一种2.5-3倍速链新型传动机构

基于链条传动的链轮减速器设计密封家用电炉生产线上的一台搅拌泥料的搅拌机，投产三个月后，机上使用的WPO-15型蜗轮减速器完全损坏，不能工作。电机功率7.5kw，转速 1440r/MIN，电机与蜗轮减速器间，用传动比为 1:2的皮带传动。该减速器传动比为1:40的WPO-15型蜗轮减速器，在输入转速为1500r/min时，许用功率为5.5kw，在连续工作时，负荷不能超过65%。在生产任务比较重时，该搅拌机经常10多天24小时不间断工作，在此种情况下工作，明显可看出蜗轮减速器的许用功率远小于电机的功率，属过载损坏。

该搅拌机是针对生产要求设计的非标设备。搅拌机的搅拌部分，全部使用不锈钢制造，机械传动部分安装在搅拌器的下部。空间较小，不宜选用齿轮减速器或摆线针轮减速器。如选用功率与电机匹配 WPO-20型蜗轮减速器，一是体积过大，二是价格过高。鉴于此情况，专门为该陶瓷搅拌机设计了链轮减速器。该链轮减速器的制造成本是WPO-15型蜗轮减速器的50%，经过1年多的使用，目前仍运转正常。

1 链轮减速器的结构设计 链轮减速器采用二级传动的结构，其结构示意图见图1所示。一级传动由61A、8齿的一级链轮1和49节的一级滚子链盘2组成，其传动比为8:49二级传动由24A、6齿的二级链轮 3和 39节的二级滚子链盘 4组成，其传动比为6:39，总传动比约为1:40。 2 链轮减速器的工作原理及结构特点 2.1 工作原理 链轮减速器的工作原理如图1所示。其传动过程为:一级链轮 1的轴为输入轴，通过一级链轮与一级滚子链盘2的啮合，实现一级减速。二级链轮与二级滚子链盘4的啮合，实现二级减速。

1 一级链轮；2 一级滚子链盘；3 二级链轮；4 二级滚子链盘

图1 链轮减速器的结构示意图 2.2 创新之处 一般的链条传动是由分别安装在彼此平行的主、从动轴上的两个链轮，和跨绕两链轮的闭合链条组成的。而在链轮减速器设计中，采用了链轮与链盘啮合传动，将链条变成了链盘，取代了链条和从动链轮，设计了新型的链轮减速器。 链轮减速器和齿轮减速器都是通过啮合来传递动力和运动，其传动比的计算相同。但链轮减速器的啮合是链轮的轮齿与链盘的滚子的啮合，属非共轭啮合而齿轮减速器的啮合是轮齿间的啮合，属共轭啮合。 2.3 结构特点 链轮减速器将链条的传动变成了链轮与链盘间的啮合传动，但其并不具有齿轮的传动特性，链轮减速器和齿轮减速器有着本质上的不同: （1）由于链轮减速器的啮合是非共轭啮合，因此，链轮减速器的加工、安装精度要求较低，对工作条件要求不高。 （2）链轮减速器的瞬时传动比不精确但平均传动比准确，而齿轮减速器的传动比为固定值。因此，链轮减速器的传动不平稳，产生动载荷，噪声较大，传动速度不高。

（3）链轮减速器只能在平行轴之间传递运动和动力。

（4）链轮减速器的链轮最小齿数为6齿，而齿轮减速器的链轮最小齿数为17齿。因此，在传递同等的功率下，链轮减速器比齿轮减速器的结构更紧凑。链轮减速器的结构特点决定了链轮减速器不能象齿轮减速器那样广泛使用，只适用于安装空间受限，工作条件较差或较恶劣、瞬时传动比不精确但平均传动比准确、平稳性和噪声要求不高、低速、载荷变化不剧烈、两轴平行转动，例如搅拌、物料输送等场合。链轮减速器的啮合是链轮的轮齿与链盘滚子的啮合，与链传动中链轮轮齿与链节滚子的啮合的工作原理相同，因此，链轮减速器具有链传动的大部分优点:

