如何设计链传动以提高承载能力？

一、链传动的失效形式

（一）疲劳破坏

链在松边拉力和紧边拉力的反复作用下，经过一定的循环次数，链板会发生疲劳破坏。正常润滑条件下，疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。

（二）滚子套筒的冲击疲劳破坏

链传动的啮入冲击首先由滚子和套筒承受。在反复多次的冲击下，经过一定的循环次数，滚子、套筒会发生冲击疲劳破坏。这种失效形式多发生于中、高速闭式链传动中。

（三）销轴与套筒的胶合

当润滑不当或速度过高时，销轴和套筒的工作表面会发生胶合，胶合限定了链传动的极限转速。

（四）铰链磨损

铰链磨损后链节变长，容易引起跳齿或脱链。开式传动、环境条件恶劣或润滑密封不良时，极易引起铰链磨损，从而急剧降低链条的使用寿命。

（五）过载拉断

这种拉断常发生于低速重载或严重过载的传动中。

生产生活中你见过哪几种链传动失效问题？

二、链传动的设计准则

（一）中低速链传动（v＞0.6m／s）的设计准则

对于一般链速v＞0.6m／s的链传动，其主要失效形式为疲劳破坏，故设计计算通常以疲劳强度为主并综合考虑其他失效形式的影响。计算准则为：传递的功率值（计算功率值）小于等于许用功率值，即

Pc≤［P］

式中：Pc——计算功率；

［P］——许用功率。

（二）低速链传动（v≤0.6m／s）的设计准则

当链速v≤0.6m／s时，链传动的主要失效形式为链条的过载拉断，因此应进行静强度计算，校核其静强度安全系数S，即

式中：FQ——单排链的极限拉伸载荷（见表3－2－2）；

m——链条排数；

F——链的工作拉力（N），，其中P为名义功率（kW）；

v——链速（m／s）。

三、链传动的设计计算

（一）已知条件

链传动的用途和工作情况，原动机的类型，需要传递的功率，主动轮的转速，传动比以及外廓安装尺寸等。

（二）设计计算方法和步骤

1.选择链轮齿数z1和z2

为保证传动的平稳性，减少冲击和动载荷，小链轮齿数z1不宜过小，通常按表3－2－4选取；大链轮齿数z2＝iz1，通常取z2＜120。

表3－2－4　小链轮齿数

做一做

根据已学知识，确定任务3.2中需设计的链传动中大、小链轮的齿数。

提示：

由于链节数常取为偶数，为使链条与链轮的轮齿磨损均匀，链轮齿数一般应取与链节数互为质数的奇数。

滚子链的传动比i（i＝z2／z1）不宜大于7，一般推荐i＝2～3.5，只有在低速时i可取大些。i过大，链条在小链轮上的包角减小，啮合的轮齿数减少，从而加速轮齿的磨损。

2.确定中心距和链节数

（1）初定中心距。

链传动的中心距过大或过小对传动都会造成不利影响。中心距过大，则链传动的结构大，且由于松边的垂度大会产生抖动；如果中心距过小，则链条在小链轮上的包角较小，啮合的齿数少，导致磨损加剧，且易产生跳齿、脱链等现象。大多数情况下a取（30～50）p。

（2）确定链节数。

链条的长度以链节数LP表示，计算公式为

由此算出的链节数，须圆整为整数，最好取为偶数。

（3）确定实际中心距。

运用式（3－2－5）解得链的节数LP后求中心距a的公式为

为了便于安装和调节链的张紧程度，中心距一般设计成可调的。若中心距不能调节且没有张紧装置，则应将计算的中心距减小2～5mm。

做一做

根据已学知识，确定任务3.2中需设计的链传动的链节数和中心距。

3.根据额定功率曲线确定链型号（见图3－2－6）

链条所能传递的额定功率是在规定的试验条件下得到的。其特定条件如下：

（1）两链轮轴水平安装，且两链轮共面；

（2）小链轮齿数合理；

（3）传动比i＝3：

（4）中心距a＝40p；

（5）载荷平稳；

（6）单排链；

（7）工作寿命为15000h；

（8）按推荐的润滑方式润滑。

图3－2－6　额定功率曲线图

设计时，如与上述条件Pc≤［P］不符，则应对其所传递的功率进行修正。所以，在特定条件下有：

式中：下标P——名义功率；

KA——链传动的工作情况系数（见表3－2－5）；

Kz——主动链轮齿数系数（表3－2－6）；

KP——多排链系数（表3－2－7）。(www.xing528.com)

表3－2－5　工作情况系数KA

表3－2－6　主动链轮齿数系数Kz

表3－2－7　多排链系数KP

根据链传动的计算功率Pc和小链轮转速n1，由A系列滚子链额定功率曲线图3－2－6可查得链的型号，按链的型号由表查得链的节距p。

做一做

根据已学知识，利用额定功率曲线确定任务中链传动的链型号。

4.验算链速v

v值需要在3～8m／s范围内，否则需要重新选择参数进行设计。

做一做

根据已学知识，验算任务中需设计的链传动的链速。

5.确定润滑方式

润滑方式可根据链速和链节距的大小由图3－2－7选择，具体润滑装置见图3－2－8。润滑油应加于松边，以便润滑油渗入各运动接触面。润滑油一般可采用L－AN32、L－AN46、LAN68油。

