滚子链传动的设计计算

出处：按学科分类—工业技术北京出版社《现代综合机械设计手册中》第1482页（5200字）

滚子链的尺寸和极限拉伸载荷见表4．15-2。其中链号和相应的国际标准一致，链号数乘以25．4／16mm即为其节距值。后缀A或B分别表示A或B系列(在ISO 606-82标准中，A系列相当于美国标准系列ANSI B29．1-87，B系列相当于英国标准系列BS228-84)。

表4．15-2 滚子链规格和主要参数(摘自GB1243．1-83)

注：① 极限拉伸载荷的单位采用公斤力(kgf)时，按1N=0．102kgf计算。

② 四排及四排以上链条可与制造厂协商后制造。除05B、06B、08B以外，其极限拉伸载荷按表列单排链数据乘以排数计算。销轴长度按计算，式中n为排数。

③ 使用过渡链节(即弯链板)时，其极限拉伸载荷按表列数值80%计算。

④ GB1243．1-83的附录中列有按1SO606-1982的B系列链条的基本参数，链号除表列外，尚有10B、12B、16B、20B、24B、28B、32B、40B、48B、56B、64B、72B，这些链条仅用于出口产品及进口主机配件，在国产主机及设备上限制使用。

⑤ 为适应冲击和振动载荷场合，还有一种加重系列滚子链(JB3876-85)，有12AH、16AH，…48AH等8种链号，其链板厚度为表中相应节距增大一挡的链板厚度值。

滚子链传动的失效形式有：链板疲劳破坏，套筒滚子冲击疲劳破坏，销轴与套筒胶合或磨损，过载拉断，多冲破断，链轮齿磨损、断裂或塑性变形等。

传动链条主要依据额定功率曲线进行选择。图4．15-1、4．15-2所示为A、B系列滚子链额定功率曲线。这类额定功率曲线有多种形式，这里采用ISO10823《滚子传动链选择计算方法》中的曲线。该曲线是以磨损失效为基础，结合其他失效形式而订出的。制订曲线的标准条件为：两链轮准确装于水平轴上，共面；小链轮齿数z₁=19；单排，无弯链板链节；120个链节；载荷平稳，无频繁起动；减速比i=3；使用寿命为15000h；链条因磨损而引起的相对伸长量△P／p≤3%；工作温度为-5～70℃；按推荐的润滑方式润滑(参见图4．15-9)。额定功率曲线是选择链条规格的主要依据。应该说明的是，图示曲线在高速区的转速值偏于安全，若要求在超过图示的高速区工作，可参考美国标准ANSIB 29．1-1986的功率表。

图4．15-1 A系列滚子链额定功率曲线

图4．15-2 B系列滚子链额定功率曲线

滚子链传动的计算步骤见表4．15-3。低速链传动(一般v＜0．6m／s认为低速)只需进行静强度计算。要求链条寿命明显低于15000h或磨损伸长率△P／P明显小于3%，或润滑条件达不到规定要求的方式而使工作恶化时，应进行疲劳寿命或磨损寿命计算^〔84〕。一般可按已知的使用场合、工作情况、传递功率P、链轮转速(n₁，n₂)、空间限制、布置方式、可能采取的润滑方式和张紧方式等，分别对链节距、排数、节数、润滑方式、中心距和链轮齿数进行设计计算。

表4．15-3 滚子链传动的设计计算

注：当寿命要求小于15000h时，由链板疲劳或滚子套筒冲击疲劳在不发生胶合的前提下计算其寿命

表4．15-4 工作情况系数K_A

注：① 如离心式泵和压缩机，以及印刷机械、均匀供料的带式输送机、液体搅拌机、风机、自动扶梯等。

② 如多缸的泵和压缩机、水泥搅拌机、载荷不均匀的输送机、滚筒筛、木工机械等。

③ 如电铲、刨煤机、轧机、橡胶加工机械、冲床、剪床、破碎机、锻压机械、单缸或双缸的泵和压缩机、石油钻机、往复振动式输送机等。

链轮的基本参数包括节距p、滚子最大外径d₁、排距p_t、齿数z，其主要尺寸及计算公式见表4．15-5。链轮轴孔最大许用直径d_Kmax见表4．15-6。在链轮工作图上还需注明量柱直径、量柱测量距离和齿形。

