《机械设计》课程授课教案（讲稿）10.1、10.2、10.3、10.4概述、链传动的运动特性、滚子链传动的设计计算、链传动的合理布置和润滑

课程名称：《机械设计》第16讲次第十章链传动10-1概述授课题目10-2链传动的运动特性10-3滚子链传动的设计计算10-4链传动的合理布置和润滑【目的要求】了解链传动的类型、结构、工作原理、特点等基础知识掌握链传动的运动特性和套筒滚子链传动的设计方法；【重点】链传动的运动特性（运动的不均匀性和动载荷）；套筒滚子链传动的设计；【难点】链传动的运动特性：内容第十章链传动10-1概述一、链传动的组成链传动是通过中间挠性件（链）与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。它是由：主动链轮、从动链轮（有时也可能有两个以上的链轮）和环形链组成，显然，其组成与摩擦带传动类似，只是工作原理不同，传递运动和动力的方式不同。链传动属于啮合传动。二、链传动的特点和应用、类型与带传动相比，链传动具有如下特点：优点：1.没有滑动（啮合传动），能保持准确的平均传动比2.工作情况相同时，传动尺寸比较紧凑（即a可以小些）。3.不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小。4.效率较高。5．能在温度较高、湿度较大的恶劣环境中工作。6.可用于较大中心距间的传动。缺点：1.只能用于平行轴间2.瞬时速比不均匀，传动平稳性差，工作时有噪音。3.不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用。4.制造费用比带传动高。5.与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。应用：适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、冶金、运输、起重、金属切削机床、摩托车、自行车、化工、纺织等机械中。中低速传动：i≤8（I=2~4)

课程名称：《机械设计》 第 16 讲次 授课题目 第十章 链传动 10-1 概述 10-2 链传动的运动特性 10-3 滚子链传动的设计计算 10-4 链传动的合理布置和润滑 【目的要求】 了解链传动的类型、结构、工作原理、特点等基础知识； 掌握链传动的运动特性和套筒滚子链传动的设计方法； 【重 点】 链传动的运动特性（运动的不均匀性和动载荷）； 套筒滚子链传动的设计； 【难 点】 链传动的运动特性； 内 容 第十章 链传动 10-1 概述 一、链传动的组成 链传动是通过中间挠性件（链）与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。 它是由：主动链轮、从动链轮（有时也可能有两个以上的链轮）和环形链组成。 显然，其组成与摩擦带传动类似，只是工作原理不同，传递运动和动力的方式不同。链传动 属于啮合传动。 二、链传动的特点和应用、类型 与带传动相比，链传动具有如下特点： 优点：1.没有滑动（啮合传动），能保持准确的平均传动比 2．工作情况相同时，传动尺寸比较紧凑（即 a 可以小些）。 3．不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小。 4．效率较高。 5．能在温度较高、湿度较大的恶劣环境中工作。 6．可用于较大中心距间的传动。 缺点： 1． 只能用于平行轴间 2． 瞬时速比不均匀，传动平稳性差，工作时有噪音。 3． 不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用。 4． 制造费用比带传动高。 5． 与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。 应用： 适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、冶金、运 输、起重、金属切削机床、摩托车、自行车、化工、纺织等机械中。中低速传动：i≤8(I=2~4)

最大可达15，P≤110KW，最大可达3600KW，V≤12-15m/s，最高可达40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用）最常见的是用于自行车、摩托车中的链传动。类型：工业上应用的链分为：传动链、起重链、拽引链传动链是链传动中的主要元件，传动链有滚子链和齿形链等类型，本章主要讲套筒滚子链。1.滚子链的结构滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接：滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。使内、外链板可相对回转。当链节进入、退出啮合时，滚子沿齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损为减轻重量、制成“8”字形，亦有弯板。这样质量小，惯性小，具有等强度。滚子链有：单排链、双排链、多排链。排数1→承载能力。但排1→制造误差t→受力不均1一般不超过3~4列为宜链条接头处的固定形式有：用开口销固定，多用于大节距链；弹簧卡片固定，多用于小节距链。设计时，链节数以取为偶数为宜，这样可避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承载能力下降。滚子链标记链号一排数×链节数标准号三、链轮1.对齿形要求：①保证链节平稳进入和退出啮合；②减少啮合时冲击和接触应力：③链条节距因磨损而增长后，应仍能与链轮很好地啮合：④要便于加工。2.链轮齿形及特点端面齿形（如图10-5）——是三圆弧一直线，弧aa、ab、cd和一直线bc优点：接触应力小、冲击小、磨损少，不易跳齿与脱链轴面齿形：两侧呈圆弧状，以利链节的进入和退出啮合（如图10-6）加工方法：标准刀具加工，一般为成型铣刀（只要P相同，Z不同的所有链轮均能加工）

