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滚动轴承的分类

链轮计算公式汇总作者:欧宝娱乐彩业来源:欧宝平台竞猜

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  第 6 章 链传动 本章提示: 链传动由两个链轮和绕在两轮上的中间挠性件链条所组成。靠链条与 链轮之间的啮合来传递两平行轴之间的运动和动力,属于具有啮合性质的强迫传 动。其中,应用最广泛的是滚子链传动。 本章介绍了链传动的工作原理、特点及应用范围;重点分析了链传动的运动 不均匀性(即多边形效应)产生的原因和链传动的失效形式;阐明了功率曲线图 的来历及使用方法;着重讨论了滚子链传动的设计计算方法及主要参数选择;简 要介绍了齿形链的结构特点以及链传动的润滑和张紧的方法。 基本要求 1).了解链传动的工作原理、特点及应用 2).了解滚子链的标准、规格及链轮结构特点。 3).掌握滚子链传动的设计计算方法。 4).对齿形链的结构特点以及链传动的布置、张紧和润滑等方面有一定的了解。 6.1 概述 链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成, 见图 6.1,以链作中间挠性件,靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。 在链传动中,按链条结构的不同主要有滚子链传动和齿形链传动两种类型: 1. 滚子链传动 滚子链的结构如图 6.2。它由内链板 1、外链板 2、销轴 3、套筒 4 和滚子 5 组成。链传动工作时,套筒上的滚子沿链轮齿廓滚动,可以减轻链和链轮轮齿的 磨损。 把一根以上的单列链并列、用长销轴联接起来的链称为多排链,图 6.3 为双 排链。链的排数愈多,承载能力愈高,但链的制造与安装精度要求也愈高,且愈 难使各排链受力均匀,将大大降低多排链的使用寿命,故排数不宜超过 4 排。当 传动功率较大时,可采用两根或两根以上的双排链或三排链。 为了形成链节首尾相接的环形链条,要用接头加以连接。链的接头形式见图 6.4。当链节数为偶数时采用连接链节,其形状与链节相同,接头处用钢丝锁销 或弹簧卡片等止锁件将销轴与连接链板固定;当链节数为奇数时,则必须加一个 过渡链节。过渡链节的链板在工作时受有附加弯矩,故应尽量避免采用奇数链节。 链条相邻两销轴中心的距离称为链节距,用 p 表示,它是链传动的主要参数。 滚子链已标准化,分为 A、B 两种系列。A 系列用于重载、高速或重要传动; B 系列用于一般传动。表 6.1 列出了部分滚子链的基本参数和尺寸。 2.齿形链传动 齿形链传动是利用特定齿形的链板与链轮相啮合来实现传动的。 齿形链是由彼此用铰链联接起来的齿形链板组成(图 6.5),链板两工作侧面间 的夹角为 600,相邻链节的链板左右错开排列,并用销轴、轴瓦或滚柱将链板联 接起来。按铰链结构不同,分为圆销铰链式、轴瓦铰链式和滚柱铰链式三种,见 图6.5b。 与滚子链相比,齿形链具有工作平稳、噪声较小、允许链速较高、承受冲击 载荷能力较好和轮齿受力较均匀等优点;但结构复杂、装拆困难、价格较高、重 量较大并且对安装和维护的要求也较高。 6.2 滚子链链轮的结构设计 1. 链轮的齿形 链轮齿形必须保证链节能平稳自如地进入和退出啮合,尽量减少啮合时的链 节的冲击和接触应力,而且要易于加工。 常用的链轮端面齿形见图 6.6。它是由三段圆弧aa 、ab、cd 和一段直线 bc 构成,简称三圆弧-直线齿形。齿形用标准刀具加工,在链轮工作图上不必绘制 端面齿形,只需在图上注明齿形按 3RGB1244-85 规定制造即可,但应绘制链轮 的轴面齿形,见图 6.7,其尺寸参阅有关设计手册。工作图中应注明节距p 、齿 数 z 、分度圆直径 d (链轮上链的各滚子中心所在的圆)、齿顶圆直径d 、齿根 a 圆直径 d 。