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1、链 传 动 原 理吉林大学链传动研究所吉林大学链传动研究所 杨刚杨刚前 言n n 链传动产品是各种机械上应用十分广泛的基础件之一，无论是传递动力的传动链，或是运送物品的输送链，还是提升重物的起重链，都具有良好的使用性能。我国改革开放之后经济建设快速发展，为链传动的应用开拓了广阔的空间。与此同时，世界性的产业结构调整、制造业大量向发展中国家转移为我国链条产业的发展也带来了其所谓有的机遇。n n 近几年来，青岛征和工业有限公司抓住了机近几年来，青岛征和工业有限公司抓住了机遇发展很快，成为了我国链条行业中颇具竞争力遇发展很快，成为了我国链条行业中颇具竞争力的企业，这些进步与企业正确的战略决策、设备的
2、企业，这些进步与企业正确的战略决策、设备能力的投入，以及精细化管理等等是分不开的。能力的投入，以及精细化管理等等是分不开的。这在企业发展中也是十分重要的，然而，对于整这在企业发展中也是十分重要的，然而，对于整个链条行业而言，基于行业发展的历程和以往工个链条行业而言，基于行业发展的历程和以往工程界对链条产品的观念，与其他机械行业相比较，程界对链条产品的观念，与其他机械行业相比较，在技术基础、产品研发能力、员工的技术素质等在技术基础、产品研发能力、员工的技术素质等方面还存在一定的差距，这也是目前我国链条行方面还存在一定的差距，这也是目前我国链条行业亟待解决的首要问题。业亟待解决的首要问题。第第 1
3、 章章 概概 述述n n1 链条发展简史链条发展简史n n 据考证在我国链条的应用已有3000多年的历史，古时候我国的农村使用的把水从低处提到高处的翻车、水车就类似今天的输送链。北宋时期苏颂所著的新仪象法要中记载驱动浑天仪转动的就如同现在金属制成的链传动装置。由此可见我国是链条应用最早的国家之一。n n 然而，近代链条的基本结构则是由欧洲文艺复兴时期伟大的科学家和艺术家达芬奇（1452-1519）首先设想并提出来的。此后，1832年法国的伽尔发明了销轴链，1864年英国的杰姆斯斯莱泰无套筒滚子链。但是真正达到现代链条结构设计水平的还是瑞士人的汉斯雷诺，1880年他完善了之前链条结构方面的不足，
4、将链条设计成了现今流行的套筒滚子链，并在英国获得了滚子链的发明专利。n n18851885年又发明了齿形链。年又发明了齿形链。1919世纪世纪4040年代末期美年代末期美国摩斯公司又将齿形链的铰链结构由传统的滑动国摩斯公司又将齿形链的铰链结构由传统的滑动摩擦副改进为滚动摩擦副摩擦副改进为滚动摩擦副滚销式齿形链。与滚销式齿形链。与传动链发展的同时，在链条基本结构的基础上也传动链发展的同时，在链条基本结构的基础上也派生了出各种各样不同结构的链条用于传动、输派生了出各种各样不同结构的链条用于传动、输送和特殊用途等。据统计，现在链条已有送和特殊用途等。据统计，现在链条已有30003000多多品种，品种
5、规格达品种，品种规格达2000020000多个。成为了国民经济多个。成为了国民经济中的重要的机械通用零部件之一。今天，现代化中的重要的机械通用零部件之一。今天，现代化的大规模生产的链条工业正提供多种多样的链条的大规模生产的链条工业正提供多种多样的链条产品以满足市场的需求。产品以满足市场的需求。n n我国与先进国家相比是进入工业化较晚的国家，我国与先进国家相比是进入工业化较晚的国家，较早的如沈阳链条厂、杭州链条厂、上海中国链较早的如沈阳链条厂、杭州链条厂、上海中国链条厂等均建于条厂等均建于2020世纪世纪5050年代，基本以测绘仿制已年代，基本以测绘仿制已有设备上配套的链条为主。直至有设备上配套
6、的链条为主。直至7070年代中、后期，年代中、后期，我国的链传动技术和制造业才得到国家的重视，我国的链传动技术和制造业才得到国家的重视，在此期间先后成立了专门链传动研究机构、完善在此期间先后成立了专门链传动研究机构、完善了行业协会、制订了我国第一批链条国家和部级了行业协会、制订了我国第一批链条国家和部级标准，如标准，如GB1243-76GB1243-76套筒滚子链、套筒滚子链、GB1244-76GB1244-76套筒滚子链链轮、套筒滚子链链轮、JB1839-JB1839-7676齿形链和齿形链和NJ106-76NJ106-76农业机械输送链农业机械输送链等、并建立了我国第一个链条设备制造厂，才
