主要零部件的设计与计算

5.6.2.1尺寸参数

零件尺寸及公差要求取决于产品的质量特性指标，但与实际加工的工艺技术水平相关。因此设计过程在关注产品质量特性指标的同时，应结合自身加工的能力水平。

链条作为一种多零件组合体，零件的实际尺寸分布必须符合正态分布特征，并且当正态分布的误差范围按6σ选取时，其误差带中心偏移目标值应不大于±1.5σ。这是链条产品对于尺寸链验算和设计计算采用概率法进行的一个设计依据，如此求得的组成环尺寸公差比极值法求得的允许范围至少扩大一倍以上，在满足产品质量特性基础上，提高了加工工艺性和经济性。

根据链条尺寸参数的设计程序和特点，同时便于尺寸链的设计和验算。下面分别按照链条的侧向、纵向和横向的尺寸参数顺序来进行设计介绍。

1）链板厚度c。标准对链板厚度已规定了一个名义尺寸，但在设计时，应根据b_1min和b_2max值对c进行计算和修正：

式中：为窄端外宽b₂的装配公差；Δ₂为考虑相邻链节相叠部分的一侧链板的翘曲量。

经过计算并圆整得出的弯板滚子链的链板厚度列入表5-52。

表5-52 弯板滚子链链板厚度c（单位：mm）

弯板滚子链链板可选择热轧扁钢。国家标准GB/T704—1988《热轧扁钢尺寸、外形、重量及允许偏差》中，所规定的宽度及厚度尺寸允许偏差过大，不适宜用于链板材料，目前随着国内原材料供应商加工装备及工艺技术水平的提高，热轧扁钢的尺寸精度已远高于标准要求。因此，厚度公差δ_CN应根据当前原材料供应商的实际加工工艺水平来确定。通常，根据国内目前的热轧工艺技术水平，板厚的极限偏差可选择为js₁₄。

2）链节窄端外宽b₂。链节窄端外宽b₂（见图5-151）是装配时的重要数据之一，虽然标准中规定了b_2max，但由于这是单向极值，因而需经过修正处理。链节窄端外宽的基本尺寸为b₂=b_2max-2Δ₂，其中Δ₂为链板翘曲的修正量，其值约取链板厚度基本尺寸的1.5%。窄端外宽b₂的公差与装配工艺水平有关，同时必须受到窄端内宽b₁、链板厚度c所组成的尺寸链误差分布的限制。

经计算并调整得出链节窄端外宽基本尺寸b₂见表5-53。

表5-53 链节窄端外宽基本尺寸b₂（单位：mm）

链节窄端外宽尺寸b₂的极限偏差可取h₁₃。

3）链节窄端内宽b₁。GB/T 5858—1997《重载传动用弯板滚子链和链轮》对链节窄端内宽规定了一个名义尺寸，并对该名义尺寸规定了一个最小宽度值b_1min=0.95b₁。

但从标准中所描述的窄端外宽b_2max、链板厚度c数值推算，0.95作为系数所产生的内宽允许误差值过大，实际设计时对b_1min的确定以0.97b₁为宜。

同时可以通过尺寸链计算的方式来确定链节窄端内宽b₁。从图5-151中可以看出，由b₁、b₂、c所组成的沿内节宽度方向的装配尺寸链中，b₁为封闭环，b₂、c为组成环，b₂、c的基本尺寸与极限偏差给定之后，则可按概率法计算b₁，由于：

b₁=b₂-2C（5-130）

式中：分别为b₁、b₂、c的算术平均值。则封闭环b₁的误差分布中心为

式中：为b₂的公差带中心；M_eC为c的公差带中心；为b₂的正态分布曲线的相对不对称系；α_C为c的正态分布曲线的相对不对称系；为b₂的公差；δ_C为c的公差。设计计算的前提条件是b₁的误差分布中心与其公差带中心相重合，即与b₁公差带中心一致。

