一、鏈傳動的特點和應(yīng)用

1、組成：鏈傳動由裝在平行軸上的主動鏈輪、從動鏈輪和繞在鏈輪上的鏈條組成。工作時，靠鏈條鏈節(jié)與鏈輪輪齒的嚙合帶動從動輪回轉(zhuǎn)并傳遞運動和動力。

2、特點：

1）由于鏈傳動屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動，所以可獲得準確的平均傳動比；

2）與帶傳動相比，鏈傳動預(yù)緊力小，所以鏈傳動軸壓力小，而傳遞的功率較大，效率較高，鏈傳動還可以在高溫、低速、油污等情況下工作；

3）與齒輪傳動相比，兩軸中心距較大，制造與安裝精度要求較低，成本低廉。
4）鏈傳動運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比和瞬時鏈速，所以傳動平穩(wěn)性較差，工作時有噪音且鏈速不宜過高。
3、應(yīng)用：適用于中心距較大，要求平均傳動比準確的場合。傳動鏈傳遞的功率一般在100kW以下，最大傳動比，鏈速不超過15m/s。本文主要討論滾子鏈。

二、傳動鏈的結(jié)構(gòu)特點

1、滾子鏈

   滾子鏈是由滾子1、套筒2、銷軸3、內(nèi)鏈板4和外鏈板5組成。內(nèi)鏈板和套筒之間、外鏈板與銷軸之間分別用過盈聯(lián)接固聯(lián)。滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間均為間隙配合。當內(nèi)、外鏈板相對撓曲時，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動。滾子活套在套筒上，工作時，滾子沿鏈輪齒廓滾動，減輕了齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)、外鏈板間應(yīng)留少許間隙，以便潤滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。內(nèi)、外鏈板制成8字形，是為了使鏈的各剖面具有相近的抗拉強度，也可減輕鏈的質(zhì)量和運動時的慣性力。

   傳動鏈使用時首尾相連成環(huán)形，當鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時，接頭處可用內(nèi)、外鏈板搭接，插入開口銷或彈簧夾鎖住。若鏈節(jié)為奇數(shù)，需采用一個過渡鏈節(jié)才能首尾相連，鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)將受附加彎矩，所以應(yīng)盡量采用偶數(shù)鏈節(jié)的鏈條。

   滾子鏈與鏈輪嚙合的基本參數(shù)是節(jié)距p、滾子外徑d1和內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1。其中，節(jié)距是滾子鏈的主要參數(shù)。節(jié)距增大時，鏈條中各零件的尺寸也要相應(yīng)增大，可傳遞的功率也隨之增大。但當鏈輪齒數(shù)一定時，節(jié)距越大，鏈輪直徑D也越大，為使D不致過大，當載荷較大時，可用小節(jié)距的雙排鏈或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比，列數(shù)越多，承載能力越高。但由于制造、安裝誤差，很難使各排的載荷均勻，列數(shù)越多，不均勻性越嚴重，故排數(shù)不宜過多，一般不超過四列。

   考慮到我國鏈條生產(chǎn)的歷史和現(xiàn)狀，以及國際上幾乎所有國家的鏈節(jié)距均用英制單位，我國鏈條標準GB1243.1-83中規(guī)定節(jié)距用英制折算成米制的單位。鏈號與相應(yīng)的國際標準鏈號一致，鏈號數(shù)乘以25.4/16mm即為節(jié)距值。后綴A或B分別表示A或B系列。A系列用于重載、重要、較高速的傳動，B系列用于一般的傳動中。

   滾子鏈標記：鏈號—排數(shù)*鏈節(jié)數(shù)    標準編號

   例：10A—1*88  GB1243.1--83

2、齒形鏈

   齒形鏈又稱無聲鏈。由一組帶有兩個齒的鏈板左右交錯并列鉸接而成。每個齒的兩個側(cè)面為工作面，齒形為直線，工作時鏈齒外側(cè)邊與鏈輪輪齒相嚙合來實現(xiàn)傳動。

特點：工作平穩(wěn)，噪音小，允許的鏈速高，承受沖擊能力好，傳動效率一般為0.95~0.98，潤滑良好的傳動可達0.98~0.99。但價格較高，重量較大，對安裝、維護要求較高。

