第六章链传动 本章小知识： 链传动由两个链轮和缠绕在两个轮子上的中间柔性链条组成。两平行轴之间的运动和动力靠链条与链轮的啮合来传递，属于啮合性质的强制传动。其中应用最广泛的是滚子链传动。本章介绍链传动的工作原理、特点及应用范围；着重分析了链传动不匀速运动（即多边形效应）的原因和链传动的故障形式；阐明功率曲线的来源和用途；着重论述了滚子链传动的设计计算方法和主要参数的选取；简要介绍了齿形链条的结构特点和链条传动的润滑和张紧方法。基本要求 1). 了解链传动的工作原理、特点及应用 2). 了解滚子链链轮的标准、规格及结构特点。3). 掌握滚子链传动的设计计算方法。4). 对齿形链条的结构特点和链条传动的布置、张紧和润滑有一定的了解。6.1 概述 链条传动是由安装在平行轴上的主动链轮和从动链轮以及缠绕在链轮上的环形链条组成，见图6.1，链条为中间柔性部件，依靠链条和链轮齿的啮合来传递运动和动力。在链条传动中，根据链条结构的不同，主要有滚子链传动和齿形链传动两种： 1、滚子链传动滚子链的结构如图6.2所示。它由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚轮5组成。

链传动工作时，套筒上的滚子沿链轮齿廓滚动，可减少链条和链轮齿的磨损。多条单排链条由长销轴平行连接的链条称为多排链条，图6.3为双排链条。链条排数越多，承载能力越高，但对链条的制造和安装精度要求也越高，更难使每排链条受力均匀，会大大降低链条的使用寿命多排链条，所以排数不要超过4排。当传输功率较大时，可采用两条或多条双链或三链。为了形成环链首尾相接的环形链条，需要使用接头来连接它们。链条的接头形式如图6.4所示。当链节数为偶数时，采用连接链节，其形状与链节相同。销轴与连接链板连接处用钢丝锁销或弹簧卡等锁紧件固定；当链节数为奇数时，则必须加一个过渡链节。过渡链节的链板在运行中要承受附加弯矩，因此应尽量避免使用奇数链节。链条相邻两销轴中心的距离称为链条节距，用p表示，它是链条传动的主要参数。滚子链已标准化，分为A、B系列。A系列用于重载，高速或重要传输；B系列用于一般传动。表6.1列出了部分滚子链条的基本参数和尺寸。2、齿链传动 齿链传动是利用特定的齿形链板与链轮啮合实现传动。齿链由铰链连接的齿形链板组成（图6.5）。链板两侧工作面夹角为60°。滚子连接链板。齿链由铰链连接的齿形链板组成（图6.5）。链板两侧工作面夹角为60°。滚子连接链板。齿链由铰链连接的齿形链板组成（图6.5）。链板两侧工作面夹角为60°。滚子连接链板。

根据铰链结构的不同，可分为圆销铰链式、轴瓦式铰链式和滚轮式铰链式三种，如图6.5b所示。与滚子链相比，齿形链具有运行平稳、噪音低、允许链速高、承受冲击载荷能力更好、齿部受力更均匀等优点；但结构复杂，拆装困难，价格较高。它又高又重，对安装维护要求高。6.2 滚子链轮结构设计 1. 链轮齿形 链轮齿形必须保证链条能顺畅、自如地进出啮合，尽量减少链节在啮合时的冲击和接触应力，并易于啮合。过程。常用的链轮端齿廓如图6.6所示。它由三段圆弧aa、ab、cd和一条直线bc组成，简称三圆弧直齿形。齿形采用标准刀具加工。链轮工作图上不必画出端面齿形。图纸上只需注明“齿形按-85规定制造”即可，但应画出链轮的轴向齿形，见图6.7，其尺寸参照有关设计手册。工作图应注明节距p、齿数z、节圆直径d（链轮链条上各滚子圆心所在的圆）、齿顶圆直径d、直径齿根圆 d．计算公式为f2。链轮结构 图 6.8 显示了几种常用的链轮结构。小直径链轮一般采用整体式（图6.8a），中直径链轮一般采用腹板式。为了便于装卸、装夹和减轻重量，在腹板上开孔（图6.8b）。轮子可以做成组合式（图6.8c、d），此时齿圈和轮芯可以采用不同的材料。