封闭环b₁的均方差为

式中：为b₂的均方差；σ_C为c的均方差。

设误差符合正态分布的封闭环b₁的工程能力指数为Cp，则所对应的误差范围系数为6，则封闭环b₁的误差范围为。于是，可得出封闭环b₁的公差为

则b₁的上下偏差为；b₁的极限尺寸为。

通常，若不考虑正态分布曲线的不对称因素，假定误差分布中心M与公差带中心M重合，则b₁的极限尺寸为。如果，则需重新调整协调环b₂的尺寸与公差，直到为止。

4）链节宽端外宽b₆。链节宽端外宽b₆的基本尺寸可根据窄端内外宽尺寸的计算方法来进行推算。同理，宽端外宽尺寸b₆的公差受宽端内宽b₃、链板厚度c所组成的尺寸链误差分布的限制。

经计算并调整得出链节宽端外宽基本尺寸b₆见表5-54。

表5-54 链节宽端外宽基本尺寸b₆（单位：mm）

宽端外宽尺寸b₆的极限偏差可取js₁₄。随着装配工装工艺技术水平的提高，宽端外宽尺寸b₆的极限偏差可取js₁₃。

5）链节宽端内宽b₃。采用概率法验算由b₃、c、b₆所组成的尺寸链（见图5-151），其中b₃是封闭环，则

由于标准中规定了b_3min，因而若，则符合设计要求，否则需重新调整协调环b₆的尺寸与公差，直至满足要求为止。

6）销轴长度b₄、b₅。重载弯板滚子链为可拆式链节结构，销轴为多台阶带销孔结构，如图5-152所示。当链节宽端外宽b₆为已知条件时，确定处于链板外侧的销轴头部和尾部的长度尺寸，就可推算出销轴长度b₄、b₅。

销轴头部长度尺寸b_T与销轴直径d₂有关，可根据经验公式加以确定：

图5-152 销轴结构图

b_T=（0.27～0.33）d₂（5-138）

系数选择时，随销轴直径的增大而减小。

销轴尾部的长度尺寸b_W与销孔内径D_K有关。由于采用圆柱形止锁销方式止锁，因此GB/T 882—2008《销轴》标准中有关对于销轴直径与销孔内径之间的选用关系并不适合于重载弯板滚子链的销轴。销孔内径D_K可根据表5-55选择。

表5-55 销孔直径D_K（单位：mm）

通常，销孔边缘距离销轴端面的壁厚尺寸应不小于销孔内径D_K的一半。当销轴为低碳合金钢材料，采用表面化学热处理方式时，其壁厚尺寸应为零件最大渗层深度的3倍以上。

销轴总长度的极限偏差可取h13。

由于标准中规定了链条销轴的最大长度b_4max、b_5max极限值，因而若计算值b₄≤b_4max、b₅≤b_5max，则符合设计要求，否则需重新调整协调尺寸，直至满足要求为止。

7）滚子高度h_G。滚子与链节窄端处链板的间隙Δ_G是保证滚子在360°范围内自由转动的必要间隙，其数值可参照表5-56选取，通常也可取Δ_G=0.01b_1min。

表5-56 滚子与链节窄端处链板的间隙（单位：mm）

滚子高度h_G=b_1min-Δ_G，滚子高度h_G的极限偏差为h13。

8）套筒长度L_T。套筒长度L_T的基本尺寸与链节窄端外宽b₂相同，其极限偏差通常取为h₁₂。若当用户对链节的套筒与链板的装配有露头要求时，则按用户要求设计。

9）销轴直径d₂。销轴直径是影响链条最小抗拉强度的重要因素之一。通常选取的尺寸略小于标准中所规定销轴直径的最大值d_2max，作为销轴直径的基本尺寸，其数值可参照表5-57选取。销轴的装配或工作圆柱面可通过无心磨床磨削加工，获得较高的尺寸精度，因而其极限偏差通常取为h8。

