链条传动

2.5链传动

2.5.1 链传动概述

链传动由两个链轮和绕在两轮上的中间挠性件——链条所组成。靠链条与链轮之间的啮合来传递两平行轴之间的运动和动力，属于具有啮合性质的强迫传动。其中，应用最广泛的是滚子链传动。

图链传动简图图链条实物

与带传动、齿轮传动相比，链传动的主要特点是：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=0.95～0.98）；链条不需要象带那样张得很紧，所以压轴力较小；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。但链传动也有一些缺点：瞬时链速和瞬时传动比不为常数，工作中有冲击和噪声，磨损后易发生跳齿，不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。

图滚子链结构

滚子链由内链板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3与套筒4、滚子5与套筒4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。

链传动的使用范围是：传动功率一般为100kW以下，效率在0.92～0.96之间，传动比i不超过7，传动速度一般小于15m/s。

滚子链是标准件，其主要参数是：

链节距p，它是指链条上相邻两销轴中心间的距离。

GB1243.1-83规定滚子链分A、B两个系列。表中的链号数乘以25.4/16即为节距值，表中的链号与相应的国际标准一致。

滚子链的标记方法为：

链号-排数×链节数，标准编号。例如16A-1×80 GB1243.1-83，即为按本标准制造的A系列、节距25.4mm、单排、80节的滚子链。

链条除了接头和链节外，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，所以链节数最好为偶数。

表滚子链的规格及主要参数(摘自GB1243.1-83)

注：（1）极限拉伸载荷也可用kgf表示，取1kgf=9.8N；

（2）过渡链节的极限拉伸载荷按0.8Q计算。

把一根以上的单列链并列、用长销轴联接起来的链称为多排链，链的排数愈多，承载能力愈高，但链的制造与安装精度要求也愈高，且愈难使各排链受力均匀，将大大降低多排链的使用寿命，故排数不宜超过4排。当传动功率较大时，可采用两根或两根以上的双排链或三排链。

为了形成链节首尾相接的环形链条，要用接头加以连接。链的接头形式见图12.4。当链节数为偶数时采用连接链节，其形状与链节相同，接头处用钢丝锁销或弹簧卡片等止锁件将销轴与连接链板固定；当链节数为奇数时，则必须加一个过渡链节。过渡链节的链板在工作时受有附加弯矩，故应尽量避免采用奇数链节。

图链接头

链轮齿形必须保证链节能平稳自如地进入和退出啮合，尽量减少啮合时的链节的冲击和接触应力，而且要易于加工。

常用的链轮端面齿形见下图所示。它是由三段圆弧aa 、ab、cd和一段直线bc构成，简称三圆弧一直线齿形。齿形用标准刀具加工，在链轮工作图上不必绘制端面齿形，只需在图上注明“齿形按3R GBT 1244-1985规定制造”即可，但应绘制链轮的轴面齿形，见图，其尺寸参阅有关设计手册。工作图中应注明节距p 、齿数z 、分度圆直径d （链轮上链的各滚子中心所在的圆）、齿顶圆直径da、齿根圆直径df 。

图滚子链链轮端面齿形图滚子链轴面齿形

2.5.2 单排小链轮设计

根据表2-1和表2-2得到小链轮的设计数据：齿数Z1=19、分度圆直径d=77.16、分度圆舷高取3、齿根圆直径df=69.21、齿侧凸缘直径dg=62.79、选用08 A型链条，链条节距P=12.7、滚子最大外径dr=7.95、内链节内宽最小7.85。

表2-1链轮设计参数

表2-2链轮设计数据

（1）建立新文件。单击标准工具栏上的“新建”图标按钮→“零件”→“确定”。

（2）绘制草图1。从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。

用“圆”工具绘制出三个同心圆，圆心与原点重合。用“构造几何线”工具将三

个转换成构造线，如图2-1所示。用“中心线”工具绘制出三条直线，他们的起点都与原点重合，终点都与圆重合，右边的一条竖直约束，如图2-2所示。用“添加几何关系”工具，将图2-3中箭头所指的二个点和直线作“对称”约束。用“中心线”工具绘制三条直线，他们的起点终点都落在圆上，右边的直线作水平约束，如图2-4所示。用“添加几何关系”工具，将图2-5中箭头所指的二条直线作“垂直”约束。用“添加几何关系”工具，将图2-6中箭头所指的二条直线作“相等”约束。用“添加几何关系”工具，将图2-7中箭头所指的二条直线作“垂直”约束。用“智能尺寸”工具标注出如图2-48所示的角度尺寸，在尺寸修改框中输入360/19，然后单击确定按钮。