7、基等、并建立了我国第一个链条设备制造厂，才基本形成了我国的链条产业体系。本形成了我国的链条产业体系。n n到了到了9090年代末期以及进入年代末期以及进入2121世纪之后，随着我国世纪之后，随着我国改革开放的深入和加入世界贸易组织（改革开放的深入和加入世界贸易组织（WTOWTO）,我国链条行业进入了快速发展时期，并得到了前我国链条行业进入了快速发展时期，并得到了前所未有的发展。据所未有的发展。据20072007年统计，我国链条产品制年统计，我国链条产品制造厂近造厂近400400家、就业人数达到家、就业人数达到5 5万人、产量超过了万人、产量超过了100100万吨、工业总产值万吨、工业总产值14
8、6146亿元、品种规格有亿元、品种规格有1500015000多个，其产品除了满足国内经济建设的需多个，其产品除了满足国内经济建设的需求，还大量出口到美国、欧洲、日本、东南亚等求，还大量出口到美国、欧洲、日本、东南亚等100100多个国家和地区，年出口创汇近多个国家和地区，年出口创汇近8 8亿美元亿美元,成成为了世界上的为了世界上的“链条生产大国链条生产大国”。2 链传动的特点与应用链传动的特点与应用n n2.1链传动的特点n n链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。由于它兼有齿轮传动和带传动的一些特点，在国民经济建设的很多领域都得到了广泛应用。下面通过与齿轮传动和带传动的比较，我们可以更清楚链
9、传动的优势和不足：n na)链传动与齿轮传动比较n n 适合长距离传递运动和动力；多齿同时啮合、每单节受力小、强度高；在中心距较大时传动成本较低、且重量轻；具有较好的缓冲、吸震性能；链轮加工精度、安装精度相对要求低；维修性能好。n n 在要求中心距小、转速高、噪音低、瞬时传动比恒定时不如齿轮传动n nb)与带传动比较n n 啮合传动，没有弹性滑动和打滑，平均传动比准确；金属构件传动能力高；压轴力小、减少轴承摩擦损失；链传动的结构紧凑；拆装比较方便；传动比的范围较宽；对环境适应能力强；n n 在要求噪音小、不准有润滑油、转速极高、中心距很长的场合链传动的使用性能不如带传动。2.2 链传动的应用n
10、 n现代链传动的传递能力可实现从小到现代链传动的传递能力可实现从小到0.10.1、大到数、大到数千千kwkw功率的传递、线速度可达功率的传递、线速度可达30m/s30m/s以上、效率以上、效率达到达到98%98%，正常使用寿命为，正常使用寿命为1500015000小时。如：叉小时。如：叉车用的板式提升链、摩托车用的传动链、汽车和车用的板式提升链、摩托车用的传动链、汽车和摩托车发动机用的正时链、石油机械、矿山机械、摩托车发动机用的正时链、石油机械、矿山机械、冶金机械、水泥行业、农机、医药和食品行业用冶金机械、水泥行业、农机、医药和食品行业用平顶输送链、各种汽车、家电等连续自动化生产平顶输送链、各
11、种汽车、家电等连续自动化生产线上用的悬挂输送链、还有特殊场合用的特种链，线上用的悬挂输送链、还有特殊场合用的特种链，如：油锯链、防滑链、履带链、子弹输送链、无如：油锯链、防滑链、履带链、子弹输送链、无级变速链、污水处理链等等。级变速链、污水处理链等等。n n3.13.1链条结构的基本特征链条结构的基本特征n n 链条是由许多链节以铰链副的形式连接起来的链条是由许多链节以铰链副的形式连接起来的挠性件，为了满足使用性能的要求，通常链条要挠性件，为了满足使用性能的要求，通常链条要具有强度以及至少能在一个方向灵活挠曲的功能，具有强度以及至少能在一个方向灵活挠曲的功能，其结构主要具有三个基本特征：其结构
12、主要具有三个基本特征：n n a)a)张力元件张力元件将载荷从前一个铰链副传到下一将载荷从前一个铰链副传到下一个铰链副的元件。个铰链副的元件。n n b)b)铰链副铰链副 链条与链轮啮入和啮出时，能使链链条与链轮啮入和啮出时，能使链节间实现自由回转的运动副。节间实现自由回转的运动副。n n c)c)啮合部位啮合部位在链条上与链轮能啮合并实施载在链条上与链轮能啮合并实施载荷传递的部分。荷传递的部分。n n 3.23.2链条的分类链条的分类n n a a）按功能可分为四种：传动链、输送链、拉曳链（起按功能可分为四种：传动链、输送链、拉曳链（起重链）和特种链；重链）和特种链；n n b b）按用途可