應(yīng)用：適宜于高速傳動；又實用于傳動比大和中心距較小的場合，多用于高速或運動精度要求較高的傳動裝置中。

三、滾子鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料

   鏈輪是鏈傳動的主要零件，鏈輪齒形已標準化。鏈輪設(shè)計主要是確定其結(jié)構(gòu)及尺寸，選擇材料及熱處理方法。

1、鏈輪的基本參數(shù)及主要尺寸

   鏈輪的基本參數(shù)是配用鏈條的節(jié)距p，套筒的最大外徑d1、排距pt及齒數(shù)z。

2、鏈輪的齒形

   鏈輪的端面齒形是標準齒形，由弧aa、ab、cd、和直線bc構(gòu)成--三圓弧一直線齒形。當選用這種齒形并用相應(yīng)的標準刀具加工時，鏈輪齒形在工作圖上不畫出，只需注明鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸（節(jié)距p，節(jié)圓直徑d，齒頂圓直徑da，齒根圓直徑df和齒數(shù)z），并注明“齒形按3RGB1244—85規(guī)定制造”即可。

   節(jié)圓—鏈輪上鏈條的銷軸中心所在的圓，直徑用d表示。

若已知p、z     

   鏈輪軸向齒廓及尺寸，應(yīng)符合GB1244—85的規(guī)定。在零件的工作圖上應(yīng)繪出鏈輪的軸面齒形，以便制造鏈輪切齒前的毛坯。

3、鏈輪的結(jié)構(gòu)

   小直徑----整體式；中等尺寸---孔板式；大直徑---組合式（齒圈、輪芯用不同材料，用焊接或螺栓聯(lián)接在輪芯上）。

四、鏈輪的材料

   材料應(yīng)能保證輪齒具有足夠的強度和耐磨性，常用碳鋼、合金鋼，齒面多經(jīng)熱處理。工作時，小鏈輪輪齒參與嚙合的次數(shù)比大鏈輪多，磨損、沖擊較嚴重，所以，小鏈輪的材料應(yīng)較好，齒面硬度較高。

四、鏈傳動的運動特性

   鏈條整體是一撓性體，但對單個鏈節(jié)，卻是剛性體。所以鏈條繞在鏈輪上時，并非沿輪周彎曲成圓弧性，而是折成正多邊形的一部分，此正多邊形的邊長為，邊數(shù)為鏈輪的齒數(shù)。

   鏈輪每轉(zhuǎn)一周，帶動鏈條轉(zhuǎn)過的長度為zp，所以鏈條的速度為

實際工作時，即使主動鏈輪以等角速轉(zhuǎn)動，瞬時速度和瞬時傳動比是變化的。

1、瞬時鏈速

   設(shè)鏈的主動邊始終處于水平位置。鏈節(jié)在A點進入嚙合，當旋轉(zhuǎn)到B點時，下一鏈節(jié)進入嚙合。設(shè)小鏈輪以勻角速轉(zhuǎn)動

A點：

C點：

B點：

任一位置：  

  （β為鉸鏈A在鏈輪上的相位角）

   由以上分析可知：在前一鏈節(jié)進入嚙合到后一鏈節(jié)進入嚙合的過程中，鏈條線速為

，隨β的變化而變化。，β在之間變化。鏈條這樣忽快忽慢、忽上忽下，給鏈傳動帶來運動的不均勻和振動拍擊，若齒數(shù)z越少或節(jié)距p越大---φ越大，運動的不均勻性越嚴重。

2、瞬時傳動比

變化。只有當，且鏈傳動的中心距恰為節(jié)距的整數(shù)倍時（只有具備上述條件，β、γ才能同步變化），傳動比才能恒定不變（恒為1）。

3、鏈傳動的動載荷

   鏈傳動在工作過程中，鏈條和從動鏈輪都是作周期性的變速運動，因而造成和從動鏈輪相連的零件也產(chǎn)生周期性的速度變化，從而引起了動載荷。動載荷的大小與回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量和加速度的大小有關(guān)。關(guān)注公眾號《機械工程文萃》。

1）鏈條前進引起的動載荷為： N

                    式中：m---緊邊鏈條的質(zhì)量，kg；

                         ac---鏈條加速度，m/s2。

當時，

2）從動鏈輪的角加速度引起的動載荷為：

                      式中：J---從動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動鏈輪軸上的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2；

