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滚子链和链轮


滚子链和链轮
一、滚子链的结构和规格 滚子链由内链板 1、套筒 2、销轴 3、外链板 4 和滚子 5 组成,如图 9-3 所示。内链板和套筒、外链板 和销轴用过盈配合固定,构成内链节和外链节。销轴和套筒之间为间 隙配合,构成铰链,将若干内外链节依次铰接形成链条。滚子松套在套筒上可自由转动, 链轮轮齿与滚子之间的摩擦主要是滚动摩擦。链条上相邻两销轴中心的距离称为节距, 用 p 表示,节距 是链传动的重 要参数。节距 p 越大,链的各部 分尺寸和重量 也越大,承 载能力越高,且 在链轮齿数一 定时,链轮尺寸 和重量随之增 大。因此,设计 时在保证承载 图 9-3 滚子链 图 9-4 双排滚子链 能力的前提下, 应尽量采取较小的节距。载荷较大时可选用双排链(图 9-4)或多排链,但排数一般不超过三排或四排, 以免由于制造和安装误差的影响使各排链受载不均。 链条的长度用链节数表示,一般选用偶数链节,这样链的接头处可采用开口销或弹簧卡片来固定,如 图 9-5a、b)所示,前者用于大节距链,后者用于小节距链。当链节为奇数时,需采用过渡链节如图 9-5c) 所示。由于过渡链节的链板受附加弯矩的作用,一般应避免采用。 GB/T1243-97 规定滚子链分为 A、B 系列,其中 A 系列较为常用,其主要参数如表 9-1 所示。表中链 号和相应的国际标准号一致,链号乘以 25.4/16mm 即为节距值。

链 号 08A 10A 12A 16A 20A 24A 28A 32A 40A 48A

b) c) 图 9-5 滚子链接头形式 表 9-1 A 系列滚子链的基本参数和尺寸 (GB/T1243-97) 节距 p 排距 Pt 滚子外径 内链节内 销轴直径 内链板高 单排极限拉伸 单排每米质量 (mm) (mm) d1(mm) 宽 b1(mm) d2(mm) 度 h2(mm) 载荷 FQ(KN) q(kg/m) 12.70 14.38 7.92 7.85 3.98 12.07 13.8 0.60 15.875 18.11 10.16 9.40 5.09 15.09 21.8 1.00 19.05 22.78 11.91 12.57 5.96 18.08 31.1 1.50 25.40 29.29 15.88 15.75 7.94 24.13 55.6 2.60 31.75 35.76 19.05 18.90 9.54 30.18 86.7 3.80 38.10 45.44 22.23 25.22 11.11 36.20 124.6 5.60 44.45 48.87 25.40 25.22 12.71 42.24 169.0 7.50 50.80 58.55 28.58 31.55 14.29 48.26 222.4 10.10 63.50 71.55 39.68 37.85 19.85 60.33 347.0 16.10 76.20 87.83 47.63 47.35 23.81 72.39 500.4 22.60

a)

滚子链的标记为:链号—排数—链节数 标准号。例如:16A—1—82 GB/T1243—97 表示:A 系列滚 子链、节距为 25.4mm、单排、链节数为 82、制造标准 GB/T1243—97。 二、滚子链链轮

1.链轮的基本参数及主要尺寸 链轮的基本参数为:链轮的齿数 z、配用链条的节距 p、滚子外径 d1 及排距 pt。链轮的主要尺寸及计 算公式如表 9-2 所示。
表 9-2 滚子链链轮主要尺寸 (mm)





代 号













分度圆直径

d

180 ? d ? p / sin z

齿顶圆直径

da

d a max ? d ? 1.25p ? d1
d a min ? d ? (1 ? ha max ? (0.625 ? 1 .6 ) p ? d1 z 0 .8 ) p ? 0.5d 1 z

可在 damax、damin 范围内任意选取, 但选用 damax 时,应考虑采用展成法加 工时有发生顶切的可能性。 ha 是为简化放大齿形图的绘制而引 入的辅助尺寸(见表 9-3) hamax 相应于 damax hamin 相应于 damin

分度圆弦齿高

ha

ha min ? 0.5( p ? d1 )
df = d-d1

齿根圆直径 齿侧凸缘(或 排间槽)直径

df dg

180 ? ? 1.04 h2 ? 0.76 z h2—内链板高度(见表 9-1) d g ? p cot

注:da、dg 值取整数,其他尺寸精确到 0.01mm.