13、分为：摩托车链、正时链、自行车链、扶按用途可分为：摩托车链、正时链、自行车链、扶梯链、农机链、养鸡链、保护拖链、倍速链、无级变速链、梯链、农机链、养鸡链、保护拖链、倍速链、无级变速链、悬挂输送机链、石油链、啤酒链等等；悬挂输送机链、石油链、啤酒链等等；n n c c 按结构可分为：滚子链、套筒链、齿形链、平顶链、按结构可分为：滚子链、套筒链、齿形链、平顶链、销合链、板式链、叉型链、圆环链、块式链、双铰接链等；销合链、板式链、叉型链、圆环链、块式链、双铰接链等；n n d d 按节距可分为：短节距链、双节距链、长节距链；按节距可分为：短节距链、双节距链、长节距链；n n e e 按排数可分为：单
14、排链、双排链、多排链；按排数可分为：单排链、双排链、多排链；n n还可以根据链板形状、链条的精度、质量、材料、强度和还可以根据链板形状、链条的精度、质量、材料、强度和附件型式，以及规格、标准与非标等分类。附件型式，以及规格、标准与非标等分类。n n4 链条和链轮的标准化链条和链轮的标准化n n链传动产品是一种通用性很强的机械基础件，多与主机配套、用量大、应用范围宽，为了保证链传动产品具有较好的互换性，国外工业发达的国家对链条、链轮产品都制定了相应的标准,据2002年统计，美国ASME标准有26项，API 标准1项；英国BS标准13项；法国NF标准17项；德国有DIN、LN标准共52项；日本有J
15、IS标准8项。n n随着世界经济一体化的进展，国际标准化组织从1982年制定ISO606短节距传动用精密滚子链和链轮开始逐步地对用量大、通用性强的链传动产品，在兼顾各国原有标准的基础上制定并颁布了国际标准，现在ISO有关于链条、链轮方面的标准17项。n n我国对链条、链轮产品的标准化工作十分重视。1990年原国家技术监督局下达标发（1990）219号文件正式批准成立“全国链传动标准化技术委员会”并作为国际标准化组织ISO/TC100委员会成员与其对口交流。其后，我国逐步建立自己的标准体系，2002年我国标准出版社出版的“最新链传动标准应用手册”里汇总的关于链条和链轮的国家标准有17项（其中有3
16、项是用钢标准）；行业标准20项（其中1项是冶金行业标准）。n n值得说明的：值得说明的：n n1 1）目前我国国家标准制定的原则是尽可能与国际接轨，）目前我国国家标准制定的原则是尽可能与国际接轨，有国际标准的我国基本是等同采用；有国际标准的我国基本是等同采用；n n2 2）没有国际标准的，又能对我国链传动产业起到指导作）没有国际标准的，又能对我国链传动产业起到指导作用，可制定行业标准；用，可制定行业标准；n n3 3）在没有国际标准的情况下，又能对国际起到指导作用，）在没有国际标准的情况下，又能对国际起到指导作用，我国也可以通过国际标准化组织申请我国也可以通过国际标准化组织申请“国际标准国际标
17、准”的制定；的制定；n n4 4）对已经制定的标准，经考察已经过时或失去意义，可）对已经制定的标准，经考察已经过时或失去意义，可以通过一定程序宣布废止或修订；以通过一定程序宣布废止或修订；n n5 5）行业企业及从事链传动技术研究的单位或个人可以通）行业企业及从事链传动技术研究的单位或个人可以通过正当的审批程序，提出申请并承担制定、修订有关标准过正当的审批程序，提出申请并承担制定、修订有关标准的工作。的工作。n n5 5 滚子链条的基本名词术语滚子链条的基本名词术语n n 1 1）节距）节距 两相邻链节铰链副理论中心间的距离两相邻链节铰链副理论中心间的距离n n 2 2）基本节距）基本节距p
18、p （公称节距）设计给定的节距（公称节距）设计给定的节距n n 3 3）测量节距）测量节距pc pc 在测量载荷作用下，相邻链节在测量载荷作用下，相邻链节的滚子（或套筒）同侧母线的距离的滚子（或套筒）同侧母线的距离n n 4 4）链段测量长度）链段测量长度Lnc Lnc 在测量载荷作用下，链在测量载荷作用下，链段两端滚子（或套筒）同侧母线的距离段两端滚子（或套筒）同侧母线的距离n n 5 5）侧弯半径）侧弯半径R R 在施加一定载荷使链条侧向弯在施加一定载荷使链条侧向弯曲时，链条形成曲线的平均半径曲时，链条形成曲线的平均半径n n 6 6）链条通道高度）链条通道高度h1 h1 保证链条在链板高
19、度方向上通过的保证链条在链板高度方向上通过的高度距离高度距离n n 7 7）排距）排距pt pt 双排及多排链中，相邻两排链条中心线的双排及多排链中，相邻两排链条中心线的距离距离n n 8 8）扭曲量）扭曲量 在无扭转约束的条件下，链段两端链节与链在无扭转约束的条件下，链段两端链节与链条中心平面之间的扭转角条中心平面之间的扭转角n n 9 9）链长相对偏差）链长相对偏差 链段测量长度与基本长度之差同基本链段测量长度与基本长度之差同基本长度的比值长度的比值n n 10 10）测量载荷）测量载荷 测量尺寸参数时，为使元件就位，按标测量尺寸参数时，为使元件就位，按标准规定施加的载荷准规定施加的载荷n