                             ω2---從動鏈輪的角速度，rad/s；

                             R2---從動鏈輪的分度圓半徑，m。

3）vy變化引起的動載荷

   vy變化，使鏈條發(fā)生橫向振動，甚至共振。對高速鏈傳動，注意固有頻率。

4）鏈節(jié)與鏈輪嚙合瞬間，由于鏈與輪間的相對速度，引起鏈與論的沖擊，沖擊能量與速度、質(zhì)量有關(guān)。

設(shè)質(zhì)量集中在鏈節(jié)中點

式中：q---鏈條每米質(zhì)量，kg/m。

     v0---鏈條與鏈輪相對轉(zhuǎn)速，m/s。

     g---重力加速度，m/s2。

   綜上所述：鏈傳動中，由于鏈在輪上呈多邊形隨鏈輪轉(zhuǎn)動時，引起鏈速和傳動比都隨時間作周期性的變化，導(dǎo)致運動不均勻并發(fā)生動載荷、沖擊和振動現(xiàn)象，這是鏈傳動的固有特性。為獲得較平穩(wěn)的鏈傳動，設(shè)計時，合理選擇各項運動參數(shù)（小節(jié)距、多齒數(shù)、限制鏈輪最高轉(zhuǎn)速）。

五、鏈傳動的受力分析

   鏈傳動在安裝時，應(yīng)使鏈條受一定的張緊力，其張緊力是通過使鏈保持適當?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力獲得的。鏈傳動張緊的目的主要是使松邊不致太松，以免影響鏈條正常退出嚙合和產(chǎn)生振動、跳齒或脫鏈現(xiàn)象，因而所需的張緊力比帶傳動小得多。

   鏈在工作過程中，緊邊和松邊的拉力不等。若不計傳動中的動載荷，鏈的緊邊受到的拉力F1是由鏈傳遞的有效圓周力Fe、鏈的離心力Fc及鏈條松邊垂度引起的懸垂拉力Ff三部分組成。

    N

   鏈的松邊所受的拉力F2由Fc及Ff兩部分組成。

有效圓周力       N

    式中：P---鏈傳動所傳遞的功率，kW；

         v---鏈速，m/s。

離心力引起的拉力      N

式中：q---單位長度鏈條的質(zhì)量，kg/m。

     v---鏈速，m/s。

   懸垂拉力Ff的大小與鏈條的松邊垂度及傳動的布置方式有關(guān)，在F’f和F”f中選大者。

 N

式中：a---鏈傳動的中心距，mm。

     q---單位長度鏈條的質(zhì)量，kg/m。

     Kf—垂度系數(shù)。

六、滾子鏈傳動的設(shè)計計算

1、鏈傳動的失效形式

1）鏈的疲勞破壞

   鏈在工作時，鏈輪兩邊的鏈條一邊張緊、一邊松弛。鏈條不斷由松邊到緊邊周而復(fù)始地運動著，所以它的各個元件都在變應(yīng)力作用下工作，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)后，鏈板將會出現(xiàn)疲勞斷裂，或套筒、滾子表面會出現(xiàn)疲勞點蝕（多邊形效應(yīng)引起的沖擊疲勞）。因此，鏈條的疲勞強度成為決定鏈傳動承載能力的主要因素。試驗表明：在潤滑良好的中等速度下工作的鏈條，在鏈板上首先出現(xiàn)疲勞斷裂。鏈條越短，速度越高，循環(huán)快時，疲勞損壞越嚴重。

2）鏈條鉸鏈的磨損

   鏈條在工作時，鉸鏈與套筒間承受較大的壓力，傳動時彼此又發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致鉸鏈磨損，鉸鏈節(jié)距伸長，而輪齒節(jié)距幾乎不受磨損影響，結(jié)果將導(dǎo)致嚙合點外移，嚴重時，產(chǎn)生跳鏈、脫鏈現(xiàn)象。

圖9-15，鉸鏈磨損后，節(jié)距由p增大為p+Δp，嚙合點由d增大為d+Δd，鏈節(jié)距的增長量Δp和嚙合圓的外移量Δd有如下關(guān)系，當節(jié)距一定時，齒高就一定，即允許的嚙合圓外移量就一定。齒數(shù)z越多，嚙合圓的外移量Δd就越大，鏈從鏈輪上脫落的可能性就越大，為保證鏈條壽命，應(yīng)使齒數(shù)少一些。。

3）銷軸與套筒的膠合

   當鏈輪轉(zhuǎn)速過高時，鏈節(jié)嚙入時受到的沖擊能量增大，積聚的熱量較大，銷軸、套筒間的潤滑油膜被破壞，使兩者的工作表面在很高的溫度和壓力下直接接觸，導(dǎo)致膠合。膠合在一定程度上決定了鏈傳動的極限轉(zhuǎn)速?！稒C械工程文萃》，工程師的加油站。

