..第6章鏈傳動本章提示：

鏈傳動由兩個鏈輪和繞在兩輪上的中間撓性件-----鏈條所組成。靠鏈條與鏈輪之間的嚙合來傳遞兩平行軸之間的運動和動力，屬于具有嚙合性質的強迫傳動。其中，應用最廣泛的是滾子鏈傳動。本章介紹了鏈傳動的工作原理、特點及應用圍；重點分析了鏈傳動的運動不均勻性〔即多邊形效應〕產生的原因和鏈傳動的失效形式；說明了功率曲線圖的來歷及使用方法；著重討論了滾子鏈傳動的設計計算方法及主要參數選擇；簡要介紹了齒形鏈的構造特點以及鏈傳動的潤滑和緊的方法。根本要求

1)．了解鏈傳動的工作原理、特點及應用

2)．了解滾子鏈的標準、規格及鏈輪構造特點。

3)．掌握滾子鏈傳動的設計計算方法。

4)．對齒形鏈的構造特點以及鏈傳動的布置、緊和潤滑等方面有一定的了解。6.1概述鏈傳動是由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環形鏈條所組成，見圖6.1，以鏈作中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運動和動力。在鏈傳動中，按鏈條構造的不同主要有滾子鏈傳動和齒形鏈傳動兩種類型：1．滾子鏈傳動滾子鏈的構造如圖6.2。它由鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。鏈傳開工作時，套筒上的滾子沿鏈輪齒廓滾動，可以減輕鏈和鏈輪輪齒的磨損。把一根以上的單列鏈并列、用長銷軸聯接起來的鏈稱為多排鏈，圖6.3為雙排鏈。鏈的排數愈多，承載能力愈高，但鏈的制造與安裝精度要求也愈高，且愈難使各排鏈受力均勻，將大大降低多排鏈的使用壽命，故排數不宜超過4排。當傳動功率較大時，可采用兩根或兩根以上的雙排鏈或三排鏈。為了形成鏈節首尾相接的環形鏈條，要用接頭加以連接。鏈的接頭形式見圖6.4。當鏈節數為偶數時采用連接鏈節，其形狀與鏈節一樣，接頭處用鋼絲鎖銷或彈簧卡片等止鎖件將銷軸與連接鏈板固定；當鏈節數為奇數時，那么必須加一個過渡鏈節。過渡鏈節的鏈板在工作時受有附加彎矩，故應盡量防止采用奇數鏈節。鏈條相鄰兩銷軸中心的距離稱為鏈節距，用p表示，它是鏈傳動的主要參數。滾子鏈已標準化，分為A、B兩種系列。A系列用于重載、高速或重要傳動；B系列用于一般傳動。表6.1列出了局部滾子鏈的根本參數和尺寸。2．齒形鏈傳動齒形鏈傳動是利用特定齒形的鏈板與鏈輪相嚙合來實現傳動的。齒形鏈是由彼此用鉸鏈聯接起來的齒形鏈板組成〔圖6.5〕，鏈板兩工作側面間的夾角為600，相鄰鏈節的鏈板左右錯開排列，并用銷軸、軸瓦或滾柱將鏈板聯接起來。按鉸鏈構造不同，分為圓銷鉸鏈式、軸瓦鉸鏈式和滾柱鉸鏈式三種，見圖6.5b。與滾子鏈相比，齒形鏈具有工作平穩、噪聲較小、允許鏈速較高、承受沖擊載荷能力較好和輪齒受力較均勻等優點；但構造復雜、裝拆困難、價格較高、重量較大并且對安裝和維護的要求也較高。6.2滾子鏈鏈輪的構造設計1.鏈輪的齒形鏈輪齒形必須保證鏈節能平穩自如地進入和退出嚙合，盡量減少嚙合時的鏈節的沖擊和接觸應力，而且要易于加工。常用的鏈輪端面齒形見圖6.6。它是由三段圓弧aa、ab、cd和一段直線bc構成，簡稱三圓弧-直線齒形。齒形用標準刀具加工，在鏈輪工作圖上不必繪制端面齒形，只需在圖上注明"齒形按3RGB1244-85規定制造"即可，但應繪制鏈輪的軸面齒形，見圖6.7，其尺寸參閱有關設計手冊。工作圖中應注明節距p、齒數z、分度圓直徑d〔鏈輪上鏈的各滾子中心所在的圓〕、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑df。其計算公式為2.鏈輪構造圖6.8為幾種常用的鏈輪構造。小直徑鏈輪一般做成整體式〔圖6.8a〕，中等直徑鏈輪多做成輻板式，為便于搬運、裝卡和減重，在輻板上開孔〔圖6.8b〕，大直徑鏈輪可做成組合式〔圖6.8c，d〕，此時齒圈與輪芯可用不同材料制造。3.鏈輪材料鏈輪材料應保證輪齒有足夠的強度和耐磨性，故鏈輪齒面一般都經過熱處理，使之到達一定硬度。常用材料見表6.2。6.3鏈傳開工作情況分析6.3.1鏈傳動的運動分析1．鏈傳動的運動不均勻性鏈條進入鏈輪后形成折線，因此鏈傳動的運動情況和繞在正多邊形輪子上的帶傳動很相似，見圖6.9。邊長相當于鏈節距p，邊數相當于鏈輪齒數z。鏈輪每轉一周，鏈移動的距離為zp，設z1、z2為兩鏈輪的齒數，p為節距〔mm〕，n1、n2為兩鏈輪的轉速〔r/min〕，那么鏈條的平均速度v〔m/s〕為v=z1pn1/60*1000=z2pn2/60*1000(6.4)由上式可得鏈傳動的平均傳動比i=n1/n2=z2/z1(6.5)事實上，鏈傳動的瞬時鏈速和瞬時傳動比都是變化的。分析如下：設鏈的緊邊在傳動時處于水平位置，見圖6.9。設主動輪以等角速度ω1轉動，那么其分度圓周速度為R1ω1。當鏈節進入主動輪時，其銷軸總是隨著鏈輪的轉動而不斷改變其位置。當位于β角的瞬時，鏈水平運動的瞬時速度等于銷軸圓周速度的水平分量。即鏈速vv=cosβR1ω1(6.6)角的變化圍在±φ1/2之間，φ1=360。/z1。當β=0時，鏈速最大，vmax=R1ω1；當β=±φ1/2時，鏈速最小，vmin=R1ω1cos(φ1/2)。因此，即使主動鏈輪勻速轉動時，鏈速v也是變化的。每轉過一個鏈節距就周期變化一次，見圖6.10。同理，鏈條垂直運動的瞬時速度v`=R1ω1sinβ也作周期性變化，從而使鏈條上下抖動。從動鏈輪由于鏈速v≠常數和γ角的不斷變化〔圖6.9〕，因而它的角速度ω2=v/R2cosγ也是變化的。

