滚子链传动设计与分析

蒋明锋

摘 要：伴随经济和社会的发展，玩具的设计越来越复杂，在玩具设计的过程中也多被运用。本文首先对玩具滚子链轮齿型加工进行研究，给出展成方式加工玩具齿轮，链条和链轮相对运动关联分析，探究了滚子链传动结构，分析了玩具滚子链结构数学机理，数学特征，玩具滚子链传动的多边形作用，最后给出滚子链传动设计与仿真分析。

关键词：滚子链；轮齿；传动；数学特征；多边形作用

中图分類号：TH132.45 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）17-0069-01

1 引言

滚子链传动构造是结构紧凑，可靠程度高，并且应用方便的机械传动方式。滚子链具有装设便捷，中心间距可调节，传动效率高，使用时间长的特点，并且被运用在轻工业领域尤其是玩具机械中。

2 玩具滚子链轮齿型加工研究

（1）传统滚子链轮齿型构成机理。当前常用的滚子链轮主要为三圆弧和一条直线构成，链轮刀齿状态复杂，工艺特点较差，滚子链和链轮的啮合为非共轭型的啮合方式，其链轮设计存在较大的灵活度。（2）展成方式加工玩具齿轮。展成方式加工玩具齿轮即通过齿轮啮合机理切削处理轮齿的轮廓，即把标准齿9条用作刀具，而另外一组齿轮作为切齿轮的毛坯部分，若齿轮的毛坯部分采用角速度进行转动时，刀具也通过速度即角速度和齿轮半径相乘移动。（3）理想链轮齿形的获得。通过模拟链轮和紧边链条的相对运动进程分析，滚子链的运动轨迹能够包络链轮的齿形，即将滚子用作假定刀具，采用刀具和链轮毛坯进行相对运动，获得的玩具链路齿形状较为理想。（4）链条和链轮相对运动关联分析。假定刀具速度进行水平匀速运动，而滚子链的毛坯采用角速度为进行等速传动，据此能够加工得到滚子链的链路齿形，将其应用在链条的运动过程中[1]。（5）本章总结。本章主要针对玩具滚子链轮齿型加工进行研究，首先分析了传统滚子链轮齿型构成机理，研究了展成方式加工玩具齿轮，给出理想链轮齿形的获得与链条和链轮相对运动关联分析。

3 滚子链传动结构研究

（1）滚子链传动结构分析。滚子链整体作为挠性构造，其链传动具有中间挠度的链条啮合传动。在整个传动进程中，伴随传动速率增大，链条出现较大的振动和动载荷，使得滚子链边出现颠动和铰链的损坏[2]。（2）滚子链共振。若滚子链出现共振时，出现的横向振动会对链条整体的稳定程度产生较大的作用，甚至使得链条产生损坏。（3）啮合冲击波动。链条传动即在复杂的工程状态下，其振动与噪声很大，此外，由于凸齿轮配气构造较大，并且使得链条的强度系数很低，因而使得链节和链轮之间的啮合冲击力度，转矩与速度波动较大。（4）本章总结。本章主要针对滚子链传动结构进行研究，对滚子链传动结构分析，研究了滚子链共振和啮合冲击波动。

4 玩具滚子链结构数学机理

（1）玩具滚子链数学特征。1）中心线交替和链轮的节圆呈相切和相割。玩具滚子链的中心线交替和链轮的节圆呈相切，相割的状态，基于此构成多边形作用，使得链条中心线周期性改变并对传动链的速率和驱动轮的瞬时角速度产生影响。2）节距角弧长。为减少链条传动速率改变，需要保证节距角的节圆弧长和链节矩以及链条在任意时间内的移动距离相关。为保证上述标准，应当保证和节圆相切的接触线偏移某个偏移量，进而使得链轮的节圆满足滚子节线的方位。（2）玩具滚子链结构数学机理。在直角坐标体系中，设置两条直线作为接触节线与滚子节线，并且保证接触节线在节圆上不能够滑动。若接触节线在节圆上没有滑动，并且接触线和滚子线同时旋转时，接触线则偏移到直线一侧。（3）本章总结。本章主要研究了玩具滚子链结构数学机理，分析了玩具滚子链数学特征，中心线交替和链轮的节圆呈相切和相割，并给出节距角弧长和玩具滚子链结构数学机理。