其计算公式为 f 2. 链轮结构 图6.8 为几种常用的链轮结构。小直径链轮一般做成整体式(图 6.8a), 中等直径链轮多做成辐板式,为便于搬运、装卡和减重,在辐板上开孔(图6.8b), 大直径链轮可做成组合式(图 6.8c,d),此时齿圈与轮芯可用不同材料制造。 3. 链轮材料 链轮材料应保证轮齿有足够的强度和耐磨性,故链轮齿面一般都经过热处 理,使之达到一定硬度。常用材料见表 6.2。 6.3 链传动工作情况分析 6.3.1 链传动的运动分析 1.链传动的运动不均匀性 链条进入链轮后形成折线,因此链传动的运动情况和绕在正多边形轮子上的 带传动很相似,见图 6.9。边长相当于链节距p,边数相当于链轮齿数 z。链轮 每转一周,链移动的距离为 zp,设 z 、z 为两链轮的齿数,p 为节距(mm), 1 2 n1、n2 为两链轮的转速(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 1 2 2 由上式可得链传动的平均传动比i=n /n =z /z 1 2 2 1 (6.5) 事实上,链传动的瞬时链速和瞬时传动比都是变化的。分析如下:设链的紧 边在传动时处于水平位置,见图 6.9。设主动轮以等角速度ω 转动,则其分度 1 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改 1 1 变其位置。当位于β角的瞬时,链水平运动的瞬时速度 等于销轴圆周速度的水 平分量。即链速 v v=cos βR ω (6.6) 1 1 。 角的变化范围在±φ /2 之间,φ =360 /z 。当β=0 时,链速最大,v =R 1 1 1 max 1 ω ;当β=±φ /2 时,链速最小,v =R ω cos( φ/2) 。因此,即使主动链轮 1 1 min 1 1 1 匀速转动时,链速 v 也是变化的。每转过一个链节距就周期变化一次,见图 6.10。 同理,链条垂直运动的瞬时速度v`=R ω sinβ也作周期性变化,从而使 1 1 链条上下抖动。 从动链轮由于链速 v≠常数和γ角的不断变化(图 6.9),因而它的角速度ω =v/R cos γ也是变化的。 2 2 链传动比的瞬时传动比 i 为i=ω/ ω=R cos γ/R cos β 1 2 2 1 (6.7) 显然,瞬时传动比不能得到恒定值。因此链传动工作不稳定。 2.链传动的动载荷 链传动在工作时产生动载荷的主要原因是: (1) 链速和从动链轮角速度周期性变化,从而产生了附加的动载荷。链的加 速度愈大,动载荷也将愈大。链的加速度为 可见,链轮转速愈高、链节距愈大、链轮齿数愈少,动载荷都将增大。 2) 链沿垂直方向分速度 也作周期性地变化,使链产生横向振动,这也是链 传动产生动载荷的原因之一。 (3) 链节进入链轮的瞬时,链节与链轮轮 齿以一定的相对速度啮合,链与轮 齿将受到冲击,并产生附加动载荷。如图 6.11 所示,根据相对运动原理,把链 轮看作静止的,链节就以角速度-w 进入轮齿而产生冲击。这种现象,随着链轮 转速的增加和链节距的加大而加剧。使传动产生振动和噪声。 (4) 若链张紧不好、链条松弛,在起动、制动、反转、载荷变化等情况下, 将产生惯性冲击,使链传动产生很大的动载荷。 由于链传动的动载荷效应,链传动不宜用于高速。 6.3.2 链传动的受力分析 安装链传动时,只需不大的张紧力,主要是使链松边的垂度不致过大,否则 会产生显著振动、跳齿和脱链。若不考虑传动中的动载荷,作用在链上的力有: 圆周力(即有效拉力)F、离心拉力 F 和悬垂拉力 F 。如图所示。 