2.链轮的齿形 链轮 的齿形应 能保证链节平 稳而自由 地进入和退出 啮合,不 易脱链,且形 状简单便 于加工 。 GB/T1243-97 规定了滚子链链轮的端面齿形(表 9-3)和轴面齿形(表 9-4) ,由于滚子表面齿廓与链轮齿 廓为非共轭齿廓,故链轮齿形设计有较大的灵活性,即在最大、最小范围内均可使用。 若链轮采用标准齿形,在链轮工作图上可不绘制出端面齿形,只须注明按 GB/T1243-97 制造即可。但 为了车削毛坯,需将轴面齿形画出。 3.链轮的结构和材料 链轮的结构如图 9- 6 所示。 直径小的链轮常制成实心式 (图 a) ;中等直径的链轮常制成辐板式 (图 b) ; 大直径( d >200mm)的链轮常制成组合式,可将齿圈焊接在轮毂上(图 d)或采用螺栓联接(图 c) 。
表 9-3 滚子链链轮的齿槽尺寸计算公式





单 位

计 最 大 齿 槽 形 状





式 最 小 齿 槽 形 状

齿面圆弧半径 re 齿沟圆弧半径 ri 齿沟角 ?

mm mm (°)

re min ? 0.008d 1 ( z 2 ? 180)

re max ? 0.12d 1 ( z ? 2)

ri max ? 0.505d 1 ? 0.069? 3 d 1
? min ? 120? ?
90? z

ri min ? 0.505d1
? max ? 140? ?
90? z

注:链轮的实际齿槽形状,应在最大齿槽形状和最小齿槽形状范围内 表 9-4 滚子链链轮轴向齿廓尺寸

名 齿 宽 倒 倒 倒 圆 链





号 bf1

单排 双排、三排 四排以上 角 宽 角 半 径 角 深 角 半 径 轮 齿 总 宽

ba rx h ra bfm

计 算 公 式 p>12..7 p≤12.7 0.93 b1 0.95 b1 0.91 b1 0.93 b1 0.88 b1 0.93 b1 ba = (0.1~0.15) p rx ≥ p h = 0.5 p ra≈ 0.04 p bfm = ( m - 1) pt+ bf1 m—排数





P>12.7 时,经制造厂同意 亦可使用 P≤12.7 时的齿宽。 b1—内链节内宽 (见表 9-1)

仅适用于 B 型

a)

b) 图 9-6 链轮的结构

c)

d)

链轮的材料应有足够的强度和耐磨性,齿面要经过热处理。由于小链轮轮齿的啮 合次数比大链轮轮齿的啮合次数多,受冲击也比较大,因此所用材料应优于大链轮。 链轮所用材料及热处理工艺见表 9-5。
表 9-5 链轮材料及热处理 齿 面 硬 度 应 用 范 围 50~60HRC z≤25 有冲击载荷的链轮 160~200HBS z >25 的主、从动链轮 无剧烈冲击振动和要求耐磨的主、从 淬火、回火 40~50HRC 动链轮 渗碳淬火、回火 55~60HRC z < 30 传递较大功率的重要链轮 淬火、回火 40~50HRC 要求强度较高又要求耐磨的重要链轮 140HBS 焊接后退火 中低速、功率不大的较大链轮 z >50 的从动链轮及外形复杂或强度要 灰铸铁 (不低于 HT200) 淬火、回火 260~280HBS 求一般的链轮 P< 6KW, 速度较高,要求传动平稳和 夹布胶木 噪声小的链轮 材 料 15、20 35 45、50 45Mn、ZG310-570 15Cr、20Cr 40Cr、 35SiMn、 35CrMo Q235-A、Q275 热 处 理 渗碳淬火、回火 正 火

链传动的传动比及运动的不均匀性
链传动的运动情况和绕在多边形轮子上的带很相似,如图 9-7 所示。多边形边长相当于链节距 p,边数 相当于链轮的齿数 z。链轮每转过一周,链条转过的长度为 pz,当两链轮的转速分别为 n1 和 n2 时,链条的 平均速度为:

v?
由上式得链传动的平均传动比为:

z1 pn1 z pn ? 2 2 60 ? 1000 60 ? 1000

(m/s)

(9-1)

i12 ?

n1 z 2 ? n 2 z1

(9-2)

虽然链传动的平均速度和平均传动比不变,但它们的瞬时值却是周期性变化的。为便于分析,设链的 紧边(主动边)在传动时总处于水平位置,图 9-7a)中铰链已进入啮合。主动轮以角速度ω 1 回转,其圆 周速度 v1=r1ω 1,将其分解为沿链条前进方向的分速度 v 和垂直方向的分速度 v ? 则:

