工业齿形链产品设计优化

工业齿形链是指用于工业生产中的传动和输送用齿形链，此类链条工作环境比较恶劣，多是开式传动，润滑条件不是很好。

5.2.4.1工业齿形链结构型式

齿形链是由一系列的工作链板和导板交替装配且用销轴或组合的铰接元件连接组成，相邻链节间为铰链节。为了限制齿形链运转过程中的横向移动量，齿形链均设有导板，视导板布置形式分为内导与外导两种。外导式齿形链的导板跨骑在链轮两侧，如图5-116a所示；内导式齿形链的导板则是在链轮上一个或多个圆周导槽中运行，如图5-116b所示。链条的导板用以保证链条横向的稳定性。

图5-116 工业齿形链典型结构型式

a）外导式齿形链 b）内导式齿形链 1—导板 2—销轴 3—链板 4—垫圈 5—连接销轴 6—开口销

允许链板轮廓有改变，但链板必须能同标准所规定的链轮相啮合，使其铰接中心位于链轮的分度圆上。工业齿形链的铰链多是圆销结构的，近年来滚销结构铰链的工业齿形链应用正逐步增加，也出现用于输送的双节距齿形链。目前齿形链标准有我国标准GB/T 10855—2003、美国标准ASMEB29.2、德国标准DIN8190、苏联标准ΓOCT13552，在齿形链设计时可以参考并满足相应的标准要求。

5.2.4.2工业齿形链产品设计主要性能要求

齿形链主要通过链板和链轮啮合以传递动力或输送物品，对于工业用齿形链而言，设计时要考虑的链条主要性能要求包括抗拉强度、链长精度、连接牢固度及耐磨损性能。链条应具有足够的强度可以承受工作载荷，一般规定了链条的最小抗拉强度，但最小抗拉强度不是链条的工作载荷；为保证链条与链轮能正确啮合，要保证链条长度在一定的范围内，齿形链一般不允许短于公称长度，有时齿形链长度大一些有助于链条与链轮齿的啮合，但会影响链条磨损寿命；链条要有一定的连接牢固度以保证链条在使用中框架不散并正常工作，齿形链多是通过最外侧的垫圈与销轴过盈配合来保证连接牢固度；由于工业用齿形链多是开式传动，润滑条件不好，多是磨损失效，因此还要求链条具有好的耐磨损性能。

5.2.4.3工业齿形链产品设计与零件选材

滚子链设计中所阐述的一些原则对齿形链设计亦同样适用。下面着重阐述齿形链设计的一些特点。

齿形链的基本参数为节距p和链宽b。各种规格齿形链的极限拉伸载荷Q与p和b有关。因此在确定齿形链规格系列时，根据使用上的需要，像滚子链有不同排数一样，齿形链每种节距也配有若干种不同的链宽。齿形链的破断通常表现为链板的破坏。因此整链的极限拉伸载荷Q与单个链板的破断载荷Q′有关（Q′=σA）。单个链板破坏时，破坏点可能在腰部也可能在孔部。通常，圆销式铰链结构的链板腰部尺寸较小，其孔部强度较腰部强度大；轴瓦式铰链的链板腰部尺寸较大，其孔部与腰部的强度相近。但各种铰链结构形式都应保证达到标准规定的Q值。所以在计算时，可以认为腰部强度与孔部强度相接近。当链板和导板的厚度相同时，带有内导板的链节和不带内导板的链节，其腰部的破断载荷虽然不尽相等，但也比较接近。设n为铰链销轴上链板总数，则在计算极限拉伸载荷Q时，有效链板数m=（n-1）/2代入。对于外导板式，则始终是不带导板的链节最弱，因此也用m=（n-1）/2代入。

1）导向形式的确定。齿形链的导向形式分内导和外导两种。当前齿形链的发展趋势是大量采用内导式，仅在小宽度时才采用外导式。这主要是由于内导式具有较高的可靠性，另外，内导式还能改善各链节的等强度性能。在两个链轮安装的共面性较差的情况下，外导式的导板与链轮侧面接触时会发生撞击。特别是在高速情况下，这种直接的连续撞击易使导板与销轴脱铆，导致传动的不安全。这种情况会随着导板的内置而得到改善。所以，内导式具有较高的可靠性。但是，对于小节距的宽度较窄的链轮，切制导槽有困难，而且热处理后在导槽底部有较大的应力集中，此时宜采用外导式。一般当链宽b>25mm时，均宜采用内导式。内导式还分单内导和双内导（即一个链节中安放两个内导板）两种。一般双内导用于链宽更大的场合，即b>16p或b>180mm。通常，链板的腰部强度较弱，但是，导板的腰部强度却比链板的要大一倍还多。因此，对于内导式来说，适当安排链板和导板，就有可能使各链节腰部基本上接近等强度。对于外导式，则难以实现各链节腰部等强度。