（1）速度无滑动损失，传动效率可达98%一卯%。

（2）允许较大传动比。

（3） 能在低速下传递较大的动力。

（4） 能在较高温度或其他恶劣的条件下工作（受气候条件变化影响小）。

（5）结构紧凑，传递同样的功率，轮廓尺寸较小。

链轮减速器也具有链传动的部分缺点: （1）传动比不是常数，圆周速度有波动，不平稳（链轮齿数越少，波动越大），在高速下易产生较大的冲击载荷。

（2）传动有噪声。

（3） 只能用于平行轴之间的传动。

图2 链盘结构 如图2所示，链条变成了链盘后，没有了链板及套筒，只有两轮辐间销轴和滚子，没有了链板伸长后节距变大所引起的失效形式，在同等规格的链轮下，其轴销直径可以比链条的轴销做得更大，链轮齿宽不受链条宽度的限制，因此，链轮减速器具有链条传动所不具有的优点: （1）结构更紧凑，在相同的链轮规格下传递更大的功率。

（2）维修成本低，链轮减速器磨损失效后只需要更换小链轮、销轴和滚子。

（3）链轮减速器既可以做成开式传动，也可以很方便设计成封闭装置。 3 链轮减速器设计时需考虑的一些因素 3.1 小链轮的齿数和节距 小链轮的齿数对链轮减速器的工作寿命有很大的影响。齿数过少时，传动的不均匀性和动载荷增大，同时，链轮的直径小，链轮轴的直径也小，链轮轴的许用功率就小，链盘所传递的圆周力随着链轮的齿数减少而增大，加速了链轮链盘的磨损。 小链轮的齿数增大，链盘所传递的圆周力减小，多边效应减少，链轮啮人链盘节间的转角减小，磨损减小。但尺寸大，重量增大。 链轮减速器是为了更紧凑的传动空间而设计的，因此链轮的最小齿数可以取zmin=06链轮减速器的第一级由于小链轮的转速高，小链轮齿数可以为812齿，链轮减速器的第二级由于小链轮的转速相对较低，小链轮齿数一般可取68齿。如果链轮减速器的安装空间允许，可以选取更大一些的小链轮齿数，以提高链轮减速器的使用寿命。 链轮减速器适合于单件产生，为了便于加工，链轮一般采用偶数齿，链盘采用奇数齿，以使链轮链盘磨损均匀。 节距ρ的大小决定着链盘链轮尺寸大小，节距越大，链轮减速器各部分尺寸越大，承载能力也随之提高，但传动的不均匀性、动载荷也越严重。 要选取合适的节距，首先要进行链轮减速器设计功率的计算，在计算出设计功率后，按图3选取相应的链轮节距，如果所选取链轮节距的额定功率与设计功率有较大偏差，可以改变链轮的齿数重新计算设计功率，再选取相应的链轮节距，在满足传递功率的情况下，尽可能取得较小的链轮节距，以求得最紧凑的链轮减速器结构。 小链轮齿数系数Kz=（z1/19）1.08 因此，小链轮齿数越少链轮减速器的设计功率就越大，所需的节距就越大。 小链轮要选取不同的齿数反复计算，以求得较少的小链轮齿数和较小的链轮节距。 3.2 链轮的转速 由于链轮减速器具有链传动的运动特性，因此，链轮的极限转速受到动载荷的限制。图3为滚子链的额定功率曲线图，图中为01种型号单列套筒滚子链的额定功率曲线，从图中可以看出，套筒滚子链的额定功随着小链轮的转速增加而增加，当链轮的转速达到某个数值后，套筒滚子链的额定功率随着小链轮的转速增加而迅速下降。因此，链轮减速器链轮的转速不宜超过套筒滚子链额定功率曲线中高峰值所对应的转速。 3.3 链轮的齿宽 由于不受链条的限制，理论上，链轮可以做成任意宽度，随着链轮齿宽的增加，链轮链盘的磨损减小，寿命增加，传递功率增大。但销轴也随着链轮齿宽的增加而增长，过长的销轴会使其刚度下降，易使链盘的销轴、滚子发生疲劳破坏。 由于链轮减速器的链轮齿数少，直径小，往往需要和链轮轴加工成一体，如图4所示。为了延长轴的使用寿命，一般推荐链轮减速器链轮的齿宽为标准链轮齿宽的2倍。 3.4 链轮的齿形 链轮减速器链轮与链盘的啮合和链传动中链轮与滚子链条的啮合一样，属非共轭啮合。其轮齿形的设计可以有较大的灵活性，BG/T1243-1997中没有规定具体的链轮齿形，仅规定了最大和最小的齿槽形状及其极限参数。在链轮减速器中，链轮是易损件，往往又和轴做成一体，因此，推荐使用GB/T1243-58规定的三圆弧一直线齿形，它具有接触应力小，磨损轻，冲击小，齿顶较高等优点。4 链轮减速器的设计计算 4.1 链轮减速器的失效形式 （1）链盘上的销轴、滚子在润滑良好情况下，疲劳破坏是其主要的失效形式润滑不当或转速过高时，发生胶合破坏。

