齿形链知识简介课件.ppt

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1、.,1,齿形链知识简介,.,2,目录,一、齿形链的应用现状及研究二、齿形链分类三、齿形链制作工艺四、齿形链参数设计,.,3,齿形链应用现状及研究,1.1 齿形链的应用现状 齿形链是一种应用广泛的机械基础件，特别是在高速、低噪声、大中心距的工况下，其传动性能优于齿形带、齿轮传动以及滚子链传动，已逐渐成为众多行业首选的传动形式之一。近年来在汽车发动机的正时传动、机油泵、共轨泵、高压泵、平衡轴等系统及部件上齿形链系列的产品有着广泛的应用，大有逐渐取代齿形带传动的发展趋势。 1.2 齿形链的研究 关于齿形链产品，目前尚未制订ISO国际标准，目前已有的各国齿形链及链轮标准为：中国GB 10855-200

2、3传动用齿形链及链轮；中国JB/T 10348-2002摩托车用齿形链条；美国ASME B29.2M-1982传动用齿形链和链轮德国DIN8190-198830压力角滚动铰接式齿形链；德国DIN8191-1998齿形链链轮齿形；俄罗斯TOCT 13552-1981齿形传动链；俄罗斯TOCT 13576-1981齿形链链轮。 以上各国齿形链标准规定的均为普通外啮合圆销式齿形链和普通外啮合Hy-Vo齿形链的互换性尺寸参数，但是没有涉及到啮合原理及其设计方法，目前国内外市场上应用的不同啮合机制的主导齿形链产品系列都没有涉及到。,.,4,齿形链应用现状及研究,现齿形链产品，做的最好的是美国的Morse

3、 、其次是日本的D.I.D和椿本、德国的IWIS，国内近年来众多轿车上应用的齿形链系列的产品，大多是由Morse 和D.I.D进口的。国内主要是以测绘和仿制为主，且产品类型比较的单一，主要是圆销式齿形链和普通的外啮合Hy-Vo链。我们484Q和474Q现在所用的齿形链就是圆销式外啮合齿形链，是参照椿本技术进行的设计。 近年来随着高速传动技术的发展，齿形链传动的主动链轮的转速通常高达50008000r/min，其允许的磨损伸长率仅为1%（ =L/L， L链条磨损伸长量，L初始长度）。除了高速多次冲击特性外，齿形链大多还承受着高速下的变速与变载服役的工况。由于齿形链的高速、大载荷、低噪声、强磨损，

4、以及速度与载荷的交变特性，从而使其啮合原理的研究、刚柔体传动系统的设计方法成为i齿形链研究设计时非常重要的考虑因素。而且现在齿形链产品的设计，不仅要考虑链条本身的设计参数，同时还要研究齿形链链轮刀具的啮合原理与滚切的原理，这种开发模式应该是目前来说最合理的。,.,5,齿形链的分类,2.1 齿形链的特点 齿形链有几个比较突出的特点： （1）噪声较小 （2）可靠性较高 （3）运动的精度较高。2.2 齿形链的分类 齿形链按销轴形状的不同主要分为两大类：1）圆销式齿形链 2）滚销式齿形链 圆销式 滚销式,.,6,齿形链的分类,齿形链按限位方式的不同主要分为两大类：1）外导式 2）内导式 外导式 内导式

5、 按啮合机制的不同，可分为外啮合圆销式或滚销式齿形链、内啮合的圆销式或滚销式齿形链、内-外复合啮合圆销式或滚销式齿形链等,.,7,齿形链的分类,2.3 几种应用广泛及最新结构形式和啮合机制的齿形链 1.外啮合圆销式齿形链 外啮合齿形链是链板以外侧齿廓与链轮轮齿接触的齿形链，如图所示。外啮合的特点是：链板的工作边是外侧直线齿廓，而外侧直线齿廓与链轮轮齿的啮合 定位稳定；不足之处是由于啮合定位是瞬间完成的，因而多边形效应较严重、冲击和振动较大、噪声较大、磨损较严重。 多边形效应：链传动瞬时传动比在传动过程中是不断变化的，由于刚性链节在链轮上呈多边形分布，在链条每转过一个链节时，链条前进的瞬时速度周