表5-57 销轴直径的基本尺寸d₂（单位：mm）

10）销轴与套筒之间的间隙Δ_Z-T。链条销轴与套筒间需要一个合理的间隙，以保持一个适宜的润滑通道，同时有助于其铰接处灵活性、链条侧弯和扭曲特性的改善。

根据标准规定，结合销轴直径基本尺寸的确定，弯板滚子链销轴与套筒之间的最小间隙Δ_Z-Tmin见表5-58。

表5-58 销轴与套筒之间的最小间隙Δ_Z-Tmin（单位：mm）

Δ_Z-Tmin间隙值随节距增大而逐渐增大。设计时可参照表5-58所示的Δ_Z-Tmin来选取销轴与套筒之间的间隙Δ_Z-T。

11）套筒内径d₃。套筒内径d_3min=d₂+Δ_Z-Tmin，其极限偏差通常取为H11。为了更清晰地表示套筒与销轴的配合关系，可取套筒内径的基本尺寸d₃等于销轴直径的基本尺寸d₂，而其上偏差为Δ_Z-Tmin+H11，下偏差为Δ_Z-Tmin。

12）滚子外径d₁。通常选取标准中规定的滚子外径的最大值d_1max为滚子外径的基本尺寸，其极限偏差一般可取为h10。

13）套筒外径D_T。套筒外径不是一个互换性尺寸参数，因此标准没有对其作出规定。套筒外径尺寸的大小，直接影响到滚子的耐冲击特性、内链板静强度和疲劳强度、链条产品的耐磨损寿命等重要内在质量特性，因此，套筒外径是链条产品中一个非常重要的尺寸参数。

弯板滚子链销轴直径与滚子外径的比值d₂/d₁≈0.5，这一尺寸特性类似于ISO606：2004中的A系列短节矩精密滚子链。如此则每侧的套筒壁厚和滚子壁厚之和（不考虑铰链副的间隙）为，式中，S_T为套筒壁厚；S_G为滚子壁厚。基于对弯板滚子链的结构型式和尺寸特性的分析与研究，并充分考虑套筒外径与链板高度之间的对应关系，在分配套筒壁厚时，可取S_T=0.115～0.125d₁范围。

套筒外径D_T=d₃+2S_T，其极限偏差通常可取h₈。

14）滚子内径d_G。滚子内径d_Gmin=D_T+Δ_G-Tmin，式中，Δ_G-Tmin为滚子与套筒之间的最小间隙。滚子内径的极限偏差通常取为H11。为了更清晰地表示滚子与套筒的配合关系，可取滚子内径的基本尺寸d_G等于套筒外径的基本尺寸D_T，而其上偏差为Δ_Z-Tmin+H11，下偏差为Δ_Z-Tmin。

通常情况下，滚子与套筒之间的最小间隙Δ_G-Tmin可等同销轴与套筒之间的最小间隙Δ_Z-Tmin，当链条使用工况为带粉尘环境时，其最小间隙可取1.2Δ_Z-Tmin，以确保链条在运行过程中维持滚子转动的灵活性。

15）链板孔径。

①与套筒装配的链板孔径d_N。

链板与销轴、套筒的配合过盈量是链条产品设计的重要参数，它直接影响链条在工作时配合元件间的连接牢固度和工作可靠性。

与套筒装配的链板孔径的基本尺寸可取为套筒外径的基本尺寸，即d_N=D_T。根据弯板滚子链产品的特点及其设计原则，其极限偏差可取为ZB9。

链板与套筒的配合过盈量适宜与否，可通过检测其压出力指标来进行评定。压出力参见表5-59。

表内数值指单片链板与销轴、单片链板与套筒的最小压出力。

②与销轴装配的链板孔径d_W2、d_W4

与销轴装配的链板孔径的基本尺寸可分别取为销轴外径的基本尺寸，即d_W2=d₂，d_W4=d₄，根据弯板滚子链产品的特点及其设计原则，其极限偏差可取为ZB9。

链板与销轴的配合过盈量适宜与否，可通过检测其压出力指标来进行评定。压出力参见表5-59所列。(www.xing528.com)

表5-59 链板与销轴、套筒间的压出力（单位：kN）

当销轴为带防转结构型式时，防转结构部位的最小压出力为表5-59所列数值的70%。

由于链板与销轴、套筒的连接牢固度是随着链条持续工作时间的增加而不断处于衰减趋势，且其连接牢固度与链板内孔的表面粗糙度、内孔亮带宽度、销轴和套筒的表面粗糙度相关，因此应取其零件极限状态进行设计工艺验证，必要时可加大其配合过盈量。