表4．15-5 滚子链链轮的主要尺寸(摘自GB1244-85) mm

表4．15-6 链轮轴孔的最大许用直径d_tmax mm

GB1244-85中仅规定了最小齿槽形状和最大齿槽形状，如图4．15-3所示。其具体公式：

图4．15-3 GB1244-85规定的链轮齿槽形状

最大齿槽形状r_。min=0．008d₁(z²+180)，r_imax=0．505d₁十0．069，a_min=120°-(90°／z)，(齿沟角)，最小齿槽形状r_。max=0．12d₁(z+2)，r_im1n=0．505d₁，a_max=140°-(90°／z)。GB1244-85附件中列出的三圆弧一直线齿形基本上符合该标准规定，如图4．15-4所示。鉴于齿廓一般采用标准刀具加工，因此，按标准齿形设计的链轮，其端面齿形不必在工作图上画出，只须注明“齿形按GB1244-85”即可，如特指三圆弧一直线齿形，注为“齿形3RGB1244-85”。

图4．15-4 链轮的三圆弧一直线齿形

链轮的轴向齿廓及尺寸见表4．15-7。齿的两侧可作成圆弧或倒角，以便链条啮入。

表4．15-7 滚子链链轮轴向齿廊(摘自GB1244-85) mm

链轮可作成整体式(较大的有幅板)、焊接式、组装式(销钉联接结构、螺栓联接结构)和镶齿圈式，如图4．15-5所示；其中，a)、b)、c)为整体式钢制链轮，d)为腹板铸造式，e)为焊接式，(d1配合面粗糙度R_a=12．5μm)，f)为组装式，g)为镶齿圈式，h)为铸造式(大型)，i)为张紧轮，j)为镶塑料齿圈结构实例，取L=(1．5～2)d_K，d₁=(1．6～1．7)d_K(钢)，或d₁=(1．8～2)d_K(铸铁)。取d₁的另一经验式为d₁=1．3d_K+0．02d+19(指单排铸造链轮，其中d为分度圆直径，mm)。链轮轮毂与轴一般用平键或花键联接，也有用弹性环联接的。空间允许时，可用锥形锁套联接，如图4．15-6所示。

图4．15-5 链轮结构

图4．15-6 锥形锁套联接

a)安装时 b)拆卸时 c)锁套

链轮常用的材料和齿面硬度见表4．15-8．

表4．15-8 链轮常用的材料及齿面硬度

注：① 轮缘上各工作表面的渗碳层深度为1～1．5mm。

② 轮缘上硬化层深度，当齿厚≤3mm时，不小于1mm；齿厚为3～6mm时，不小于1．5mm；齿厚＞6mm时，不小于2．5mm。

工作于低速重载、高速、大传动比(i＜4)条件下的小链轮，以及在含有颗粒粉尘环境或其他恶劣条件下工作时，齿面应经热处理，使其达到HRC 45～50。滚子链链轮的公差见表4．15-9。链轮齿表面经加工后的粗糙度不大于3．2μm(低要求时可为6．3μm)。

表4．15-9 滚子链链轮的公差(摘自GB1244-85)

注：① 表中公差亦适于双节距滚子链链轮，但在计算奇数齿的MR时，单切齿链轮用有效齿数z，双切齿则用实际齿数z1。

例4．15-1 试设计链式输送机驱动装置中的滚子链传动。该装置用异步电动机Y132M2驱动，额定功率P=7．5kW，电机输出轴轴径为Φ42k6(即42mm，k6为公差带)，转速n1=970r／min，从动链轮转速n₂=390r／min，要求中心距在600～700mm范围内，载荷有不大的振动，电机能沿滑轨滑动以调整中心距和张紧，链轮中心线与水平面夹角小于20°。

设计计算的方法和步骤如下；

小链轮齿数z₁：估计链速为3～8m／s，由表4．15-3选为23。

大链轮齿数：z₂=iz₁=2．49×23=57．3，(取为57)

初定中心距a_0；一般a₀=(30～50)p，现取650mm。

确定链节距P：采用单排链，由

考虑到载荷属平稳和中等冲击之间，由表4．15-4取K_A=1．1；；K_m=1。于是，P₀=6．7kW。按图4．15-1。取链号为10A的链条，其节距p=15．875mm。此节距也符合使中心距在(30～50)p范围内的一般情况。由表4．15-2查得滚子外径d₁=10．16mm；内链节内宽b₁=9．40mm。