C y 链在传动中的主要作用力有: (1)链的紧边拉力为 F =F+F +F (N)(6.8) 1 C y (2)链的松边拉力为 F =F +F (N) (6.9) 2 C y 2 (3)围绕在链轮上的链节在运动中产生的离心拉力 F =qv (N) (6.10) C 式中:q 为链的每米长质量,Kg/m,见表 6.1; v 为链速 m/s 。 (4)悬垂拉力 可利用求悬索拉力的方法近似求得 F =K qga(N) v v (6.11) 式中:a 为链传动的中心距,m ; 2 g 为重力加速度, g=9.81m/s ; K 为下垂量 y=0.02a 时的垂度系数,与安装角β有关(图 6.12),见 v 表 6.3。 链作用在轴上的压力 F 可近似地取为 F =(1.2~1.3)F,有冲击和振动时取大 Q Q 值。 6.4 滚子链传动的设计计算 6.4.1 滚子链传动的主要失效形式 链传动的主要失效形式有以下几种: (1)链板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。 (2)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。 (3)销轴与套筒的胶合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。 (4)链条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。 (5)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。 6.4.2 滚子链传动的额定功率曲线)极限传动功率曲线 在一定使用寿命和润滑良好条件下,链传动的各种 失效形式的极限传动功率曲线 所示。曲线 是在正常润滑条件下,铰 链磨损限定的极限功率;曲线 是链板疲劳强度限定的极限功率;曲线 是套筒、 滚子冲击疲劳强度限定的极限功率;曲线 是铰链胶合限定的极限功率。图中阴 影部分为实际使用的区域。若润滑不良、工况环境恶劣时,磨损将很严重,其 极限功率大幅度下降,如图中虚线)许用传动功率曲线 为避免出现上述各种失效形式,图 6.14 给出了滚子链在特定试验条件下的 许用功率曲线、单排链水平布置、载荷平稳、工作 环境正常、按推荐的润滑方式润滑、使用寿命 15000h;链条因磨损而引起的相 对伸长量 Δp/p 不超过 3%。当实际使用条件与试验条件不符时,需作适当修正, 由此得链传动的计算功率应满足下列要求 式中 P --许用传递功率(kW),由图6.14 查取; 0 P--名义传递功率(kW); K --工作情况系数,见表 6.4。 A K --小链轮齿数系数,见表 6.5,当工作点落在图 6.14 某曲线顶点左侧时(属 Z 于链板疲劳),查表中 ,当工作点落在某曲线顶点右侧时(属于滚子、套筒冲 击疲劳)查表中; K --链长系数,根据链节数 ,查表 6.6; L K --多排链系数,查表 6.7。 p 6.4.3 滚子链传动的设计步骤和传动参数选择 (1)传动比 i 链的传动比一般≤8,在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许 到 10。如传动比过大,则链包在小链轮上的包角过小,啮合的齿数太少,这将 。 加速轮齿的磨损,容易出现跳齿,破坏正常啮合。通常包角最好不小于 120 , 推荐传动比 i=2~3.5。 (2)链轮齿数 z1 和 z2首先应合理选择小链轮齿数 z1 。小链轮齿数不宜 过少,过少时,传动不平稳、动载荷及链条磨损加剧,摩擦消耗功率增大,铰链 的比压加大及链的工作拉力增大。但是 z1 不能太大,因为 z1 大,z2 更大,不 仅增大传动尺寸,而且铰链磨损后容易引起脱链,将缩短链的使用寿命。因为若 链条的铰链发生磨损,将使链条节距变长、链轮节圆 d` 向齿顶移动(图6.15)。 节距增长量 Δp 与节圆外移量 Δd`的关系,可由式(6.1)导出: 由此可知Δp 一定时,齿数越多节圆外移量 Δd`就越大,也越容易发生跳齿 和脱链现象。 