6、期性的由小变大，再由大变小，链条沿垂直运动方向的分速度也在作周期性变化，从而导致了运动的不均匀性。这种运动的不均匀性及刚性链节啮入链轮齿间引起的冲击，必然要引起动载荷。当链节不断啮入链轮齿间时，就会形成不断的冲击、振动和噪声。 外啮合齿形链,.,8,齿形链的分类,2.内啮合圆销式齿形链 内啮合齿形链是链板以内侧齿廓与链轮轮齿接触的齿形链，如图所示。内啮合的特点是：链板的工作边是内侧外凸齿廓；从端面看，工作边和链轮轮齿是点接触，并且接触点逐渐移动，因而接触部分有较大的相对滑动；接触面积较小，链板的工作边和链轮的工作齿面磨损较大。但是减小了链条多边形效应中的横向跳动，因而振动减轻，传动平稳；由图可

7、以看出，内啮合齿形链的最后定位是以内侧齿廓与链轮轮齿接触定位的，所以定位不够稳定。这种结构的齿形链多用在汽车和摩托车发动机的正时链传动中。 内啮合齿形链,.,9,齿形链的分类,3.内-外复合啮合圆销式齿形链（484Q和474Q) 这种新型齿形链的结构形式和新齿形决定了在齿形链传动过程中与主动链轮啮入时，外凸的内侧曲线齿廓首先实现的是与与一个轮齿的内啮合，如图所示链板1所示。随着与这一轮齿的进一步啮入，由于相邻链节之间的相对转动，则这一轮齿逐渐与相邻链节的工作链板的外侧齿廓接触，实现了外啮合，直至工作链板外啮合定位在链轮齿槽上，如图链板2，完成了一个啮入的过程。在由从动链轮啮出时，与链轮齿啮合却

8、是由外啮合逐渐过渡到内啮合的，从而完成了一个啮出的过程。 内-外复合啮合的齿形链,.,10,齿形链的分类,.,11,齿形链的分类,这种新型的齿形链兼容了内、外啮合齿形链的主要优点,特别适用于高速且变速、变载的工况，减小了多边形效应、减小了冲击与振动、降低了噪音、提高了传动效率。由于内、外啮合的逐渐过渡，使链片内、外侧齿廓以及销轴两侧的母线、链片销轴孔两侧交替承载，不仅减轻了齿形链链片和销轴的磨损，而且使链轮齿交替承载，不仅减轻了齿形链链片和销轴的磨损，而且使链轮齿交替承载，减轻了链轮轮齿的磨损。这种新型传动可以从根本上提高齿形链的高速传动性能。 4.外啮合Hy-Vo齿形链 当链轮轮齿为渐开线齿

9、形时，滚销式齿形链也常称为Hy-Vo链。由于Hy-Vo链具有变节距功能，显著减小了链传动过程中的多边形效应，减小了冲击和振动，因而在高速、重载、大中心距的工况下常选用此种形式的链做为传动装置。（如石油钻机、冶金机械、发电机组等）。近年来一些新型轿车发动机正时链和变速器传动链、分动器传动链也逐渐的应用了Hy-Vo齿形链。,.,12,齿形链的分类,外啮合Hy-Vo齿形链 4. 还听说有外啮合+内-外复合啮合Hy-Vo齿形链、内-外复合啮合Hy-Vo齿形链等，但是没有找到相关的资料。,.,13,齿形链制作工艺,齿形链零件制作工艺流程图：,.,14,齿形链制作工艺,齿形链性能分析（以CL05D-44W

10、进行分析）,.,15,齿形链制作工艺,销轴表面渗金属工艺，硬度可达HV1600，其耐磨性较碳氮共渗工艺能提高3倍以上。,.,16,齿形链制作工艺,小结： 1.链板的选材、成型工艺、热处理工艺和销轴的表面热处理工艺对整链的性能均有较大的影响。 2.采用精密冲裁成型的链板，铰链副接触面积大、铰链牢固；链板内孔光洁度高，摩擦阻力小；链板的外侧与正时动、定轨摩擦阻力小，可延长系统的寿命。 3.销轴表面渗金属是一种先进的表面处理工艺，硬度可以达到HV1600以上，较氮化表面抗磨性大幅提高，初期的磨损寿命能提高1倍。,.,17,齿形链参数设计,正时链系统设计流程图,.,18,齿形链参数设计,3.1 齿形链