鏈傳動比的瞬時傳動比i為i=ω1/ω2=R2cosγ/R1cosβ(6.7)

顯然，瞬時傳動比不能得到恒定值。因此鏈傳開工作不穩定。2．鏈傳動的動載荷鏈傳動在工作時產生動載荷的主要原因是：(1)鏈速和從動鏈輪角速度周期性變化，從而產生了附加的動載荷。鏈的加速度愈大，動載荷也將愈大。鏈的加速度為可見，鏈輪轉速愈高、鏈節距愈大、鏈輪齒數愈少，動載荷都將增大。2)鏈沿垂直方向分速度也作周期性地變化，使鏈產生橫向振動，這也是鏈傳動產生動載荷的原因之一。(3)鏈節進入鏈輪的瞬時，鏈節與鏈輪輪齒以一定的相對速度嚙合，鏈與輪齒將受到沖擊，并產生附加動載荷。如圖6.11所示，根據相對運動原理，把鏈輪看作靜止的，鏈節就以角速度-w進入輪齒而產生沖擊。這種現象，隨著鏈輪轉速的增加和鏈節距的加大而加劇。使傳動產生振動和噪聲。(4)假設鏈緊不好、鏈條松弛，在起動、制動、反轉、載荷變化等情況下，將產生慣性沖擊，使鏈傳動產生很大的動載荷。由于鏈傳動的動載荷效應，鏈傳動不宜用于高速。6.3.2鏈傳動的受力分析安裝鏈傳動時，只需不大的緊力，主要是使鏈松邊的垂度不致過大，否那么會產生顯著振動、跳齒和脫鏈。假設不考慮傳動中的動載荷，作用在鏈上的力有：圓周力〔即有效拉力〕F、離心拉力FC和懸垂拉力Fy。如下圖。鏈在傳動中的主要作用力有：〔1〕鏈的緊邊拉力為F1=F+FC+Fy〔N〕〔6.8〕