3、链轮材料 链轮的材料要保证齿有足够的强度和耐磨性，所以链轮的齿面一般都经过热处理，使其达到一定的硬度。常用材料见表6.2。6.3 链条传动工况分析 6.3.1 链条传动运动分析 1. 链条传动运动不均匀性 链条进入链轮后形成折线，因此链条传动的运动与皮带的运动非常相似驱动绕在一个规则的多边形轮上，见图 6.9。边长对应链节距p，边数对应链轮齿数z。链轮每转一圈，链条移动的距离为zp。令 z 和 z 为两个链轮的齿数，p是节距（mm），1 2 n1和n2是两个链轮的速度（r/min），则链条的平均速度v（m/s）为v=z pn /60*1000= z pn /60*1000 (6.4)1 12 2 链条传动的平均传动比由上式可得 i=n /n =z /z1 2 2 1 (6.5) 其实链条的瞬时速度都是以及链条传动瞬时传动比的变化。分析如下：假设链条在传动过程中紧边处于水平位置，见图6.9。假设驱动轮以恒定角速度ω转动，则其每格1的圆周速度为R ω 。当链节进入主动轮时，其销轴总是随着链轮的转动而不断变换位置。在角度 β 的瞬间，链条水平运动的瞬时速度等于销轴圆周速度的水平分量。即链条速度vv=cos βR ω (6.6)1 1。

角度的变化范围在±φ/2、φ=360/z之间。当β=0时，链条速度最大，v=1ω；当β=±φ/2时，链条速度最小，v =R ω cos( φ/2) 。因此，即使当驱动链轮以恒定速度11min 1 11 旋转时，链条速度v也改变。每次链节距转动时，它都会周期性地变化，见图 6.10。同理，链条垂直运动的瞬时速度v`=R ω sinβ 也呈周期性变化，从而使1 1 链条上下振动。由于链条速度v≠常数和从动链轮的γ角不断变化（图6.9），其角速度ω=v/R cos γ也在变化。2 2 链条传动比的瞬时传动比i为 i=ω/ω=R cos γ/R cos β1 2 21 (6.7) 显然，瞬时传动比得不到恒定值。因此，链传动工作不稳定。2、链传动的动载荷 链传动在运行中产生动载荷的主要原因有： (1)链条速度和从动链轮的角速度周期性变化，从而产生附加动载荷。链条的加速度越大，动载荷就越大。链条的加速度是可见的，链轮的速度越高，链条的节距越大，链轮的齿数越小，动载荷就会增加。2）链条沿垂直方向的分速度也呈周期性变化，使链条产生横向振动，

(3)链节进入链轮的瞬间，链节与链轮齿以一定的相对速度啮合，链条与链齿会受到冲击，产生附加动载荷。如图6.11所示，根据相对运动原理，链轮视为静止，链节以角速度-w进入轮齿产生冲击。这种现象随着链轮转速的增加和链条节距的增加而加剧。使传动产生振动和噪声。(4)如果链条张力不好或链条松弛，在启动、制动、反转、负载变化等情况下会产生惯性冲击，链条传动会产生很大的动载荷。由于链传动的动态负载效应，链传动不适合高速。6.3.2 链条传动受力分析安装链条传动时，只需要较小的张紧力，主要是链条松边的下垂不要过大，否则会出现明显的振动、跳齿和脱链。如果不考虑传动中的动载荷，作用在链条上的力为：圆周力（即有效拉力）F、离心拉力F和悬挂拉力F。如图所示。Cy链条在传动中的主要受力为： (1) 链条紧边的张力为F =F+F +F (N) (6.8) 1 C y (2) 松边的张力链条的力为 F =F +F (N) (6.9) 2 C y2 (3) 链节绕链轮运动时产生的离心力 F =qv (N) (6. 10）C 式中：q为链条每米质量，Kg/m，见表6.1；v 是链速 m/s。