11、参数设计 因为484Q和474Q齿形链都是内-外复合啮合圆销式齿形链，如下图： 1.工作链板 2.导板 3.销轴,.,19,齿形链参数设计,1.工作链板 如图所示，外啮合圆销式齿形链工作链板的主要参数为：孔心距a、边心距f 、齿形半角。因为其内侧齿廓不参合与啮合，因而其齿廓曲线可以是直线，也可以是内凹的曲线。 （1）孔心距a 通常可取工作联办的孔心距a=p-h， p为齿形链节距（mm），h为链板孔与 销轴的双边间隙（mm）。 （2）边心距f 当p9.525mm时，f=0.40p； 当p 9.525mm时, f=0.375p。 （3）齿形半角 通常可取齿形半角=30,.,20,齿形链参数设计,2

12、.导板 如图所示，外啮合圆销式齿形链导板的主要参数为：孔心距a、边心距f 、齿形半角。 （1）孔心距a 通常可取工作联办的孔心距a=p， p为齿形链节距（mm）。 （2）边心距f 虽然导板不直接与链轮啮合，但 其边心距的基本尺寸仍可参照工作 链板设计。当p9.525mm时，f=0.40p； 当p 9.525mm时, f=0.375p。 （3）齿形半角 通常可取齿形半角=30,.,21,齿形链参数设计,实例计算（484Q和474Q)： 内-外复合啮合圆销式齿形链的结构形式如下图：,.,22,齿形链参数设计,1.工作链板 新型的齿形链具有“宽腰形”和“窄腰形”两种不同形式的工作链板，如下图所示：

13、a 宽腰形 b窄腰形,.,23,齿形链参数设计,宽腰形是较新的设计，主要的设计要求是让跨部低于链条节距线，避开受力线，能提高疲劳强度。 窄腰形为较旧的设计，胯部高于节距线，在疲劳测试时裂纹会从胯部开始出现。如下图：,.,24,齿形链参数设计,主要的参数有：孔心距a、边心距f 、齿形角、伸出量、内侧工作齿廓曲率半径r、内侧工作齿廓曲率中心的坐标（x1 、y2) 、分叉口的高度h等。 （1）孔心距a 通常可取链板的孔心距a为 a=p-h （2）边心距f 对于宽腰形工作链板，其边心距f=0.40p；对于窄腰形工作链板，其边心 距f=0.355p。 （3）齿形半角 通常取工作链板的齿形半角为30。特殊

14、需要的时候，也可设计齿形半角为35或其它的数值。 （4）内侧工作齿廓曲率半径r 对于宽腰形齿形链，其内侧工作齿廓曲率半径，通常可取z=21（窄腰形通常可取z=23)时，对应于压力角为x =30或31.5（视链轮压力角1而定）渐开线曲率半径，即r=rbtanx , rb为渐开线基圆的半径，常用的宽腰形和窄腰形齿形链内侧工作齿廓曲率半径如下表：,.,25,齿形链参数设计,.,26,齿形链参数设计,上表是在工程中实用的综合曲率半径。适度增大内-外复合啮合齿形链内侧工作齿廓的曲率半径，有利于增加同时参与啮合的链轮齿数与链节数，改善链条的受力状态。 （5）伸出量 伸出量对链条多边形效应的有影响，值大，对

15、减小链条的多边形效应的作用大。但是如果过大，当相邻的链节转过2/z角度，在轮齿上啮合就位时，内啮合无法转为外啮合，当链轮的齿数较多的时候，转过的2/z角度更小了，这种现象就会更容易产生。 值过小，相邻的链节转角很小的时候就转变为外啮合，减小多边形效应的功能就降低了。 所以伸出量值应该在一个合理的范围内优选。一般随着节距增大而增大。又随着链轮齿数的增加而减小。据桂盟的经验通常可取=0.100.30mm，节距较小且链轮齿数较多的时候取较小值，节距较大且齿数较少的时候取较大值。 （6）内侧工作齿廓曲率半径中心坐标x1 、y1 ，当确定了边心距f 、伸出量、内侧工作齿廓曲率半径，当齿形角=30时，由链

16、板图可导出： x1=（r-f-)sin(+60)/cos y1= （r-f-)cos(+60)/cos,.,27,齿形链参数设计,通常=911。当取较小值时，内侧工作齿廓与链轮轮齿的啮合区上移，当取较大值时，其啮合区下移。所以对于宽腰形齿形链来说应取较大值。窄腰形齿形链应取最小值，但是最终值的取定要通过计算机仿真来进一步验证其合理性。 当知道了内侧工作齿廓曲率半径r、内侧工作齿廓曲率半径中心坐标x1 、y1 、边心距f时，也可以反求出其伸出量为： =r-f- cos (其中=arctan x1 / y1 -60） 现在有一种新的观点：当内侧工作齿廓曲率半径r一定时，内侧工作齿廓曲率半径中心坐标

