正负齿链传动技术的应用与前景

朱霖龙 刘雅文 侯思雨

摘 要：正负齿链条传动技术是一种新型链传动技术。本文通过介绍正负齿链条传动技术的原理和应用，分析了正负齿链条传动技术的优点，并对正负齿链条传动技术的应用前景进行了展望，以便更好的应用。

关键词：正负齿链条传动；脱链；应用前景

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.058

链传动是一种挠性传动，传动形式与带传动类似，适用于远距离传动回转运动并可以依赖不同齿比实现增减速。链传动较带传动，无弹性滑动与打滑，传动效率高，在潮湿、高温环境下工作稳定[1]。链传动是一种比较理想的重载传动形式，但是普通链传动在振动环境下不适用，驱动链轮与从动链轮必须共面，以保证两链轮轴线平行，且链条传动要求链条不受轴向力[2]。这种特点制约了链传动应用范围。

在运动自行车领域里，出现了一种新的链传动技术，正负齿链轮。这种技术可以解决目前链传动中对两链轮位置的制约，提高抗振动，同时可以减少磨损后脱链的概率。

1 运动自行车正负齿链条传动形式

自行车是一种常见的利用链传动驱动的器材，但是自行车链条并非标准链条传动形式。变速链传动的驱动链轮（自行车行业中称作牙盘）为1到3个不同齿数的链轮组合而成，从动链轮（自行车行业领域中称作飞轮）为6到12个不同齿数链轮组合而成。利用拨链器使链条可以在不同传动比的链轮组合中自由切换。这种工作状况下，驱动链轮与从动链轮无法共面，链条以一种受轴向力弯曲的状态下工作。

变速自行车在一般工作状态时，由于前后两链轮无法保证共面，链条始终受到轴向力形成扭曲。牙盘与链条进入啮合的位置与飞轮与链条退出啮合的位置不共面，但是链条受到链轮链齿的定位，而处于非啮合部分的链条在这两点的作用下被折弯。折弯角度较大时，普通的自行车链条特别容易脱链，若采用了正负齿技术的链传动依然可以保证正常运转。正负齿技术最早由美国速连公司（SRAM）公司应用于竞技山地车变速系统中，随着现代运动自行车的链轮总数不断增加，正负齿技术广泛应用于各类运动自行车。

2 正负齿技术

滚子链结构由销子、外链板、内链板、滚子组成。滚子链结构由内链节与外链节交替连接而成。齿孔则会形成大孔与小孔交替。链轮的齿为了顺利导入链节中，链齿齿宽要比内链节的内部间距小，因此，链条在内链节孔内存在轴向间隙，而链轮齿在外链节孔内时，链齿与链板的间隙更大。若两链轮为非共面传动时，链条节在啮合前，链齿的落点有可能会偏移到链节孔外，即发生脱链，如图1所示。链传动脱链易造成飞车、链条损坏等后果。

正负齿链传动技术的关键特征在于链轮的链齿采用不等宽设计，如图2所示。针对滚子链的“大”“小”孔，齿宽也有“厚”“薄”之分。即，链轮啮合入内链节（窄链节孔）的链齿齿宽为窄齿，下一个进入啮合外链节孔（宽链节孔）的链齿为宽齿。宽齿在链节中间隙小，起到限位作用[3]。被限位的链节被强制与链轮共面，对链条的下一节起到矫正作用，使即将进入啮合的连接孔与即将进入啮合的链齿基本处于同一平面内，不会发生脱链现象。对于在弱振动环境工作的工作装置，可以更有效防止因为振动引起的链条轴向窜动，降低脱链失效的概率。

3 正负齿链传动应用及展望

正负齿链传动可以克服驱动链轮与从动链轮必须共面的弊端，預计可以广泛应用于矿山、土方、搅拌等重型工程机械。重型工程机械工作会产生振动，同时链轮回转轴可能在振动或者重载的工况下形成轻微的圆锥摆。采用正负齿链轮与稳链器双重保障，可有效提高链传动的工作稳定性。正负齿链传动中，每个链轮齿都可以进入匹配的链节间隙中，从而有效将链节中的油泥、砂石等杂物挤出，排污效果也比较明显。

正负齿链传动可以部分替代带传动。带传动有许多缺点，如传动比不稳定，易打滑，传动效率较低，对不良环境耐力差，受污染时传动能力急剧下降，易出现事故等。链传动虽然可以克服上述缺点，但带传动中允许传动带弯折，主动带轮与从动带轮不共面，这是普通链传动无法替代的。而正负齿链传动与普通链传动形式相近，适应性强，传动稳定。工况较为恶劣、驱动轮与从动轮结构上不宜共面时，可以采用正负齿链传动替代带传动。

参考文献：

[1]史文库，杨刚，孟繁忠，杨国欣.滚子链传动系统动力学特性分析[J].工程力学，1996，13（03）：21-26.

[2]中国自行车.不脱链的真相之：正负齿技术[J/OL].http：//www.chinabike.net/html/show-42-2691-1.html，2015.

[3]荣长发，张明路.滚子链传动的振动特性分析[J].机械传动， 2006，30（04）：63-65.