滚子链的小链轮齿数按表 6.8 推荐范围选择。 大链轮齿数 z2 按 z2=iz1 确定,一般应使 z2≤120。 在选取链轮齿数时,应同时考虑到均匀磨损的问题。由于链节数最好选用偶 数,所以链轮齿数最好选质数或不能整除链节数的数。 (3)链速和链轮的极限转速 链速的提高受到动载荷的限制,所以一般最好 不超过 12m/s。链轮的最佳转速和极限转速可参看图6.14。图中接近于最大许用 传动功率时的转速为最佳转速,功率曲线右侧竖线)链节距 链节距愈大,链和链轮齿各部尺寸也愈大,链的拉曳能力也愈大, 但传动的速度不均匀性、动载荷、噪声等都将增加。因此设计时,在承载能力足 够的条件下,应选取较小节距的单排链,高速重载时,可选用小节距的多排链。 (5)链的长度和中心距 若链传动中心距过小,则小链轮上的包角也小,同 时啮合的链轮齿数也减少;若中心距过大,则易使链条抖动。一般可取中心距 a=(30~50)p,最大中心矩 amax≤80p 。 链的长度常用链节数 Lp 表示。按带传动求带长的公式可导出 式中 a--链传动的中心矩。 由此算出的链的节数,必须圆整为整数,且最好为偶数。然后根据圆整后的 链节数用下式计算实际中心矩: 为了便于安装链条和调节链的张紧程度,一般中心距设计成可以调节的。若 中心距不能调节而又没有张紧装置时,应将计算的中心距减小 2~5mm。这样可使 链条有小的初垂度,以保持链传动的张紧。 (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 为使链传动能工作正常,应注意其合理布置,布置的原则简要说明如下: (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 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)常见合理布置形式参见表6.9。 6.5.2 链传动的张紧 链传动中如松边垂度过大,将引起啮合不良和链条振动,所以链传动张紧的 目的和带传动不同,张紧力并不决定链的工作能力,而只是决定垂度的大小。 张紧的方法很多,最常见的是移动链轮以增大两轮的中心矩。但如中心距不 可调时,也可以采用张紧轮张紧,见图 6.16a、b。张紧轮应装在靠近主动链轮 的松边上。不论是带齿的还是不带齿的张紧轮,其分度圆直径最好与小链轮的分 度圆直径相近。此外还可以用压板或托板张紧(图 6.16c、d)。特别是中心距 大的链传动,用托板控制垂度更为合理。 6.5.3链传动的润滑 链传动的润滑至关重要。合宜的润滑能显著降低链条铰链的磨损,延长使用 寿命 链传动的润滑方法可根据图 6.17 选取。通常有四种润滑方式:Ⅰ-人工定 期用油壶或油刷给油;Ⅱ-滴油润滑,用油杯通过油管向松边内外链板间隙处滴 油;Ⅲ-油浴润滑或飞溅润滑,采用密封的传动箱体,前者链条及链轮一部分浸 入油中,后者采用直径较大的甩油盘溅油;Ⅳ-油泵压力喷油润滑,用油泵经油 管向链条连续供油,循环油可起润滑和冷却的作用。 链传动使用的润滑油运动粘度在运转温度下约为 20~40mm2/s。只有转速很 慢又无法供油的地方,才可以用油脂代替。 小结 1.链传动属于啮合传动,能获得准确的平均传动比,又能实现较大中心距 的传动。由于刚性链节在链较上呈多边形分布,引起瞬时传动比周期性变化和啮 合时的冲击,因而其传动平稳性差。 2.链传动运动不均匀及刚性链节啮入链轮齿间时引起的冲击,必然要引起 动载荷。当链啮入链轮齿间时,就会形成不断的冲击、振动和噪声,这种现象称 为多边形效应。链的节距越大,链轮转速越高,多边形效应就越严重。在设 计时,必须对链速加以限制。此外,选取小节距的链条,也有利于降低链传动的 运动不均匀性及动载荷。 3.