16）链板孔心距A_Y。根据弯板滚子链的结构型式，在设计时如暂不考虑套筒和滚子的内外表面的同轴度误差，可得出弯链板孔心距A_Y的计算式：

式中，m/2为标准中规定的链长相对偏差的公差带中心，对于弯板滚子链而言，m=+0.32%。

链板孔心距的基本尺寸一般不以其均值来表示，通常取为链条的基本节距，即A_Y=p，链板孔心距的极限偏差为。

上式中，为链板孔心距的设计公差，标准公差数值可取IT10级。

由于弯板滚子链两侧的弯链板不是同一零件，为确保链条的侧弯值控制在合格范围内，实际加工过程中，同批次的两侧弯链板孔心距误差应处在所规定标准公差值的70%以内。

构成链条长度尺寸链的环包括销轴直径、套筒孔径及链板孔心距尺寸及公差，因此当对产品图样所标注的各零件尺寸与公差进行验算节距和链长的分布时，如果超差，则应适当调整有关组成环零件的尺寸公差。

17）链板高度h₂。标准对链板高度规定了最大高度h_2max，为单向极限值。由于链板材料选择热轧扁钢，但国家标准GB/T704—1988《热轧扁钢尺寸、外形、重量及允许偏差》中，所规定的宽度尺寸允许偏差过大，不适宜用于链板材料。通常，根据国内目前的热轧工艺技术水平，热轧扁钢宽度的极限偏差可选择js15或js16。为了确保留有一定的裕度，链板高度的基本尺寸h₂一般可取略小于所选择扁钢规格的最大极限尺寸。

经过计算并圆整得出的弯板滚子链的链板高度如表5-60所列，供参考。

表5-60 弯板滚子链链板高度h₂（单位：mm）

设计过程确定链板高度时，应同时对链板的强度进行验算。

18）链板形状。弯板滚子链的链板为直板形状，其结构如图5-153所示。

链板两端圆弧半径与链板高度h₂相关，通常可取：

R_min=1.1h₂（5-140）链板端部的最小尺寸可分别为，通常取Y_T=1.25mm，YZ=1.35mm。

为保证相邻链节发生相对运动时不发生干涉，同时为留有一定的裕度，弯链板的最小间隙尺寸通常可取：

图5-153 链板结构图

（l₅-l₃）=（l₆-l₄）=0.2c（5-141）

这一间隙尺寸应在相邻链节相对转动60°状态下获得的。当设计验算时不能保证最小间隙尺寸时，应对l₃、l₄、l₅、l₆的相关联尺寸做出调整，直至符合要求为止。

链板的折弯高度尺寸c₁，可查询表5-51计算所得，相关公式为

c₁=（b₆-b₂）/2（5-142）

链板的折弯高度尺寸c₁极限偏差可取js₁₅。

当销轴尾端采用防转动结构时，与之相配合的链板孔通常采用“D”形结构，如图5_-154所示。

“D”形孔K值过小，可导致销轴的强度下降，K值过大，销轴扁平处起不到防转动效果，通常可取：

K=0.91～0.93d_W2（5-143）

设计过程确定链板孔K值时，应同时对销轴的强度进行验算。

图5-154 链板“D”形孔结构图

5.6.2.2形状与位置公差

1.链板

1）链板外形位置度。链板外形位置度主要指链板内孔与链板两侧面及两端圆弧的相对位置精度，这一位置精度可通过设定尺寸公差来进行控制，其主参数为内孔边缘至链板外边缘距离，其极限偏差可取js15或js16。

2）链板的平面度。为保证链条的正常工作侧隙，根据轧制和冲裁以及热处理的工艺水平，链板的平面度可取为11级或12级精度。

2.销轴

销轴的直线度影响装配时的对中和装配后链板的平行度，根据热处理和磨削的工艺水平，销轴的直线度可取为8级或9级精度。

由于销轴为台阶式结构，工作面两台阶圆柱d₂和d₄的同轴度精度可取8级精度。

3.套筒、滚子

套筒内外表面的同轴度影响链节的节距精度和链长精度，滚子内外表面的同轴度影响链节的节距精度和与链轮的啮合精度。同轴度大小与零件的加工工艺有关，由于套筒和滚子一般采用精拉钢管加工，其同轴度误差主要决定于钢管的拉拔工艺。当拉拔工艺不能满足设计要求时，可通过增加一道加工外圆或内孔的切削工序来提高同轴度精度要求。套筒、滚子的内外表面同轴度一般可控制在11级精度以内。

