引言
密封家用電爐生產(chǎn)線上的一臺(tái)攪拌泥料的攪拌機(jī)，投產(chǎn)三個(gè)月后，機(jī)上使用的WPO-15型蝸輪減速器完全損壞，不能工作。電機(jī)功率7.5kw，轉(zhuǎn)速 1440r/MIN，電機(jī)與蝸輪減速器間，用傳動(dòng)比為 1:2的皮帶傳動(dòng)。該減速器傳動(dòng)比為1:40的WPO-15型蝸輪減速器，在輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，許用功率為5.5kw，在連續(xù)工作時(shí)，負(fù)荷不能超過(guò)65%。在生產(chǎn)任務(wù)比較重時(shí)，該攪拌機(jī)經(jīng)常10多天24小時(shí)不間斷工作，在此種情況下工作，明顯可看出蝸輪減速器的許用功率遠(yuǎn)小于電機(jī)的功率，屬過(guò)載損壞。
該攪拌機(jī)是針對(duì)生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)的非標(biāo)設(shè)備。攪拌機(jī)的攪拌部分，全部使用不銹鋼制造，機(jī)械傳動(dòng)部分安裝在攪拌器的下部?？臻g較小，不宜選用齒輪減速器或擺線針輪減速器。如選用功率與電機(jī)匹配 WPO-20型蝸輪減速器[，一是體積過(guò)大，二是價(jià)格過(guò)高。鑒于此情況，專門為該陶瓷攪拌機(jī)設(shè)計(jì)了鏈輪減速器。該鏈輪減速器的制造成本是WPO-15型蝸輪減速器的50%，經(jīng)過(guò)1年多的使用，目前仍運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
1.鏈輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
鏈輪減速器采用二級(jí)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示。一級(jí)傳動(dòng)由61A、8齒的一級(jí)鏈輪1和49節(jié)的一級(jí)滾子鏈盤2組成，其傳動(dòng)比為8:49;二級(jí)傳動(dòng)由24A、6齒的二級(jí)鏈輪 3和 39節(jié)的二級(jí)滾子鏈盤 4組成，其傳動(dòng)比為6:39，總傳動(dòng)比約為1:40。
2.鏈輪減速器的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1 工作原理
鏈輪減速器的工作原理如圖1所示。其傳動(dòng)過(guò)程為:一級(jí)鏈輪 1的軸為輸入軸，通過(guò)一級(jí)鏈輪與一級(jí)滾子鏈盤2的嚙合，實(shí)現(xiàn)一級(jí)減速。二級(jí)鏈輪與二級(jí)滾子鏈盤4的嚙合，實(shí)現(xiàn)二級(jí)減速。
1 一級(jí)鏈輪；2 一級(jí)滾子鏈盤；3 二級(jí)鏈輪；4 二級(jí)滾子鏈盤
鏈輪減速器的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 創(chuàng)新之處
一般的鏈條傳動(dòng)是由分別安裝在彼此平行的主、從動(dòng)軸上的兩個(gè)鏈輪，和跨繞兩鏈輪的閉合鏈條組成的。而在鏈輪減速器設(shè)計(jì)中，采用了鏈輪與鏈盤嚙合傳動(dòng)，將鏈條變成了鏈盤，取代了鏈條和從動(dòng)鏈輪，設(shè)計(jì)了新型的鏈輪減速器。
鏈輪減速器和齒輪減速器都是通過(guò)嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，其傳動(dòng)比的計(jì)算相同。但鏈輪減速器的嚙合是鏈輪的輪齒與鏈盤的滾子的嚙合，屬非共軛嚙合;而齒輪減速器的嚙合是輪齒間的嚙合，屬共軛嚙合。
2.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
鏈輪減速器將鏈條的傳動(dòng)變成了鏈輪與鏈盤間的嚙合傳動(dòng)，但其并不具有齒輪的傳動(dòng)特性，鏈輪減速器和齒輪減速器有著本質(zhì)上的不同:
(1)由于鏈輪減速器的嚙合是非共軛嚙合，因此，鏈輪減速器的加工、安裝精度要求較低，對(duì)工作條件要求不高。
(2)鏈輪減速器的瞬時(shí)傳動(dòng)比不精確但平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，而大連齒輪加工中減速器的傳動(dòng)比為固定值。因此，鏈輪減速器的傳動(dòng)不平穩(wěn)，產(chǎn)生動(dòng)載荷，噪聲較大，傳動(dòng)速度不高。
(3)鏈輪減速器只能在平行軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
