李彬

摘 要：本文針對(duì)機(jī)械傳動(dòng)中雙排鏈傳動(dòng)的兩種使用方式，運(yùn)用了理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)等力學(xué)知識(shí)和有限元理論，得到了兩種傳動(dòng)方式下的鏈輪和傳動(dòng)軸的受力情況，綜合運(yùn)用了MATLAB、ANSYS、solidworks等軟件求解，得到了兩種傳動(dòng)方式下鏈輪和軸的總變形、應(yīng)力應(yīng)變和安全系數(shù)，并給出合理建議。

關(guān)鍵詞：雙排鏈傳動(dòng)；受力分析；有限元理論；應(yīng)力應(yīng)變

本文旨在確定在鏈條力影響下，兩種雙排鏈工作方式下鏈輪和傳動(dòng)軸的受力變形情況[1]，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析進(jìn)而給出對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有意義的建議。

鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷：鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷一方面由鏈條速度變化引起，另一方面由從動(dòng)輪角速度變化所引起。鏈速變化引起的動(dòng)載荷為：

從動(dòng)輪角速度引起的動(dòng)載荷為：

J----從動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動(dòng)鏈輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2

由以上分析，轉(zhuǎn)速n增加和齒數(shù)z減少都將造成沖擊和動(dòng)載荷增加。

鏈傳動(dòng)受力分析[2]

現(xiàn)給定一個(gè)鏈傳動(dòng)的特定裝配工況：電機(jī)采用86步進(jìn)電機(jī)，額定功率為500w，雙排鏈輪采用08B鏈條鏈輪，齒數(shù)z1=z2=14，模數(shù)m=1，主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪中心距為250mm，輸入扭矩為T=60N·m，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為n=60 rpm。傳動(dòng)方式1如圖1所示，傳動(dòng)軸分布在主動(dòng)軸的兩側(cè)；傳動(dòng)方式2如圖3所示，傳動(dòng)軸在主動(dòng)軸的一側(cè)。傳動(dòng)方式1在此工況下的受力為：

F1=Fe+Fc+Ff

F2=Fc+Ff

F1 、F2分別為鏈條緊邊和松邊拉力，F(xiàn)e 、Fc 、Ff分別是鏈條的有效拉力、離心拉力和垂度拉力，受力示意圖如圖2，其中

p——電機(jī)額定功率，Kw

q——鏈條每米重量，Kg/m

Kf——垂度系數(shù)

a——中心距，m

于是有：

F1=Fe+Fc+Ff=2653+0.025+11.83=2665N

F2=Fc+Ff=0.025+11.83=11.855N

傳動(dòng)方式2在此工況下的受力為：

F1=Fe+Fc+Ff=2665N

F2=Fc+Ff=11.855N

受力示意圖如圖4所示。

有限元理論概述

有限元法（Finite Element Method）是基于近代計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展而發(fā)展起來的一種近似數(shù)值方法，主要用來求解一般連續(xù)場(chǎng)問題。利用有限元法求解問題一般分為以下幾個(gè)步驟：

結(jié)構(gòu)離散化；

求出各單元的剛度矩陣：在彈性范圍的小變形情況下，節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移呈線性關(guān)系[3]，有：

{p}e=[k]e {δ}e

集成總體剛度矩陣并寫出平衡方程：

{Q}=[K]{δ}

引入邊界條件，求出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移；

求出各單元的應(yīng)力應(yīng)變。

利用計(jì)算機(jī)求解有限元方程

利用ANSYS求解本問題中主動(dòng)鏈輪和主動(dòng)軸的應(yīng)力應(yīng)變等結(jié)果如圖5-16，其中圖5-10是反向傳動(dòng)方式，圖11-16是同向傳動(dòng)方式。[4]

由以上云圖結(jié)果可以看出，對(duì)于主動(dòng)鏈輪，反向傳動(dòng)下變形量最小為0，最大為0.039mm；同向傳動(dòng)下變形量最小為0，最大為0.038mm。對(duì)于主動(dòng)軸，反向傳動(dòng)下變形量最小為0，最大為0.122mm；同向傳動(dòng)下變形量最小為0，最大為0.31mm。

結(jié)語(yǔ)

本文利用有限元法，結(jié)合計(jì)算機(jī)求解出了兩種雙排鏈傳動(dòng)方式下鏈輪和軸的變形量。從傳動(dòng)上看雙排鏈傳動(dòng)穩(wěn)定，傳動(dòng)力是單排鏈的1.6-1.8倍，但雙排鏈傳動(dòng)不適合變動(dòng)力矩的傳動(dòng)，它只適合作勻速力矩的傳動(dòng)，如輸送帶，同步勻速傳遞作用等，在變動(dòng)力矩的傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生滑脫跳動(dòng)，設(shè)計(jì)上如按最大傳動(dòng)力矩設(shè)計(jì)往往造成浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張煥文.淺談08B-2型雙排鏈傳動(dòng)線 [D].武漢工業(yè)大學(xué)陶瓷研究所，1996

[2] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì) [M].北京：高等教育出版社，2013：165-181