蔣明鋒

摘 要：伴隨經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，玩具的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，在玩具設(shè)計(jì)的過程中也多被運(yùn)用。本文首先對(duì)玩具滾子鏈輪齒型加工進(jìn)行研究，給出展成方式加工玩具齒輪，鏈條和鏈輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)分析，探究了滾子鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，分析了玩具滾子鏈結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)機(jī)理，數(shù)學(xué)特征，玩具滾子鏈傳動(dòng)的多邊形作用，最后給出滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與仿真分析。

關(guān)鍵詞：滾子鏈；輪齒；傳動(dòng)；數(shù)學(xué)特征；多邊形作用

中圖分類號(hào)：TH132.45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）17-0069-01

1 引言

滾子鏈傳動(dòng)構(gòu)造是結(jié)構(gòu)緊湊，可靠程度高，并且應(yīng)用方便的機(jī)械傳動(dòng)方式。滾子鏈具有裝設(shè)便捷，中心間距可調(diào)節(jié)，傳動(dòng)效率高，使用時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，并且被運(yùn)用在輕工業(yè)領(lǐng)域尤其是玩具機(jī)械中。

2 玩具滾子鏈輪齒型加工研究

（1）傳統(tǒng)滾子鏈輪齒型構(gòu)成機(jī)理。當(dāng)前常用的滾子鏈輪主要為三圓弧和一條直線構(gòu)成，鏈輪刀齒狀態(tài)復(fù)雜，工藝特點(diǎn)較差，滾子鏈和鏈輪的嚙合為非共軛型的嚙合方式，其鏈輪設(shè)計(jì)存在較大的靈活度。（2）展成方式加工玩具齒輪。展成方式加工玩具齒輪即通過齒輪嚙合機(jī)理切削處理輪齒的輪廓，即把標(biāo)準(zhǔn)齒9條用作刀具，而另外一組齒輪作為切齒輪的毛坯部分，若齒輪的毛坯部分采用角速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀具也通過速度即角速度和齒輪半徑相乘移動(dòng)。（3）理想鏈輪齒形的獲得。通過模擬鏈輪和緊邊鏈條的相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)程分析，滾子鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡能夠包絡(luò)鏈輪的齒形，即將滾子用作假定刀具，采用刀具和鏈輪毛坯進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲得的玩具鏈路齒形狀較為理想。（4）鏈條和鏈輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)分析。假定刀具速度進(jìn)行水平勻速運(yùn)動(dòng)，而滾子鏈的毛坯采用角速度為進(jìn)行等速傳動(dòng)，據(jù)此能夠加工得到滾子鏈的鏈路齒形，將其應(yīng)用在鏈條的運(yùn)動(dòng)過程中[1]。（5）本章總結(jié)。本章主要針對(duì)玩具滾子鏈輪齒型加工進(jìn)行研究，首先分析了傳統(tǒng)滾子鏈輪齒型構(gòu)成機(jī)理，研究了展成方式加工玩具齒輪，給出理想鏈輪齒形的獲得與鏈條和鏈輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)分析。

3 滾子鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)研究

（1）滾子鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分析。滾子鏈整體作為撓性構(gòu)造，其鏈傳動(dòng)具有中間撓度的鏈條嚙合傳動(dòng)。在整個(gè)傳動(dòng)進(jìn)程中，伴隨傳動(dòng)速率增大，鏈條出現(xiàn)較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，使得滾子鏈邊出現(xiàn)顛動(dòng)和鉸鏈的損壞[2]。（2）滾子鏈共振。若滾子鏈出現(xiàn)共振時(shí)，出現(xiàn)的橫向振動(dòng)會(huì)對(duì)鏈條整體的穩(wěn)定程度產(chǎn)生較大的作用，甚至使得鏈條產(chǎn)生損壞。（3）嚙合沖擊波動(dòng)。鏈條傳動(dòng)即在復(fù)雜的工程狀態(tài)下，其振動(dòng)與噪聲很大，此外，由于凸齒輪配氣構(gòu)造較大，并且使得鏈條的強(qiáng)度系數(shù)很低，因而使得鏈節(jié)和鏈輪之間的嚙合沖擊力度，轉(zhuǎn)矩與速度波動(dòng)較大。（4）本章總結(jié)。本章主要針對(duì)滾子鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對(duì)滾子鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分析，研究了滾子鏈共振和嚙合沖擊波動(dòng)。

