链传动的特点和失效形式分析

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：由于链传动的这些特点，它常在两轴的中心距较大而又不宜用带传动或齿轮传动的场合中使用。因此，链传动相当于两多边形轮子间的带传动。但应注意，链的瞬时速度和链传动的瞬时传动比都是变化的。所以，链传动工作时，不可避免地要产生振动冲击和动载荷。磨损是开式链传动的主要失效形式。

1.链传动的结构和应用

链传动为具有中间挠性件的啮合传动，它同时具有刚、柔特点，是一种应用十分广泛的机械传动形式。如图5－6 所示，链传动由主动链轮1、从动链轮2 和套在链轮上的链条3 组成的，它依靠链节与链轮齿的啮合来传递运动和动力。

根据用途的不同，链分为传动链、起重链和牵引链。传动链用来传递动力和运动，起重链用于起重机械中提升重物，牵引链用于链式输送机中移动重物。常用的传动链有套筒滚子链和齿形链（见图5－6、图5－7）。

图5－6 所示为链传动，通常由安装在两根平行轴上的主动链轮、从动链轮和链条组成，它是靠链轮轮齿与链条的啮合来传递运动和动力的。

与带传动相比链传动有以下优点：

1）由于是啮合传动，故在相同的时间内，两个链轮转过的链齿数是相同的，故能保证平均传动比恒定不变。

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图5-6　链传动（套筒滚子链）

1—主动链轮；2—从动链轮；3—链条

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图5-7　齿形链

2）链条安装时不需要初拉力，故工作时作用在轴上的力相比于带传动小，有利于延长轴承寿命。

3）可在恶劣的环境下（如高温、多尘、油污、潮湿等）可靠地工作，故广泛应用于农业、矿山、石油、化工、食品等行业。

4）链条本身强度高，能传递较大的圆周力，故在相同条件下，链传动装置的结构尺寸比带传动小。

链传动的主要缺点是运行平稳性差，工作时不能保证恒定的瞬时传动比，故噪声和振动大，高速时尤其明显；对制造和安装的精度要求较带传动高；过载时不能起保护作用。

由于链传动的这些特点，它常在两轴的中心距较大而又不宜用带传动或齿轮传动的场合中使用。链传动一般应用范围为：功率P＜100 kW，传动比i≤6，链速v＜15 m／s，中心距a＜5 m，效率η＝0.92～0.98。

为使链节和链轮齿能顺畅地进入和退出啮合，主动链轮的转向应使传动的紧边在上。若松边在上，会由于垂度增大，链条与链轮齿相干扰，破坏正常啮合，或者引起松边与紧边相碰。链传动最好水平布置，链轮轴也应水平方向布置，避免垂直布置，如图5－8 所示。

为避免链条在垂度过大时产生啮合不良和链条的振动，当中心距不能调整时，应采用张紧轮，如图5－9 所示。

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图5-8　传动链的布置

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图5-9　张紧轮的应用

（a）弹簧力张紧；（b）重力张紧

2.滚子链和链轮

1）滚子链

如图5－10 所示，滚子链由内链板1、滚子2、套筒3、外链板4、销轴5 组成。内链板与套筒、外链板与销铀均为过盈配合，套筒与销轴、滚子与套筒均为间隙配合，这样使内、外链节间构成可相对转动的运动副，并减少链条与链轮间的摩擦和磨损。为减轻重量及使链板各截面强度接近相等，链板制成8 字形。滚子链使用时为封闭形，当链节数为偶数时，链条一端的外链板正好与另一端的内链板相连，用与外链板销孔为间隙配合的销轴穿过内外链板销孔，再用开口销或弹簧夹锁紧，如图5－11（a）和图5－11（b）所示。若链节数为奇数，则需采用过渡链节连接，如图5－11（c）所示。链条受拉时，过渡链节的弯链板承受附加的弯矩作用，所以，设计时链节数应尽量避免取奇数。

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图5-10　滚子链结构

1—内链板；2—滚子；3—套筒；4—外链板；5—销轴

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图5-11　滚子链连接

（a）开口销锁紧；（b）弹簧夹锁紧；（c）过渡链节

链条相邻两滚子中心间的距离称为节距，用p 表示，它是链的重要参数。

滚子链已标准化，GB／T 1243.1—1983 规定，滚子链分A、B 两个系列，常用的滚子链的主要参数和尺寸见有关标准。

滚子链标记为“链号等级一排数×链节数标准号”。例如，A 系列滚子链，节距为15.875 mm，单排，86 节的滚子链，标记号为：10A－l ×86GB／T 1243—1997。链条各元件的材料为经热处理的碳素钢或合金钢，具体牌号及热处理后的硬度值见有关标准。