图3－2－7　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

做一做

根据已学知识，确定任务3.2中需设计的链传动的润滑方式。

图3－2－8　链传动的润滑装置

（a）人工定期润滑；（b）滴油润滑；（c）油浴；（d）飞溅润滑；（e）压力喷油润滑

6.计算作用在轴上的拉力FQ

对于水平传动和倾斜传动：

对于接近垂直布置的传动：

式中：KA——工作情况系数，见表3－2－4；

Ft——有效圆周力，Ft＝1000P／v。

做一做

根据已学知识，计算任务3.2中需设计的链传动作用在轴上的拉力。

7.链轮设计

做一做

根据已学知识，确定任务3.2中需设计的链传动的链轮结构。

8.链传动的布置和张紧

（1）链传动的布置。

为使链传动能工作正常，应注意其合理布置，布置的原则如下：

①两链轮的回转平面应在同一垂直平面内，否则易使链条脱落和产生不正常的磨损。

②两链轮中心连线最好是水平的，或与水平面成45°以下的倾角，尽量避免垂直传动，以免与下方链轮啮合不良或脱离啮合。

③链条应使主动边（紧边）在上、从动边（松边）在下，以免松边垂度过大时链与轮齿相干涉或紧、松边相碰。

表3－2－8　链传动合理布置形式

（2）链传动的张紧。

链传动需适当张紧，以免松边垂度过大，引起啮合不良和链条振动。张紧的方法有很多，最常见的是移动链轮以增大两轮的中心矩。但当中心距不可调时，也可以采用张紧轮张紧，如图3－2－9所示，张紧轮应装在靠近主动链轮的松边上。

图3－2－9　链传动的张紧

做一做

（1）同学们分小组，按照上述设计步骤，对带式输送机中的链传动设计结果进行汇总。

（2）绘制链轮的结构图，填写技术要求，检查并签名。

（3）根据已学知识，确定带式输送机中链传动的布置和张紧方法。

请认真观察自行车链传动工作原理，分析链传动的类型和传动特点，写出链传动设计的步骤和方法。

一、知识巩固

对照本任务知识脉络图，梳理自己所掌握的知识体系，并与同学相互交流、研讨个人对链传动设计的知识点或技能技巧的理解，并注重提升职业素养。

二、拓展任务

（1）根据任务完成的工作步骤及方法，利用所学知识，自主完成自主学习手册中的拓展任务。

（2）查阅《机械设计手册》中链传动的设计，谈谈自己对链传动设计的理解。

★新视野

快速设计技术

快速设计也称快速响应设计、敏捷设计。快速设计技术是在当前市场对产品多样化、瞬变性等需求的形势下提出并发展起来的。产品快速设计与制造的主要目的是缩短产品的设计周期，提高产品设计质量，以及提高企业对市场的快速响应能力。产品快速设计并没有将其解决问题的范围扩大到企业的整个生产领域，而只是将重点放在缩短产品的设计开发周期上，尤其是总体结构和设计方案阶段，以提高产品一次开发成功和快速响应市场的能力。产品快速设计是先进制造技术发展的产物，是计算机辅助设计与制造技术的发展和延伸，它涉及并行工程技术、产品数据管理（PDM）技术、专家系统、集成建模、优化技术、网络技术以及价值工程和生产工程技术等。快速设计的理论和方法主要有数字化设计、网络化协同设计、模块化设计、智能化设计和绿色设计等。

快速设计从内容上应包含以下几个方面：一是机械产品族结构规划，利用模块化设计方法对产品的结构变形及规格系列进行规划，建立系列化的产品族结构，构造模块系统并利用参数化、变量化方法建立产品库、模块库，利用知识化方法建立产品设计对象及其设计过程知识库；二是机械产品设计方案的快速生成，根据用户需求，利用知识化方法和变量化方法，匹配并定制特定产品所需模块，通过模块综合，生成满足用户需求的产品设计方案；三是机械产品设计方案的快速评价与仿真，对产品设计方案进行装配、运动仿真和动、静态性能分析，评价方案的可行性及设计需求满足程度，对产品设计方案进行优化并对影响产品性能的薄弱模块环节进行修改。

（1）与带传动相比，链传动有何优缺点？

（2）按用途不同，链分为哪几种？

（3）链传动的主要失效形式有哪些？

（4）滚子链的接头形式有哪些？

（5）滚子链传动在何种特殊条件下才能保证其瞬时传动比为常数？

（6）链传动在工作时引起动载荷的主要原因是什么？

（7）为什么小链轮齿数不宜过多或过少？

（8）链传动的中心距过大或过小对传动有何影响？一般取为多少？

（9）试述链传动设计计算的步骤。