滾子鏈傳動設計與分析

蔣明鋒

摘 要：伴隨經濟和社會的發展，玩具的設計越來越復雜，在玩具設計的過程中也多被運用。本文首先對玩具滾子鏈輪齒型加工進行研究，給出展成方式加工玩具齒輪，鏈條和鏈輪相對運動關聯分析，探究了滾子鏈傳動結構，分析了玩具滾子鏈結構數學機理，數學特征，玩具滾子鏈傳動的多邊形作用，最后給出滾子鏈傳動設計與仿真分析。

關鍵詞：滾子鏈；輪齒；傳動；數學特征；多邊形作用

中圖分類號：TH132.45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）17-0069-01

1 引言

滾子鏈傳動構造是結構緊湊，可靠程度高，并且應用方便的機械傳動方式。滾子鏈具有裝設便捷，中心間距可調節，傳動效率高，使用時間長的特點，并且被運用在輕工業領域尤其是玩具機械中。

2 玩具滾子鏈輪齒型加工研究

（1）傳統滾子鏈輪齒型構成機理。當前常用的滾子鏈輪主要為三圓弧和一條直線構成，鏈輪刀齒狀態復雜，工藝特點較差，滾子鏈和鏈輪的嚙合為非共軛型的嚙合方式，其鏈輪設計存在較大的靈活度。（2）展成方式加工玩具齒輪。展成方式加工玩具齒輪即通過齒輪嚙合機理切削處理輪齒的輪廓，即把標準齒9條用作刀具，而另外一組齒輪作為切齒輪的毛坯部分，若齒輪的毛坯部分采用角速度進行轉動時，刀具也通過速度即角速度和齒輪半徑相乘移動。（3）理想鏈輪齒形的獲得。通過模擬鏈輪和緊邊鏈條的相對運動進程分析，滾子鏈的運動軌跡能夠包絡鏈輪的齒形，即將滾子用作假定刀具，采用刀具和鏈輪毛坯進行相對運動，獲得的玩具鏈路齒形狀較為理想。（4）鏈條和鏈輪相對運動關聯分析。假定刀具速度進行水平勻速運動，而滾子鏈的毛坯采用角速度為進行等速傳動，據此能夠加工得到滾子鏈的鏈路齒形，將其應用在鏈條的運動過程中[1]。（5）本章總結。本章主要針對玩具滾子鏈輪齒型加工進行研究，首先分析了傳統滾子鏈輪齒型構成機理，研究了展成方式加工玩具齒輪，給出理想鏈輪齒形的獲得與鏈條和鏈輪相對運動關聯分析。

3 滾子鏈傳動結構研究

（1）滾子鏈傳動結構分析。滾子鏈整體作為撓性構造，其鏈傳動具有中間撓度的鏈條嚙合傳動。在整個傳動進程中，伴隨傳動速率增大，鏈條出現較大的振動和動載荷，使得滾子鏈邊出現顛動和鉸鏈的損壞[2]。（2）滾子鏈共振。若滾子鏈出現共振時，出現的橫向振動會對鏈條整體的穩定程度產生較大的作用，甚至使得鏈條產生損壞。（3）嚙合沖擊波動。鏈條傳動即在復雜的工程狀態下，其振動與噪聲很大，此外，由于凸齒輪配氣構造較大，并且使得鏈條的強度系數很低，因而使得鏈節和鏈輪之間的嚙合沖擊力度，轉矩與速度波動較大。（4）本章總結。本章主要針對滾子鏈傳動結構進行研究，對滾子鏈傳動結構分析，研究了滾子鏈共振和嚙合沖擊波動。

4 玩具滾子鏈結構數學機理

（1）玩具滾子鏈數學特征。1）中心線交替和鏈輪的節圓呈相切和相割。玩具滾子鏈的中心線交替和鏈輪的節圓呈相切，相割的狀態，基于此構成多邊形作用，使得鏈條中心線周期性改變并對傳動鏈的速率和驅動輪的瞬時角速度產生影響。2）節距角弧長。為減少鏈條傳動速率改變，需要保證節距角的節圓弧長和鏈節矩以及鏈條在任意時間內的移動距離相關。為保證上述標準，應當保證和節圓相切的接觸線偏移某個偏移量，進而使得鏈輪的節圓滿足滾子節線的方位。（2）玩具滾子鏈結構數學機理。在直角坐標體系中，設置兩條直線作為接觸節線與滾子節線，并且保證接觸節線在節圓上不能夠滑動。若接觸節線在節圓上沒有滑動，并且接觸線和滾子線同時旋轉時，接觸線則偏移到直線一側。（3）本章總結。本章主要研究了玩具滾子鏈結構數學機理，分析了玩具滾子鏈數學特征，中心線交替和鏈輪的節圓呈相切和相割，并給出節距角弧長和玩具滾子鏈結構數學機理。