20、 n 11 11）抗拉载荷）抗拉载荷 链条在拉伸试验时，在破坏前所能承受链条在拉伸试验时，在破坏前所能承受的最大载荷的最大载荷n n 12 12）持久极限载荷）持久极限载荷 链条在拉伸疲劳试验时，所能承受链条在拉伸疲劳试验时，所能承受不发生疲劳破坏的最大载荷。不发生疲劳破坏的最大载荷。n n 第第2章章 链传动啮合特性链传动啮合特性n n1 1 链传动的运动学特性链传动的运动学特性链传动的运动学特性链传动的运动学特性n n 围在链轮部分上的链条呈现出的是多边形，工作时，链条中心线与链轮上以r为半径的分度圆在运动中会发生交替地相切和相割现象，这种现象可以导致链条的线速度和从动轮的角速度发生变化，
21、使链传动的瞬时传动比不等于常数。链传动的这一运动学特性被称为“多边形效应”。n n1.11.1多边形效应引起链条速度的变化多边形效应引起链条速度的变化n n链条沿中心线方向的速度链条沿中心线方向的速度n n Vx=r Vx=r1 1 cos cosn n链条垂直方向的速度链条垂直方向的速度n n Vy=r Vy=r 1 1 sin sinn n r r1 1=p/(2 sin 180/z)=p/(2 sin 180/z)n n因此，链条在运动中时上时下（垂直中心线方向），和时因此，链条在运动中时上时下（垂直中心线方向），和时快时慢（沿链条方向）变化，从而产生附加振动和附加动快时慢（沿链条方向）
22、变化，从而产生附加振动和附加动载荷。载荷。n n 链条的线速度变化可用链速不均匀系数链条的线速度变化可用链速不均匀系数KTKT来表示来表示n n K Kt t=2 tg 90/z =2 tg 90/z 用曲线表示；用曲线表示；n n 1.2 1.2 从动轮的角速度变化从动轮的角速度变化n n 由于链条的速度是变化的，因此导致了从动由于链条的速度是变化的，因此导致了从动轮的瞬时角速度也是变化的，同样，这种变化也轮的瞬时角速度也是变化的，同样，这种变化也是周期的。如果链条的速度是周期的。如果链条的速度n n V Vx x=r=r 1 11 1 cos=r cos=r 2 2 2 2 cos cos
23、n n那么那么 2 2=V=V x x/r/r 2 2 cos=cos=1 1r r 1 1cos/r cos/r 2 2coscosn n所以链传动瞬时传动比即为所以链传动瞬时传动比即为 n n i iS S=1 1/2 2=r=r 2 2/r/r 1 1 cos/coscos/cosn n结论：在链传动中只有平均传动比是定值，而瞬结论：在链传动中只有平均传动比是定值，而瞬时传动比则是呈周期变化的。时传动比则是呈周期变化的。n n1.3 1.3 补偿多边形效应的措施补偿多边形效应的措施n na)a)多边形效应大小与链轮的齿数有关，当齿数少多边形效应大小与链轮的齿数有关，当齿数少时，链条速度和
24、链轮的角速度的变化幅度比较大。时，链条速度和链轮的角速度的变化幅度比较大。在高速传动或输送链速度的均匀性要求较高时要在高速传动或输送链速度的均匀性要求较高时要加以考虑；加以考虑；n nb)b)利用传动比为利用传动比为1(Z 1(Z 1 1=Z=Z 2 2)、紧边长度为链节数、紧边长度为链节数的整数倍、两链轮安装相位角相同，可以使主、的整数倍、两链轮安装相位角相同，可以使主、从动链轮间的瞬时传动比不变；从动链轮间的瞬时传动比不变；n nc)c)利用辅助装置或采用特殊结构来减弱多边形效利用辅助装置或采用特殊结构来减弱多边形效 应的影响；应的影响；n nd)d)变节距齿形链变节距齿形链n n2 链传
25、动的动力学特性链传动的动力学特性n n2.1传动链条张力的组成n n 链条在工作时，由于传递载荷的作用，形成了紧边和松边，如果不计各种附加动载荷，紧边的张力由有效圆周力F、离心力引起的张力Fc和松边垂度引起的张力F f f三部分组成，链条的松边张力F2 2则由FC C和Ff f两部分组成。a)a)有效圆周力有效圆周力F F F=1000 P/V F=1000 P/V 式中式中P-P-传递功率传递功率 KW;V-KW;V-链速链速 m/s.m/s.b)b)离心张力离心张力FcFc Fc qv2 (N)Fc qv2 (N)c)c)松边垂度引起的张力松边垂度引起的张力FfFf Ff=1/8 f Ff