2）链轮

链轮的齿形应保证链节能平稳、顺利地进入和退出啮合，受力均匀，不出现脱链现象，且便于加工。国家标准GB／T 1244—1985 规定，链轮端面齿廓由3 段圆弧和一段直线bc 组成，如图5－12 所示。

链轮的轴向齿廓两侧制成圆弧形，以便于链条进入和退出链轮，轴向齿廓应符合GB／T 1244—1985 的规定。

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图5-12　链轮端面齿形

图5－13 所示为几种常用的链轮结构。小直径的链轮制成整体实心式结构，如图5－13（a）所示；中等直径的链轮多采用孔板式，如图5－13（b）所示；大直径的链轮常采用组合式，齿轮与轮芯可用不同材料制成，用螺栓连接，如图5－13（c）所示，或如图5－13（d）所示焊接成一体，前者在齿圈磨损后可便于更换。

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图5-13　链轮结构

链轮的材料应保证轮齿具有足够的耐磨性和强度，常用材料有碳钢（如45、50、ZG310－570）、灰铸铁（如HT200），重要的链轮可采用合金钢（如40Cr、35SiMn）齿形面做热处理。小链轮啮合次数比大链轮多，故其材料应优于大链轮。

3.链传动的运动特性及失效形式

（1）运动特性

由于链条是由刚性链节通过销铀铰接而成，故当链绕在两链轮上时，其链节与相应的轮齿啮合后，这一段链条将曲折成正多边形的一部分，如图5－14 所示。因此，链传动相当于两多边形轮子间的带传动。链条节距p 与链轮齿数z 分别为多边形的边长和边数。

但应注意，链的瞬时速度和链传动的瞬时传动比都是变化的。另外，链节进入链轮的瞬间，以一定相对速度相啮合，使链轮受到冲击。

所以，链传动工作时，不可避免地要产生振动冲击和动载荷。因此，链传动不宜用在高速级，且当链速v 一定时，采用较多链齿和较小链节距，这对减少冲击、振动是有利的。

（2）滚子链的失效形式

1）链条链轮的磨损。链在工作时，销轴和套筒承受较大的压力，且做相对运动，因而会产生表面磨损，磨损后会使链节增长，达到一定程度时将导致跳齿或脱链。润滑密封不良时，磨损更加严重，会使链条使用寿命急剧降低。磨损是开式链传动的主要失效形式。

2）链条的疲劳破坏。链在工作时，不断地由松边到紧边反复地做环形绕转，因此链条在变应力状态下工作。当应力循环次数达到一定时，链条中的某一零件产生疲劳破坏而失效。由试验可知，润滑良好、工作速度较低时，链板首先疲劳断裂；高速时，套筒或滚子表面将会出现疲劳点蚀或疲劳裂纹。此时，疲劳强度是限制链传动承载能力的主要因素。

3）链条铰链胶合。润滑不当或转速过高时，组成铰链副的销轴和套筒的摩擦表面易发生胶合破坏。

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图5-14　链传动的失效分析

4）链条过载拉断或多冲破断。低速重载的链条过载时，易发生静强度不足而断裂。经常启动、制动、反转或受重复冲击载荷时，链条的各元件受到较大且多次重复的冲击载荷，不等发生疲劳就产生了冲击断裂，故叫多冲破断。

一般情况下，链轮的寿命为链条寿命的2～3 倍以上，故链传动的承载能力主要取决于链条的强度和寿命。

4.链传动的润滑

良好的润滑能减少链条较链的磨损，延长使用寿命。因此，润滑对链传动是必不可少的。图5－15 所示为几种常见的润滑方法。图5－15（a）所示为用油刷或油壶人工定期润滑；图5－15（b）所示为滴油润滑，用油杯通过油管将油滴入松边链条元件各摩擦面间；图5－15（c）所示为链浸入油池的油浴润滑；图5－15（d）所示为飞溅润滑，由甩油轮将油甩起进行润滑；图5－15（e）所示为压力润滑，润滑油由油泵经油管喷在链条上，循环的润滑油还可起冷却作用，润滑油可采用N32、N46、N68 机械油。为了安全与防尘，链传动应装防护罩。

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图5-15　链传动的润滑

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

链传动的特点和失效形式分析

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