式中: ? 1 为主动轮上铰链 A 的圆周速度方向与链条前进方向的夹角。 当链节依次进入啮合时 ? 1 角在±180° /z1 范围内变动,从而引起链速 v 相应作周期性变化。当 ? 1=± 180° / z1 时图 9-7b、d)链速最小, vmin ? r1?1 cos( 180? z1 ) ;当 ? 1=0°时(图 9-7C)链速最大,vmax=r1ω 1。 故即使ω 1 为常数,链轮每送走一个链节,其链速 v 也经历“最小-最大-最小”的周期性变化。同理链条 在垂直方向的速度 v ? 也作周期性变化,使链条上下抖动。 (图 9-7b、c、d) 。 用同样的方法对从动轮进行分析可知,从动轮角速度ω 2 也是变化的,故链传动的瞬时传动比(i12=ω 1/ω 2)也是变化的。 链速和传动比的变化使链传动中产生加速度,从而产生附加动载荷、引起冲击振动,故链传动不适合 高速传动。为减小动载荷和运动的不均匀性,链传动应尽量选取较多的齿数 z1 和较小的节距 p(这样可使 ? 1 减小) ,并使链速在允许的范围内变化。

v ? v1 cos ?1 ? r1?1 cos ?1 v? ? v1 sin ?1 ? r1?1 sin ?1

(9-3) (9-4)

a)

b)

c) 图 9-7 链传动运动分析

d)

滚子链的额定功率曲线 链传动的工作能力受到链条各种失效形式的限制。通过试验可获得链条在一定条件下所能传递的功率 P0。 图 9-8 所示的 A 系列滚子链额定功率曲线图制定条件为:z1=19;Lp=100 节;i = 3;a = 40p;满负荷连 续运转寿命为 15000h;两轮端面共面;采用推荐的润滑方式润滑。 当链传动不能按推荐的方式润滑时,图中规定的功率 P0 应降低取下列数值: v≤1.5m/s 时,取(0.3~0.6)P0;1.5m/s<v<7m/s 时,取(0.15~0.3)P0;v>7m/s 润滑不良时传动不可靠,不 宜采用。 当要求实际工作寿命低于 15000h 时,可按有限寿命设计,此时允许传递的功率高些。

图 9-8

A 系列滚子链额定功率曲线

设计计算步骤 链传动设计计算的原始条件为:①传动的工作情况,原动机、工作机的种类;②传递的功率 P;③主、 从动轮的转速 n1、n2 或传动比 i;④中心距大小,传动的布置等。 链传动设计计算内容包括:①链条的型号、节距、排数和节数;②链轮的齿数、尺寸、结构和材料; ③中心距 a;④作用在轴上的力 FQ 等。 根据链速的大小,链传动的计算方法有以下两种: 1.中、高速链传动(v≥0.6m/s)的设计计算步骤: 链条在中、高速条件下,可能发生磨损、链板疲劳破坏、 滚子和套筒点蚀以及套筒和销轴胶合失 效,所以应按功率曲线设计计算。 (1)选择链轮的齿数 z1、z2。为减少运动的不均匀性和动载荷,小链轮的齿数不宜过少,通常 zmin=17 (链速极低时最少可到 9) ,可按链速由表 9-6 选取 z1。大轮齿数 z2= iz1,z2 不宜过多,z2 过多不仅使传动

的尺寸和重量增加,而且链节伸长后易出现跳齿和脱链现象,通常 z2max<120。为使链条磨损均匀,一般链 节数 Lp 多为偶数,链轮齿数多为奇数。一般传动比 i≤7;推荐 i=2.0~3.5,低速和载荷平稳时 i 可达 10。 i 过大,链条在小链轮上的包角减小,啮合的轮齿数减小,轮齿的磨损加快。
表 9-6 链 速 v (m/s) z1 0.6 ~ 3 ≥15~17 滚子链传动的主动轮齿数 z1 3 ~ 8 ≥19~21 >8 ≥23

(2)初定中心距 a0。中心距 a 小,结构紧凑,但链节数少,当链速一定时,单位时间内每一链节的应力 循环次数增多,加快了疲劳和磨损。中心距 a 大,链节数多,使用寿命长,但结构尺寸增大。当中心距过大 时,会使链条松边垂度过大,发生颤动,使传动平稳性下降。一般取: a0=(30~50)p (9-5) amax= 80p,采用张紧装置时 a0 可大于 80p 。 (3)确定链节距 p。链传动传递的功率 P 与特定条件下链条的额定功率 P0 之关系为: P0 ≥