(4)鏈輪減速器的鏈輪最小齒數(shù)為6齒，而齒輪減速器的鏈輪最小齒數(shù)為17齒。因此，在傳遞同等的功率下，鏈輪減速器比齒輪減速器的結(jié)構(gòu)更緊湊。鏈輪減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了鏈輪減速器不能象齒輪減速器那樣廣泛使用，只適用于安裝空間受限，工作條件較差或較惡劣、瞬時(shí)傳動(dòng)比不精確但平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確、平穩(wěn)性和噪聲要求不高、低速、載荷變化不劇烈、兩軸平行轉(zhuǎn)動(dòng)，例如攪拌、物料輸送等場(chǎng)合。鏈輪減速器的嚙合是鏈輪的輪齒與鏈盤滾子的嚙合，與鏈傳動(dòng)中鏈輪輪齒與鏈節(jié)滾子的嚙合的工作原理相同，因此，鏈輪減速器具有鏈傳動(dòng)的大部分優(yōu)點(diǎn):
(1)速度無(wú)滑動(dòng)損失，傳動(dòng)效率可達(dá)98%一卯%。
(2)允許較大傳動(dòng)比。
(3) 能在低速下傳遞較大的動(dòng)力。
(4) 能在較高溫度或其他惡劣的條件下工作(受氣候條件變化影響小)。
(5)結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞同樣的功率，輪廓尺寸較小。
大連齒輪加工中鏈輪減速器也具有鏈傳動(dòng)的部分缺點(diǎn):
(1)傳動(dòng)比不是常數(shù)，圓周速度有波動(dòng)，不平穩(wěn)(鏈輪齒數(shù)越少，波動(dòng)越大)，在高速下易產(chǎn)生較大的沖擊載荷。
(2)傳動(dòng)有噪聲。
(3) 只能用于平行軸之間的傳動(dòng)。
鏈盤結(jié)構(gòu)
如圖2所示，鏈條變成了鏈盤后，沒(méi)有了鏈板及套筒，只有兩輪輻間銷軸和滾子，沒(méi)有了鏈板伸長(zhǎng)后節(jié)距變大所引起的失效形式，在同等規(guī)格的鏈輪下，其軸銷直徑可以比鏈條的軸銷做得更大，鏈輪齒寬不受鏈條寬度的限制，因此，鏈輪減速器具有鏈條傳動(dòng)所不具有的優(yōu)點(diǎn):
(1)結(jié)構(gòu)更緊湊，在相同的鏈輪規(guī)格下傳遞更大的功率。
(2)維修成本低，鏈輪減速器磨損失效后只需要更換小鏈輪、銷軸和滾子。
(3)鏈輪減速器既可以做成開式傳動(dòng)，也可以很方便設(shè)計(jì)成封閉裝置。
3.鏈輪減速器設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的一些因素
3.1 小鏈輪的齒數(shù)和節(jié)距
小鏈輪的齒數(shù)對(duì)鏈輪減速器的工作壽命有很大的影響。齒數(shù)過(guò)少時(shí)，傳動(dòng)的不均勻性和動(dòng)載荷增大，同時(shí)，鏈輪的直徑小，鏈輪軸的直徑也小，鏈輪軸的許用功率就小，鏈盤所傳遞的圓周力隨著鏈輪的齒數(shù)減少而增大，加速了鏈輪鏈盤的磨損。
小鏈輪的齒數(shù)增大，鏈盤所傳遞的圓周力減小，多邊效應(yīng)減少，鏈輪嚙人鏈盤節(jié)間的轉(zhuǎn)角減小，磨損減小。但尺寸大，重量增大。
鏈輪減速器是為了更緊湊的傳動(dòng)空間而設(shè)計(jì)的，因此鏈輪的最小齒數(shù)可以取zmin=06鏈輪減速器的第一級(jí)由于小鏈輪的轉(zhuǎn)速高，小鏈輪齒數(shù)可以為812齒，鏈輪減速器的第二級(jí)由于小鏈輪的轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，小鏈輪齒數(shù)一般可取68齒。如果鏈輪減速器的安裝空間允許，可以選取更大一些的小鏈輪齒數(shù)，以提高鏈輪減速器的使用壽命。
鏈輪減速器適合于單件產(chǎn)生，為了便于加工，鏈輪一般采用偶數(shù)齒，鏈盤采用奇數(shù)齒，以使鏈輪鏈盤磨損均勻。
節(jié)距ρ的大小決定著鏈盤鏈輪尺寸大小，節(jié)距越大，鏈輪減速器各部分尺寸越大，承載能力也隨之提高，但傳動(dòng)的不均勻性、動(dòng)載荷也越嚴(yán)重。
要選取合適的節(jié)距，首先要進(jìn)行鏈輪減速器設(shè)計(jì)功率的計(jì)算，在計(jì)算出設(shè)計(jì)功率后，按圖3選取相應(yīng)的鏈輪節(jié)距，如果所選取鏈輪節(jié)距的額定功率與設(shè)計(jì)功率有較大偏差，可以改變鏈輪的齒數(shù)重新計(jì)算設(shè)計(jì)功率，再選取相應(yīng)的鏈輪節(jié)距，在滿足傳遞功率的情況下，盡可能取得較小的鏈輪節(jié)距，以求得最緊湊的鏈輪減速器結(jié)構(gòu)。
小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=(z1/19)1.08 因此，小鏈輪齒數(shù)越少鏈輪減速器的設(shè)計(jì)功率就越大，所需的節(jié)距就越大。
小鏈輪要選取不同的齒數(shù)反復(fù)計(jì)算，以求得較少的小鏈輪齒數(shù)和較小的鏈輪節(jié)距。
3.2 鏈輪的轉(zhuǎn)速