最大可达 15，P≤110KW，最大可达 3600KW，V≤12-15m/s，最高可达 40m/s。（不适于在冲击与急 促反向等情况下采用） 最常见的是用于自行车、摩托车中的链传动。 类型： 工业上应用的链分为：传动链、起重链、拽引链 传动链是链传动中的主要元件，传动链有滚子链和齿形链等类型，本章主要讲套筒滚子链。 1．滚子链的结构 ◆ 滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。 ◆ 内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接； ◆ 滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。使内、外链板可相对回转。 当链节进入、退出啮合时，滚子沿齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损。 为减轻重量、制成“8”字形，亦有弯板。这样质量小，惯性小，具有等强度。 滚子链有：单排链、双排链、多排链。 排数↑→承载能力↑。 但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过 3~4 列为宜 链条接头处的固定形式有：用开口销固定，多用于大节距链；弹簧卡片固定，多用于小节距 链。 设计时，链节数以取为偶数为宜，这样可避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承载能 力下降。 滚子链标记： 链号—排数×链节数 标准号 三、链轮 1．对齿形要求： ①保证链节平稳进入和退出啮合； ②减少啮合时冲击和接触应力； ③链条节距因磨损而增长后，应仍能与链轮很好地啮合； ④要便于加工。 2．链轮齿形及特点 端面齿形（如图 10-5）——是三圆弧一直线，弧 aa 、ab 、cd 和一直线 bc 优点：接触应力小、冲击小、磨损少，不易跳齿与脱链 轴面齿形：两侧呈圆弧状，以利链节的进入和退出啮合（如图 10-6） 加工方法：标准刀具加工，一般为成型铣刀（只要 P 相同，Z 不同的所有链轮均能加工）

3.链轮的主要参数分度圆直径（公称直径）d=P/sin180°/Z180°齿顶圆直径da = P(0.54 + tgZ齿根圆直径df=D-dZ-齿数式中：d一滚子直径；P一节距：4.链轮的结构型式，如图11-7整体式（直径较小时）孔板式（轮齿与轮毂部分成一体），中等直径可在腹板上开孔，如图10-7b组合式：大直径链轮可作成组合式。如图10-7c，齿圈与轮毂焊接图10-7d，齿圈与轮毂螺栓联接5.链轮的材料有普通碳素钢，优质碳素钢和合金钢：链轮较大（要求较低时）可用铸：小功率传动也可用夹布胶木。（具体的材料及适用场合见表10-2）注意：1）有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢一渗碳淬火→回火。2）无剧烈冲击，中等速度较大的链轮，一般采用中碳钢和中碳合金钢→淬火、回火。3）齿数较多（特大）Z>50的链轮→采用灰铸铁4）中小功率传动→采用普通或优质碳素钢：大功率传动→采用合金钢5）P<6KW，高速链传动→采用夹布胶木，噪音较小，传动平稳6）小链轮的材料与热处理要求应高于大链轮。（因为小链轮的啮合次数比大链轮多，所以，磨损和冲击比大链轮严重。）

3．链轮的主要参数 分度圆直径（公称直径） d = P/sin180/ Z 齿顶圆直径 ) 180 (0.54 Z da P tg  = + 齿根圆直径 d f = D − d 式中：d—滚子直径； P－节距； Z－齿数 4．链轮的结构型式，如图 11-7 整体式（直径较小时） 孔板式（轮齿与轮毂部分成一体），中等直径可在腹板上开孔，如图 10-7b 组合式：大直径链轮可作成组合式。如图 10-7c，齿圈与轮毂焊接 图 10-7d，齿圈与轮毂螺栓联接 5．链轮的材料 有普通碳素钢，优质碳素钢和合金钢； 链轮较大（要求较低时）可用铸； 小功率传动也可用夹布胶木。 （具体的材料及适用场合见表 10-2） 注意：1）有冲击载荷时一般采用低碳钢和低碳合金钢→渗碳淬火→回火。 2）无剧烈冲击，中等速度较大的链轮，一般采用中碳钢和中碳合金钢→淬火、回火。 3）齿数较多（特大）Z>50 的链轮→采用灰铸铁 4）中小功率传动→采用普通或优质碳素钢； 大功率传动→采用合金钢 5）P<6KW,高速链传动→采用夹布胶木，噪音较小，传动平稳 6）小链轮的材料与热处理要求应高于大链轮。 （因为小链轮的啮合次数比大链轮多，所以，磨损和冲击比大链轮严重。）

