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第四节 滚子链传动的设计计算

链是标准件，因而链传动的设计计算主要是根据传动要求选择链的类型、决定链的型号、合理地选择参数、链轮设计、确定润滑方式等。

一、链运动的主要失效形式

1．铰链磨损

链节在进入和退出啮合时，相邻链节发生相对转动，因而在铰链的销轴与套筒间有相对转动动，引起磨损，使链的实际节距变长，啮合点沿链轮齿高方向外移。当达到一定程度后，就会破坏链与链轮的正确啮合，导致跳齿或脱链，使传动失效。

链条磨损后节距变长的情况如图8–12a 所示。图中D p 为链节距的平均伸长量。铰链磨损后实际上只是外链节节距伸长了2D p ，即p 2=p +2D p 。而内链节距是不变的，即p 1=p 。 如图8–12b 所示，可知链轮节圆直径的增量为D d =D p /sin(180°/z )。由此可见，若D p 一定（通常许用伸长率D p /p ≤3%），则D d 随链轮齿数z 的增多而增大。因此，为了保证链的使用寿命，不致过早产生跳齿或脱链，除应满足规定的润滑状态外，还有必要限制链轮的最大齿数。

a)

b)

图8–12 链条磨损

铰链磨损，过去是链传动的主要失效形式。近年来，由于链和链轮的材料、热处理工艺、防护与润滑状况都有了很大的改进，链因铰链磨损而失效的形式已经退居次要地位。只有那些不能保证所要求的润滑状态或防护装置不当的传动，磨损才会成为主要的失效原因。 2．疲劳破坏

由于链在运转过程中所受载荷不断改变，因而链是在变应力状态

下工作的。经过一定循环次数后，链的元件将产生疲劳破坏。滚

子链在中、低速时，链板首先疲劳断裂；高速时，由于套筒或滚

子啮合时所受冲击载荷急剧增加，因而套筒或滚子先于链板产生

冲击疲劳破坏。在润滑充分和设计、安装正确的条件下，疲劳强

度是决定链传动承载能力的主要因素。

3．铰链胶合

铰链在进入主动轮和离开从动轮时，都要承受较大的载荷和产生相对转动，当链轮转速超过一定数值时，销轴与套筒之间的承载油膜破裂，使金属表面直接接触并产生很大的摩擦，由摩擦产生的热量足以使销轴和套筒胶合。在这种情况下，或者销轴被剪断，或者导致销轴、套筒与链板的紧配合松动，从而造成链传动迅速失效。试验表明，铰链胶合与链轮转速关系极大，因此，链轮的转速应受胶合失效的限制。

4．链被拉断

在低速（v<0.6m/s）、重载或尖峰载荷过大时，链会被拉断。链传动的承载能力受链元件静拉力强度的限制。

少量的轮齿磨损或塑性变形并不产生严重问题。但当链轮轮齿的磨损和塑性变形超过一定程度后，链的寿命将显著下降。通常，链轮的寿命为链条寿命的2~3倍以上。故链传动的承载能力是以链的强度和寿命为依据的。

二、链传动的承载能力

链传动在不同的工作情况下，其主要的失效形式也不同，如图8–13所示就是链在一定寿命下，小链轮在不同转速下由于各种失效形式限定的极限功率曲线。1是在良好而充分润滑条件下由磨损破坏限定的极限功率曲线；2是在变应力作用下链板疲劳破坏限定的极限功率曲线；3是由滚子套筒冲击疲劳强度限定的极限功率曲线；4是由销轴与套筒胶合限定的极限功率曲线；5是良好润滑情况下的额定功率曲线，它是设计时实际使用的功率曲线；6是润滑条件不好或工作环境恶劣情况下的极限功率曲线，在这种情况下链磨损严重，所能传递的功率比良好润滑情况下的功率低得多。

如图8–14所示为A系列滚子链的实用功率曲线图，它是在z1=19、L=100p、单排链、载荷平稳、按照推荐的润滑方式润滑（见图8–15）、工作寿命为15000h、链因磨损而引起的伸长率不超过3％的情况下由实验得到的极限功率曲线（即在如图8–13所示的2、3、4曲线基础上作了一些修正得到的）。根据小链轮转速n1由此图可查出该情况下各种型号的链在链速v>0.6m/s情况下允许传递的额定功率P0。

当实际情况不符合实验规定的条件时，如图8–14所示，查得的P0值应乘以一系列修正系数，如小链轮齿数系数K Z、链长系数K L、多排链系数K P和工作情况系数K A等（系数值见下节图表）。

当不能按如图8–15所示的方式润滑而使润滑不良时，则磨损加剧。此时，链主要是磨损破坏，额定功率P0值应降低，当v≤1.5m/s且润滑不良时，为图值的30%~60%；无润滑时为15％（寿命不能保证15000h）；当1.5m/s7m/s且润滑不良时，该传动不可靠，不宜采用。