图2-1绘制草图1图2-2绘制三条构造线图2-3加入对称约束

图2-4绘制三条构造线图2-5加入垂直约束图2-6加入相等约束

图2-7加入垂直约束图2-8标注角度尺寸

用“智能尺寸”工具标注出如图2-9所示的尺寸。用“圆”工具绘制出一个圆，圆心落在直线的端点上，如图2-10所示。用“添加几何关系”工具，将图2-10中箭头所指的二个圆作“相切”约束。用“三点弧”工具，绘制出一条圆弧，起点落在直线的端点上，终点落在圆上，如图2-11所示。用“添加几何关系”工具，将图2-11中箭头所指的圆弧和点作“重合”约束。用“添加几何关系”工具，将图2-12中箭头所指的圆和圆弧作“相切”约束。

图2-9标注尺寸图2-10绘制圆

图2-11加入重合约束图2-12加入相切约束

图2-13镜向草图图2-14修剪草图选择图2-13中箭头所指的圆弧和直线，选择时按住“Ctrl”键，然后在工具栏中单击“镜向”工具，将选中的草图镜向。用“剪裁实体”工具修剪圆，修剪后的草图如图2-14所示。用“三点弧”工具，绘制出一条圆弧，圆弧的起点和落点分别落在尺寸11直线的两端点上，如图2-15所示。用“智能尺寸”工具标注出分度圆的直径从动尺寸77.16，标注出齿顶圆的直径从动尺寸83.16，这个数值在85.08到80.84之间，符合设计要求。标注链条滚子的最大外径从动尺寸7.95，这个尺寸不能小于7.95。如图2-16所示。单击图标退出绘制草图。

图2-15绘制图弧图2-16标注从动尺寸

图2-12绘制草图2图2-13镜向草图图2-14标注尺寸

（3）绘制草图2。从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。用“中心线”工具绘制出一条竖线和三线水平线，竖线的起点与原点重合，上面二水

平线的右端点与竖线重合，下面一条水平线的左端点与原点重合。用“直线”工具绘制出二条水平线和一条竖线，上面一条水平线右端点与竖线端点重合，下面一条水平线右端点与原点重合，左端点与竖线下端点重合。如图2-12所示。选择刚画的二条水平线和一条竖线再加一条中心线，选择时按住“Ctrl”键，然后在工具栏中单击“镜向”

工具，将选中的草图镜向。如图2-13所示。用“智能尺寸”工具标注出如图2-14所示的尺寸。

图2-15标注尺寸图2-16绘制二条圆弧用“智能尺寸”工具标注出如图2-15所示的尺寸。用“三点弧”工具，绘制出二条圆弧，他们的起点和终点分别落在直线的端点上，如图2-16所示。用“添加几何关系”工具，将图2-17中箭头所指圆弧和点作“重合”约束。用“添加几何关系”

工具，将图2-18中箭头所指的二条圆弧作“相切”约束。绘制好的的草图2如图2-19所示。注意尺寸7.5，这个尺寸不能大于内链节内宽值7.85。单击图标退出绘制草图。

图2-17加入重合约束图2-18加入相切约束

（4）建立“旋转1”。在特征管理器中选择草图2，然后在特征工具栏中单击“旋转”图标，系统弹出“旋转”属性管理器，在“旋转轴”输入框中输入水平构造线

作为旋转轴，在“旋转类型”选择框中选择“单向”，在“角度”输入框中输入360，其它采用默认设置如图2-20所示。单击“确定”图标按钮完成建模。

图2-19镜向草图

图2-20旋转属性管理器

图2-21切除拉伸1属性管理器

（5）建立“拉伸切除1”。在特征管理器选择草图1，然后在特征工具栏中单击“拉伸切除”图标，系统弹出“拉伸切除”属性管理器，在“方向1”栏的“终止条件”选择框中选择“两侧对称”，在“深度”输入框中输入20，其它采用默认设置，如图图2-21所示。单击“确定”图标按钮完成建模。