26、=1/8 f qa2qa2 10-2 10-2 式中式中 q-q-链条每米重量链条每米重量 kgf/m;kgf/m;a a 链传动中心距链传动中心距 mm;mm;f f 链条松边垂度链条松边垂度 mm.mm.由此可见链条紧边力大、松边力小，链条工作由此可见链条紧边力大、松边力小，链条工作时要受到交变载荷的作用。时要受到交变载荷的作用。n n2.2 链条与链轮的啮入冲击n n n n链传动在工作时，链条的各链节的铰链（滚子或套筒）与链轮轮齿的啮合是依次完成的，前一个铰链啮入到位（进入齿谷），依次第二个铰链即以其本身的质量、以链条的节距为半径、并以链轮的角速度与链轮轮齿啮入，形成了链条铰链与链轮齿
27、面的斜冲击。n n此时轮齿与铰链上的冲击动能此时轮齿与铰链上的冲击动能E E可通过可通过E=1/2mv2E=1/2mv2推导为推导为n n EKq02n2p2/1800 EKq02n2p2/1800n n式中式中 K-K-链条张力和长度的影响系数；链条张力和长度的影响系数；n n q0-q0-链节重量链节重量 kgf kgfn n-冲击速度系数冲击速度系数 =sin(3600/z+/2);-=sin(3600/z+/2);-链轮链轮 齿形角齿形角n nn-n-链轮转速链轮转速 r/min r/minn np-p-链条节距链条节距 mm mmn n 由此可以看出，滚子链传动工作时会产生啮入由此可
28、以看出，滚子链传动工作时会产生啮入冲击，在高速状态下冲击会使滚子和套筒发生冲冲击，在高速状态下冲击会使滚子和套筒发生冲击破坏，因此，也会限制链条的滚子和套筒在高击破坏，因此，也会限制链条的滚子和套筒在高速下的工作能力速下的工作能力 。n n2.3 链传动的附加动载荷和振动n na)启动时紧、松边形成瞬间产生的惯性冲 击(与链条原始垂度有关)n nb)多边形效应引起链条的横向振动n nc)启动过程中进入共振区所产生的共振n n2.4 链传动载荷谱n n n n 图3 典型的链节张力变化曲线n n 由图可以看到，链节在3点处在松边位置，在4点便进入紧边，到1点时，链节除了受到紧边张力（有效圆周力）
29、，还有一段由啮入冲击引起载荷峰值，曲线上有小的波纹是由多边形效应和从动轮角速度变化形成附加动载荷所产生的波动。n n2.5 链条与链轮啮合重的现象链条铰链的爬高和跳齿n na)链条与链轮的啮合区域，通常称为围齿区。链传动工作时，如果上边是紧边，那么紧边张力沿着围齿区内随着链轮加入啮合齿数的增加而衰减，理想情况是在啮合区的中部衰减为零。同样，松边张力也是沿着围齿区内随着链轮加入啮合齿数的增加而衰减，直至为零。n n那么围齿区的中间部位就出现了平衡点，也可能是零载荷段。由此可以得出链条从受到紧边张力作用、通过平衡区段、力的方向变化180度、改变为受松边张力的作用。n nb)对于链条与链轮轮齿啮合的
30、链条铰链（滚子或套筒）来讲，虽然始终位于一个齿沟里，也有一个随力的方向变化，从与齿的一面接触，而移向与齿的另一面接触的过程。n n2.6 2.6 链条铰链的爬高和跳齿链条铰链的爬高和跳齿n na)a)链条节距短时爬高链条节距短时爬高 链条的节距与链轮的分链条的节距与链轮的分度圆节距在理论上应该是相同的，在链条与链轮度圆节距在理论上应该是相同的，在链条与链轮啮合时，参加啮合的链条滚子都应落在齿沟根部。啮合时，参加啮合的链条滚子都应落在齿沟根部。如果链条节距短了，第一个滚子啮入就位后，第如果链条节距短了，第一个滚子啮入就位后，第二个、第三个二个、第三个.就会依次地沿链轮轮齿的非工作就会依次地沿链轮
31、轮齿的非工作面不断爬高，这种爬高量可以计算得到。链条各面不断爬高，这种爬高量可以计算得到。链条各节距偏短势必会造成整链偏短，一种情况是安装节距偏短势必会造成整链偏短，一种情况是安装不上，另种情况就是即使安装了，使链条初张力不上，另种情况就是即使安装了，使链条初张力过大加剧铰链磨损降低寿命，或者链节铰链在非过大加剧铰链磨损降低寿命，或者链节铰链在非工作齿面累计爬高，不能是在围齿区逐步衰减，工作齿面累计爬高，不能是在围齿区逐步衰减，爬高过大时并且具备一定条件就会发生跳齿（因爬高过大时并且具备一定条件就会发生跳齿（因此，链长偏差没有负值）。此，链长偏差没有负值）。n nb)b)链条节距偏长时爬高链条