(4) 悬索拉力可用悬索拉力法近似计算 F =K qga(N)vv (6.11) 式中：a为链传动中心距，m；2 g为重力加速度，g=9.81m /s；K为垂度y=0.02a时的垂度系数，与安装角度β有关（图6.12），见v表6.3。链条作用在轴上的压力F可近似取为F=(1.2～1.3)F，有冲击振动时取较大值。6.4 滚子链传动设计计算 6.4.1 滚子链传动的主要失效模式 链条传动的主要失效模式如下： (1) 链板在松边拉力和紧边拉力反复作用下的疲劳破坏，经过一定的循环次数后，链板会发生疲劳失效。在正常润滑条件下，疲劳强度是限制链传动承载能力的主要因素。(2)辊套的冲击疲劳损伤。链条传动的咬合冲击首先由滚子和套筒承受。在反复冲击下，经过一定的循环次数后，滚子和套筒会因冲击疲劳而损坏。这种故障模式多发生在中高速闭式链条传动中。(3)当销轴与套筒的涂胶、润滑不当或转速过高时，会导致销轴与套筒的工作面粘连。胶合定义了链传动的极限速度。(4)链条铰链磨损 铰链磨损后，链节变长，容易造成跳齿或链条脱落。打开传输，

(5)过载破损 这种破损多发生在低速重载或严重过载传动中。6.4.2 滚子链传动额定功率曲线 (1) 极限传动功率曲线 在一定使用寿命和良好润滑条件下，链传动各种故障形式的极限传动功率曲线如图6.13所示。曲线1为正常润滑条件下受铰链磨损限制的极限功率；曲线2为链板疲劳强度限制的极限功率；曲线3为套筒和滚子冲击疲劳强度限制的极限功率；曲线4是受铰接极限功率限制的极限功率。图中阴影区域为实际使用的区域。如果润滑不良，工作环境恶劣，磨损会很严重，并且极限功率会大大降低，如图中虚线所示。(2) 允许传动功率曲线 为了避免上述各种失效模式，图6.14给出了滚子链在特定试验条件下的允许功率曲线。试验条件为：z1=19，链节数Lp=100，单排链条水平布置，载荷平稳，工作环境正常，按推荐润滑方式润滑链轮直径计算公式，使用寿命; 链条因磨损引起的相对伸长率 Δp/ p 不超过 3%。当实际使用条件与试验条件不一致时，应作适当修正，使链传动的计算功率满足下列要求 公式中，P——允许发射功率（kW），由图6.14求得；0 P——标称传递功率（kW）；K——工况系数，见表6.4。

AK——小链轮齿数系数，见表6.5，当工作点落在图6.14中曲线顶点左侧时（属于链板疲劳），查表，当工作点落在查表中某曲线顶点右侧（属于滚子和套筒的冲击疲劳）；K——链长系数，按链节数查表6.6；LK——多排链系数，见表6.7。p6.4.3 滚子链传动设计步骤及传动参数的选择 (1) 传动比 i 链条的传动比一般≤8，在低速和外形尺寸不受限制的地方允许达到10。如果传动比太大，链条缠绕在小链轮上的包角太小，啮合齿数太少，会造成链条缠绕在小链轮上。加速轮齿的磨损，容易产生跳齿，破坏正常的啮合。通常最佳包角不小于120，推荐传动比i=2~3.5。(2) 链轮齿数z1、z2 首先应合理选择小链轮齿数z1。小链轮的齿数不宜过少。太小时，传动不稳，动载荷和链条磨损增大，摩擦功增加，铰链比压增大，链条工作张力增大。但z1不宜过大，因为如果z1较大，z2较大，不仅会增加传动装置的尺寸，而且铰链磨损后容易造成脱链，缩短链条的使用寿命。这是因为如果链条的铰链磨损，链条节距会变长，链轮的节圆 d` 会向齿顶移动（图 6.15）。由式(6.1)可推导出节距增量Δp与节圆位移Δd`的关系： 由此可知，当Δp一定时，齿数越多，节圆位移Δd`越大，则更容易出现跳齿和脱链现象。这将缩短链条的使用寿命。这是因为如果链条的铰链磨损，链条节距会变长，链轮的节圆 d` 会向齿顶移动（图 6.15）。由式(6.1)可推导出节距增量Δp与节圆位移Δd`的关系： 由此可知，当Δp一定时，齿数越多，节圆位移Δd`越大，则更容易出现跳齿和脱链现象。这将缩短链条的使用寿命。这是因为如果链条的铰链磨损，链条节距会变长，链轮的节圆 d` 会向齿顶移动（图 6.15）。由式(6.1)可推导出节距增量Δp与节圆位移Δd`的关系： 由此可知，当Δp一定时，齿数越多，节圆位移Δd`越大，则更容易出现跳齿和脱链现象。