10-2链传动的运动特性链运动的运动不均匀性链由许多刚性链节组成，当链绕在链轮上时，形成正多边形。正多边形边数一一（Z）（齿数）正多边形边长（P）（节距）3VylV1LB5Vv2P2R2RO1102W12当链轮转过一周，链移动距离-ZP。设链轮转速为n、nz.，Z,PnzZ,Pn,链的平均速度为：Vm=V-(m/s)60x100060x1000Z,im=i=n_平均传动比为：=const/z,n2（由于71，72为定值：所以平均传动比是准确的）但是，在各个瞬时，链速和传动比是变化的，波动的，并不稳定。下面对瞬时链速和传动比是变化的进行分析和说明：假设：链的紧边在传动过程中总是处于水平位置，并设在主动轮以角速度の作匀速转动。如图所示，链的速度完全取决于图中A点的速度，而铰链A的速度即为主动轮的圆周速度d,orV,2V=V cosβ-odlcosβ链的水平（前进）速度2W,d,V'=V, sin β=链的垂直速度sin β2式中：Vi一一为A点的圆周速度β一一为链节进入啮合后某点铰链中心与轮心联线与铅垂线夹角，（或铰链中心相对于铅垂线的位置角）

10-2 链传动的运动特性 一、链运动的运动不均匀性 链由许多刚性链节组成，当链绕在链轮上时，形成正多边形。 正多边形边数——（Z）（齿数） 正多边形边长——（P）（节距） 当链轮转过一周，链移动距离——ZP。设链轮转速为 n1、n2， 链的平均速度为： 60 1000 60 1000 1 1 2 2  =  = = Z Pn Z Pn Vm V （m/s） 平均传动比为： const Z Z n n i i m = = = = 1 2 2 1 （由于 Z1，Z2 为定值，所以平均传动比是准确的） 但是，在各个瞬时，链速和传动比是变化的，波动的，并不稳定。 下面对瞬时链速和传动比是变化的进行分析和说明： 假设：链的紧边在传动过程中总是处于水平位置，并设在主动轮以角速度1 作匀速转动。 如图所示，链的速度完全取决于图中 A 点的速度，而铰链 A 的速度即为主动轮的圆周速度 2 1 1 1 d  v = ， 链的水平（前进）速度    cos 2 cos 1 1 1 d V =V = 链的垂直速度  sin  2 sin 1 1 1 W d V =V = 式中：V1——为 A 点的圆周速度  ——为链节进入啮合后某点铰链中心与轮心联线与铅垂线夹角， （或铰链中心相对于铅垂线的位置角）

由于在工作中，销轴的位置是不断变化的，故β是变化的，β的变化范围：βe(-号,+)。22由上式可见，链速是变化的，并且每转过一个链节，链速都要周期性变化一次，所以说，瞬时链速是变化的，链速的变化规律如图10-9。结论：链节在运动中，链的速度作有规律的周期性的波动。Vd,02d,o,cosV2 =(8-8)对从动轮讲：2cosy2 cosyd,cosyi=@_(11-8)瞬时传动比：+constand, cosβ02即使の恒定，而の随（，β）而变化，i.不恒定。0,*注：只有当Z=Zz（di=d），β=，a（中心距）为P的整数倍时，i,=constant,2因为此情况下β、变化处处相同。二、链传动的动载荷传动过程中，动载荷原因主要有以下几个方面：①链速V和从动轮角速度作周期性变化速度变化，必然要引起加速度，从而引起惯性力，产生动载荷。dy_ dar((-sin p)--do)sinB链条前进加速度为：a：dt2dt2d,oa180°oPP1β=±兴时，北讨论：±02Sin-sna..=十-222Z22β=0时，amin=0同理：a'=doicosB一一升降加速度2结论：链轮转速（n）越高，节距（P）越大，齿数Z越少，动载冲击越严重，噪音越大。所以说，链传动不适宜高速。当V一定，Z多，P小，是非常有利的。设计中，在满足承载能力的前提下，易选较小的P。②链与链轮进入啮合时产生冲击，引起动载荷。而且，P1，nt→冲击③在起动、制动、反向、载荷突然变化等情况下，必出现惯性冲击，产生动载荷