〔2〕鏈的松邊拉力為F2=FC+Fy〔N〕〔6.9〕〔3〕圍繞在鏈輪上的鏈節在運動中產生的離心拉力FC=qv2〔N〕〔6.10〕

式中：q為鏈的每米長質量，Kg/m，見表6.1；

v為鏈速m/s。〔4〕懸垂拉力

可利用求懸索拉力的方法近似求得Fv=Kvqga〔N〕〔6.11〕

式中：a為鏈傳動的中心距，m；

g為重力加速度，g=9.81m/s2；

Kv為下垂量y=0.02a時的垂度系數，與安裝角β有關〔圖6.12〕，見表6.3。鏈作用在軸上的壓力FQ可近似地取為FQ=(1.2~1.3)F，有沖擊和振動時取大值。6.4滾子鏈傳動的設計計算6.4.1滾子鏈傳動的主要失效形式鏈傳動的主要失效形式有以下幾種：〔1〕鏈板疲勞破壞鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復作用下，經過一定的循環次數，鏈板會發生疲勞破壞。正常潤滑條件下，疲勞強度是限定鏈傳動承載能力的主要因素。〔2〕滾子套筒的沖擊疲勞破壞鏈傳動的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復屢次的沖擊下，經過一定的循環次數，滾子、套筒會發生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發生于中、高速閉式鏈傳動中。〔3〕銷軸與套筒的膠合潤滑不當或速度過高時，銷軸和套筒的工作外表會發生膠合。膠合限定了鏈傳動的極限轉速。〔4〕鏈條鉸鏈磨損鉸鏈磨損后鏈節變長，容易引起跳齒或脫鏈。開式傳動、環境條件惡劣或潤滑密封不良時，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命。〔5〕過載拉斷這種拉斷常發生于低速重載或嚴重過載的傳動中。6.4.2滾子鏈傳動的額定功率曲線〔1〕極限傳動功率曲線在一定使用壽命和潤滑良好條件下，鏈傳動的各種失效形式的極限傳動功率曲線如圖6.13所示。曲線1是在正常潤滑條件下，鉸鏈磨損限定的極限功率；曲線2是鏈板疲勞強度限定的極限功率；曲線3是套筒、滾子沖擊疲勞強度限定的極限功率；曲線4是鉸鏈膠合限定的極限功率。圖中陰影局部為實際使用的區域。假設潤滑不良、工況環境惡劣時，磨損將很嚴重，其極限功率大幅度下降，如圖中虛線所示。〔2〕許用傳動功率曲線為防止出現上述各種失效形式，圖6.14給出了滾子鏈在特定試驗條件下的許用功率曲線。試驗條件為：z1＝19、鏈節數Lp＝100、單排鏈水平布置、載荷平穩、工作環境正常、按推薦的潤滑方式潤滑、使用壽命15000h；鏈條因磨損而引起的相對伸長量Δp/p不超過3%。當實際使用條件與試驗條件不符時，需作適當修正，由此得鏈傳動的計算功率應滿足以下要求式中P0--許用傳遞功率〔kW〕，由圖6.14查取；

P--名義傳遞功率〔kW〕；

KA--工作情況系數，見表6.4。

KZ--小鏈輪齒數系數，見表6.5，當工作點落在圖6.14某曲線頂點左側時〔屬于鏈板疲勞〕，查表中，當工作點落在某曲線頂點右側時〔屬于滾子、套筒沖擊疲勞〕查表中；