4）鏈條靜力拉斷

   低速(v<0.6m/s)的鏈條過載，并超過鏈條靜力強度的情況下，鏈條會被拉斷。

2、滾子鏈傳動的額定功率

鏈傳動的各種失效形式都在一定條件下限制了它的承載能力。因此，在選擇鏈條型號時，必須全面考慮各種失效形式產(chǎn)生的原因和條件，從而確定其能傳遞的額定功率P0。

   右圖是通過實驗作出的單排鏈的額定功率曲線圖。由圖可見：在潤滑良好、中等速度的鏈傳動中，鏈傳動的承載能力主要取決于鏈板的疲勞強度；隨著轉(zhuǎn)速的增高，鏈傳動的多邊形效應(yīng)增大，傳動能力主要取決于套筒和滾子的沖擊疲勞強度，轉(zhuǎn)速越高，傳動能力就越低，并會出現(xiàn)鉸鏈膠合現(xiàn)象，使鏈條迅速失效。

   圖為A系列滾子鏈的額定功率曲線，它是在標準實驗條件下得出的：1）兩鏈輪安裝在水平軸上，兩鏈輪共面；2）z1=19；3）Lp=100節(jié)；4）載荷平穩(wěn)；5）按推薦方式潤滑；6）能連續(xù)15000小時滿負荷運轉(zhuǎn)；7）鏈條因磨損引起的相對伸長量不超過3%。根據(jù)小鏈輪轉(zhuǎn)速，由此圖可查出各種鏈條鏈速在大于0.6m/s情況下允許傳遞的額定功率P0。若所設(shè)計的鏈傳動與上述實驗條件不符時，由圖查得的P0值應(yīng)乘以一系列修正系數(shù)。

式中：KA---工況系數(shù)，表9-9。

     Kz---小鏈輪齒數(shù)系數(shù)。表9-10。

    KL---鏈長系數(shù)，表9-10。

    Kp ---多排鏈系數(shù)，表9-11。

   當不能保證 圖中所推薦的潤滑方式時，線圖中的P0值應(yīng)降到下列數(shù)值：

   當，潤滑不良時，降至（0.3~0.6）P0；無潤滑時，降至0.15 P0（壽命不能保證15000小時）。

   當，潤滑不良時，降至（0.15~0.3）P0；

   當，潤滑不良時，傳動不可靠，不宜采用。

當要求的實際工作壽命低于15000小時時，按有限壽命設(shè)計。這時允許傳遞的功率可高些。

3、滾子鏈傳動的設(shè)計計算

   已知；傳動用途、工作情況、原動機種類、傳遞的功率P、鏈輪轉(zhuǎn)速n1、n2（或i），結(jié)構(gòu)尺寸要求等。

設(shè)計內(nèi)容：鏈條節(jié)距p、列數(shù)、鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp、傳動中心距a；大、小鏈輪齒數(shù)z1 、z2；軸壓力Q；潤滑方式。

設(shè)計步驟：

1）鏈輪齒數(shù)z1 、z2和傳動比i

   小鏈輪齒數(shù)z1對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大影響。齒數(shù)少，外廓尺寸小，但齒數(shù)過少，運動不均勻性加劇，動載荷和沖擊加大；鏈條進入和退出嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角增大，鉸鏈的磨損加劇；鏈傳遞的圓周力增大，加速了鏈條和鏈輪的損壞。

   齒數(shù)過多，將增大傳動尺寸和質(zhì)量，鏈條磨損后節(jié)距的伸長容易發(fā)生跳齒和脫鏈，同樣會縮短鏈條的使用壽命。

   齒數(shù)的選取原則：（1）鏈傳動速度高時，齒數(shù)多些；（2）為考慮磨損均勻，鏈輪齒數(shù)應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)，并優(yōu)先選用以下數(shù)列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。

（取整），且。由表9-8，試選v—選取z1，z1盡量用奇數(shù)。

，推薦=2~3.5。當v<2m/s且載荷平穩(wěn)時，可達10。過大時，鏈條在小鏈輪上的包角過小，將減少嚙合齒數(shù)，因而易出現(xiàn)跳齒或加速輪齒的磨損，故可用二級或二級以上的傳動。