滚子链小链轮齿数按表6.8推荐范围选取。大链轮的齿数z2按z2=iz1确定，一般z2≤120。选择链轮齿数时，应同时考虑均匀磨损的问题。由于链节的数量优选为偶数，链轮齿的数量优选为质数或不能被链节的数量整除的数。(3)链条速度和链轮的极限速度链条速度的提高受动载荷的限制，一般最好不要超过12m/s。链轮的最佳速度和极限速度见图6.14。图中接近最大允许传输功率的速度为最佳速度，功率曲线右侧的竖线为极限速度。(4)链节距 链节距越大，链条和链轮齿的尺寸也越大，链条的牵引能力也越大，但传动的速度不均匀性、动载荷和噪音都会增加. 因此，在设计时，在承载能力足够的情况下，应选用小节距的单排链条，高速、重载时可选用小节距的多排链条。(5)链条长度和中心距 链条传动中心距太小，小链轮上的包角小，啮合链轮齿数也减少；中心距太大，链条容易晃动。一般以中心距a=(30~50)p为宜，最大中心力矩amax≤80p。链的长度通常用链节数 Lp 来表示。根据皮带传动计算皮带长度的公式可由公式中的a——链条传动的中心力矩推导出来。这样计算出的链中节点数必须四舍五入为整数，最好是偶数。然后根据圆角链条节数用下式计算出实际中心力矩： 为了方便链条的安装和调整链条的松紧度，一般中心距都设计成可调的。中心距a=(30~50)p为宜，最大中心力矩amax≤80p。链的长度通常用链节数 Lp 来表示。根据皮带传动计算皮带长度的公式可由公式中的a——链条传动的中心力矩推导出来。这样计算出的链中节点数必须四舍五入为整数，最好是偶数。然后根据圆角链条节数用下式计算出实际中心力矩： 为了方便链条的安装和调整链条的松紧度，一般中心距都设计成可调的。中心距a=(30~50)p为宜，最大中心力矩amax≤80p。链的长度通常用链节数 Lp 来表示。根据皮带传动计算皮带长度的公式可由公式中的a——链条传动的中心力矩推导出来。这样计算出的链中节点数必须四舍五入为整数，最好是偶数。然后根据圆角链条节数用下式计算出实际中心力矩： 为了方便链条的安装和调整链条的松紧度，一般中心距都设计成可调的。根据皮带传动计算皮带长度的公式可由公式中的a——链条传动的中心力矩推导出来。这样计算出的链中节点数必须四舍五入为整数，最好是偶数。然后根据圆角链条节数用下式计算出实际中心力矩： 为了方便链条的安装和调整链条的松紧度，一般中心距都设计成可调的。根据皮带传动计算皮带长度的公式可由公式中的a——链条传动的中心力矩推导出来。这样计算出的链中节点数必须四舍五入为整数，最好是偶数。然后根据圆角链条节数用下式计算出实际中心力矩： 为了方便链条的安装和调整链条的松紧度，一般中心距都设计成可调的。

如果中心距不能调整链轮直径计算公式，又没有张紧装置，计算出的中心距应减少2~5mm。这允许链条有一个小的初始下垂以保持链条传动张紧。(7) 主要尺寸(略) 6.5 链传动的布置、张紧和润滑 6.5.1 链传动的布置 为使链传动正常工作，应注意其合理布置。其布置原则简述如下： (1) 两个链轮的转动平面应在同一垂直平面内，否则链条容易脱落，造成异常磨损。(2)两链轮中心的连线最好是水平的，或者在水平面以下有一个倾角，并尽量避免垂直传动，以免与下链轮啮合不良或脱开。(3) 常见的合理布置形式见表6.9。6.5.2 链条传动张紧 链条传动松边下垂过大，会引起啮合不良和链条振动，因此张紧链条传动的目的与皮带传动不同。张力不决定链条的工作能力，只决定下垂量。张紧的方法有很多种，最常见的是移动链轮来增加两轮的中心力矩。但若无法调整中心距，也可用张紧轮张紧，见图6.16a、b。张紧器应安装在靠近驱动链轮的松动侧。不管是带齿还是不带齿的张紧器，分度圆的直径最好与小链轮分度圆的直径相近。此外，也可用压板或托板张紧（图6.16c、d）。尤其是中心距较大的链条传动，采用托板控制下垂更为合理。6.5.3 链条传动的润滑 链条传动的润滑非常重要。用托板控制下垂比较合理。6.5.3 链条传动的润滑 链条传动的润滑非常重要。用托板控制下垂比较合理。6.5.3 链条传动的润滑 链条传动的润滑非常重要。