由于鏈輪減速器具有鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性，因此，鏈輪的極限轉(zhuǎn)速受到動(dòng)載荷的限制。圖3為滾子鏈的額定功率曲線圖，圖中為01種型號(hào)單列套筒滾子鏈的額定功率曲線，從圖中可以看出，套筒滾子鏈的額定功隨著小鏈輪的轉(zhuǎn)速增加而增加，當(dāng)鏈輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到某個(gè)數(shù)值后，套筒滾子鏈的額定功率隨著小鏈輪的轉(zhuǎn)速增加而迅速下降。因此，鏈輪減速器鏈輪的轉(zhuǎn)速不宜超過(guò)套筒滾子鏈額定功率曲線中高峰值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。
3.3 鏈輪的齒寬
由于不受鏈條的限制，理論上，鏈輪可以做成任意寬度，隨著鏈輪齒寬的增加，鏈輪鏈盤的磨損減小，壽命增加，傳遞功率增大。但銷軸也隨著鏈輪齒寬的增加而增長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)的銷軸會(huì)使其剛度下降，易使鏈盤的銷軸、滾子發(fā)生疲勞破壞。
由于鏈輪減速器的鏈輪齒數(shù)少，直徑小，往往需要和鏈輪軸加工成一體，如圖4所示。為了延長(zhǎng)軸的使用壽命，一般推薦鏈輪減速器鏈輪的齒寬為標(biāo)準(zhǔn)鏈輪齒寬的2倍。
3.4 鏈輪的齒形
鏈輪減速器鏈輪與鏈盤的嚙合和鏈傳動(dòng)中鏈輪與滾子鏈條的嚙合一樣，屬非共軛嚙合。其輪齒形的設(shè)計(jì)可以有較大的靈活性，BG/T1243-1997中沒(méi)有規(guī)定具體的鏈輪齒形，僅規(guī)定了最大和最小的齒槽形狀及其極限參數(shù)。在鏈輪減速器中，鏈輪是易損件，往往又和軸做成一體，因此，推薦使用GB/T1243-58規(guī)定的三圓弧一直線齒形，它具有接觸應(yīng)力小，磨損輕，沖擊小，齒頂較高等優(yōu)點(diǎn)。
4 鏈輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 鏈輪減速器的失效形式
(1)鏈盤上的銷軸、滾子在潤(rùn)滑良好情況下，疲勞破壞是其主要的失效形式;潤(rùn)滑不當(dāng)或轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，發(fā)生膠合破壞。
(2)鏈輪的齒面過(guò)渡磨損
(3)低速重載或受沖擊載荷時(shí)，鏈盤的銷軸、滾子破損。
4.2 鏈輪減速器的額定功率
鏈輪減速器的失效形式與鏈傳動(dòng)的失效形式相比，少了鏈條因磨損而引起的節(jié)距變長(zhǎng)的失效形式外，其他失效形式相同，因此，可以采用如圖3的滾子鏈的額定功率曲線圖來(lái)確定鏈輪減速器的額定功率。根據(jù)小鏈輪的轉(zhuǎn)速，按圖3選取相應(yīng)的鏈輪節(jié)距，使鏈輪減速器的各級(jí)額定功率大于或等于設(shè)計(jì)功率。
Pd = KaP / KzKm (1)
式中，Pd為設(shè)計(jì)功率，kW；P為傳遞功率，kW；Kz為工況系數(shù)；Kz為小鏈輪齒數(shù) Kz=（z1/19）1.08；Km為鏈輪齒寬系數(shù)，鏈輪齒寬為標(biāo)準(zhǔn)鏈輪齒寬時(shí)：Km=1；鏈輪齒寬為標(biāo)準(zhǔn)鏈輪齒寬的2倍時(shí)：Km=1.7；鏈輪齒寬為標(biāo)準(zhǔn)鏈輪齒寬的3倍時(shí)：Km=2.5；鏈輪齒寬為其它倍數(shù)時(shí)，可采用插入法求出Km。
4.3 鏈盤軸銷剪切強(qiáng)度的校核
鏈盤圓周速度
5 鏈輪減速器的另一結(jié)構(gòu)形式
在一些低速的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，可以采用如圖5所示的結(jié)構(gòu)，將主動(dòng)輪設(shè)計(jì)成鏈盤，將從動(dòng)輪設(shè)計(jì)成鏈輪的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)最大優(yōu)點(diǎn)是維修成本較低。主動(dòng)鏈盤的銷軸和滾子是易損件，一旦損壞，可以借助簡(jiǎn)單工具，迅速更換。
但由于這種結(jié)構(gòu)的鏈輪減速器只有一個(gè)滾子與鏈輪的鏈齒嚙合，一旦軸銷斷裂，會(huì)使從動(dòng)鏈輪失去動(dòng)力，在設(shè)計(jì)時(shí)必須予以考慮。
6 鏈輪減速器的推廣價(jià)值
(1)在一些安裝空間受到限制、低速重載、工作環(huán)境較差的場(chǎng)合，適用鏈輪減速器。
(2)鏈輪減速器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、加工方便、維修容易、成本較低，適用單件生產(chǎn)。
(3)可形成新的鏈輪減速器系列