（6）建立“圆周阵列”。将特征尺寸显示出来。在特征工具栏中单击“圆周阵列”

图标，系统弹出“圆周阵列”属性管理器，在“旋转轴”输入框中单击，输入框变成红色，在绘图区选择角度尺寸18.9，勾选“等间距”选项，在“阵列数”输入框中输入19，在“要阵列的特征”输入框中单击，输入框变成红色，在绘图区展开特征树选择“切除拉伸1”特征，其它采用默认设置。如图2-22所示。单击“确定”图标按钮完成圆周阵列。

图2-22圆周阵列属性管理器

图2-23绘制草图3图2-24加入相切约束图2-25标注尺寸

（7）绘制草图3。从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。用“圆”工具绘制出一个圆，圆心与原点重合。用“矩形”工具绘制出一个矩形。用“中心线”工具绘制出一条水平线，水平线的起点和终点分别落在矩形竖边的中点上。如图2-23所示。用“添加几何关系”工具，将图2-24中箭头所指的水平线和圆

作“相切”约束。用“智能尺寸”工具标注出如图2-25所示的尺寸。单击图标退出绘制草图。

图2-26切除拉伸2属性管理器

（8）建立“拉伸切除2”。在特征管理器选择草图3，然后在特征工具栏中单击“拉伸切除”图标，系统弹出“拉伸切除”属性管理器，在“方向1”栏的“终止条件”选择框中选择“两侧对称”，在“深度”输入框中输入20，单击“所选轮廓”

输入框，输入框变成红色，将鼠标移到圆轮廓上单击选中，再将鼠标移到矩形轮廓上单击选中。其它采用默认设置，如图图2-26所示。单击“确定”图标按钮完成建模。

图2-27倒角属性管理器

（9）建立“倒角”。在特征工具栏中单击“倒角”图标，系统弹出“倒角”属性管理器，在“倒角参数”输入框中输入模型的8条边。选择倒角类型为“角度距离”，在“距离1”输入框中输入1，在“角度”输入框中输入45，其它采用默认设置如图2-27所示。单击“确定”图标按钮。

图2-28圆角属性管理器

图2-29建好的小链轮模型

（10）建立“圆角”。在特征工具栏中单击“圆角”图标，系统弹出“圆角”属性管理器，选择“圆角类型”为“等半径”，在“圆角半径”输入框中输入0.5，在“边线、面、特征和环”输入框中输入模型的二条边，其它采用默认设置如图2-28所示。单击“确定”图标按钮。建好的小链轮模型如图2-29所示。

2.5.3 单排大链轮设计

根据表2-1和表2-2得到大链轮的设计数据：齿数Z1=57、分度圆直径d=230.54、分度圆舷高取3.5、齿根圆直径df=222.59、齿侧凸缘直径dg=216.88、选用08 A型链条，链条节距P=12.7、滚子最大外径dr=7.95、内链节内宽最小7.85。

（1）建立新文件。单击标准工具栏上的“新建”图标按钮→“零件”→“确定”。

（2）绘制草图1。从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。草图1的绘制方法和小链轮草图1绘制方法相同。在这里只说明一下不同的地方，标注角度尺寸时在弹出的修改尺寸对话框中输入360/57，如图2-30所示。分度圆舷高的尺寸为3.5，标注出三个从动尺寸：7.95，要求这个尺寸不能大于7.95，这是链条滚子的最大外径。分度圆尺寸230.54，齿顶圆尺寸237.54（要求在238.47到234.93之间），符合设计要求。如图2-31所示。单击图标退出绘制草图。

图2-30标注角度尺寸

图2-31绘制好的草图1

（3）绘制草图2。从特征管理器中选择→→，进入草图绘制界面。草图2的绘制方法与小链轮草图2的绘制方法相同在这里不再叙述。用“智能尺寸”

工具标注出如图2-32所示的尺寸。单击图标退出绘制草图。

图2-32绘制好的草图2

（4）建立“旋转1”。其方法和小链轮一样。

（5）建立“切除拉伸1”。参照小链轮建模。

（6）建立“圆周阵列”。将特征尺寸显示出来。在特征工具栏中单击“圆周阵列”

图标，系统弹出“圆周阵列”属性管理器，在“旋转轴”输入框中单击，输入框变成红色，在绘图区选择角度尺寸6.3，勾选“等间距”选项，在“阵列数”输入框中输入57，在“要阵列的特征”输入框中单击，输入框变成红色，在绘图区展开特征树选择“切除拉伸1”特征，其它采用默认设置。如图2-33所示。单击“确定”图