适当的润滑可以显着减少链条铰链的磨损，延长链条传动的使用寿命。链传动的润滑方式可按图6.17选择。通常有四种润滑方式： Ⅰ-用油壶或油刷手动定期加油；Ⅱ-滴油润滑，用油杯通过油管滴油至松边内外链板缝隙处；Ⅲ-油浴润滑或飞溅润滑，采用密封传动箱，前者链条和链轮部分浸入油中，后者采用较大直径的抛油板进行飞溅油；Ⅳ-油泵压力注油润滑，油泵用于通过油管向链条源源不断地供油，循环供油既起到润滑又起到冷却作用。链条传动所用润滑油的运动粘度在工作温度下约为20-40mm2/s。只有在速度很慢且没有供油的地方，才可以用润滑脂代替。小结 1、链条传动属于啮合传动，可以获得准确的平均传动比，可以实现大中心距传动。由于刚性链节在链条上呈多边形分布，在啮合时引起瞬时传动比的周期性变化和冲击，故其传动稳定性差。2、链条传动的不均匀运动和链轮齿间刚性链节啮合产生的冲击，必然会产生动载荷。当链条咬合在链轮的齿间时，不断的冲击，产生振动和噪音，这种现象称为“多边形效应”。链条的节距越大，链轮的速度越高，“多边形效应”就越严重。设计时，必须限制链速。此外，选择节距小的链条也有利于减少链传动的运动不均匀度和动载荷。3、链传动的设计计算通常根据传递功率P、工作条件、链轮转速n、1n等，选择链轮齿数z、z，并确定链距、列数、传动中心距、链轮 21 2 结构、材料、润滑方式等 链条的节距越大，链轮的速度越高，“多边形效应”就越严重。设计时，必须限制链速。此外，选择节距小的链条也有利于减少链传动的运动不均匀度和动载荷。3、链传动的设计计算通常根据传递功率P、工作条件、链轮转速n、1n等，选择链轮齿数z、z，并确定链距、列数、传动中心距、链轮 21 2 结构、材料、润滑方式等 链条的节距越大，链轮的速度越高，“多边形效应”就越严重。设计时，必须限制链速。此外，选择节距小的链条也有利于减少链传动的运动不均匀度和动载荷。3、链传动的设计计算通常根据传递功率P、工作条件、链轮转速n、1n等，选择链轮齿数z、z，并确定链距、列数、传动中心距、链轮 21 2 结构、材料、润滑方式等 选择节距小的链条也有利于减少链条传动的运动不均匀度和动载荷。3、链传动的设计计算通常根据传递功率P、工作条件、链轮转速n、1n等，选择链轮齿数z、z，并确定链距、列数、传动中心距、链轮 21 2 结构、材料、润滑方式等 选择节距小的链条也有利于减少链条传动的运动不均匀度和动载荷。3、链传动的设计计算通常根据传递功率P、工作条件、链轮转速n、1n等，选择链轮齿数z、z，并确定链距、列数、传动中心距、链轮 21 2 结构、材料、润滑方式等

