系数。

6、滚子链传动的设计计算

1、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。链条持续由松边到紧边周而复始地运动着,因此它的各个元件都在变应力功效下工作,经过必定循环次数后,链板将会显现疲劳断裂,或套筒、滚子表面会出现疲劳点蚀(多边形效应导致的冲击疲劳)。因此呢,链条的疲劳强度作为决定链传动承载能力的重点原因实验显示:在润滑良好的中等速度下工作的链条,在链板上首要显现疲劳断裂。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,铰链与套筒间承受很强的压力,传动时彼此又出现相对转动,引起铰链磨损,铰链节距伸长,而轮齿节距几乎不受磨损影响,结果将引起啮合点外移,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,链节距的增长量Δp和啮合圆的外移量Δd有如下关系,当节距一按时,齿高就必定,即准许的啮合圆外移量就必定。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,为保准链条寿命,应使齿数少有些

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,积聚的热量很强,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,引起胶合。胶合在必定程度上决定了链传动的极限转速。《机械工程文萃》,工程师的加油站。

4)链条静力拉断

   低速(v<0.6m/s)的链条过载,并超过链条静力强度的状况下,链条会被拉断。

2、滚子链传动的额定功率

链传动的各样失效形式都在必定要求下限制了它的承载能力。因此呢,在选取链条型号时,必要全面思虑各样失效形式产生的原由要求,从而确定其能传递的额定功率P0。

右图是经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,链传动的承载能力重点取决于链板的疲劳强度;随着转速的升高,链传动的多边形效应增大,传动能力重点取决于套筒和滚子的冲击疲劳强度,转速越高,传动能力就越低,并会显现铰链胶合现象,使链条快速失效。

图为A系列滚子链的额定功率曲线,它是在标准实验要求下得出的:1)两链轮安装在水平轴上,两链轮共面;2)z1=19;3)Lp=100节;4)载荷安稳;5)按举荐方式润滑;6)能连续15000小时满负荷运转;7)链条因磨损导致的相对伸长量不超过3%。按照小链轮转速,由此图可查出各样链条链速在大于0.6m/s状况准许传递的额定功率P0。若所设计的链传动与以上实验要求不符时,由图查得的P0值应乘以一系列修正系数。

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。

   当不可保准 图中所举荐的润滑方式时,线图中的P0值应降到下列数值:

   当,润滑不良时,降至(0.3~0.6)P0;无润滑时,降至0.15 P0(寿命不可保准15000小时)。

   当,润滑不良时,降至(0.15~0.3)P0;

   当,润滑不良时,传动不靠谱,不宜采用。

需求实质工作寿命小于15000小时时,按有限寿命设计。此时准许传递的功率可高些。

3、滚子链传动的设计计算

已知;传动用途、工作状况、原动机种类、传递的功率P、链轮转速n1、n2(或i),结构尺寸需求等。

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。

设计过程

1)链轮齿数z1 、z2和传动比i

小链轮齿数z1对链传动的安稳性和运用寿命有很强影响。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。

   齿数太多,将增大传动尺寸和质量,链条磨损后节距的伸长容易出现跳齿和脱链,一样会缩短链条的运用寿命。

齿数的选择原则:(1)链传动速度高时,齿数多些;(2)为思虑磨损均匀,链轮齿数应取与链节数互为质数的奇数,并优先选择以下数列:17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。

(取整),且。由表9-8,试选v—选择z1,z1尽可能用奇数。

举荐=2~3.5。当v<2m/s且载荷安稳时,达到10。过大时,链条在小链轮上的包角过小,将减少啮合齿数,因而易显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是按照传递的功率P,并思虑到载荷性质和原动机的种类而确定,即

 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太多,加剧链的磨损和疲劳。a过大,承载好,但链条长,横向振动大。通常

(张紧或托板),中心距不可调时,

4)链节数Lp

取整,最好取偶数。

5)节距和排数的确定

   必定要求下,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。因此,为使链传动结构紧凑、寿命长,尽可能取小节距的单排链。

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。

若传动中心距大而传动比小,取大节距的单排链。

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    判断是不是与假设符。

7)确定实质中心距

   为保准松边有合适的垂度  

实质中心距  

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可定出,但dkmax不少于安装链轮处的轴径;若不可满足需求时,可采用特殊结构的链轮(如链轮轴)或重新选取链传动参数(增大z1或p)。

9)计算压轴力Q

   式中:Fe---链传递的有效圆周力,N;

    KQ---压轴力系数,针对水平传动,KQ=1.15;针对垂直传动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。

4、低速链传动的静力强度计算

针对链速的低速链传动,因抗拉静力强度不足而破坏的几率很大,故常按下式进行抗拉静力强度计算

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---工作状况系数,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,但不可少于9。

7、链传动的部署、张紧和润滑

1、链传动的部署

链传动通常部署在铅垂平面内,尽可能避免部署在水平或倾斜平面内。如确有必须,则应思虑加托板或张紧轮等安装,并且设计较紧凑的中心距。

2、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;同期增多链条和链轮的包角。当两轮中心连线倾斜角大于600时,一般设有张紧安装

张紧的办法:链传动中心距可调时,调节中心距以掌控张紧程度;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。张紧轮通常紧压在松边靠近小链轮处。张紧轮能够是链轮,能够是无齿的滚轮。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、吊重等自动张紧安装)及定时调节(用螺旋、偏心等调节安装)。另一还可用压板和托板张紧。

3、链传动的润滑

   链传动的润滑非常重要,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。滚子链的润滑办法需求参表。

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