《链传动原理》PPT课件.ppt
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1、链 传 动 原 理,吉林大学链传动研究所 杨刚,前 言,链传动产品是各种机械上应用十分广泛的基础件之一,无论是传递动力的传动链,或是运送物品的输送链,还是提升重物的起重链,都具有良好的使用性能。我国改革开放之后经济建设快速发展,为链传动的应用开拓了广阔的空间。与此同时,世界性的产业结构调整、制造业大量向发展中国家转移为我国链条产业的发展也带来了其所谓有的机遇。,近几年来,青岛征和工业有限公司抓住了机遇发展很快,成为了我国链条行业中颇具竞争力的企业,这些进步与企业正确的战略决策、设备能力的投入,以及精细化管理等等是分不开的。这在企业发展中也是十分重要的,然而,对于整个链条行业而言,基于行业发展的
2、历程和以往工程界对链条产品的观念,与其他机械行业相比较,在技术基础、产品研发能力、员工的技术素质等方面还存在一定的差距,这也是目前我国链条行业亟待解决的首要问题。,第 1 章 概 述,1 链条发展简史 据考证在我国链条的应用已有3000多年的历史,古时候我国的农村使用的把水从低处提到高处的翻车、水车就类似今天的输送链。北宋时期苏颂所著的新仪象法要中记载驱动浑天仪转动的就如同现在金属制成的链传动装置。由此可见我国是链条应用最早的国家之一。,然而,近代链条的基本结构则是由欧洲文艺复兴时期伟大的科学家和艺术家达芬奇(1452-1519)首先设想并提出来的。此后,1832年法国的伽尔发明了销轴链,18
3、64年英国的杰姆斯斯莱泰无套筒滚子链。但是真正达到现代链条结构设计水平的还是瑞士人的汉斯雷诺,1880年他完善了之前链条结构方面的不足,将链条设计成了现今流行的套筒滚子链,并在英国获得了滚子链的发明专利。,1885年又发明了齿形链。19世纪40年代末期美国摩斯公司又将齿形链的铰链结构由传统的滑动摩擦副改进为滚动摩擦副滚销式齿形链。与传动链发展的同时,在链条基本结构的基础上也派生了出各种各样不同结构的链条用于传动、输送和特殊用途等。据统计,现在链条已有3000多品种,品种规格达20000多个。成为了国民经济中的重要的机械通用零部件之一。今天,现代化的大规模生产的链条工业正提供多种多样的链条产品以
4、满足市场的需求。,我国与先进国家相比是进入工业化较晚的国家,较早的如沈阳链条厂、杭州链条厂、上海中国链条厂等均建于20世纪50年代,基本以测绘仿制已有设备上配套的链条为主。直至70年代中、后期,我国的链传动技术和制造业才得到国家的重视,在此期间先后成立了专门链传动研究机构、完善了行业协会、制订了我国第一批链条国家和部级标准,如GB1243-76套筒滚子链、GB1244-76套筒滚子链链轮、JB1839-76齿形链和NJ106-76农业机械输送链等、并建立了我国第一个链条设备制造厂,才基本形成了我国的链条产业体系。,到了90年代末期以及进入21世纪之后,随着我国改革开放的深入和加入世界贸易组织(
5、WTO),我国链条行业进入了快速发展时期,并得到了前所未有的发展。据2007年统计,我国链条产品制造厂近400家、就业人数达到5万人、产量超过了100万吨、工业总产值146亿元、品种规格有15000多个,其产品除了满足国内经济建设的需求,还大量出口到美国、欧洲、日本、东南亚等100多个国家和地区,年出口创汇近8亿美元,成为了世界上的“链条生产大国”。,2 链传动的特点与应用,2.1链传动的特点链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。由于它兼有齿轮传动和带传动的一些特点,在国民经济建设的很多领域都得到了广泛应用。下面通过与齿轮传动和带传动的比较,我们可以更清楚链传动的优势和不足:,a)链传动与齿轮
6、传动比较 适合长距离传递运动和动力;多齿同时啮合、每单节受力小、强度高;在中心距较大时传动成本较低、且重量轻;具有较好的缓冲、吸震性能;链轮加工精度、安装精度相对要求低;维修性能好。在要求中心距小、转速高、噪音低、瞬时传动比恒定时不如齿轮传动,b)与带传动比较 啮合传动,没有弹性滑动和打滑,平均传动比准确;金属构件传动能力高;压轴力小、减少轴承摩擦损失;链传动的结构紧凑;拆装比较方便;传动比的范围较宽;对环境适应能力强;在要求噪音小、不准有润滑油、转速极高、中心距很长的场合链传动的使用性能不如带传动。,2.2 链传动的应用,现代链传动的传递能力可实现从小到0.1、大到数千kw功率的传递、线速度