由于在工作中，销轴的位置是不断变化的，故  是变化的，  的变化范围： ) 2 , 2 ( 1 1   − + 。 由上式可见，链速是变化的，并且每转过一个链节，链速都要周期性变化一次，所以说， 瞬时链速是变化的，链速的变化规律如图 10-9。 结论：链节在运动中，链的速度作有规律的周期性的波动。 对从动轮讲：      2cos cos 2 cos 2 2 1 1 2 d V d V = = = （8-8） 瞬时传动比： tan cos cos 1 2 2 1 cons d d i t = =      （11-8） ∴即使1 恒定，而2 随（  ,  ）而变化，∴it 不恒定。 * 注：只有当 Z1=Z2（d1=d2）, =  ,a（中心距）为 P 的整数倍时，i cons t t tan 2 1 = =   ， 因为此情况下  、 变化处处相同。 二、链传动的动载荷 传动过程中，动载荷原因主要有以下几个方面： ① 链速 V 和从动轮角速度作周期性变化 速度变化，必然要引起加速度，从而引起惯性力，产生动载荷。 链条前进加速度为：      sin 2 ( sin ) 2 2 1 1 d1 1 dt d d dt dv a = = − = − 讨论： 2 1  =  时， 2 180 sin 2 2 sin 2 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 max P Z d d a     =   =  =   = 0 时， amin = 0 同理：   cos 2 2 d1 1 a  = ——升降加速度 结论：链轮转速（n1）越高，节距（P）越大，齿数 Z1 越少，动载冲击越严重，噪音越大。 所以说，链传动不适宜高速。当 V 一定，Z1 多，P 小，是非常有利的。设计中，在满足承载能 力的前提下，易选较小的 P。 ② 链与链轮进入啮合时产生冲击，引起动载荷。而且，P↑,n↑→冲击↑ ③ 在起动、制动、反向、载荷突然变化等情况下，必出现惯性冲击，产生动载荷

三、链传动的受力分析不计动载荷，链传动中主要作用力有：1.工作拉力F一一作用于主动边1000PF =VV一一链速（V/m）式中：P一一功率（KW)：2.离心拉力：F2=qV2，作用于全链长式中：q—一每米链长质量（kg/m)；3.垂度拉力：FsF=-qga=k,qga (N)8(f /a)（是由于链下垂时，重力引起的拉力，作用于链全长）式中：K,——垂度系数，表11-3a一中心距紧边拉力F=F;+F2+Fs松边拉力F=F,+F24．作用于轴上载荷F一般取F.~1. 2 K Fi ,式中：K—一工作情况系数

三、链传动的受力分析 不计动载荷，链传动中主要作用力有： 1．工作拉力 F1——作用于主动边 V P F 1000 1 = 式中： P——功率（KW）； V——链速（V/m） 2．离心拉力： F2=qV2，作用于全链长 式中： q——每米链长质量（kg/m）； 3．垂度拉力：F3 k qga f a qga F = = f 8( / ) 3 （N） （是由于链下垂时，重力引起的拉力，作用于链全长） 式中：Kf——垂度系数，表 11-3 a——中心距 紧边拉力 F=F1+F2+F3 松边拉力 F=F1+F2 4．作用于轴上载荷 FQ 一般取 FQ≈1.2 KA F1 ， 式中：KA——工作情况系数