5 玩具滚子链传动的多边形作用

（1）玩具滚子链传动的多边形作用概述。当链条和链轮进行啮合工作时，链条则依据正多边形的方式环绕在链轮之上，并且使得链的传动出现不均匀状态的运动以及载荷特点，基于此被较称作多边形作用。（2）玩具滚子链传动的运动不均匀状态。假定主动轮以恒定的角速度w进行转动，其分度圆周的速率设置为v=（1/2）dw，式中的d是小链轮的分度圆直径，为便于解析，则在链条的紧边把v完成分解。由于主动轮角速度w为常量，链轮转动速率v也为周期性变换的，因而链节距也是周期性变化的[3]。（3）速度设定手柄卡滞作用。若主动链轮展现为周期性变化，则主动链轮也会牵引链条进行动作，因而其主动链轮也会产生相应的变化，并且和滑块之间不存在间隙，使得滑块的自由动作被阻塞，使得手柄转动出现卡滞。此外，根据速度设置手柄卡滞的因素为滑块或者挡片出现干涉使得卡滞的状况出现。（4）手柄头的逆时针转动。即速度设置手柄的转头逆时针转动40度之后并且在不松开的状况下能够前后推进80度左右，将速度设置一个阈值，在该速度下偏移手柄的转动方向，使手柄杆的端部插销孔能够带动插销转动50度左右。（5）调整滚子链传动的方式。依据上述状况，需要增加联锁弹簧以及定位轮的转动定位弹簧刀，并且进行联锁杠杆组装时，需要保证其能够自由并且灵活地转动轮轴[4]。（6）本章总结。本章主要研究了玩具滚子链传动的多边形作用，首先对玩具滚子链传动的多边形作用概述，分析了玩具滚子链传动的运动不均匀状态，并将速度设定手柄卡滞作用，手柄头设定为逆时针转动，并给出调整滚子链传动的方式。

6 滚子链传动设计与仿真分析

（1）滚子链传动设计与仿真参数设计。以玩具中的常用滚子链GB1243.1-83，DIN 8196-1-1987作为仿真实验研究的目标，具体参量设计如下：从动链轮的齿数为12，主动链轮的齿数为6，链节距设计为6.325毫米，新齿链轮的链齿厚度值为3毫米，偏移间距为0.069毫米，齿根圆的直径是116.3毫米，齿顶圆的直径为121.3毫米，紧张力为380牛，加载负荷为15N.m，滚子的直径约为7.12毫米[5]。（2）不同转速下的啮合冲击力。在不同转速下的滚子链传动啮合冲击力，伴随速度的增大，三组滚子链啮合冲击力均增大，而GB1243.1-83比DIN 8196-1-1987滚子链的啮合冲击力度较小，表明所设计的滚子链传动冲击力度不大。采用链轮的齿形能够减少滚子链在传动过程中的冲击状态，并且改变传动平稳度。（3）本章总结。本章主要针对滚子链传动设计进行仿真分析，研究了滚子链传动设计与仿真参数设计，给出不同转速下的啮合冲击力。

7 结语

滚子链结构被广泛地运用在机械结构中，并且被应用在各行各业的生产和制造过程中，本文首先分析了滚子链结构研究意义。针对玩具滚子链轮齿型加工进行研究，分析了传统滚子链轮齿型构成机理，研究了展成方式加工玩具齿轮，给出理想链轮齿形的获得与链条和链轮相对运动关联分析。进而针对滚子链传动结构进行研究，对滚子链传动结构分析，研究了滚子链共振和啮合冲击波动。然后研究了玩具滚子链结构数学机理，分析了玩具滚子链数学特征，中心线交替和链轮的节圆呈相切和相割，并给出节距角弧长和玩具滚子链结构数学机理。进而研究了玩具滚子链传动的多边形作用，首先对玩具滚子链传动的多边形作用概述，分析了玩具滚子链传动的运动不均匀状态，并将速度设定手柄卡滞作用，手柄头设定为逆时针转动，并给出调整滚子链传动的方式。最后主要针对滚子链传动设计进行仿真分析，研究了滚子链传动设计与仿真参数设计，给出不同转速下的啮合冲击力。

参考文献

[1]武保林，杨素君，姚俊红.齿轮传动中啮合冲击的理论分析[J].机械科学与技术，2003，（1）：55-57.

[2]唐进元，刘欣，戴进.基于ANSYS/LS-DYNA的齿轮传动线外啮合冲击研究[J].振动与冲击，2007，（9）：40-44.

[3]薛云娜，王勇，王宪伦.渐开线齿形链机构的啮合机理[J].江苏大学学报：（自然科学版），2007，（2）：104-107.

[4]武保林，杨素君，姚俊红.齿轮传动中啮合冲击的理论分析[J].机械科学与技术，2003，（1）：55-57.

[5]汪全.直齿轮副传递误差及行星轮系静力学均载研究[D].大连：大连理工大学，2012.endprint