7、可达30m/s以上、效率达到98%,正常使用寿命为15000小时。如:叉车用的板式提升链、摩托车用的传动链、汽车和摩托车发动机用的正时链、石油机械、矿山机械、冶金机械、水泥行业、农机、医药和食品行业用平顶输送链、各种汽车、家电等连续自动化生产线上用的悬挂输送链、还有特殊场合用的特种链,如:油锯链、防滑链、履带链、子弹输送链、无级变速链、污水处理链等等。,3.1链条结构的基本特征 链条是由许多链节以铰链副的形式连接起来的挠性件,为了满足使用性能的要求,通常链条要具有强度以及至少能在一个方向灵活挠曲的功能,其结构主要具有三个基本特征:a)张力元件将载荷从前一个铰链副传到下一个铰链副的元件。b)铰链
8、副 链条与链轮啮入和啮出时,能使链节间实现自由回转的运动副。c)啮合部位在链条上与链轮能啮合并实施载荷传递的部分。,3.2链条的分类 a)按功能可分为四种:传动链、输送链、拉曳链(起重链)和特种链;b)按用途可分为:摩托车链、正时链、自行车链、扶梯链、农机链、养鸡链、保护拖链、倍速链、无级变速链、悬挂输送机链、石油链、啤酒链等等;c 按结构可分为:滚子链、套筒链、齿形链、平顶链、销合链、板式链、叉型链、圆环链、块式链、双铰接链等;d 按节距可分为:短节距链、双节距链、长节距链;e 按排数可分为:单排链、双排链、多排链;还可以根据链板形状、链条的精度、质量、材料、强度和附件型式,以及规格、标准与
9、非标等分类。,4 链条和链轮的标准化链传动产品是一种通用性很强的机械基础件,多与主机配套、用量大、应用范围宽,为了保证链传动产品具有较好的互换性,国外工业发达的国家对链条、链轮产品都制定了相应的标准,据2002年统计,美国ASME标准有26项,API 标准1项;英国BS标准13项;法国NF标准17项;德国有DIN、LN标准共52项;日本有JIS标准8项。,随着世界经济一体化的进展,国际标准化组织从1982年制定ISO606短节距传动用精密滚子链和链轮开始逐步地对用量大、通用性强的链传动产品,在兼顾各国原有标准的基础上制定并颁布了国际标准,现在ISO有关于链条、链轮方面的标准17项。,我国对链条
10、、链轮产品的标准化工作十分重视。1990年原国家技术监督局下达标发(1990)219号文件正式批准成立“全国链传动标准化技术委员会”并作为国际标准化组织ISO/TC100委员会成员与其对口交流。其后,我国逐步建立自己的标准体系,2002年我国标准出版社出版的“最新链传动标准应用手册”里汇总的关于链条和链轮的国家标准有17项(其中有3项是用钢标准);行业标准20项(其中1项是冶金行业标准)。,值得说明的:1)目前我国国家标准制定的原则是尽可能与国际接轨,有国际标准的我国基本是等同采用;2)没有国际标准的,又能对我国链传动产业起到指导作用,可制定行业标准;3)在没有国际标准的情况下,又能对国际起到
11、指导作用,我国也可以通过国际标准化组织申请“国际标准”的制定;4)对已经制定的标准,经考察已经过时或失去意义,可以通过一定程序宣布废止或修订;5)行业企业及从事链传动技术研究的单位或个人可以通过正当的审批程序,提出申请并承担制定、修订有关标准的工作。,5 滚子链条的基本名词术语 1)节距 两相邻链节铰链副理论中心间的距离 2)基本节距p(公称节距)设计给定的节距 3)测量节距pc 在测量载荷作用下,相邻链节的滚子(或套筒)同侧母线的距离 4)链段测量长度Lnc 在测量载荷作用下,链段两端滚子(或套筒)同侧母线的距离 5)侧弯半径R 在施加一定载荷使链条侧向弯曲时,链条形成曲线的平均半径,6)链
12、条通道高度h1 保证链条在链板高度方向上通过的高度距离 7)排距pt 双排及多排链中,相邻两排链条中心线的距离 8)扭曲量 在无扭转约束的条件下,链段两端链节与链条中心平面之间的扭转角 9)链长相对偏差 链段测量长度与基本长度之差同基本长度的比值 10)测量载荷 测量尺寸参数时,为使元件就位,按标准规定施加的载荷 11)抗拉载荷 链条在拉伸试验时,在破坏前所能承受的最大载荷 12)持久极限载荷 链条在拉伸疲劳试验时,所能承受不发生疲劳破坏的最大载荷。,第2章 链传动啮合特性1 链传动的运动学特性 围在链轮部分上的链条呈现出的是多边形,工作时,链条中心线与链轮上以r为半径的分度圆在运动中会发生交