K AP KZ Km

(9-6)

式中:KA 为链传动的工作情况系数,见表 9-7;KZ 为小链轮齿数系数,即考虑 z1≠19 时的系数,见表 9-8, 当链传动的工作区在额定功率曲线(图 9-8)顶点左侧时查 KZ、在右侧时查 KZ′;Km 为链的多排系 数,见表 9-9。
表 9-7 链传动的工作情况系数 KA 原 动 机 电动机或汽轮机 内 燃 机 1.0 1.3 1.5 1.2 1.4 1.7

载 荷 种 类 载 荷 平 稳 中 等 冲 击 较 大 冲 击

工 作 机 械 举 例 液体搅拌机、离心泵、离心式鼓风机、纺织 机械、轻型运输机、链式运输机、发电机 一般机床、压气机、木工机械、食品机械、 印染纺织机械、一般造纸机械、大型鼓风机 锻压机械、矿山机械、工程机械、石油钻井 机械、振动机械、橡胶搅拌机

根据式 9-6 求得的 P0 和小链轮转速 n1, 由图 9-8 查得链的型号以及节距 p。 在满足传动功率的前提下, 应尽量取较小的节距。对高速(v>8m/s 时)重载的链传动可选取小节距多排链。
表 9-8 小链轮的齿数系数 KZ Z1 Kz Kz′ 排 Km 17 0.887 0.846 数 19 1.00 1.00 21 1.11 1.16 1 1.0 23 1.23 1.33 25 1.34 1.51 2 1.7 27 1.46 1.69 29 1.58 1.89 3 2.5 31 1.70 2.08 33 1.82 2.29 4 3.3 35 1.93 2.50

表 9-9 多排链系数 Km

(4)校核链速 v,确定润滑方式。链速计算值为

v?

n1 z1 p 60 ? 1000

(9-7)

v 应符合选取 z1 时所假定的链速范围,并由图 9-9 确定润滑方式。

图 9-9

推荐使用的润滑方式
2

(5)确定链条节数 Lp。链条节数 Lp 的计算值为

2a z ?z p ?z ?z ? Lp ? 0 ? 2 1 ? ? 2 1 ? p 2 a 0 ? 2? ?
计算得到的 Lp 应圆整为相近的整数,并尽可能取偶数。 (6)计算实际中心距 a。 由式 9-8 得:

(9-8)

z ?z ? z ?z ? p ?? ? ?z ?z ? a ? ?? Lp ? 2 1 ? ? ? Lp ? 2 1 ? ? 8? 2 1 ? 4 ?? 2 ? 2 ? ? ? 2? ? ?
2

2

? ? ? ?

mm

(9-9)

为使链条松边具有合理的垂度, 以利链与链轮顺利啮合, 安装时应使实际中心距较理论中心距 a 小 2~ 5mm。 (7)计算轴压力 FQ。轴压力按下式计算:

FQ ? (1.2 ~ 1.3)Ft ? 1000 (1.2 ~ 1.3)P / v
式中: Ft 为链所承受的圆周力,N。

(9-10)

(8)计算链轮端面和轴面尺寸,绘制链轮工作图。 由表 9-2 计算链轮端面尺寸,由表 9-4 计算链轮的轴 向尺寸。按所求尺寸绘制工作图,并注明齿形标准、齿数和节距。 2.低速链传动(v<0.6mm)的静强度计算: 对于低速链传动,其主要失效形式为过载拉断,故应按静强度计算,校核其静强度安全系数 s 即:

s?

FQ m K A Ft

≥4~8

(9-11)

式中:FQ 为单排链条的极限拉伸载荷(见表 9-1) ;m 为链条排数。

例 9-1 试设计一链式运输机的滚子链传动。已知:传递功率 P=15KW, 电动机转速 n1= 970r/min, 速 比 i = 3, 载荷平稳。 解:设计计算过程如下表所示:
计算项目 假定 v=3~8m/s 1. 确 定 链 轮 的 齿 查表 9-6 取 Z1=21 数 Z1、Z2 z2=iz1=3×21=63<120 2.初定中心距 a0 取 a0=40p 查表 9-7 得 KA=1;查表 9-8 得 3.确定链节距 p 根据 P0 和 n1 查图9-8 得:
P0 ? KAP 1 ? 15 ? ? 13.51KW K Z ? K m 1.11? 1











计 算 结 果 z1=21 z2=63 a0=40p 链号 12A p=19.05mm

KZ=1.11;查表 9-9 得

Km=1;

选用 12A 号链条 p=19.05 mm v=6.47m/s 采用油浴或飞 溅润滑 Lp=124 节

4. 验 算 链 速 确 定 润滑方式

v?

n1 z1 p 970 ? 21 ? 19.05 ? ? 6.47 60 ? 1000 60 ? 1000
2

m/s

符合原假设,由图 9-9 知应采用油浴或飞溅润滑
Lp ?