KL--鏈長系數，根據鏈節數，查表6.6；

Kp--多排鏈系數，查表6.7。6.4.3滾子鏈傳動的設計步驟和傳動參數選擇〔1〕傳動比i鏈的傳動比一般≤8，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允許到10。如傳動比過大，那么鏈包在小鏈輪上的包角過小，嚙合的齒數太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現跳齒，破壞正常嚙合。通常包角最好不小于120。，推薦傳動比i=2~3.5。〔2〕鏈輪齒數z1和z2首先應合理選擇小鏈輪齒數z1。小鏈輪齒數不宜過少，過少時，傳動不平穩、動載荷及鏈條磨損加劇，摩擦消耗功率增大，鉸鏈的比壓加大及鏈的工作拉力增大。但是z1不能太大，因為z1大，z2更大，不僅增大傳動尺寸，而且鉸鏈磨損后容易引起脫鏈，將縮短鏈的使用壽命。因為假設鏈條的鉸鏈發生磨損，將使鏈條節距變長、鏈輪節圓d`向齒頂移動〔圖6.15〕。節距增長量Δp與節圓外移量Δd`的關系，可由式(6.1)導出：由此可知Δp一定時，齒數越多節圓外移量Δd`就越大，也越容易發生跳齒和脫鏈現象。

滾子鏈的小鏈輪齒數按表6.8推薦圍選擇。大鏈輪齒數z2按z2=iz1確定，一般應使z2≤120。

在選取鏈輪齒數時，應同時考慮到均勻磨損的問題。由于鏈節數最好選用偶數，所以鏈輪齒數最好選質數或不能整除鏈節數的數。〔3〕鏈速和鏈輪的極限轉速鏈速的提高受到動載荷的限制，所以一般最好不超過12m/s。鏈輪的最正確轉速和極限轉速可參看圖6.14。圖中接近于最大許用傳動功率時的轉速為最正確轉速，功率曲線右側豎線為極限轉速。

〔4〕鏈節距鏈節距愈大，鏈和鏈輪齒各部尺寸也愈大，鏈的拉曳能力也愈大，但傳動的速度不均勻性、動載荷、噪聲等都將增加。因此設計時，在承載能力足夠的條件下，應選取較小節距的單排鏈，高速重載時，可選用小節距的多排鏈。〔5〕鏈的長度和中心距假設鏈傳動中心距過小，那么小鏈輪上的包角也小，同時嚙合的鏈輪齒數也減少；假設中心距過大，那么易使鏈條抖動。一般可取中心距a=(30~50)p，最大中心矩amax≤80p。

鏈的長度常用鏈節數Lp表示。按帶傳動求帶長的公式可導出式中a--鏈傳動的中心矩。

由此算出的鏈的節數，必須圓整為整數，且最好為偶數。然后根據圓整后的鏈節數用下式計算實際中心矩：為了便于安裝鏈條和調節鏈的緊程度，一般中心距設計成可以調節的。假設中心距不能調節而又沒有緊裝置時，應將計算的中心距減小2~5mm。這樣可使鏈條有小的初垂度，以保持鏈傳動的緊。(7)主要尺寸〔略〕6.5鏈傳動的布置、緊和潤滑6.5.1鏈傳動的布置為使鏈傳動能工作正常，應注意其合理布置，布置的原那么簡要說明如下：〔1〕兩鏈輪的回轉平面應在同一垂直平面，否那么易使鏈條脫落和產生不正常的磨損。〔2〕兩鏈輪中心連線最好是水平的，或與水平面成以下的傾角，盡量防止垂直傳動，以免與下方鏈輪嚙合不良或脫離嚙合。〔3〕常見合理布置形式參見表6.9。6.5.2鏈傳動的緊鏈傳動中如松邊垂度過大，將引起嚙合不良和鏈條振動，所以鏈傳動緊的目的和帶傳動不同，緊力并不決定鏈的工作能力，而只是決定垂度的大小。緊的方法很多，最常見的是移動鏈輪以增大兩輪的中心矩。但如中心距不可調時，也可以采用緊輪緊，見圖6.16a、b。緊輪應裝在靠近主動鏈輪的松邊上。不管是帶齒的還是不帶齒的緊輪，其分度圓直徑最好與小鏈輪的分度圓直徑相近。此外還可以用壓板或托板緊〔圖6.16c、d〕。特別是中心距大的鏈傳動，用托板控制垂度更為合理。6.5.3鏈傳動的潤滑鏈傳動的潤滑至關重要。合宜的潤滑能顯著降低鏈條鉸鏈的磨損，延長使用壽命鏈傳動的潤滑方法可根據圖6.17選取。通常有四種潤滑方式：Ⅰ-人工定期用油壺或油刷給油；Ⅱ-滴油潤滑，用油杯通過油管向松邊外鏈板間隙處滴油；Ⅲ-油浴潤滑或飛濺潤滑，采用密封的傳動箱體，前者鏈條及鏈輪一局部浸入油中，后者采用直徑較大的甩油盤濺油；Ⅳ-油泵壓力噴油潤滑，用油泵經油管向鏈條連續供油，循環油可起潤滑和冷卻的作用。鏈傳動使用的潤滑油運動粘度在運轉溫度下約為20～40mm2/s。只有轉速很慢又無法供油的地方，才可以用油脂代替。小結