(1)链轮齿数的合理选择是设计中的一项重要工作。当小链轮的齿数z选得太小1时，多边形效应会加强，速度变化率会急剧增加，因此链轮的最小齿数限制为z=9。min选多一些一般对传动有利，但选多了会使大链轮的齿数z多，不仅增加了传动的体积和重量，而且因磨损而拉长和链节的撕裂，容易使链条从链轮上脱落，缩短链条的使用寿命，所以常取z2max=120。(2)链条节距P已标准化。它不仅反映了链条和链轮各部分的尺寸，同时也是决定链传动承载能力的重要参数之一。为使结构紧凑，传动平稳，应尽量选用节距较小的单排链条；当速度低而功率大时，可采用小节距的多排链条。滚子链轮的结构设计 1、链轮的齿形 链轮的齿形必须保证链条能够顺畅、自如地进出啮合，尽量减少链节在啮合时的冲击和接触应力，并且容易处理。常用的链轮端齿廓如图12.6所示。它由三段圆弧aa、ab、cd和一条直线bc组成，简称三圆弧直线齿廓。齿形采用标准刀具加工。链轮工作图上不必画出端面齿形。只需在图纸上注明“齿形按3R GBT 1244-1985的规定制造”即可，但应画出链轮的轴面齿。外形如图12.7，尺寸参考相关设计手册。

工作图中的节距p、齿数z、节圆直径d（链轮链条上各滚子圆心所在的圆）、齿顶圆直径da、直径应标明根圆 df 的大小。计算公式为链轮材料。链轮材料应保证齿有足够的强度和耐磨性。因此，链轮的齿面一般都经过热处理，使其达到一定的硬度。常用材料见表12.2。12.3 链条传动工况分析 12.3.1 链条传动运动分析 1．链条传动运动不平度 链条进入链轮后形成折线，因此链传动的运动非常类似于缠绕在规则多边形轮上的皮带传动，见图 12.9。边长对应链节距p，边数对应链轮齿数z。链轮每转一圈，链条移动的距离为zp。设z和z为两个链轮的齿数，p为节距（mm），1 2 n1和n2为两个链轮的转速（r/min），则链条的平均转速v（ m/s)为v=z pn /[60×1000]=z pn /[60*1000]1 12 2 (12.4) 由上式可得链传动i=n的平均传动比/n =z /z1 2 2 1 (12.5) 实际上，链传动的瞬时链速和瞬时传动比都是变化的。分析如下：假设链条的紧边在传动过程中处于水平位置，见图 12.9。假设驱动轮以恒定角速度ω旋转，则1其分度圆周速度为Rω。

当链节进入驱动轮时，其销轴总是随着链轮的转动而改变其位置1 1。在角度β的瞬间，链条水平运动的瞬时速度v等于销轴圆周速度的水平分量。即链条速度vv=cosβR ω1 1 (12.6) 图12.9中角度的变化范围在±φ1/2之间，φ1=360。/z1。当β=0时，链条速度最大，vmax=R1ω1；当β=±φ1/2时，链条速度最小，vmin=R1ω1cos(φ1/2)。因此，即使驱动链轮以恒定速度旋转，链条速度v也发生变化。每次链节距转动时，它都会周期性地改变，见图 12.10。同理，链条垂直运动的瞬时速度v`=R1ω1sinβ也呈周期性变化，这使得链条上下振动。从动链轮的角速度ω2=v/R2cosγ也因链速v≠常数和γ角常数而变化（图12.9）。链条传动比的瞬时传动比i为 i=ω1/ω2=R2cosγ/R1cosβ (12.7) 显然，瞬时传动比不能得到一个常数值。因此，链传动工作不稳定。说明： 1、第一个字母表示排数 S-单排（可省略） D-两排 T-三排 Q-四排 2、“H”表示齿为淬火处理。如果牙齿不需要淬火，则不会标记。订货时请注明。链条传动比的瞬时传动比i为 i=ω1/ω2=R2cosγ/R1cosβ (12.7) 显然，瞬时传动比不能得到一个常数值。因此，链传动工作不稳定。说明： 1、第一个字母表示排数 S-单排（可省略） D-两排 T-三排 Q-四排 2、“H”表示齿为淬火处理。如果牙齿不需要淬火，则不会标记。订货时请注明。链条传动比的瞬时传动比i为 i=ω1/ω2=R2cosγ/R1cosβ (12.7) 显然，瞬时传动比不能得到一个常数值。因此，链传动工作不稳定。说明： 1、第一个字母表示排数 S-单排（可省略） D-两排 T-三排 Q-四排 2、“H”表示齿为淬火处理。如果牙齿不需要淬火，则不会标记。订货时请注明。表示牙齿已淬火。如果牙齿不需要淬火，则不会标记。订货时请注明。表示牙齿已淬火。如果牙齿不需要淬火，则不会标记。订货时请注明。