图8-14 A系列滚子链实用功率曲线图8-15 推荐的润滑方式

Ⅰ—人工定期润滑Ⅱ—滴油润滑

Ⅲ—油浴或飞溅润滑Ⅳ—压力喷油润滑

当v<0.6m/s时，链传动的主要失效形式是过载拉断，此时应进行静强度校核。静强度安全系数S应满足下式要求

≥(8–8)

链的极限拉伸载荷Q n=nQ，n为排数，单排链的极限拉伸载荷Q见表8–1；工况系数K A见表8–5；链的总拉力F1按式（8–6）计算。

当实际工作寿命低于15000h时，则按有限寿命进行设计，其允许传递的功率可高些。设计时可参考有关资料。

三、链传动主要参数的选择

链传动设计需要确定的主要参数有：链节距、排数及链轮齿数、传动比、中心距、链节数等，下面就这些参数的选择进行分析。

1．链的节距和排数

链的节距大小反映了链节和链轮齿的各部分尺寸的大小，在一定条件下，链的节距越大，承载能力越高，但传动不平稳性、动载荷和噪声越严重，传动尺寸也增大。因此设计时，在承载能力足够的条件下，尽量选取较小节距的单排链，高速重载时可采用小节距的多排链。一般载荷大、中心距小、传动比大时，选小节距多排链；中心距大、传动比小，而速度不太高时，选大节距单排链。

链条所能传递的功率P0可由下式确定

≥(8–9)

P c=K A P(8–10)

式中P0–––在特定条件下，单排链所能传递的功率(kW)（见图8–14）；

P c––––链传动的计算功率(kW)；

K A––––工况系数（表8–5），若工作情况特别恶劣时，K A值应比表值大得多；

表8–5 工况系数K A

载荷种类

输入动力种类

内燃机－液力传动电动机或汽轮机内燃机－机械传动

平稳载荷中等冲击载荷较大冲击载荷1.0

1.2

1.4

1.0

1.3

1.5

1.2

1.4

1.7

K Z–––小链轮齿数系数（表8–6），当工作在如图8–14所示的曲线顶点左侧时（链板疲劳），查表中的K Z，当工作在右侧时（滚子套筒冲击疲劳），查表中的K￠Z；

K P–––多排链系数（表8–7）；

K L–––链长系数（见图8–16），链板疲劳查曲线1，滚子套筒冲击疲劳查曲线2。

根据式（8–9）求出所需传递的功率，再由图8–14查出合适的链号和链节距。

表8–6 小链轮齿数系数K Z

Z191011121314151617

K Z0.4460.5000.5540.6090.6640.7190.775 0.8310.887

K￠Z0.3260.3820.4410.5020.5660.6330.7010.7730.846

Z1192123252729313335

K Z 1.00 1.11 1.23 1.34 1.46 1.58 1.70 1.82 1.93

K￠Z 1.00 1.16 1.33 1.51 1.69 1.89 2.08 2.29 2.50

表8–7 多排链系数K P

排数123456

K P1 1.7 2.5 3.3 4.0 4.6

图8-16 链长系数

2．传动比i

链传动的传动比一般应小于6，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到10，推荐i=2~3.5。传动比过大将使链在小链轮上的包角过小，因而使同时啮合的齿数少，这将加速链条和轮齿的磨损，并使传动外廓尺寸增大。

3．链轮齿数z

链轮齿数不宜过多或过少。齿数太少时，1）增加传动的不均匀性和动载荷；2）增加链节间的相对转角，从而增大功率消耗；3）增加链的工作拉力（当小链轮转速n1、转矩T1和节距p一定时，齿数少时链轮直径小，链的工作拉力增加），从而加速链和链轮的损坏。但链轮的齿数太多，除增大传动尺寸和重量外，还会因磨损而实际节距增长后发生跳齿或脱链现象

机率增加，从而缩短链的使用寿命。通常限定最大齿数≤120。

从提高传动均匀性和减少动载荷考虑，建议在动力传动中，滚子链的小链轮齿数按表8–8选取。

表8–8 滚子链小链轮齿数z1

链速v(m/s0.6~33~8>8

z1≥17≥21≥25

从限制大链轮齿数和减小传动尺寸考虑，传动比大、链速较低的链传动建议选取较少的链轮齿数。滚子链最少齿数为z min=9。

4．链节数L P和链轮中心距a

在传动比i11时，链轮中心距过小，则链在小链轮上的包角小，与小链轮啮合的链节数少。同时，因总的链节数减少，链速一定时，单位时间链节的应力变化次数增加，使链的寿命降低。但中心距太大时，除结构不紧凑外，还会使链的松边颤动。