17、x1 、y1 的变换，将直接的影响齿形链与连轮的啮合特性与传动性能。 内侧工作齿廓曲率半径中心坐标x1 、y1 是一个非常重要的设计参数。 (7)分叉口高度h 对于宽腰形齿形链，当节距p=6.35 12.70mm时，随着节距的增大，其分叉口高度h=0.75 2.25mm；对于窄腰形齿形链，当节距p=7.62 12.70mm,随着节距的增大，其分叉口的高度h=0.40 1.0mm。,.,28,齿形链参数设计,2.导板 484Q和474Q的导板为蝴蝶异形导板如图，其孔心距a、边心距f、齿形半角的设计方法与普通导板相同。 蝴蝶状异形导板设计图 (图中虚线是普通导板轮廓，实线是异形导板轮廓),.,29

18、,齿形链参数设计,2.导板 归纳出来的蝴蝶异形导板设计准则（采用有限元分析的方法）： (1)在普通导板图形的基础上设计蝴蝶状导板。 (2)在不影响导板强度的条件下，蝴蝶状导板腰部上端圆弧半径R应取较大值。 (3)为了满足强度的要求，中间腰部尺寸hH/2。 (4)在不影响异形导板作用的情况下，尽量提高导板底部的圆弧高度，同时上端圆弧的最低点最好是不要低于导板孔的连心线。,.,30,齿形链参数设计,1）484Q和474Q的导板为蝴蝶异形导板如下图，其孔心距a、边心距f、齿形半角的设计方法与普通导板相同。 484Q和474Q导板孔心距、边心距、齿形半角,.,31,齿形链参数设计,(2)在不影响导板强

19、度的条件下，蝴蝶状导板腰部上端圆弧半径R应取较大值。蝴蝶导板腰部上方的凹陷圆弧半径R，影响着导板的伸长量和最大的应力。 484Q和474Q导板腰部半径,.,32,齿形链参数设计,下图1和图2为其他的参数不变，R为1.86mm和0.93mm，导板的伸长量云图：,0.011331（R=1.86）,0.011331（R=0.96）,.,33,齿形链参数设计,下图1和图2为其他的参数不变，R为1.86mm和0.93mm，导板的应力云图：,508.082（R=1.86）,594.884（R=1.86）,.,34,齿形链参数设计,(3)为了满足强度的要求，中间腰部尺寸hH/2。,其它的条件一样的情况下（加

20、均布载荷139MPa)，导板的中间高度尺寸比普通的导板的高度减少了1/3，导板在X方向上伸长量就接近原来的2倍。所以在设计的时候一般还要考虑蝴蝶导板外掰所引起的伸长量。即纵向高度h影响着导板的伸长量。由上图可以看出h越小，对导板的伸长量影响就越大。,0.005874(H),0.018665(3H/5),0.011331(2H/3),.,35,齿形链参数设计,既然高度h越小，导板的伸长变化率就越大，那我们是不是可以尽量的减小腰部的高度呢？如下图，在其它的条件相同的情况下，腰部高度不同的导板的应力云图为（加均布载荷139MPa)：,319.493（H）,508.082（2H/3）,661.892(

21、3H/5),.,36,齿形链参数设计,由上应力图可以看出腰部高度h减小1/3后，应力比普通导板增加了近200MPa,腰部高度由2H/3减小到3H/5，最大的应力就增加了154MPa，应力增加的十分的明显。所以在设计的时候，不能一昧的减小腰部的高度来满足伸长量的要求，还要考虑到腰部受到的最大的应力，否则的话导板很容易在腰部失效。,.,37,齿形链参数设计,(4)在不影响异形导板作用的情况下，尽量提高导板底部的圆弧高度，同时上端圆弧的最低点最好是不要低于导板孔的连心线。因为导板上端圆弧的最低点P至导板中心孔连线O1O的距离PO的大小，对导板最大的应力也有较大的影响。,.,38,齿形链参数设计,腰部高度h和腰部倒角R相同，导板底部的形状由圆弧型变为平底，应力云图如下： 如应力图所示，只是将导板底部变为平底（PO减小了约0.7mm),导板的最大应力增加明显由508.082变为609.132，说明随着PO的减小，应力增加明显，所以在设计的时候，应适当增加PO的长度。,508.082,609.132,.,39,谢 谢！,