[科普中國]-鏈傳動

基本結構

鏈傳動是嚙合傳動，平均傳動比是準確的。它是利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。1

鏈條鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應避免采用。齒形鏈由許多沖壓而成的齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成，為避免嚙合時掉鏈，鏈條應有導向板(分為內(nèi)導式和外導式)。齒形鏈板的兩側是直邊，工作時鏈板側邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動副或滾動副，滾柱式可減少摩擦和磨損，效果較軸瓦式好。與滾子鏈相比，齒形鏈運轉平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結構復雜、價格較貴、也較重，所以它的應用沒有滾子鏈那樣廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達40m/s)或運動精度要求較高的傳動。國家標準僅規(guī)定了滾子鏈鏈輪齒槽的齒面圓弧半徑 、齒溝圓弧半徑 和齒溝角 的最大和最小值(詳見GB1244-85)。各種鏈輪的實際端面齒形均應在最大和最小齒槽形狀之間。這樣處理使鏈輪齒廓曲線設計有很大的靈活性。但齒形應保證鏈節(jié)能平穩(wěn)自如地進入和退出嚙合，并便于加工。符合上述要求的端面齒形曲線有多種。最常用的齒形是“三圓弧一直線”，即端面齒形由三段圓弧( )和一段直線( )組成。1

鏈輪鏈輪軸面齒形兩側呈圓弧狀，以便于鏈節(jié)進入和退出嚙合。齒形用標準刀具加工時，在鏈輪工作圖上不必繪制端面齒形，但須繪出鏈輪軸面齒形，以便車削鏈輪毛壞。軸面齒形的具體尺寸見有關設計手冊。鏈輪齒應有足夠的接觸強度和耐磨性，故齒面多經(jīng)熱處理。小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受沖擊力也大，故所用材料一般應優(yōu)于大鏈輪。常用的鏈輪材料有碳素鋼(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰鑄鐵(如HT200)等。重要的鏈輪可采用合金鋼。小直徑鏈輪可制成實心式；中等直徑的鏈輪可制成孔板式；直徑較大的鏈輪可設計成組合式，若輪齒因磨損而失效，可更換齒圈。鏈輪輪轂部分的尺寸可參考帶輪。1

基本類型按照用途不同，鏈可分為起重鏈、牽引鏈和傳動鏈三大類。起重鏈主要用于起重機械中提起重物，其工作速度v≤0.25m/s；牽引鏈主要用于鏈式輸送機中移動重物，其工作速度v≤4m/s；傳動鏈用于一般機械中傳遞運動和動力，通常工作速度v≤15m/s。傳動鏈有齒形鏈和滾子鏈兩種。齒形鏈是利用特定齒形的鏈片和鏈輪相嚙合來實現(xiàn)傳動的，齒形鏈傳動平穩(wěn)，噪聲很小，故又稱無聲鏈傳動。齒形鏈允許的工作速度可達40m/s，但制造成本高，重量大，故多用于高速或運動精度要求較高的場合。用于動力傳動的鏈主要有套筒滾子鏈和齒形鏈兩種。套筒滾子鏈由內(nèi)鏈板、外鏈板、套筒、銷軸、滾子組成。外鏈板固定在銷軸上,內(nèi)鏈板固定在套筒上，滾子與套筒間和套筒與銷軸間均可相對轉動，因而鏈條與鏈輪的嚙合主要為滾動摩擦。套筒滾子鏈可單列使用和多列并用,多列并用可傳遞較大功率。套筒滾子鏈比齒形鏈重量輕、壽命長、成本低。在動力傳動中應用較廣。齒形鏈是用銷軸將多對具有60°角的工作面的鏈片組裝而成。鏈片的工作面與鏈輪相嚙合。為防止鏈條在工作時從鏈輪上脫落，鏈條上裝有內(nèi)導片或外導片。嚙合時導片與鏈輪上相應的導槽嵌合(圖1)。齒形鏈傳動平穩(wěn)，噪聲很小，故又名無聲鏈，常用于高速傳動。套筒滾子鏈和齒形鏈鏈輪的齒形應保證鏈節(jié)能自由進入或退出嚙合，在嚙入時沖擊很小，在嚙合時接觸良好。1

基本特點特點與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；結構緊湊；能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造和安裝精度要求較低；中心距較大時其傳動結構簡單。瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，因此傳動平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊和噪聲。鏈傳動平均傳動比準確,傳動效率高，軸間距離適應范圍較大，能在溫度較高、濕度較大的環(huán)境中使用；但鏈傳動一般只能用作平行軸間傳動，且其瞬時傳動比波動，傳動噪聲較大。 由于鏈節(jié)是剛性的，因而存在多邊形效應（即運動不均勻性），這種運動特性使鏈傳動的瞬時傳動比變化并引起附加動載荷和振動，在選用鏈傳動參數(shù)時須加以考慮。鏈傳動廣泛用于交通運輸、農(nóng)業(yè)、輕工、礦山、石油化工和機床工業(yè)等。1

主要參數(shù)鏈輪齒數(shù)為提高鏈傳動的運動平穩(wěn)性、降低動載荷，小鏈輪齒數(shù)多一些為好。但小鏈輪齒數(shù)也不宜過多，否則 =i 會很大，從而使鏈傳動較早發(fā)生跳齒失效。鏈條工作一段時間后，磨損使銷軸變細、使套筒和滾子變薄，在拉伸載荷F的作用下，鏈條的節(jié)距伸長。鏈條節(jié)距變長后、鏈繞上鏈輪時節(jié)圓d向齒頂移動。一般鏈條節(jié)數(shù)為偶數(shù)以避免使用過渡接頭。為使磨損均勻，提高壽命，鏈輪齒數(shù)最好與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)，若不能保證互質(zhì)，也應使其公因數(shù)盡可能小。1