1．鏈傳動屬于嚙合傳動，能獲得準確的平均傳動比，又能實現較大中心距的傳動。由于剛性鏈節在鏈較上呈多邊形分布，引起瞬時傳動比周期性變化和嚙合時的沖擊，因而其傳動平穩性差。

2．鏈傳動運動不均勻及剛性鏈節嚙入鏈輪齒間時引起的沖擊，必然要引起動載荷。當鏈嚙入鏈輪齒間時，就會形成不斷的沖擊、振動和噪聲，這種現象稱為"多邊形效應"。鏈的節距越大，鏈輪轉速越高，"多邊形效應"就越嚴重。在設計時，必須對鏈速加以限制。此外，選取小節距的鏈條，也有利于降低鏈傳動的運動不均勻性及動載荷。

3．鏈傳動的設計計算通常是根據所傳遞的功率P、工作條件、鏈輪轉速n1、n2等，選定鏈輪齒數z1、z2，確定鏈的斬草除根距、列數、傳動中心距、鏈輪構造、材料、潤滑方式等。

(1〕合理選定鏈輪齒數是設計中的一項重要任務。小鏈輪齒數z1選得過少時，多邊形效應增強，速度變化率急劇增加，故限定鏈輪最小齒數zmin=9。選得多一些，一般來說對傳動有利，但假設選提太多，那么大鏈輪齒數z2將更多，不僅增大了傳動尺寸和重量，而且還會由于鏈節距磨損伸長，易使鏈條從鏈輪上脫落，縮短鏈條使用壽命，故常取z2max=120。

〔2〕鏈節距P已標準化。它不僅反映了鏈條和鏈輪各局部尺寸的大小，而且是決定鏈傳動承載能力的重要參數之一。為了使構造緊湊、傳動平穩，盡可能選用較小節距的單列鏈；速度小而功率大時，可選用小節距的多列鏈。滾子鏈鏈輪的構造設計1.鏈輪的齒形鏈輪齒形必須保證鏈節能平穩自如地進入和退出嚙合，盡量減少嚙合時的鏈節的沖擊和接觸應力，而且要易于加工。常用的鏈輪端面齒形見圖12.6。它是由三段圓弧aa、ab、cd和一段直線bc構成，簡稱三圓弧一直線齒形。齒形用標準刀具加工，在鏈輪工作圖上不必繪制端面齒形，只需在圖上注明"齒形按3RGBT1244-1985規定制造"即可，但應繪制鏈輪的軸面齒形，見圖12.7，其尺寸參閱有關設計手冊。工作圖中應注明節距p、齒數z、分度圓直徑d〔鏈輪上鏈的各滾子中心所在的圓〕、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑df。其計算公式為鏈輪材料鏈輪材料應保證輪齒有足夠的強度和耐磨性，故鏈輪齒面一般都經過熱處理，使之到達一定硬度。常用材料見表12.2。12.3鏈傳開工作情況分析12.3.1鏈傳動的運動分析1．鏈傳動的運動不均勻性 鏈條進入鏈輪后形成折線，因此鏈傳動的運動情況和繞在正多邊形輪子上的帶傳動很相似，見圖12.9。邊長相當于鏈節距p，邊數相當于鏈輪齒數z。鏈輪每轉一周，鏈移動的距離為z