改善链传动耐冲击性能的研究

一、链传动现状

链传动是重要的传动方式之一, 比如汽车正时链。随着汽车技术的高速发展,

其转数可达到7000~9000转/分钟。而链传动功率曲线中的极限转数只有4000转/分钟。因此, 在高速传动中, 传统链条的滚子无法承受如此速度和高速中的冲击, 很容易造成失效断裂, 增加了汽车的维修保养成本。

二、提高滚子的耐冲击性能

传统链条滚子是通过冷镦的方法进行加工的, 如图1所示。在传动过程中产生的冲击无法吸收和释放, 从而影响滚子的耐冲击性能。如果滚子的加工, 采用类似弹簧的方法, 将丝材螺旋式的卷制, 如图2所示, 该滚子四周存在间隙并有一定的弹性, 在受冲击时, 可有效的吸收和释放能量, 对滚子形成保护。

1. 滚子受力分析

如图2所示, 滚子径向冲击力为F1

则滚子任意点的法向受力;

丝材截面径向受力;

丝材截面法向受力;

由此可知, 当Φ=90或180时, 。此时, 截面所受冲击力最大, 而α越小截面所受冲击力越小。取Φ=90时的单元体, 进行应力分析, 如图3。

根据材料力学强度理论:

其中:D—滚子直径;

h—材料宽度;

a—材料厚度。

2. 变形能

我们将滚子看成弹簧, 由弹簧变形能公式可知:

其中:V—滚子体积;

E—弹性模量;

K—比例系数。

这里由于滚子截面为矩形, 因此取;当Φ=90时, 将上式看作是未知数整理可得:

对上式求极值, 令

若上式成立, 则有:。

将带入, 则有:

三、试验

1. 循环冲击试验

我们利用疲劳拉压试验机, 对弹簧滚子和普通滚子进行疲劳试验, 当循环次数大于或疲劳断裂时, 试验结束。将试验数据整理, 见表1。

2. 载荷试验

利用电子万能试验机, 进行最大负载试验, 将试验数据整理, 见表2.

从上述图表中, 可以看出, 弹簧滚子的耐冲击性能比普通滚子有较大提高。

结论

通过理论分析和试验结论可知, 弹簧滚子的耐冲击性能比普通滚子有较大提高。通过公式推导, 可知弹簧滚子的螺旋角越小, 其所能吸收的能量越大, 而丝材截面的高宽比的选择是否合理, 也决定了弹簧滚子的耐冲击性能。

摘要：传统滚子链的滚子耐冲击性能差, 容易发生早期断裂失效。本文提出一种类似弹簧的滚子—弹簧滚子, 并通过理论分析和试验, 对该滚子的耐冲击性能进行验证。

关键词：链传动,滚子,冲击

参考文献

[1] 郑志峰王义行柴邦衡.链传动[M].机械工业出版社, 1984.

[2] 刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社, 1992.

[3] 刘晓论, 王树奇, 许树新, 柴邦衡.国产滚子链的高速性能分析[J].农业机械学报, 1998.