用于膠管生產線的鏈傳動的設計

■ 北京機床研究所有限公司 （北京 100102） 趙松倫 李 軍 李云飛

鏈傳動是一種具有中間撓性件的非共軛嚙合傳動，它兼有齒輪傳動和帶傳動的一些特點，具有傳動比準確、傳動力大、效率高、壽命長、使用可靠、維修方便及成本低廉等優點。而鏈傳動的缺點是瞬時傳動比波動，因鏈條由鏈節組成，工作時，鏈節在鏈輪上是多邊形而不是圓弧，故一般不用于要求精確傳動比的傳動鏈中。本文闡述了一種鏈傳動的設計方案，通過對鏈傳動的特殊設計，使鏈傳動實現精確定位，滿足了生產線的要求。

1. 設計要求

本文以膠管生產線為例，闡述鏈傳動在生產線中的應用。膠管生產線主要由5個工位單元構成，5個工位要求可以同時工作，工序中最長的加工時間是12s。每個工位在傳送方向上的尺寸約為300mm。由于需要對工件進行精確的加工，所以要求工件的重復定位精度高。該鏈傳動用于膠管生產線中的主傳動，根據生產線的要求對鏈傳動進行設計，增加相應的功能裝置，使鏈傳動滿足生產線的加工要求。

2. 方案設計

（1）鏈條的多邊形效應 鏈傳動工作時，由于鏈條繞在鏈輪上形成正多邊形而導致的運動不均勻性，稱為多邊形效應。多邊形效應的存在，使鏈條的線速度和從動輪的角速度呈現周期性變化（見圖1），從而造成鏈條與鏈輪產生沖擊、振動和噪聲，加劇了鏈條的磨損，也影響了鏈傳動的定位精度。

當齒數為Z1的主動鏈輪以等角速度ω1轉動時，由圖1分析可得：鏈條沿中心線方向的速度vx1＝r1ω1cosα，鏈條沿垂直方向的速度vy1＝r1ω1sinα。其中r1為主動鏈輪分度圓半徑，α為嚙入過程中鏈節鉸鏈在主動輪上的相位角。因此，即使ω1為常數，鏈條在運動中沿垂直中心線方向和沿中心線方向上的速度也是快慢變化的，從而產生振動和附加載荷。

（2）嚙合沖擊分析 滾子鏈與鏈輪嚙合時產生的嚙合沖擊載荷對鏈傳動的工作性能產生顯著的影響，過大的沖擊載荷會導致滾子的破裂、鏈條的振動和噪聲及輪齒的損壞。如圖2所示。

圖1 鏈條速度的變化

圖2 鏈條與鏈輪的嚙合沖擊轉化

沖擊公式為

式中，p是鏈輪節距（mm）；Z1是主動鏈輪齒數；γ是鏈輪齒形角（°）；φ是∠KAM。

公式表明：嚙入沖擊速度vK除與鏈輪角速度ω、鏈輪節距p有關外，還與主動鏈輪齒數Z1及鏈輪齒形角γ有關。因此，在設計上，須充分考慮到多邊形效應和嚙合沖擊。

（3）方案設計 根據膠管生產線的工位尺寸及各工位工作時不產生干涉的條件，設計了鏈傳動系統，布局如圖3所示。

全線設計兩套平行的傳動鏈，分別由鏈輪、鏈條及鏈板等組成，兩套傳動鏈尺寸完全一致，安裝在主傳動軸和從傳動軸之間。鏈板由兩條傳動鏈牽引，每隔兩塊鏈板裝有一臺隨行夾具。隨行夾具固定在鏈板上，鏈板下裝有滾動軸承，由鏈條牽引，在導軌上滑動。鏈輪及導軌固定在支撐本體上。

增強鏈傳動平穩性的措施有很多，這里采取的方式是：采用小節距鏈輪，設定傳動比為1，緊邊長度為鏈節距整數倍，使主、從動鏈輪之間的瞬時傳動比不變。

鏈傳動主要結構：鏈條節距19.05mm，主動輪與從動輪中心距2 057.4mm，鏈條全長4 800.06mm。每塊鏈板由兩條鏈條牽引，鏈板長114.3mm，相當于6個鏈條節距，全線共裝有42塊鏈板。每隔兩塊鏈板安裝一臺隨行夾具，共有14塊鏈板上裝有夾具。夾具的間隔為342.9mm，即工位間距為342.9mm，滿足使用要求。主動鏈輪和從動鏈輪直徑相等，傳動比為1∶1。主動鏈輪的運動方向是使鏈條上邊拉緊的方向。鏈輪節圓直徑為218.57mm，鏈輪每轉過半個圓周，鏈板便前進一個工位。

該鏈傳動與其相應的功能裝置組成一套完整的運動循環系統，完成生產線的主傳動功能，裝置包括傳動機構、定位機構和張緊機構等。主傳動的運動屬間歇式運動，間歇停頓點對應著各個工位，間歇時間為12s。在隨行夾具上裝有膠管。膠管隨著夾具在各工位上也停留12s，實現各工位對膠管的加工。