标按钮完成圆周阵列。

图2-33圆周阵列属性管理器

（7）绘制“草图3”。方法和绘制小链轮草图3一样。

（8）建立“切除拉伸2”。参照小链轮建模。

（9）建立“倒角1”。参照小链轮建模。

（10）建立“圆角1”。参照小链轮建模。

建好的大链轮模型如图2-34所示。图2-35是链轮的标注。

图2-34建好的大链轮模型

图2-35链轮的标注

2.5.4 链条的建模

滚子链的结构由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。在SolidWorks中，分别将这几个零件单独建立模型，然后再进行装配。

如图所示，新建零件，在前视面上绘制图示草图，根据08 A型链条，链条节距P=12.7mm。建立拉伸特征。拉伸高度为1mm，得到内链板零件。

图内链板拉伸草图图建立拉伸特征

依次绘制外链板，销轴，套筒和滚子等零件，这些零件的建模过程比较简单，均采用拉伸特征即可。在此略过介绍建模过程。零件尺寸可以查阅相关机械手册。

图导入装配体环境

新建一个装配体文件，导入两套零件（即组成一个链节）。“内链板”与“外链板”的相应孔为同轴心装配关系。在本例中，利用SolidWorks 2006新增加的宽度配合，能够使各个零件的装配更为便捷。如图所示。滚子位于两块内链板的中间对称位置，选择两块内链板面作为“要配合的实体面”，滚子的两个端面作为“标签面”。

图建立宽度配合图装配好的链节

装配好的单个链节如图所示。部分关键尺寸见图。

图部分关键尺寸

下面介绍链条的整体装配。

链条的整体装配需要很高的精度，将所有的链节导入装配体环境后，整个机构具有大量自由度，各个链节的空间位置不容易控制。此时可以采用导入一个辅助零件帮助链节的定位。

如图所示新建一个零件，在前视面上绘制草图，这个草图的尺寸按照实际链条装配后的运动轨迹而得，注意执行“套合样条”的命令，使所有的圆弧段组成一条样条曲线。拉伸之后得到一个单面。按照设计要求，链条的滚子沿着这条轨迹进行运动。

图绘制草图图拉伸曲面

新建一个装配体。导入该“链条轨迹”零件，将其设置为固定。导入一个“链节”子装配体。将链节子装配体的前视面和新建装配体的前视面设置为重合。

打开“销轴”零件，在“销轴”的端面绘制一个草图点。如图所示。这个点的位置位于端面圆的圆心。点在拉伸曲面上，通过设置“点重合在面上”的装配关系，能够使“链节”良好地进行定位。

图面面重合图绘制点草图

转入装配体环境。选择“销轴”上的草图点与“链条轨迹”的拉伸曲面，设置其为“重合”的装配关系。这样，各个链节的空间位置就能根据设计要求来确定。此时若用鼠标拖动各个链节，可以看到链节沿着既定的轨迹进行移动。

图设置重合的装配关系

注意，在设置点与面重合的装配关系之前，还需要将“链节”子装配体设置为灵活，即使原先装配体中存在的自由度仍然有效。

右键单击装配体设计树中的“滚子链节”，选择“零部件属性”，在弹出的对话框中，如图所示，选择求解为“灵活”。设计树中“滚子链节”前的图标也变为。如图所示。

图灵活子装配体图设计树中的图标变化

在装配体中导入所有的“链节”，按照同样的方法进行装配。装配完成的链条如图所示。在装配的过程中，必要时可以将部分装配关系进行压缩，以减少程序的计算量。

图链条整体

装配完成后的链条如图所示。在本例中，省去了链节头的制作。

图装配完成的链条

链条的整体装配关系较为复杂，本例中采取了导入全部链节进行装配，这种方式要求计算机具有较高的硬件配置，且操作比较繁复。容易出现装配关系过定义的情况。

在建模过程中，对于这类标准件，可以忽略链条的一些细节。装配链节中的部分零部件可以整合在一起，例如套筒和销轴，或者也可以将链条作为一个零件，在绘制一个链节单元后，采用曲线阵列的方法，对此有兴趣的读者可以自行尝试。