32、节距偏长时爬高 由于制造误差和铰链磨由于制造误差和铰链磨损后链节伸长等原因，使得链条铰链中心轨迹与损后链节伸长等原因，使得链条铰链中心轨迹与链轮分度圆不能完全重合，也会造成铰链沿轮齿链轮分度圆不能完全重合，也会造成铰链沿轮齿的工作齿面逐渐爬高。这种爬高在链轮设计时已的工作齿面逐渐爬高。这种爬高在链轮设计时已经予以考虑，具有一定容纳铰链爬高的能力。经予以考虑，具有一定容纳铰链爬高的能力。（链传动正常使用可以允许磨损伸长不超过（链传动正常使用可以允许磨损伸长不超过3%3%）。同前所述，如果第一个滚子在围齿区上就位，）。同前所述，如果第一个滚子在围齿区上就位，第二、第三第二、第三滚子由于链节距偏长就
33、会沿第一、滚子由于链节距偏长就会沿第一、第二第二.轮齿的工作面依次不断爬高，这种累计爬轮齿的工作面依次不断爬高，这种累计爬高量达到一定程度时，滚子会爬到齿顶圆上。如高量达到一定程度时，滚子会爬到齿顶圆上。如果链条继续伸长，当出现果链条继续伸长，当出现n n个轮齿上为了个轮齿上为了n+1n+1个个链节时也会发生跳齿。链节时也会发生跳齿。n nc)跳齿n n 前面讲到链条爬高和跳齿的几何因素，实际上链传动出现爬高以至于跳齿和其力学条件也是不可分的。如前所述在围齿区内有力的平衡点，链传动能处于正常工作状态，如果紧边张力不断增加，且不能在围齿区内衰减为零，那么，平衡点就会逐渐向松边方向移动，假如松边有
34、足够长度，铰链不但要爬高，而且接着就会跳齿。跳齿会使紧边突然松弛，又突然绷紧，产生剧烈冲击载荷，引发传动失效。n n n n试验表明，跳齿可能发生在从动轮上，也能发生在主动轮上，链节距偏短或偏长会导致链条铰链爬高、跳齿。有时即使是节距正确的新链条，在条件具备的情况下亦会发生爬高和跳齿。n nd)d)跳齿控制与防止跳齿控制与防止n n研究结果发现，产生跳齿的必要条件是：围齿区研究结果发现，产生跳齿的必要条件是：围齿区内没有力的平衡点；内没有力的平衡点；即：作用角大于摩擦角，即：作用角大于摩擦角，不具有自锁能力；松边垂度足够大，使得有可能不具有自锁能力；松边垂度足够大，使得有可能长出一个链节。长出
35、一个链节。n n控制和防止链传动跳链的方法有：控制松边垂度，控制和防止链传动跳链的方法有：控制松边垂度，必要时安装张紧装置并安放合理位置；增加啮合必要时安装张紧装置并安放合理位置；增加啮合包角（围齿区）使更多齿受力；合理设计链轮齿包角（围齿区）使更多齿受力；合理设计链轮齿形角，减小形角，减小 角的影响。尤其对升速传动、多轴传角的影响。尤其对升速传动、多轴传动及载荷波动较大的工况，应更加注意。（举出动及载荷波动较大的工况，应更加注意。（举出旋耕机链传动的案例）旋耕机链传动的案例）n n 第第第第3 3章章章章 滚子链条产品设计要点滚子链条产品设计要点滚子链条产品设计要点滚子链条产品设计要点1 1
36、 滚子链条的基本构成滚子链条的基本构成滚子链条的基本构成滚子链条的基本构成 a)a)链节链节 内链节、外链节、连接链节、过渡链节、内链节、外链节、连接链节、过渡链节、复合过渡链节和附件链节）复合过渡链节和附件链节）b)b)链板链板 内链板、外链板、连接链板、中链板、内链板、外链板、连接链板、中链板、直边链板、直边链板、“”“”字形链板、弯链板）字形链板、弯链板）c)c)销轴销轴 实心销轴、空心销轴、连接销轴、可拆销实心销轴、空心销轴、连接销轴、可拆销轴、带肩销轴轴、带肩销轴 d)d)套筒套筒 普通套筒、削边套筒普通套筒、削边套筒 e)e)滚子滚子 小滚子、大滚子、带边滚子小滚子、大滚子、带边滚
37、子 f)f)止锁件止锁件 弹性锁片、开口销、钢丝锁销弹性锁片、开口销、钢丝锁销n n2 2 链传动的失效分析链传动的失效分析链传动的失效分析链传动的失效分析n n 由于设计、制造、使用等方面的原因和差异，链由于设计、制造、使用等方面的原因和差异，链条和链轮的失效形式是多种多样的，归纳起来有条和链轮的失效形式是多种多样的，归纳起来有两种：正常失效，即链条或链轮达到与其使用寿两种：正常失效，即链条或链轮达到与其使用寿命；非正常失效是指在未达到预期使用寿命前的命；非正常失效是指在未达到预期使用寿命前的早期损坏报废。早期损坏报废。n n 2.1 2.1 正常失效形式正常失效形式n n a)a)链板疲劳