鏈的節(jié)距鏈的節(jié)距越大，理論上承載能力越高。但如上節(jié)所述：節(jié)距越大，由鏈條速度變化和鏈節(jié)嚙入鏈輪產(chǎn)生沖擊所引起的動載荷越大，反而使鏈承載能力和壽命降低。因此，設計時應盡可能選用小節(jié)距的鏈，重載時選取小節(jié)距多排鏈的實際效果往往比選取大節(jié)距單排鏈的效果更好。1

中心距和鏈長鏈傳動中心距過小，則小鏈輪上的包角小，同時嚙合的鏈輪齒數(shù)就少；若中心距過大，則易使鏈條抖動。一般可取中心距a=(30～50)p，最大中心距 ≤80p。鏈條長度用鏈的節(jié)數(shù) 表示。按帶傳動求帶長的公式可導出由此算出的鏈節(jié)數(shù) 須圓整為整數(shù)，最好取為偶數(shù)。 運用上式可解得由 求中心距a的公式：為便于安裝鏈條和調(diào)節(jié)鏈的張緊程度，一般應將中心距設計成可調(diào)節(jié)的；或者應有張緊裝置。1

設計形式失效形式鏈傳動的失效形式主要有以下幾種：(1) 鏈板疲勞破壞 鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會發(fā)生疲勞破壞。正常潤滑條件下，鏈板疲勞強度是限定鏈傳動承載能力的主要因素。(2) 滾子、套筒的沖擊疲勞破壞 鏈傳動的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復多次的沖擊下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒可能會發(fā)生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動中。(3) 銷軸與套筒的膠合 潤滑不當或速度過高時，銷軸和套筒的工作表面會發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動的極限轉速。(4) 鏈條鉸鏈磨損 鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長，容易引起跳齒或脫鏈。開式傳動、環(huán)境條件惡劣或潤滑密封不良時，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命。(5) 過載拉斷 這種拉斷常發(fā)生于低速重載的傳動中。在一定的使用壽命下，從一種失效形式出發(fā)，可得出一個極限功率表達式。為了清楚，常用線圖表示。為在正常潤滑條件下，對應各種失效形式的極限功率曲線。圖中陰影部分為實際上使用的區(qū)域。若潤滑密封不良及工況惡劣時，磨損將很嚴重，其極限功率會大幅度下降。1

功率曲線圖采用推薦的潤滑方式時，各型號A系列滾子鏈所能傳遞的功率 。若潤滑不良或不采用推薦的潤滑方式時，應將圖中 值降低；當鏈速v≤1.5m/s時，降低到50%；當1.5m/ss時，降低到25%；當v>7m/s而又潤滑不當時，傳動不可靠。張緊裝置時，應將計算的中心距減小2～5mm使鏈條有小的初垂度。1

常見實例自行車若要將自行車速度增大，應該將牙盤半徑增大，飛輪半徑減小，后輪半徑增大?，F(xiàn)在的變速自行車就是這樣設計的。鏈傳動是由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成，見圖1，以鏈作中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運動和動力。1

圖1 鏈傳動簡圖

在鏈傳動中，按鏈條結構的不同主要有滾子鏈傳動和齒形鏈傳動兩種類型：1

滾子鏈傳動滾子鏈的結構如圖2。它由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。鏈傳動工作時，套筒上的滾子沿鏈輪齒廓滾動，可以減輕鏈和鏈輪輪齒的磨損。1

圖2 滾子鏈

把一根以上的單列鏈并列、用長銷軸聯(lián)接起來的鏈稱為多排鏈，圖3為雙排鏈。鏈的排數(shù)愈多，承載能力愈高，但鏈的制造與安裝精度要求也愈高，且愈難使各排鏈受力均勻，將大大降低多排鏈的使用壽命，故排數(shù)不宜超過4排。當傳動功率較大時，可采用兩根或兩根以上的雙排鏈或三排鏈。1

圖3 雙排滾子鏈

為了形成鏈節(jié)首尾相接的環(huán)形鏈條，要用接頭加以連接。鏈的接頭形式見圖4。當鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時采用連接鏈節(jié)，其形狀與鏈節(jié)相同，接頭處用鋼絲鎖銷或彈簧卡片等止鎖件將銷軸與連接鏈板固定；當鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則必須加一個過渡鏈節(jié)。過渡鏈節(jié)的鏈板在工作時受有附加彎矩，故應盡量避免采用奇數(shù)鏈節(jié)。1

圖4 鏈節(jié)頭

鏈條相鄰兩銷軸中心的距離稱為鏈節(jié)距，用p表示，它是鏈傳動的主要參數(shù)。滾子鏈已標準化，分為A、B兩種系列。A系列用于重載、高速或重要傳動；B系列用于一般傳動。表1列出了部分滾子鏈的基本參數(shù)和尺寸。1

齒形鏈傳動表齒形鏈傳動是利用特定齒形的鏈板與鏈輪相嚙合來實現(xiàn)傳動的。齒形鏈是由彼此用鉸鏈聯(lián)接起來的齒形鏈板組成（圖5），鏈板兩工作側面間的夾角為600，相鄰鏈節(jié)的鏈板左右錯開排列，并用銷軸、軸瓦或滾柱將鏈板聯(lián)接起來。按鉸鏈結構不同，分為圓銷鉸鏈式、軸瓦鉸鏈式和滾柱鉸鏈式三種，見圖5b。1

圖5 齒形鏈式

與滾子鏈相比，齒形鏈具有工作平穩(wěn)、噪聲較小、允許鏈速較高、承受沖擊載荷能力較好和輪齒受力較均勻等優(yōu)點；但結構復雜、裝拆困難、價格較高、重量較大并且對安裝和維護的要求也較高1