链传动的设计计算通常是根据所传递的功率P、工作条件、链轮转速 n 、 1 n 等,选定链轮齿数 z 、z ,确定链的斩草除根距、列数、传动中心距、链轮结 2 1 2 构、材料、润滑方式等。 (1)合理选定链轮齿数是设计中的一项重要任务。小链轮齿数 z 选得过少 1 时,多边形效应增强,速度变化率急剧增加,故限定链轮最小齿数 z =9。选得 min 多一些,一般来说对传动有利,但若选提太多,则大链轮齿数 z 将更多,不仅 2 增大了传动尺寸和重量,而且还会由于链节距磨损伸长,易使链条从链轮上脱落, 缩短链条使用寿命,故常取 z2max=120。 (2)链节距P 已标准化。它不仅反映了链条和链轮各部分尺寸的大小,而 且是决定链传动承载能力的重要参数之一。为了使结构紧凑、传动平稳,尽可能 选用较小节距的单列链;速度小而功率大时,可选用小节距的多列链。 滚子链链轮的结构设计 1. 链轮的齿形 链轮齿形必须保证链节能平稳自如地进入和退出啮合,尽量减少啮合时的链 节的冲击和接触应力,而且要易于加工。 常用的链轮端面齿形见图 12.6。它是由三段圆弧 aa 、ab 、cd 和一段直线 bc 构成,简称三圆弧一直线齿形。齿形用标准刀具加工,在链轮工作图上不必绘制 端面齿形,只需在图上注明齿形按 3R GBT 1244-1985 规定制造即可,但应绘 制链轮的轴面齿形,见图 12.7,其尺寸参阅有关设计手册。工作图中应注明节距 p 、齿数 z 、分度圆直径 d (链轮上链的各滚子中心所在的圆)、齿顶圆直径 da、齿根圆直径 df 。其计算公式为 链轮材料 链轮材料应保证轮齿有足够的强度和耐磨性,故链轮齿面一般都经 过热处理,使之达到一定硬度。常用材料见表 12.2。 12.3 链传动工作情况分析 12.3.1 链传动的运动分析 1 .链传动的运动不均匀性 链条进入链轮后形成折线,因此链传动的运动情况和绕在正多边形轮 子上的带传动很相似,见图 12.9。边长相当于链节距 p,边数相当于链轮齿数 z 。 链轮每转一周,链移动的距离为 zp ,设 z 、z 为两链轮的齿数,p 为节距(mm), 1 2 n1、n2 为两链轮的转速(r/min),则链条的平均速度 v (m/s)为 v=z pn /[60×1000]=z pn /[60*1000] 1 1 2 2 (12.4) 由上式可得链传动的平均传动比i=n /n =z /z 1 2 2 1 (12.5) 事实上,链传动的瞬时链速和瞬时传动比都是变化的。分析如下:设 链的紧边在传动时处于水平位置,见图 12.9。设主动轮以等角速度ω 转动,则 1 其分度圆周速度为 R ω 。当链节进入主动轮时,其销轴总是随着链轮的转动而 1 1 不断改变其位置。当位于β角的瞬时,链水平运动的瞬时速度 v 等于销轴圆周速 度的水平分量。即链速 v v=cosβR ω 1 1 (12.6) 图 12.9 角的变化范围在±φ1/2 之间,φ1=360。/z1 。当β=0 时,链速最大,vmax=R1 ω1;当β=±φ1/2 时,链速最小,vmin=R1ω1cos(φ1/2) 。因此,即使主动链轮 匀速转动时,链速 v 也是变化的。每转过一个链节距就周期变化一次,见图 12.10。 同理,链条垂直运动的瞬时速度 v`=R1ω1sinβ也作周期性变化,从而使 链条上下抖动。从动链轮由于链速 v ≠常数和γ角的不断变化(图 12.9),因而 它的角速度ω2=v/R2cosγ也是变化的。 链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恒定值。因此链传动工作不稳定。 说明: 1.第一字母表示排数 S-单排(可省略)D -二排 T -三排 Q -四排 2 .H表示齿部淬火,齿部不需淬火则不标注,订货时需别作说明。

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