38、破坏链板疲劳破坏 中、低速传动、即使润滑条中、低速传动、即使润滑条件好，受交变载荷作用、经过一定循环次数，链件好，受交变载荷作用、经过一定循环次数，链板孔附近应力集中区域发生疲劳破坏；板孔附近应力集中区域发生疲劳破坏；b)滚子、套筒冲击疲劳破坏 链条铰链与轮齿啮入，由于多边形效应，滚子、套筒受到冲击载荷的作用。而且，随着链轮齿数的减少，啮入冲击相应增强。冲击依次由滚子、套筒、销轴到链板，滚子与套筒是薄壁件，在反复多次冲击能量作用下，就会发生冲击疲劳破坏。这种失效形式在高速闭式传动中比较多见；n n c)销轴与套筒间的胶合 链条铰链在于链轮轮齿啮入的过程中，组成铰链副的销轴、套筒之间要相对运动3
39、600/z,当传递载荷比较大，链轮转速达到一定高度时，铰链副的摩擦表面会严重发热，继而产生胶合现象。胶合是一种焊接现象，一旦发生铰链副表面相对运动受阻，轻则铰链副表面擦伤，重则能使销轴扭断或使轴或套在链板孔内转动，致使链条迅速失效；d)链条磨损 各元件工作中均会磨损，而导致失效的磨损主要是指销轴与套筒承压表面的磨损。磨损的后果是链条伸长，啮合状况变坏、易发生爬链、跳齿而产生冲击载荷，有损使用寿命。尤其对开式传动来讲，工作条件恶劣、润滑条件差，更是一种主要失效形式；n n 除以上几种主要失效形式外，还有链条静强度断裂、多次冲击破坏、链轮轮齿的磨损、压溃、塑变及断裂；n n 2.2 链传动的非正常
40、失效n n 由于链条制造质量差、安装精度低、使用不当及有些结构方面的问题，会产生众多不正常的失效，如：链条组成零件的材质和制造工艺不良；设计及装配不合理；安装误差大、链轮共面性差；张紧力、张紧位置等问题均会导致链传动非正常失效。实际上这些非正常失效都是可以通过采取适当的技术措施来减缓或避免的。n n对标准中给出的一些基本概念作以解释对标准中给出的一些基本概念作以解释对标准中给出的一些基本概念作以解释对标准中给出的一些基本概念作以解释；A A、B B 系列的区别系列的区别 A-A-美国标准（板厚相同、内外链板大小不同；美国标准（板厚相同、内外链板大小不同；B-B-英国标准；链板大小相同、板厚不同
41、）；抗拉载荷英国标准；链板大小相同、板厚不同）；抗拉载荷 B A;B A;其他其他没明显规律；没明显规律；链号与节距的关系链号与节距的关系 节距值节距值=链号链号*25.4/16 mm*25.4/16 mm；滚子直径滚子直径max max 互换性尺寸参数（与轮齿啮合）互换性尺寸参数（与轮齿啮合）;内链节内宽内链节内宽min min 互换性尺寸参数（保证与轮齿轴向宽度方向的间隙）互换性尺寸参数（保证与轮齿轴向宽度方向的间隙）;内链节外宽内链节外宽max max 保证内、外链节间的间隙（相互运动）；保证内、外链节间的间隙（相互运动）；外链节内宽外链节内宽min min 同上同上 销轴直径销轴直径
42、max max 保证强度、与套筒内径间的间隙；保证强度、与套筒内径间的间隙；套筒内径套筒内径 min min 保证与销轴外径间的间隙；保证与销轴外径间的间隙；内链板高度内链板高度max max 为外形限制尺寸；为外形限制尺寸；销轴全宽销轴全宽max max 与自锁件附加宽度与自锁件附加宽度maxmax为外形限制尺寸；为外形限制尺寸；n n3.1其他几何尺寸的确定n n a)链板腰部尺寸的确定_ 腰部尺寸=内链板高度-内板孔径n nb)滚子内径与套筒外径_ （滚子外径-套筒内径）/2n n或滚子的壁厚略大于套筒的壁厚n nc)链板厚度尺寸的确定 （链条的排距-内节内宽）/43.2 3.2 链长尺
43、寸链的计算链长尺寸链的计算n n用概率法解尺寸链用概率法解尺寸链 图图5 5链长尺寸链组成图链长尺寸链组成图 a)a)外链节节距分布范围计算外链节节距分布范围计算 套筒、滚子壁厚计算套筒、滚子壁厚计算 s=D/2+ecos s=D/2+ecos 偏心距按麦氏分布，偏心距按麦氏分布，按正态分布处理时引入均值偏移量按正态分布处理时引入均值偏移量系数和与正态分布差异程度系数。系数和与正态分布差异程度系数。=-0.28=-0.28、K=1.14K=1.14 b)b)内链节节距分布范围计算内链节节距分布范围计算 c)c)链长分布范围计算链长分布范围计算 计算举例计算举例 3.3 3.3 滚子链联结牢固度
44、的设计计算滚子链联结牢固度的设计计算 套筒与内链板、销轴与外链板采用过盈配合，套筒与内链板、销轴与外链板采用过盈配合，形成内外链节的框架。其承载能力取决联结牢固形成内外链节的框架。其承载能力取决联结牢固程度与联结零件的强度。通常过盈量增加、联结程度与联结零件的强度。通常过盈量增加、联结牢固度提高。牢固度提高。当载荷为轴向力时，零件间不发生相对滑动的条当载荷为轴向力时，零件间不发生相对滑动的条件为件为 dlpfF dlpfF 当载荷为扭矩时，零件间不发生相对滑动的条件当载荷为扭矩时，零件间不发生相对滑动的条件为为 dlpfd/2T dlpfd/2T 根据厚壁筒应力计算式得到配合过盈量根据厚壁筒应