鏈傳動主要技術參數：鏈條節距1 9.0 5 m m，工位距離3 4 2.9 m m，鏈輪節圓直徑218.57mm，鏈條總節數252節，鏈輪中心距2 057.4mm，鏈輪齒數36，鏈條總長4 800.06mm。

1）主傳動機構。主傳動機構是全線的執行機構，氣缸將動作傳遞到鏈輪上，帶動鏈條做間歇式的周期運動，主要由主氣缸、齒輪齒條副等組成。

工作原理：主氣缸通過活塞帶動齒條做往復直線運動，齒條帶動齒輪做半圓周的往復運動。齒輪上裝有一個可伸縮的撥銷，可撥動定位輪轉動，定位輪與主鏈輪同軸運動。當撥銷撥動定位輪轉過半個圓周后（即一個工位后），定位氣缸所帶的插拔銷便插入到定位輪中，使定位輪精確定位，此時生產線處于加工狀態；主傳動回退，齒輪轉回到初始位置，在齒輪回轉的過程中，定位輪處于靜止狀態。

2）定位機構。定位機構使全線處于工作狀態，主要由定位氣缸、插拔銷彈簧結構及定位輪等組成。定位輪固定在主鏈輪的軸端，盤上有12個錐銷孔，當銷軸插入到錐銷孔內，工作臺可精確定位。

工作原理：生產線處于初始位置時，定位氣缸的活塞處于縮回狀態，插拔銷的彈簧處于壓縮狀態，彈簧將插拔銷壓緊在定位輪中，此狀態也是生產線各工位工作的狀態。生產線起動后，定位氣缸活塞伸出，將插拔銷從定位輪中拔出，主氣缸帶動齒條齒輪運動，定位輪隨著齒輪一起轉動；定位輪與主鏈輪同軸，主鏈輪也隨著轉動，生產線便前進一個工位。鏈輪靜止不動，其他各工位工作。定位氣缸的活塞伸出后便迅速回退，由彈簧將插拔銷壓緊在定位輪上，定位輪處于定位狀態，此時各工位進入加工狀態，主氣缸活塞回退到初始位置待命。

圖3 鏈傳動布局

3）張緊機構。張緊機構是在從動鏈輪上加一個與主鏈輪運動方向相反的力的裝置，以拉緊鏈條，從而提高鏈條的運動精度。其主要由彈簧、張緊帶和調整螺釘組成，調整螺釘可調整彈簧對張緊帶的拉力，從而調整對從動鏈輪的運動反力作用，調節調整螺釘，可控制對鏈條的拉緊程度。

3. 電氣控制

（1）主氣缸的電氣控制 當生產線處于原點狀態時，主氣缸壓合SQ19；當生產線起動后，主氣缸活塞運動，壓合SQ20；定位輪由齒輪撥動，轉過半個圓周，鏈板前進一個工位。當生產線處于加工狀態時，主氣缸活塞運動壓合SQ19，齒輪撥銷縮回，定位輪處于定位狀態。

注意事項：本生產線電柜上的回原點命令不包括主氣缸回原點。有時按急停按鈕會使主氣缸處于一個初始狀態和工作狀態之間的位置，當主氣缸沒回原點時，即主氣缸沒有壓合SQ19，主氣缸處于不動狀態。此時，應手動調整鏈板，使主氣缸壓合SQ19，全線才能進入工作狀態。

（2）定位氣缸的電氣控制 生產線處于初始位置時，定位氣缸壓合SQ17, 插拔銷插入定位輪錐孔內，定位輪處于定位狀態。生產線起動后，定位氣缸活塞移動壓合SQ18, 插拔銷從定位輪錐孔內拔出，定位輪處于運動狀態。生產線處于加工狀態時，定位氣缸壓合SQ17, 插拔銷插入定位輪錐孔內，定位輪處于定位狀態，生產線處于加工狀態。

注意事項：本生產線電柜上的回原點命令不包括定位氣缸回原點。有時按急停按鈕會使定位輪處于一個初始狀態和工作狀態之間的位置，當定位氣缸沒回原點時，即定位氣缸沒有壓合SQ17，定位氣缸所帶的插拔銷沒有插到定位輪上時，全生產線處于不動狀態。此時應手動定位氣缸的控制閥，使定位氣缸的活塞回到初始位置，即活塞壓合SQ17,插拔銷插入到定位輪中，全線才能進入工作狀態。

4. 結語

隨著我國工業智能化進程的加快，用于生產線的精密傳動鏈和各種輸送鏈的需求量將會大幅增長，如何使普通的鏈傳動適應新型生產線的精密要求，一直是行業中研究的課題。本文介紹的這種用于生產線的鏈傳動方式，由于增加了相應的定位機構，解決了鏈傳動瞬間傳動比變化的問題，使鏈傳動滿足了生產線高定位精度的要求，在相關項目中具有一定的參考與借鑒意義。