2a 0 Z 2 ? Z 1 p ? Z 2 ? Z 1 ? ? ? ? ? p 2 a 0 ? 2? ? 5. 确 定 链 条 节 数 2 2 ? 40 p 63 ? 21 p ? 63 ? 21 ? Lp ? ? ? ? ? p 2 40 p ? 2 ? 3.14 ? =123.12 理论中心距:
p? Z ? Z1 ? Z ? Z1 ? ? ? Z ? Z1 ? a ? ?? ? Lp ? 2 ? ? ? Lp ? 2 ? ? 8? 2 ? 4 ?? 2 ? 2 ? ? ? 2? ? ?
2 2

取 Lp=124 节 a′=768mm
? ? ? ?

6. 确 定 实 际 中 心 距 a′

7. 计算轴压力 FQ

2 2 19.05 ?? 63 ? 21? 63 ? 21? ? ? 63 ? 21 ? ? ??124 ? ? ? ?124 ? ? ? 8? ? ? 4 ?? 2 ? 2 ? ? ? 2 ? 3.14 ? ? ? ? = 770.5mm 实际中心距:a′= a-(2~5) 取:a′= 770.5-2.05=768mm FQ=(1.2~1.3)Ft 圆周力 F ? 1000 p ? 1000 ? 15 ? 2318 .39 N t v 6.47 取 FQ=1.25Ft=1.25×2318.39=2897.99N

?

FQ=2897.99N

8. 链条标记

12A-1-124

GB/T1243-97

12A-1-124 GB/ T1243-97
0

d1 ?
9. 计算链轮尺寸 绘制链轮工作图 d ? 2

p sin(180
0

z1 )

?

19.05 sin(180 / 21)
19.05 sin(180 / 63)
0

? 127.82 mm

d1=127.82mm d2=382.18mm

p sin(180 / z 2 )
0

?

? 382.18 mm

其他尺寸计算和链轮工作图略

标准齿轮各部分名称、参数和几何尺寸
标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸按表 5-2 进行计算。
表 5-2 标准直齿圆柱齿轮各部分尺寸的几何关系





符 号

公 外齿轮

模数 分度圆直 径 齿顶高 齿根高 全齿高 齿顶圆直 径 齿根圆直 径 中心距 基圆直径 齿距 齿厚 齿槽宽

m d ha hf h da df
a

式 内齿轮 强度计算后获得

齿条

d=mz ha=ha*m hf=(ha*+c*)m h =(2ha*+c*)m da= (z + 2ha*) m da= (z - 2ha*) m
∞ ∞ ∞ ∞

db p s e

df= (z - 2ha*-2 c*) df= (z + 2ha*+2c*) m m a = (d1+d2)/2 a = (d1- d2)/2 db=d cos? p =π m s =π m /2 e =π m /2

例 5-1 已知一正常齿制的标准直齿圆柱齿轮,齿数 z1=20,模数 m = 2mm,拟将该齿轮 作某外啮合传动的主动齿轮,现须配一从动齿轮,要求传动比 i=3.5,试计算从动齿轮的几 何尺寸及两轮的中心距。 解:根据给定的传动比 i,可计算从动轮的齿数 z2 = iz1 =3.5× 20 = 70 已知齿轮的齿数 z2 及模数 m,由表 5-2 所列公式可以计算从动轮各部分尺寸。 分度圆直径 d2 = mz2 = 2×70 = 140 mm 齿顶圆直径 da2 = (z2 + 2ha*) m = (70+2×1)2=144 mm 齿根圆直径 df = (z2 - 2ha*- 2c*) m = (70-2×1-2×0.25)2=135mm 全齿高 h=(2ha*+c*)m = ( 2×1 + 0.25) 2= 4.5 mm 中心距
a? d1 ? d 2 m 2 ? ( z1 ? z 2 ) ? (20 ? 70) ? 90 mm 2 2 2


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