（2）链轮的齿面过渡磨损

（3）低速重载或受冲击载荷时，链盘的销轴、滚子破损。

4.2 链轮减速器的额定功率 链轮减速器的失效形式与链传动的失效形式相比，少了链条因磨损而引起的节距变长的失效形式外，其他失效形式相同，因此，可以采用如图3的滚子链的额定功率曲线图来确定链轮减速器的额定功率。根据小链轮的转速，按图3选取相应的链轮节距，使链轮减速器的各级额定功率大于或等于设计功率。 Pd = KaP / KzKm （1） 式中，Pd为设计功率，kW；P为传递功率，kW；Kz为工况系数；Kz为小链轮齿数 Kz=（z1/19）1.08；Km为链轮齿宽系数，链轮齿宽为标准链轮齿宽时：Km=1；链轮齿宽为标准链轮齿宽的2倍时：Km=1.7；链轮齿宽为标准链轮齿宽的3倍时：Km=2.5；链轮齿宽为其它倍数时，可采用插入法求出Km。 4.3 链盘轴销剪切强度的校核 链盘圆周速度5 链轮减速器的另一结构形式 在一些低速的传动机构中，可以采用如图5所示的结构，将主动轮设计成链盘，将从动轮设计成链轮的结构形式。这种结构最大优点是维修成本较低。主动链盘的销轴和滚子是易损件，一旦损坏，可以借助简单工具，迅速更换。 但由于这种结构的链轮减速器只有一个滚子与链轮的链齿啮合，一旦轴销断裂，会使从动链轮失去动力，在设计时必须予以考虑。 6 链轮减速器的推广价值 （1）在一些安装空间受到限制、低速重载、工作环境较差的场合，适用链轮减速器。

（2）链轮减速器的设计简单、加工方便、维修容易、成本较低，适用单件生产。

（3）可形成新的链轮减速器系列。http://www.51ps.com/classlist.aspx

(1)科学性原则

设计方案是某种或某些科学技术原理的体现，因此，任何设计方案都不能违背科学技术原理。

违背这一原则的设计以“永动机方案”为最典型。自古以来，有无数发明家绞尽脑汁地设计了一个又一个永动机，但都因直接违背能量守恒定律而徒劳无益，没有任何结果。设计方案除了不违反科学原理外，还应能达到预期的性能。大多数发明的目的都是要超过已有技术。

如果效果并不那么理想，该发明也就失去了存在的意义。因此，多方面地对设计的技术性能进行论证很有必要。

例如，有人曾设计出一种“液压传动和变速的自行车”。他的目的是使车子骑起来更为轻快和灵便。这就要有一个前提，即液压传动系统要与链条传动的效率相近或更高。但是如果认真进行核查的话，我们就会发现事实正好相反，在功率传送上液压传动的效率较低，因此该项发明的预期目的很难实现。

对于一项本身作用原理没有问题的发明，还应考虑它在制造过程中是否存在特殊的困难。假定你想发明一种“扑翼式人力飞机”，如果你的设计有赖于一种极轻然而又很坚固、弹力又极好的材料，大概就有问题了。你必须首先调查一下你所需要的这种材料目前是否可能制造出来，然后再去考虑你的发明是否有意义。