4.链节

1）链板的平行度。为了保证链条的正常工作侧隙和链节受力的均衡，根据装配的工艺水平，其平行度可取为11级精度。

2）套筒、销轴对链板的垂直度。套筒、销轴对链板的垂直度直接影响链条的节距精度和链条的扭曲量，通常，其垂直度可取为11级精度。

5.6.2.3表面粗糙度

1）链板。链板由于为热轧扁钢，其两平面的表面粗糙度一般可取为Ra6.3～12.5μm，小规格精密滚子链应取较小的表面粗糙度。

链板内孔的表面粗糙度将直接影响配合处的连接牢固度，根据链板孔的冲裁方式及其工艺水平，一般可取为Ra1.6～3.2μm。

2）销轴。销轴的表面粗糙度与装配以及装配后的连接牢固度直接有关，由于销轴通常须经磨削加工，其表面粗糙度一般可取Ra0.8μm。

3）套筒、滚子。如前所述，套筒的表面粗糙度将直接影响套筒与内链板装配后的连接牢固度，通常套筒外表面须经磨削或滚光加工，其表面粗糙度一般可取为Ra0.8～1.6μm，而套筒内的表面粗糙度一般可取为Ra1.6～3.2μm。滚子外的表面粗糙度一般可取为Ra1.6μm，内部表面粗糙度一般可取为Ra1.6～3.2μm。

5.6.2.4零件材料与热处理

弯板滚子链零件的材料选择、热处理硬度、渗碳零件渗层深度与碳浓度以及零件的热处理方式和金相组织可参照表5-61～表5-64内容进行确定。

表5-61 弯板滚子链零件的材料选择

注：弯板滚子链零件的材料选择，应根据链条的规格以及各零件的不同制造工艺与热处理方式来进行确定。

表5-62 弯板滚子链零件的热处理硬度

注：允许用其他测量方法，但其换算结果应满足表中的规定。

表5-63 弯板滚子链渗碳零件渗层深度与碳浓度

注：硬化层界限硬度为550HV。

表5-64 弯板滚子链零件的热处理方式和金相组织

注：表面渗层组织中的残余奥氏体含量不大于15%。

对于弯板滚子链，设计时应重点关注抗重载和耐冲击特性上，但在一些特殊工况或对耐磨性能上有要求时，销轴零件可在淬火、中温回火后，增加一道表面硬化工序，由此提高销轴零件的表面硬度，并使之缩小与套筒零件表面硬度之间的差值，提高链条的耐磨损性能。

对于表5-61～表5-64所给出的弯板滚子链各零件的材料及热处理方式和要求，应根据弯板滚子链的规格、强度级别和使用工况进行选择。

5.6.2.5零件静强度验算

1）链板。抗拉伸强度验算：

式中：F_umin为链条的最小抗拉强度（N）；c为链板厚度（mm）；h为链板高度（mm）；d_N为链板孔径（mm）；σ_b为链板的抗拉强度极限（N/mm²）。

2）销轴。按剪切强度验算：

式中：d₂为销轴直径（mm）；τ_b为销轴的抗剪强度极限（N/mm²）。

通过对弯板滚子链进行计算求得的链板和销轴的验算应力见表5-65。

表5-65 弯板滚子链链板和销轴的验算应力（单位：N/mm²）

由表5-65中可以看出，对于4824弯板滚子链，链板的验算应力σ_N已达到910N/mm²，表明链板与套筒装配部位是静强度和疲劳强度的薄弱环节，如需要可采取三方面措施进行保证：①需要在链板的选材及其热处理上严格控制其工序质量和成品质量；②可通过调整链板高度或套筒外径尺寸，增大该部位的截面积，降低单位面积所需的强度；③采取一定的强化工艺手段提高链板强度。

利用上述方法计算求出其验算应力，并从中找出其薄弱环节，以采取必要的质量保证措施，是产品设计评审过程中一项重要的环节。