GB/T 1243—2006 中A 系列滾子鏈抗拉強度與節距關系的探究

浙江恒久機械集團有限公司 □盧建富 陳海江 徐浩凱

浙江恒久傳動件有限公司 □壽其鋒 壽昱來

在現行GB/T 1243—2006 標準的表1 中，可以直觀地看出A 系列滾子鏈的抗拉強度Fu隨著鏈條節距P 的增大而增大， 但Fu與P 究竟存在著什么樣的內在關系就不得而知了。 GB/T 1243—2006 規定的A 系列單排滾子鏈的節距與抗拉強度值見表1， 雙排鏈的抗拉強度是單排鏈的2 倍， 三排鏈的抗拉強度是單排鏈的3 倍。 A系列鏈條的基本結構和主要參數見圖1， 鏈條的主要受力零件為鏈板與銷軸， 鏈板承受拉力， 銷軸承受剪切力， 鏈條的靜強度主要取決于鏈板的抗拉強度與銷軸的剪切強度。 鏈條的抗拉強度Fu可以通過計算鏈板危險截面的面積A 與鏈板的拉應力強度σ 的乘積， 或計算銷軸的剪切面積Ap與銷軸的剪切應力強度τ 的乘積來獲得， 而且這兩種方法的計算結果應該一致才是有效的，而鏈板在危險截面上的拉應力強度σ 與銷軸的剪切應力強度τ 是由零件材料與熱處理等工藝決定的固有值。 因此， 探究鏈板危險截面的面積和銷軸的剪切面積與節距的關系， 是尋找Fu與P存在何種關系的關鍵。

表1 GB/T 1243—2006 規定的A 系列單排滾子鏈的節距與抗拉強度值

圖1 A 系列滾子鏈的基本結構與主要參數

(1) 鏈板高度與節距的關系

鏈板是鏈條的主要承力件， 影響A 系列滾子鏈鏈板危險截面面積的主要參數是鏈板高度、鏈板孔徑以及鏈板厚度。 GB/T 1243—2006 標準中已明確規定了內鏈板高度h2、 外鏈板高度h3的最大值， 這樣可以直接找到h2/P 與h3/P 的關系， 見表2。

表2 鏈板高度與鏈條節距的關系

由表2 的計算結果， 可以得到內鏈板高度h2、 外鏈板高度h3與節距的關系， 即h2=0.95P;h3=0.82P。

(2) 鏈板厚度與節距的關系

1) 內鏈板厚度與節距的關系

GB/T 1243—2006 標準中沒有直接規定內鏈板厚度T， 但規定了內節內寬的最小值b1以及內節外寬的最大值b2， 可以通過式(1) 計算內鏈板厚度。

各個規格的內鏈板厚度T 的計算結果以及T/P 的關系見表3。

表3 內鏈板厚度與鏈條節距的關系

由表3 的計算結果可知， 除08A、 10A、12A 稍有不同， 其余規格的內鏈板厚度T=0.125P。

2) 外鏈板厚度與節距的關系

GB/T 1243—2006 標準中也沒有直接給出外鏈板的厚度t， 外鏈板的厚度t 首先應滿足標準規定的尺寸鏈要求， 同時應滿足鏈條抗拉強度的要求。 標準規定了多排鏈的排距Pt以及內節外寬的最大值b2， 可以通過式(2) 計算外鏈板或中鏈板的厚度。

各個規格的外鏈板厚度t 的計算結果以及t/P 的關系見表4。

表4 外鏈板厚度與鏈條節距的關系

由表4 的計算結果可以看出， 外鏈板厚度t與同規格的內鏈板厚度T 相比相差甚微， 因此，可以認為t=T=0.125P。

(3) 鏈板孔徑與節距的關系

在都不計銷軸與外鏈板、 套筒與內鏈板配合過盈量的情況下， 可以直接把銷軸直徑d2看作外鏈板孔徑、 套筒外徑dt看作內鏈板孔徑進行鏈板的強度計算。 由于套筒外徑為非互換性尺寸， 標準沒有直接給出該尺寸， 但根據等強度理論， A 系列鏈條內、 外鏈板所受的抗拉強度應是一致的， 而內、 外鏈板的材料與加工工藝是一樣的， 因此， 可以認為內、 外鏈板的拉應力強度σ 應該相等， 這樣內、 外鏈板鏈板危險截面的面積必須相等， 即(h3-d2) t= (h2-dt)T， 由于t=T， 因此可得出套筒外徑的計算公式，見式(3)。

由于內鏈板高度h2、 外鏈板高度h3以及銷軸直徑d2的值是標準規定了的， 由此可計算出套筒的外徑， 同時可計算d2/P、 dt/P 的值， 其計算結果見表5。

表5 鏈板孔徑與鏈條節距的關系

由表5 的計算結果可以近似地得到d2=0.31P; dt=0.44P。

知道了鏈板高度、 鏈板孔徑以及鏈板厚度與節距的關系， 由此可計算鏈板危險截面的面積A。 對于A 系列鏈條外鏈板危險截面的總受力面積Ao的計算可見式(4)。

對于內鏈板危險截面的總受力面積Ai的計算可見式(5)。

由此可見， Ao=Ai=0.1275P2， 符合內、 外鏈板等強度的要求。

由于Fu=σAo=σAi=0.1275σP2， σ 為鏈板拉應力強度， 是由鏈板材料與熱處理等工藝決定的固有值。 由此可以看出， 抗拉強度Fu與節距P的平方成正比， 即Fu∝P2。 在不計安全系數的情況下， 代入一種規格的抗拉強度與節距值， 就可計算出鏈板需要達到的拉應力強度σ 的值 (約676N/mm2)。 由此可得出， 基于滿足鏈板抗拉強度要求的A 系列單排滾子鏈抗拉強度Fu 與節距P 的確定關系式， 即Fu=86.18P2(N)。 經驗算，由此關系式計算的抗拉強度值與標準規定的抗拉強度一致。

傳動用A 系列滾子鏈在嚙合傳動過程中，其力的傳遞路線為: 滾子→套筒→內鏈板和銷軸→外鏈板， 因此， 銷軸與鏈板的靜強度必須同時滿足鏈條的抗拉強度。 銷軸的抗拉強度可由銷軸的剪切面積Ap與銷軸的剪切應力強度τ 的乘積得到， 即Fu=Apτ=2π (d22/4)τ=0.15095τP2，銷軸的剪切應力強度τ 是由銷軸材料與熱處理等工藝決定的固有值。 因此， 基于銷軸抗剪強度要求的鏈條抗拉強度Fu也與節距P 的平方成正比，即Fu∝P2。 在不計安全系數的情況下， 代入一種規格的抗拉強度與節距值， 就可計算出銷軸需要達到的抗剪切應力強度τ 的值(約571N/mm2)，同樣可得出基于滿足銷軸抗剪切強度要求的A系列單排滾子鏈抗拉強度Fu與節距P 的確定關系式為Fu=86.18P2(N)。

(1) A 系列滾子鏈受力零件各參數尺寸與節距P 存在一定的正比例關系， 鏈板危險截面的受力面積、 銷軸的剪切面積與節距的平方成正比。

(2) GB/T 1243—2006 標準中雖然沒有直接給出套筒的外徑尺寸， 但可以根據等強度理論計算出A 系列滾子鏈套筒的外徑dt， 可以近似的得到dt=0.44P。

(3) A 系列單排滾子鏈抗拉強度Fu與節距P的平方成正比， 且Fu=86.18P2。