45、力计算式得到配合过盈量。3.4 链条零件强度要求与材料选择原则 a)链板：交变载荷、拉力（静强度、疲劳 强度）-材料、热处理 b)套筒、滚子：冲击、磨损（表面硬心 部韧）-材料、热处理 c)销轴 剪应力和弯曲应力-材料、热处理3.5 3.5 链条关键制造工艺与质量链条关键制造工艺与质量 a)a)链板链板-冲裁冲裁 单一模、复合模、级进模、精冲、单一模、复合模、级进模、精冲、板外廓、孔的光亮带的意义；板外廓、孔的光亮带的意义；b)b)套筒套筒-卷制、冷挤卷制、冷挤 有缝（定向装配）、无缝；有缝（定向装配）、无缝；c)c)滚子滚子-冷镦、卷制；冷镦、卷制；d)d)销轴销轴-冷拔、无心磨、滚、倒角机
46、（有削加工和冷拔、无心磨、滚、倒角机（有削加工和无切削）；无切削）；d)d)热处理热处理-炉子周期型、连续型、工艺稳定性、炉子周期型、连续型、工艺稳定性、硬度差（人与机）；硬度差（人与机）；e)e)装配装配-定位精度、在线检验、定位精度、在线检验、f)f)材料采购与改制材料采购与改制-厂家、改制要求。厂家、改制要求。n n3.5 提高链条性能的途径n n n n预拉、抛丸、倾斜预拉、板孔挤压、套筒定向装配、异形套筒。n n第第4章章 链轮设计链轮设计n n n n近年来，链轮作为与链条配套使用的啮合偶件，随着各种传动、输送链条的大量应用，其产销量也大幅度增加。为了适应国内外市场需求的变化，目前
47、国内已从单件、小批量发展到了大批量的专业生产。从过去的维修配件已经转变到大批量出口、很具有竞争力的出口机械零部件。n n通常，链轮由三部分组成，齿圈、轮毂和轮辐。因为轮毂和轮辐属于通用机械设计部分，我们今天仅讲链轮的齿圈上的齿形部分（有些与齿轮的情况相同）。n n1 链轮的名词术语链轮的名词术语n n a)链轮分度圆 假想圆、能被链条基本节距等分的圆；n n b)链轮分度圆节距与链条基本节距相同，简称链轮节距；n nc)c)链轮齿顶圆链轮齿顶圆链轮外廓最大的圆；链轮外廓最大的圆；n nd)d)链轮齿根圆链轮齿根圆链轮齿槽底部的圆；链轮齿槽底部的圆；n ne e）链轮齿廓线）链轮齿廓线齿廓面与端
48、面的交线齿廓面与端面的交线n nf f）链轮作用角）链轮作用角链与轮接触点处的法线与链条中链与轮接触点处的法线与链条中心线的夹角；心线的夹角；n ng g）链轮齿形角）链轮齿形角n nh h）链轮齿廓工作段）链轮齿廓工作段n ni i）齿沟圆弧中心角）齿沟圆弧中心角n nj j）有效齿数）有效齿数n nk k）齿槽中心分离量）齿槽中心分离量n n2.1 2.1 链轮齿形设计原则链轮齿形设计原则链轮齿形设计原则链轮齿形设计原则n n 链轮应满足三个方面的要求，啮合要求、使用链轮应满足三个方面的要求，啮合要求、使用要求、工艺性和精度要求，因此必须遵循如下原要求、工艺性和精度要求，因此必须遵循如下原
49、则：则：n n a)a)链条能顺利啮入啮出；链条能顺利啮入啮出；n n b)b)具有足够容纳链条节距磨损伸长的能力，也具有足够容纳链条节距磨损伸长的能力，也是齿顶圆和齿形角的依据是齿顶圆和齿形角的依据n n c)c)具有合理的齿形角，如大，多齿受力、啮合具有合理的齿形角，如大，多齿受力、啮合冲击大、易跳齿；冲击大、易跳齿；n n d)d)工况适应性强；工况适应性强；n n e)e)加工工艺性好；加工工艺性好；n n2.2 2.2 齿形的选择齿形的选择n n 链传动基本属于非共轭啮合，对于不同的链条链传动基本属于非共轭啮合，对于不同的链条其齿的形状也可以设计成不同，仅以链子链为例其齿的形状也可以
50、设计成不同，仅以链子链为例各国就有一定的差异：各国就有一定的差异：n n 国际标准国际标准ISO606ISO606中没有规定具体的链轮齿形，中没有规定具体的链轮齿形，仅规定最大和最小的齿槽形状，给链轮齿廓设计仅规定最大和最小的齿槽形状，给链轮齿廓设计带来了很大的灵活性。通常，各国标准规定的齿带来了很大的灵活性。通常，各国标准规定的齿形均在两个极限齿槽形状之间。我国标准确定的形均在两个极限齿槽形状之间。我国标准确定的链轮齿形为三圆弧一直线即是如此，齿形特点是链轮齿形为三圆弧一直线即是如此，齿形特点是作用角随齿数增加而变大，齿数少作用角小，利作用角随齿数增加而变大，齿数少作用角小，利于链条张力衰减