2）链板的尺寸参数。链板的所有外形尺寸应尽量取成与节距p成正比，这样可以使不同节距的链板外形呈相似形，以便于分析和掌握规律。图5-117所示为链板外形尺寸及计算式。

以GB/T 10855—2003规定的SC5齿形链为例，阐述工业齿形链的设计，其他型号和规格的工业用齿形链的设计、选材，也可按照相关标准并参照下述方法进行设计。

图5-117 齿形链链板尺寸参数

1.总装配图

SC5-30N齿形链的装配图要明确链条的结构，节距、链宽等尺寸、极限拉伸载荷及链长要求，如图5-118所示。

图5-118 SC5-30N齿形链装配图

2.链板的设计

链板既参与和链轮齿的啮合，同时承受一定的拉伸载荷，所以要求有足够的强度和耐磨性，SC5齿形链链板的结构与尺寸及技术要求如图5-119所示。

链板的主要材料是45Mn或40Mn，也有50Mn、65Mn、50钢等。(www.xing528.com)

3.导板的设计

导板不参与和链轮齿的啮合，主要用于控制链条的横向移动，保证链条横向的稳定性，同时承受一定的拉伸载荷，要求有足够的强度，SC5齿形链导板的结构与尺寸及技术要求如图5-120所示。

图5-119 SC5齿形链链板结构尺寸及技术要求

图5-120 SC5齿形链导板结构尺寸及技术要求

导板的主要材料是45Mn或40Mn，也有50Mn、65Mn、50钢等。

4.销轴的设计

销轴主要作用是连接各链板和导板，并与链板形成铰链使链条具有一定挠性，同时通过与垫圈过盈配合使链条具有足够的连接牢固度，所以要求有足够的抗剪切强度、刚度和耐磨性，SC5齿形链销轴的结构与尺寸及技术要求如图5-121所示。

销轴的主要材料是20CrMnMo、20CrNiMo、20CrMo等低碳合金钢，有时也用30CrMnTi。

图5-121 SC5齿形链销轴结构尺寸及技术要求

5.连接销轴的设计

连接销轴主要作用是将整链首尾相连，同时通过与止锁件配合使链条便于拆装，所以要求有足够的抗剪切强度、刚度和耐磨性，SC5齿形链连接销轴的结构与尺寸及技术要求如图5-122所示。

连接销轴的主要材料是20CrMnMo、20CrNiMo、20CrMo等低碳合金钢，有时也用30CrMnTi。5.2.4.4工业齿形链产品设计校核

以SC5-30N齿形链为例进行设计校核。

1）链板强度计算。链板的薄弱处为齿形内侧，链板孔径取最大值5.996mm，链板厚度取最小值1.92mm，则最小受拉截面面积为（2×5.365-5.996）×1.92mm²=9.0893mm²，链条承受拉伸载荷的有效链板数为7，则σ=1.1×45600/（7×9.0893）N/mm²=788.4N/mm²，链板材料为45Mn，其最小硬度为42HRC，42HRC=391HB，[σ]=0.3×391×9.8N/mm²=1149N/mm²；σ<[σ]，因此链板能保证强度需要。

图5-122 SC5齿形链连接销轴结构尺寸及技术要求

2）销轴强度验算。销轴按纯剪切计算，剪切面为14个，销轴外径取最小值d₂=5.90mm，τ=1.1Q×4/（14πd₂²）=1.1×45600×4/（14×3.14×5.90²）N/mm²=131N/mm²

而销轴材料采用20CrMnMo，并经渗碳处理，其剪切强度据经验估计，可达到700N/mm²以上，所以销轴也能保证强度需要。

3）链长验算。链板孔心距均值为15.815mm；孔径均值为5.981mm；销轴外径均值为5.91mm；则30节链长平均值为L=30×（15.815+5.981-5.91）mm=476.58mm，由于链条在出厂前还要进行预拉，经试验，预拉后的链长比预拉前的链条将伸长0.3mm左右，因此，预拉后的30节链条的链长平均值为476.88mm，符合图样要求。