2）確定計算功率Pca

   計算功率Pca是根據(jù)傳遞的功率P，并考慮到載荷性質(zhì)和原動機的種類而確定，即

 kW

3）初選中心距a0

   a小，傳動結(jié)構(gòu)緊湊，但a太小，鏈條總長太短，單位時間里每一鏈節(jié)參與嚙合次數(shù)過多，加劇鏈的磨損和疲勞。a過大，承載好，但鏈條長，橫向振動大。一般

（張緊或托板），中心距不可調(diào)時，。

4）鏈節(jié)數(shù)Lp

取整，最好取偶數(shù)。

5）節(jié)距和排數(shù)的確定

   一定條件下，節(jié)距越大，鏈傳動承載能力越強，但節(jié)距越大，鏈傳動的多邊形效應(yīng)越嚴重，動載荷、沖擊、振動越嚴重。所以，為使鏈傳動結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長，盡量取小節(jié)距的單排鏈。

若傳動速度高，傳遞的功率大；或傳動中心距小，傳動比大，取小節(jié)距的多排鏈。

若傳動中心距大而傳動比小，取大節(jié)距的單排鏈。

設(shè)計時，先定傳動的列數(shù)—查表9-11得Kp—由上式計算得P0—由圖9-13查得鏈號—查表9-1得節(jié)距p。

6）驗算鏈速    判斷是否與假設(shè)符。

7）確定實際中心距

   為保證松邊有合適的垂度  

實際中心距  

若傳動中心距可調(diào)，△a取大值；若中心距不可調(diào)，△a取小值。

8）小鏈輪轂孔最大直徑

   當確定了鏈條節(jié)距和小鏈輪齒數(shù)后，鏈輪的結(jié)構(gòu)和各部分尺寸已可定出（表9-3），轂孔的最大直徑dkmax也可定出，但dkmax不小于安裝鏈輪處的軸徑；若不能滿足要求時，可采用特殊結(jié)構(gòu)的鏈輪（如鏈輪軸）或重新選擇鏈傳動參數(shù)（增大z1或p）。

9）計算壓軸力Q

   式中：Fe---鏈傳遞的有效圓周力，N；

    KQ---壓軸力系數(shù)，對于水平傳動，KQ=1.15；對于垂直傳動KQ=1.05。

10）鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，材料和尺寸。

11）鏈傳動的潤滑和防護。

4、低速鏈傳動的靜力強度計算

   對于鏈速的低速鏈傳動，因抗拉靜力強度不夠而破壞的幾率很大，故常按下式進行抗拉靜力強度計算

式中：Sca ---鏈的抗拉靜力強度的計算安全系數(shù)；

    Q---單排鏈的極限拉伸載荷，kN，查表9-1；

     n---排數(shù)；

     KA---工作情況系數(shù)，查表9-9；

     F1 ---鏈的緊邊工作拉力，kN。

低速鏈傳動，小鏈輪齒數(shù)可少于17，但不能小于9。

七、鏈傳動的布置、張緊和潤滑

1、鏈傳動的布置

   鏈傳動一般應(yīng)布置在鉛垂平面內(nèi)，盡可能避免布置在水平或傾斜平面內(nèi)。如確有需要，則應(yīng)考慮加托板或張緊輪等裝置，并且設(shè)計較緊湊的中心距。

2、鏈傳動的張緊

   目的：避免在鏈條的垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)象；同時增加鏈條和鏈輪的包角。當兩輪中心連線傾斜角大于600時，通常設(shè)有張緊裝置。

   張緊的方法：鏈傳動中心距可調(diào)時，調(diào)節(jié)中心距以控制張緊程度；中心距不可調(diào)時，可設(shè)置張緊輪或在鏈條磨損變長后取掉1~2個鏈節(jié)，以恢復(fù)原來的長度。張緊輪一般緊壓在松邊靠近小鏈輪處。張緊輪可以是鏈輪，也可以是無齒的滾輪。張緊輪的直徑與小鏈輪的直徑接近。張緊輪有自動張緊（用彈簧、吊重等自動張緊裝置）及定期調(diào)整（用螺旋、偏心等調(diào)整裝置）。另外還可用壓板和托板張緊。

3、鏈傳動的潤滑

   鏈傳動的潤滑十分重要，對高速、重載的鏈傳動更為重要。良好的潤滑可緩和沖擊，減輕磨損，延長鏈條壽命。滾子鏈的潤滑方法和要求參表。