10-3滚子链传动的设计计算一、主要参数的选择1.传动比由于i过大时，会使小轮包角α小，啮合齿数减少，则轮齿受力大，加速轮齿的磨损，导致“跳齿”，所以，通常限制，i≤7，αi≥12092.链轮齿数（1）Z,不能过少，原因是：当Z少时，①运动不均性和动载荷增大：②当P一定时，Zt少，d,小，但F，（=2T/d.）1，链受拉力增加，加速轮与链的磨损。③使链节间的相对转角增大，磨损增大；（2）Z.不能过大，原因是：ApZz过多，容易脱链，由于分度圆直径的增加量△Ad=，显然，Z2越多，△d越大，180°sin(1在大轮上容易脱链。，所以，Zz需加以限制，通常Z，=亿，≤120。结论：1）齿数过多，过少均不好，必须限制齿数。2）为了使轮齿和链条的各链节能均匀磨损，链轮的齿数最好选质数或不能整除链节数的数。3.链速Vv大，则动载荷大，故通常限制v80P2）计算Le（链节数）

10-3 滚子链传动的设计计算 一、主要参数的选择 1．传动比 由于 i 过大时，会使小轮包角1 小，啮合齿数减少，则轮齿受力大，加速轮齿的磨损， 导致“跳齿”，所以，通常限制，i7， 1120 2．链轮齿数 （1）Z1 不能过少，原因是： 当 Z1 少时，①运动不均性和动载荷增大； ②当 P 一定时，Z1 少，d1 小，但 Ft（=2T/ d1）↑，链受拉力增加，加速轮与链 的磨损。 ③使链节间的相对转角增大，磨损增大； （2）Z2 不能过大，原因是： Z2 过多，容易脱链，由于分度圆直径的增加量 ) 180 sin( Z p d    = ，显然，Z2 越多，d 越大， 在大轮上容易脱链。，所以，Z2 需加以限制，通常 Z2 = iZ1 120。 结论：1）齿数过多，过少均不好，必须限制齿数。 2）为了使轮齿和链条的各链节能均匀磨损，链轮的齿数最好选质数或不能整除链节数 的数。 3．链速 V v 大，则动载荷大，故通常限制 v80P 2）计算 LP（链节数）

L_Z,+Z,+2ao+(3-Z)P(11-14)Lp=2P2元ao圆整为整数（最好为偶数）3）计算实际中心距a

0 1 2 0 2 1 2 ) 2 ( 2 2 a Z Z P P Z Z a P L LP  − + + + = = （11-14） 圆整为整数（最好为偶数） 3）计算实际中心距 a

10-4链传动的合理布置和润滑一、合理布置原则：1。两链轮的回转平面应布置在同一垂直平面内，否则容易“脱链”和影响正常啮合，产生不正常磨损。2.两轮中心线最好是水平或与水平面夹角小于45°3.尽量紧边在上二、张紧方法其目的不取决于工作能力，而由垂度大小决定，垂度过大，会引起啮合不良和链条振动。常用张紧方法见图11-16三、润滑与防护1)润滑润滑有利于缓冲、减小摩擦、降低磨损，润滑良好否对承载能力与寿命大有影响。润滑方式按图11-17选取，注意链速越高，润滑方式要求也越高。I——人工定期：IⅡI——滴油润滑：ⅢI——油浴或飞溅润滑：IV——压力喷油润滑润滑油牌号按机械设计手册选（普通机械油），运动粘度约为20~40st2）防护封闭护罩一一目的是：安全、环境清洁、防尘、减小噪音和润滑需要等【本讲作业]习题10-1、10-2

10-4 链传动的合理布置和润滑 一、合理布置 原则： 1．两链轮的回转平面应布置在同一垂直平面内，否则容易“脱链”和影响正常啮合，产 生不正常磨损。 2．两轮中心线最好是水平或与水平面夹角小于 45° 3．尽量紧边在上 二、张紧方法 其目的不取决于工作能力，而由垂度大小决定，垂度过大，会引起啮合不良和链条振动。 常用张紧方法见图 11-16 三、润滑与防护 1）润滑 润滑有利于缓冲、减小摩擦、降低磨损，润滑良好否对承载能力与寿命大有影响。润滑 方式按图 11-17 选取，注意链速越高，润滑方式要求也越高。 Ⅰ——人工定期；Ⅱ——滴油润滑；Ⅲ——油浴或飞溅润滑；Ⅳ——压力喷油润滑 润滑油牌号按机械设计手册选（普通机械油），运动粘度约为 20~40st 2）防护 封闭护罩——目的是：安全、环境清洁、防尘、减小噪音和润滑需要等 [本讲作业] 习题 10-1、10-2