4 玩具滾子鏈結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)機(jī)理

（1）玩具滾子鏈數(shù)學(xué)特征。1）中心線交替和鏈輪的節(jié)圓呈相切和相割。玩具滾子鏈的中心線交替和鏈輪的節(jié)圓呈相切，相割的狀態(tài)，基于此構(gòu)成多邊形作用，使得鏈條中心線周期性改變并對(duì)傳動(dòng)鏈的速率和驅(qū)動(dòng)輪的瞬時(shí)角速度產(chǎn)生影響。2）節(jié)距角弧長(zhǎng)。為減少鏈條傳動(dòng)速率改變，需要保證節(jié)距角的節(jié)圓弧長(zhǎng)和鏈節(jié)矩以及鏈條在任意時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)距離相關(guān)。為保證上述標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)保證和節(jié)圓相切的接觸線偏移某個(gè)偏移量，進(jìn)而使得鏈輪的節(jié)圓滿足滾子節(jié)線的方位。（2）玩具滾子鏈結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)機(jī)理。在直角坐標(biāo)體系中，設(shè)置兩條直線作為接觸節(jié)線與滾子節(jié)線，并且保證接觸節(jié)線在節(jié)圓上不能夠滑動(dòng)。若接觸節(jié)線在節(jié)圓上沒有滑動(dòng)，并且接觸線和滾子線同時(shí)旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸線則偏移到直線一側(cè)。（3）本章總結(jié)。本章主要研究了玩具滾子鏈結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)機(jī)理，分析了玩具滾子鏈數(shù)學(xué)特征，中心線交替和鏈輪的節(jié)圓呈相切和相割，并給出節(jié)距角弧長(zhǎng)和玩具滾子鏈結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)機(jī)理。

5 玩具滾子鏈傳動(dòng)的多邊形作用

（1）玩具滾子鏈傳動(dòng)的多邊形作用概述。當(dāng)鏈條和鏈輪進(jìn)行嚙合工作時(shí)，鏈條則依據(jù)正多邊形的方式環(huán)繞在鏈輪之上，并且使得鏈的傳動(dòng)出現(xiàn)不均勻狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)以及載荷特點(diǎn)，基于此被較稱作多邊形作用。（2）玩具滾子鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻狀態(tài)。假定主動(dòng)輪以恒定的角速度w進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其分度圓周的速率設(shè)置為v=（1/2）dw，式中的d是小鏈輪的分度圓直徑，為便于解析，則在鏈條的緊邊把v完成分解。由于主動(dòng)輪角速度w為常量，鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)速率v也為周期性變換的，因而鏈節(jié)距也是周期性變化的[3]。（3）速度設(shè)定手柄卡滯作用。若主動(dòng)鏈輪展現(xiàn)為周期性變化，則主動(dòng)鏈輪也會(huì)牽引鏈條進(jìn)行動(dòng)作，因而其主動(dòng)鏈輪也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，并且和滑塊之間不存在間隙，使得滑塊的自由動(dòng)作被阻塞，使得手柄轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)卡滯。此外，根據(jù)速度設(shè)置手柄卡滯的因素為滑塊或者擋片出現(xiàn)干涉使得卡滯的狀況出現(xiàn)。（4）手柄頭的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。即速度設(shè)置手柄的轉(zhuǎn)頭逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)40度之后并且在不松開的狀況下能夠前后推進(jìn)80度左右，將速度設(shè)置一個(gè)閾值，在該速度下偏移手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使手柄桿的端部插銷孔能夠帶動(dòng)插銷轉(zhuǎn)動(dòng)50度左右。（5）調(diào)整滾子鏈傳動(dòng)的方式。依據(jù)上述狀況，需要增加聯(lián)鎖彈簧以及定位輪的轉(zhuǎn)動(dòng)定位彈簧刀，并且進(jìn)行聯(lián)鎖杠桿組裝時(shí)，需要保證其能夠自由并且靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸[4]。（6）本章總結(jié)。本章主要研究了玩具滾子鏈傳動(dòng)的多邊形作用，首先對(duì)玩具滾子鏈傳動(dòng)的多邊形作用概述，分析了玩具滾子鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻狀態(tài)，并將速度設(shè)定手柄卡滯作用，手柄頭設(shè)定為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并給出調(diào)整滾子鏈傳動(dòng)的方式。