另外一个必须考虑的问题是，你设计的东西如果如愿以偿地制造出来了，在实际使用中是否会遇到特殊的困难。

例如，一种像帆船那样由风驱动的运输车辆并不是制造不出来，但是如果我们真要使用这样一种“风动车辆”，就会遇到许多麻烦。我们必须在很窄的道路上行驶，然而，陆地上的风远不像海上那样稳定，因此，我们的车辆就会陷入时快时慢、时走时停的状态。这在公路运输上是不能允许的，会大大妨碍其他车辆的行驶和安全。

(2)独特性原则

创新设计者往往别具匠心，常常以不同于一般设计师的方式提出一些奇特的构思，使技术方案具有突出的实际效果。

例如，转子发动机的设计，磁悬列车的设计等，都是别具匠心的设计。

出色的设计往往具有独特的构思，但独特的构思未必能成为有实际效果的为人们所急需的产品。例如，有人曾设计了一种“能喷水的闹钟”，他用喷头射水代替铃声来浇醒沉睡的主人，但是，这样的设计由于人们不那么需要，所以很难商品化。

(3)求优性原则

要想直接估计出一项设计的实用价值是十分困难的。实际上，人们往往采取比较法来进行估计，也就是将新方案的可能效果与那些要解决同样问题的全部已有技术相比较，看它是否处于比较优越的地位。

一般说来，追求完全相类似功能的不同技术是可以进行比较并分出优劣的。例如，爱迪生设计的碳钮电话话筒与原来贝尔所用的液体变阻器话筒是两种技术，但它们所要达到的功能完全相同，即把声音变成相应的波动电流。在这种情况下，人们可以清楚地看出，前一种技术比后一种更为简单、方便、耐用，明显优于后一种。实际上，贝尔公司很快就买下了爱迪生的专利权。

想出一个优于已有技术的设计方案当然是很值得高兴的事，但是，我们也应该意识到，技术在不断发展进步，新的设计也会层出不穷。因此，我们还必须考虑可能出现的其他种种技术方案，考虑到各种可能的改进方案，这样才能使自己的设计在稍长的时间内处于相对最优地位，在较长时间里保持其使用价值。从中可以看到，创新才是技术设计永保青春的秘诀。

(4)简捷性原则

技术方案是否简捷，也是判断一项设计能不能获得成功的一项设计原则。

有一种模糊的错觉认为，一项设计的原理和构造越复杂，就说明它的水平越高。诚然，把一件构造复杂的东西制造出来绝非易事，但这仅仅是对制造者而言。如果设计者使其构造的复杂性超越了一定的限度，那么这就是一件蹩脚的或失败的设计。因此，创新设计者应追求功能明确、性能可靠且机理简单的技术方案。

(5)市场性原则

符合科学原理和技术原理的产品设计，通常可以制造出来。那么，是否就能认为这一项设计已经取得了成功呢?事实上未必如此。除了极少数特殊情况(如作为一项科学研究的实验)以外，一般的设计要获得最后成功，必须证明自己具有突出的实用性，必须经受住市场的严峻考验。

爱迪生曾这样说：“我不打算发明任何卖不出去的东西，因为不能卖出去的东西都没有达到成功的顶点。能销售出去就证明了它的实用性，而实用性就是成功。”这对任何有志于创新设计的人来说是金玉良言，是判断设计价值的最高标准。有人可能错把专利局审查批准看作设计成功的标志。诚然，这确实是一个可喜的标志，标志着你的设计有了起码的水平，然而这并不是最重要的标志。有人可能要问，专利审查不是已经包括实用性的内容了吗?实际上，专利局仅仅是把那些明显不实用的设计加以剔除，并不对获准专利的商业价值作任何保证。从世界上发达国家获准专利的实施情况来看，真正获得效益的仅占总数的15％左右。

那么，什么样的东西能获得市场呢?一般地说，要求该设计者的使用价值超过出售价格。

一种商品的售价总是受成本制约的。一般情况下产量越多，成本就越低。而同一种设计对于不同的人来说，其使用价值往往是不同的。通常只有少数人认为其使用价值很高，而多数人则不这样认为。

例如，同样一种太阳能利用设备，在阳光充足而燃料贫乏的地区(如青藏高原)就有较高的使用价值；而在燃料非常丰富的地区则没有很重要的使用价值。因此，对于特定的某一产品来说，考虑的销售面越广，其平均使用价值就越低。