5 玩具滾子鏈傳動的多邊形作用

（1）玩具滾子鏈傳動的多邊形作用概述。當鏈條和鏈輪進行嚙合工作時，鏈條則依據正多邊形的方式環繞在鏈輪之上，并且使得鏈的傳動出現不均勻狀態的運動以及載荷特點，基于此被較稱作多邊形作用。（2）玩具滾子鏈傳動的運動不均勻狀態。假定主動輪以恒定的角速度w進行轉動，其分度圓周的速率設置為v=（1/2）dw，式中的d是小鏈輪的分度圓直徑，為便于解析，則在鏈條的緊邊把v完成分解。由于主動輪角速度w為常量，鏈輪轉動速率v也為周期性變換的，因而鏈節距也是周期性變化的[3]。（3）速度設定手柄卡滯作用。若主動鏈輪展現為周期性變化，則主動鏈輪也會牽引鏈條進行動作，因而其主動鏈輪也會產生相應的變化，并且和滑塊之間不存在間隙，使得滑塊的自由動作被阻塞，使得手柄轉動出現卡滯。此外，根據速度設置手柄卡滯的因素為滑塊或者擋片出現干涉使得卡滯的狀況出現。（4）手柄頭的逆時針轉動。即速度設置手柄的轉頭逆時針轉動40度之后并且在不松開的狀況下能夠前后推進80度左右，將速度設置一個閾值，在該速度下偏移手柄的轉動方向，使手柄桿的端部插銷孔能夠帶動插銷轉動50度左右。（5）調整滾子鏈傳動的方式。依據上述狀況，需要增加聯鎖彈簧以及定位輪的轉動定位彈簧刀，并且進行聯鎖杠桿組裝時，需要保證其能夠自由并且靈活地轉動輪軸[4]。（6）本章總結。本章主要研究了玩具滾子鏈傳動的多邊形作用，首先對玩具滾子鏈傳動的多邊形作用概述，分析了玩具滾子鏈傳動的運動不均勻狀態，并將速度設定手柄卡滯作用，手柄頭設定為逆時針轉動，并給出調整滾子鏈傳動的方式。

6 滾子鏈傳動設計與仿真分析

（1）滾子鏈傳動設計與仿真參數設計。以玩具中的常用滾子鏈GB1243.1-83，DIN 8196-1-1987作為仿真實驗研究的目標，具體參量設計如下：從動鏈輪的齒數為12，主動鏈輪的齒數為6，鏈節距設計為6.325毫米，新齒鏈輪的鏈齒厚度值為3毫米，偏移間距為0.069毫米，齒根圓的直徑是116.3毫米，齒頂圓的直徑為121.3毫米，緊張力為380牛，加載負荷為15N.m，滾子的直徑約為7.12毫米[5]。（2）不同轉速下的嚙合沖擊力。在不同轉速下的滾子鏈傳動嚙合沖擊力，伴隨速度的增大，三組滾子鏈嚙合沖擊力均增大，而GB1243.1-83比DIN 8196-1-1987滾子鏈的嚙合沖擊力度較小，表明所設計的滾子鏈傳動沖擊力度不大。采用鏈輪的齒形能夠減少滾子鏈在傳動過程中的沖擊狀態，并且改變傳動平穩度。（3）本章總結。本章主要針對滾子鏈傳動設計進行仿真分析，研究了滾子鏈傳動設計與仿真參數設計，給出不同轉速下的嚙合沖擊力。

7 結語

滾子鏈結構被廣泛地運用在機械結構中，并且被應用在各行各業的生產和制造過程中，本文首先分析了滾子鏈結構研究意義。針對玩具滾子鏈輪齒型加工進行研究，分析了傳統滾子鏈輪齒型構成機理，研究了展成方式加工玩具齒輪，給出理想鏈輪齒形的獲得與鏈條和鏈輪相對運動關聯分析。進而針對滾子鏈傳動結構進行研究，對滾子鏈傳動結構分析，研究了滾子鏈共振和嚙合沖擊波動。然后研究了玩具滾子鏈結構數學機理，分析了玩具滾子鏈數學特征，中心線交替和鏈輪的節圓呈相切和相割，并給出節距角弧長和玩具滾子鏈結構數學機理。進而研究了玩具滾子鏈傳動的多邊形作用，首先對玩具滾子鏈傳動的多邊形作用概述，分析了玩具滾子鏈傳動的運動不均勻狀態，并將速度設定手柄卡滯作用，手柄頭設定為逆時針轉動，并給出調整滾子鏈傳動的方式。最后主要針對滾子鏈傳動設計進行仿真分析，研究了滾子鏈傳動設計與仿真參數設計，給出不同轉速下的嚙合沖擊力。

參考文獻

[1]武保林，楊素君，姚俊紅.齒輪傳動中嚙合沖擊的理論分析[J].機械科學與技術，2003，（1）：55-57.

[2]唐進元，劉欣，戴進.基于ANSYS/LS-DYNA的齒輪傳動線外嚙合沖擊研究[J].振動與沖擊，2007，（9）：40-44.

[3]薛云娜，王勇，王憲倫.漸開線齒形鏈機構的嚙合機理[J].江蘇大學學報：（自然科學版），2007，（2）：104-107.

[4]武保林，楊素君，姚俊紅.齒輪傳動中嚙合沖擊的理論分析[J].機械科學與技術，2003，（1）：55-57.

[5]汪全.直齒輪副傳遞誤差及行星輪系靜力學均載研究[D].大連：大連理工大學，2012.endprint