6 滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與仿真分析

（1）滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與仿真參數(shù)設(shè)計(jì)。以玩具中的常用滾子鏈GB1243.1-83，DIN 8196-1-1987作為仿真實(shí)驗(yàn)研究的目標(biāo)，具體參量設(shè)計(jì)如下：從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)為12，主動(dòng)鏈輪的齒數(shù)為6，鏈節(jié)距設(shè)計(jì)為6.325毫米，新齒鏈輪的鏈齒厚度值為3毫米，偏移間距為0.069毫米，齒根圓的直徑是116.3毫米，齒頂圓的直徑為121.3毫米，緊張力為380牛，加載負(fù)荷為15N.m，滾子的直徑約為7.12毫米[5]。（2）不同轉(zhuǎn)速下的嚙合沖擊力。在不同轉(zhuǎn)速下的滾子鏈傳動(dòng)嚙合沖擊力，伴隨速度的增大，三組滾子鏈嚙合沖擊力均增大，而GB1243.1-83比DIN 8196-1-1987滾子鏈的嚙合沖擊力度較小，表明所設(shè)計(jì)的滾子鏈傳動(dòng)沖擊力度不大。采用鏈輪的齒形能夠減少滾子鏈在傳動(dòng)過程中的沖擊狀態(tài)，并且改變傳動(dòng)平穩(wěn)度。（3）本章總結(jié)。本章主要針對(duì)滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析，研究了滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與仿真參數(shù)設(shè)計(jì)，給出不同轉(zhuǎn)速下的嚙合沖擊力。

7 結(jié)語

滾子鏈結(jié)構(gòu)被廣泛地運(yùn)用在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，并且被應(yīng)用在各行各業(yè)的生產(chǎn)和制造過程中，本文首先分析了滾子鏈結(jié)構(gòu)研究意義。針對(duì)玩具滾子鏈輪齒型加工進(jìn)行研究，分析了傳統(tǒng)滾子鏈輪齒型構(gòu)成機(jī)理，研究了展成方式加工玩具齒輪，給出理想鏈輪齒形的獲得與鏈條和鏈輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)分析。進(jìn)而針對(duì)滾子鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對(duì)滾子鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分析，研究了滾子鏈共振和嚙合沖擊波動(dòng)。然后研究了玩具滾子鏈結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)機(jī)理，分析了玩具滾子鏈數(shù)學(xué)特征，中心線交替和鏈輪的節(jié)圓呈相切和相割，并給出節(jié)距角弧長(zhǎng)和玩具滾子鏈結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)機(jī)理。進(jìn)而研究了玩具滾子鏈傳動(dòng)的多邊形作用，首先對(duì)玩具滾子鏈傳動(dòng)的多邊形作用概述，分析了玩具滾子鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻狀態(tài)，并將速度設(shè)定手柄卡滯作用，手柄頭設(shè)定為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并給出調(diào)整滾子鏈傳動(dòng)的方式。最后主要針對(duì)滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析，研究了滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與仿真參數(shù)設(shè)計(jì)，給出不同轉(zhuǎn)速下的嚙合沖擊力。

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