对熟悉工程技术的人来说，估计一种新产品的成本并不感到十分困难，而估计一项新设计的使用价值却常常感到是十分困难的事情。尽管如此，我们仍可以从下面几个方面来考虑使用价值：

1)该设计解决的问题是否迫切?一般说来，如果一项设计解决了人们迫切需要解决的问题。它的使用价值就比较高。例如，在电报发明之前，火车和轮船已在世界上得到应用，运输的速度已大大加快，但通讯速度受运输速度所限制，远远不能适应当时工业和商业迅速发展的需要。因此，电报被莫尔斯发明出来以后不到10年，就在许多国家得到广泛应用。但是，人们在短距离通讯上，使用电报仍不够方便，需要专人收发报和翻译电码，往往还不如派人送信省事，然而，电话的发明，扫除了这些麻烦，因而以更快的速度得到普及。

2)是否容易使用?一项能够解决某一问题的设计还必须保证本身使用起来是方便的，否则，它将会带来新的问题。例如，许多人在做饭时感到剁肉末十分费事，有人设计出了一种家用手摇绞肉机，用起来确实比剁肉省力。但是，这种绞肉机需要经常清洗，十分麻烦，结果不少人都弃之不用。

3)是否耐用、可靠?耐用与可靠直接关系到使用价值，需要特别注意。例如，目前市场上可以看到一种名叫“热得快”的电热器，可以方便地用来加热杯子里的水或奶，构造简单，价格便宜。但是它的设计不尽合理，很不耐用，稍有不慎就会烧坏，甚至有漏电的危险，因此销路大减。

4)是否令人喜欢?应该理解到这一点，即外观美也是使用价值的一部分。例如，钟表是用来指示时间的，但不能认为只要走时准，外观不用考虑。实际上，许多物品都兼有装饰房间或其他场所的作用，至少不应该破坏环境的美感。即使是工，一里的机器，适当的外观也常有助于减轻操作者的疲劳感，并让人产生爱惜的心情。除了以上几点，使用价值还应包括安全，不妨碍他人，无公害，等等。

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法、技术、原理等)，进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。它包含两个部分：一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等；二是创造设计出新产品、新机器，以满足新的生产或生活的需要。

1、链传动失效形式

链传动的失效形式主要有以下几种：

(1)链板疲劳破坏链在松边拉力和紧边拉力的反复作用下，经过一定的循环次数，链板会发生疲劳破坏。正常润滑条件下，链板疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。

(2)滚子、套筒的冲击疲劳破坏链传动的啮入冲击首先由滚子和套筒承受。在反复多次的冲击下，经过一定循环次数，滚子、套筒可能会发生冲击疲劳破坏。这种失效形式多发生于中、高速闭式链传动中。

(3)销轴与套筒的胶合润滑不当或速度过高时，销轴和套筒的工作表面会发生胶合。胶合限定了链传动的极限转速。

(4)链条铰链磨损铰链磨损后链节变长，容易引起跳齿或脱链。开式传动、环境条件恶劣或润滑密封不良时，极易引起铰链磨损，从而急剧降低链条的使用寿命。

(5)过载拉断这种拉断常发生于低速重载的传动中。在一定的使用寿命下，从一种失效形式出发，可得出一个极限功率表达式。为了清楚，常用线图表示。为在正常润滑条件下，对应各种失效形式的极限功率曲线。图中阴影部分为实际上使用的区域。若润滑密封不良及工况恶劣时，磨损将很严重，其极限功率会大幅度下降。

2、功率曲线图

采用推荐的润滑方式时，各型号A系列滚子链所能传递的功率。若润滑不良或不采用推荐的润滑方式时，应将图中值降低；当链速v≤1.5m/s时，降低到50%；当1.5m/ss时，降低到25%；当v>7m/s而又润滑不当时，传动不可靠。张紧装置时，应将计算的中心距减小2～5mm使链条有小的初垂度。

我厂原则：以质量求生存、以诚信求发展。

1、烤炉/流水线用网带、帆布带、链带,弹簧

2、链条、链轮、支轴、不锈钢盒/盖、链板

3、面刀、面梳、圆刀、圆梳、切刀、刮刀。

4、烘干机、输送机、转弯机、推瓶/输瓶机。

5、各种非标准网带、链条的设计、制作。