在不受机器结构的限制时，一般情况可初选中心距a0=(30~50)p，最大可取a max=80p，当有张紧装置或托板时，a0可大于80p。

最小中心距a min可先按i初步确定。

当i≤3时

当i＞3时

式中d a1、d a2–––两链轮齿顶圆直径。

链的长度常用链节数L P表示，L P＝L/p，L为链长。链节数的计算公式为

(8–11)

计算出的L p值应圆整为相近的整数，而且最好为偶数，以免使用过渡链节。

根据链长就能计算最后中心距

(8–12)

为了便于链的安装以及使松边有合理的垂度，安装中心距应较计算中心距略小。当链条磨损后，链节增长，垂度过大时，将引起啮合不良和链的振动。为了在工作过程中能适当调整垂度，一般将中心距设计成可调，调整范围D a≥2p，松边垂度f=(0.01~0.02)a。

滚子链传动的设计计算

链传动知识 2009-11-04 15:41 阅读40 评论0

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一、失效形式和额定功率

链传动的失效形式有链的疲劳破环、链条

铰链的磨损、链条铰链的胶合以及链条的静力

拉断。

右图示为润滑良好的单排链的额定功率曲

线图。由图可见，在中等速度的链传动中，链

传动的承载能力主要取决于链板的疲劳强度；

随着链轮转速的增高，链传动的多边形效应增

大，传动能力主要取决于滚子和套筒的冲击疲劳强度，转速越高，传动能力就越低，并会出现铰链胶合现象，使链条迅速失效。

二、Ａ系列滚子链的额定功率曲线

滚子链额定功率曲线

1-由链板疲劳强度限定；

2-由滚子、套筒冲击疲劳强度限定；3-由销轴和套筒胶合限定

左图所示为A系列

滚子链的额定功率曲

线，它是在标准实验条

件下得出的，设计时可

根据小链轮的转速n1

从图中查出这种型号

的链条允许传递的额

定功率P0，额定功率

曲线适合于链速v＞

0.6m/s的场合。

当链传动的实际

工作条件与标准实验

条件不符时，应引入小

链轮齿数系数K z、链长

系数K L、多排链系数

K P和工作情况系数K A

进行修正。

额定功率曲线是

在推荐的润滑方式下

得到的，当不能满足推

荐的润滑方式时，应

降低额定功率P0。

三、滚子链传动的设计步骤和方法１.链轮齿数

小链轮齿数z1少可减小外廓尺寸，但齿数过少，将会导致：

1）传动的不均匀性和动载荷增大；

2）链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，铰链磨损加剧；

3）链传动的圆周力增大，从而加速了链条和链轮的损坏。

增加小链轮齿数对传动有利，但如z1选得太大时，大链轮齿数Z2

将更大，除增大了传动的尺寸和质量外，还易发生跳齿和脱链，使链条寿命降低。链轮齿数的取值范围为17≤z≤120。

小链轮的齿数可根据链速选择。

由于链节数通常是偶数，为考虑磨损均匀，小链轮齿数一般应取奇数。

通常限制链传动的传动比i≤6，推荐的传动比i＝2~3.5。

2.确定计算功率

计算功率是根据传递的功率，并考虑到载荷性质和原动机的种类而确定的

3.链的节距

链的节距越大，承载能力就越高，但传动的多边形效应也要增大，振动冲击和噪声也越严重。所以设计时应尽量选取小节距的单排链或多排链。

考虑到链传动的实际工作条件与标准实验条件的不同，引入修正系数K z，K

和K P，则链所需传递的功率为：

L

链条节距P可根据功率P0和小链轮转速n1由额定功率曲线选取。

4.链传动的中心距和链节数

链传动的中心距过大或过小对传动都会造成不利影响。设计时一般取中心距a0=(30～

50)p，最大取a0max=80p。

链条的长度以链节L p数来表示，链节数为：

计算出的L p应圆整为整数，最好取为偶数，链传动的理论中心距为：

为了保证链条松边有一个合适的安装垂度f，实际中心距应比理论中心距小一些。

5.小链轮毂孔最大直径

根据小链轮的节距和齿数由链轮毂孔直径表确定链轮毂孔的最大直径d kmax，若d kmax小

于安装链轮处的轴径，则应重新选择链传动的参数（增大z1或p）。

6.链传动的压轴力

链传动的压轴力可近似取为：

式中：F e为链传递的有效圆周力，单位为N；

K Fp为压轴力系数，对于水平传动K Fp=1.15，对于垂直传动K Fp=1.05。

7.低速链传动的静力强度计算

对于链速v＜0.6m/s的低速链传动，因抗拉静力强度不够而破坏的几率很大，故常按下式进行抗拉静力强度计算。

计算安全系数

式中：n为链的排数；

F lim为单排链的极限拉伸载荷，详值查滚子链规格和主要参数表。

F l为链的紧边工作拉力，单位为kN。