13、替地相切和相割现象,这种现象可以导致链条的线速度和从动轮的角速度发生变化,使链传动的瞬时传动比不等于常数。链传动的这一运动学特性被称为“多边形效应”。,1.1多边形效应引起链条速度的变化链条沿中心线方向的速度 Vx=r1 cos链条垂直方向的速度 Vy=r 1 sin r1=p/(2 sin 180/z)因此,链条在运动中时上时下(垂直中心线方向),和时快时慢(沿链条方向)变化,从而产生附加振动和附加动载荷。链条的线速度变化可用链速不均匀系数KT来表示 Kt=2 tg 90/z 用曲线表示;,1.2 从动轮的角速度变化 由于链条的速度是变化的,因此导致了从动轮的瞬时角速度也是变化的,同样,这种
14、变化也是周期的。如果链条的速度 Vx=r 11 cos=r 2 2 cos那么 2=V x/r 2 cos=1r 1cos/r 2cos所以链传动瞬时传动比即为 iS=1/2=r 2/r 1 cos/cos结论:在链传动中只有平均传动比是定值,而瞬时传动比则是呈周期变化的。,1.3 补偿多边形效应的措施a)多边形效应大小与链轮的齿数有关,当齿数少时,链条速度和链轮的角速度的变化幅度比较大。在高速传动或输送链速度的均匀性要求较高时要加以考虑;b)利用传动比为1(Z 1=Z 2)、紧边长度为链节数的整数倍、两链轮安装相位角相同,可以使主、从动链轮间的瞬时传动比不变;c)利用辅助装置或采用特殊结构来
15、减弱多边形效 应的影响;d)变节距齿形链,2 链传动的动力学特性2.1传动链条张力的组成 链条在工作时,由于传递载荷的作用,形成了紧边和松边,如果不计各种附加动载荷,紧边的张力由有效圆周力F、离心力引起的张力Fc和松边垂度引起的张力F f三部分组成,链条的松边张力F2则由FC和Ff两部分组成。,a)有效圆周力F F=1000 P/V 式中P-传递功率 KW;V-链速 m/s.b)离心张力Fc Fc qv2(N)c)松边垂度引起的张力Ff Ff=1/8 f qa2 10-2 式中 q-链条每米重量 kgf/m;a 链传动中心距 mm;f 链条松边垂度 mm.由此可见链条紧边力大、松边力小,链条工
16、作时要受到交变载荷的作用。,2.2 链条与链轮的啮入冲击 链传动在工作时,链条的各链节的铰链(滚子或套筒)与链轮轮齿的啮合是依次完成的,前一个铰链啮入到位(进入齿谷),依次第二个铰链即以其本身的质量、以链条的节距为半径、并以链轮的角速度与链轮轮齿啮入,形成了链条铰链与链轮齿面的斜冲击。,此时轮齿与铰链上的冲击动能E可通过E=1/2mv2推导为 EKq02n2p2/1800式中 K-链条张力和长度的影响系数;q0-链节重量 kgf-冲击速度系数=sin(3600/z+/2);-链轮 齿形角n-链轮转速 r/minp-链条节距 mm 由此可以看出,滚子链传动工作时会产生啮入冲击,在高速状态下冲击会
17、使滚子和套筒发生冲击破坏,因此,也会限制链条的滚子和套筒在高速下的工作能力。,2.3 链传动的附加动载荷和振动a)启动时紧、松边形成瞬间产生的惯性冲 击(与链条原始垂度有关)b)多边形效应引起链条的横向振动c)启动过程中进入共振区所产生的共振,2.4 链传动载荷谱 图3 典型的链节张力变化曲线 由图可以看到,链节在3点处在松边位置,在4点便进入紧边,到1点时,链节除了受到紧边张力(有效圆周力),还有一段由啮入冲击引起载荷峰值,曲线上有小的波纹是由多边形效应和从动轮角速度变化形成附加动载荷所产生的波动。,2.5 链条与链轮啮合重的现象链条铰链的爬高和跳齿a)链条与链轮的啮合区域,通常称为围齿区。
18、链传动工作时,如果上边是紧边,那么紧边张力沿着围齿区内随着链轮加入啮合齿数的增加而衰减,理想情况是在啮合区的中部衰减为零。同样,松边张力也是沿着围齿区内随着链轮加入啮合齿数的增加而衰减,直至为零。,那么围齿区的中间部位就出现了平衡点,也可能是零载荷段。由此可以得出链条从受到紧边张力作用、通过平衡区段、力的方向变化180度、改变为受松边张力的作用。b)对于链条与链轮轮齿啮合的链条铰链(滚子或套筒)来讲,虽然始终位于一个齿沟里,也有一个随力的方向变化,从与齿的一面接触,而移向与齿的另一面接触的过程。,2.6 链条铰链的爬高和跳齿a)链条节距短时爬高 链条的节距与链轮的分度圆节距在理论上应该是相同的
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