齒形鏈節(jié)距精度設(shè)計與試驗

丁 頌

(長春師范大學(xué)工程學(xué)院，吉林長春 130032)

齒形鏈節(jié)距精度設(shè)計與試驗

丁 頌

(長春師范大學(xué)工程學(xué)院，吉林長春 130032)

齒形鏈的長度精度是衡量鏈條使用壽命的一項重要指標(biāo)。本文利用單一變量法，分析齒形鏈節(jié)距相對標(biāo)準(zhǔn)值的變化對齒形鏈緊邊波動量顯性指標(biāo)的影響規(guī)律，通過齒形鏈的緊邊波動量變化，指導(dǎo)齒形鏈節(jié)距公差和鏈長磨損伸長量的確定，以齒形鏈節(jié)距標(biāo)準(zhǔn)值為15.875mm為研究對象，通過仿真分析，滿足一般工程需要。節(jié)距公差范圍為15.860～16.030mm，通過噪聲試驗驗證在這個范圍內(nèi)噪聲平均值和波動幅值較??；節(jié)距大于16.030mm或小于15.860mm，噪聲平均值明顯增大，且噪聲幅值波動較大，試驗結(jié)果證明仿真分析的合理性。

齒形鏈；節(jié)距精度；噪聲；緊邊波動量

齒形鏈作為機(jī)械傳動基礎(chǔ)件之一，承載能力更強(qiáng)、噪聲更低，被廣泛應(yīng)用于汽車制造和機(jī)械傳動等領(lǐng)域。國內(nèi)外學(xué)者對于齒形鏈的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動特性和實驗方法等做了大量研究，積累了大量的研究成果，但在研究過程中都假定鏈條節(jié)距為恒值。然而隨著齒形鏈應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，對傳動速度和位置精度有了新的要求，齒形鏈的長度精度研究有了現(xiàn)實意義，在以往的齒形鏈傳動研究中，對齒形鏈傳動配合的公差帶研究基本忽略。而在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，齒形鏈節(jié)距和鏈長的尺寸公差都影響著齒形鏈傳動的精度。如何在保證經(jīng)濟(jì)條件下，選擇更加精確合適的節(jié)距公差帶和磨損伸長量控制范圍，對齒形鏈的生產(chǎn)和使用壽命控制有著重要的意義。

圖1 齒形鏈嚙合仿真模型

1 建立齒形鏈仿真模型

運(yùn)動學(xué)特性是影響齒形鏈傳動系統(tǒng)的重用因素，齒形鏈傳動系統(tǒng)在傳動過程中，通過調(diào)節(jié)齒形鏈節(jié)距的變化，仿真分析齒形鏈緊邊波動量具有重要的實踐意義。

外嚙合齒形鏈緊邊波動量仿真模型如圖1所示，該模型包括試驗鏈條、主動鏈輪和從動鏈輪，鏈條的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距為15.875 mm，主從動鏈輪齒數(shù)均為25。主動鏈輪的轉(zhuǎn)速為4π/Z度，仿真時間為1s，完成一個嚙合周期。

2 鏈條緊邊波動量仿真分析

為了研究齒形鏈節(jié)距尺寸公差和鏈長尺寸公差對鏈條波動的影響，在齒形鏈的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的基礎(chǔ)上調(diào)整對應(yīng)參數(shù)并且進(jìn)行比較分析。用鏈條中心線的最大波動量來衡量齒形鏈與鏈輪嚙合的傳動穩(wěn)定性，簡稱緊邊波動量，其表達(dá)式為：

Δh=hmax-hmin.

(1)

其中，hmax為鏈條中心波動的最大量值；hmin為鏈條中心波動的最小量值。

為了研究齒形鏈節(jié)距尺寸變動對齒形鏈緊邊波動量的影響，在保證鏈板和導(dǎo)板的其它參數(shù)不變的條件下，節(jié)距為p=15.875mm的齒形鏈緊邊波動量仿真分析如圖2所示，緊邊波動量為70mm，嚙合平穩(wěn)。取間隔量為0.015mm，變化范圍為12.7～19.05mm。以15.875mm為中心，向兩側(cè)延伸，每一次對鏈節(jié)節(jié)距變化都導(dǎo)入到仿真模型中進(jìn)行鏈條波動量的仿真模擬，直到鏈傳動失效為止，計算每一次齒形鏈節(jié)距變化的鏈條緊邊中心線的最大波動量，從中評估出齒形鏈節(jié)距尺寸變化對鏈條緊邊波動量的影響。

圖3 p=15.845mm一個嚙合周期緊邊波動量

圖4 p=15.860mm一個嚙合周期緊邊波動量

圖5 p=15.890mm一個嚙合周期緊邊波動量

圖6 p=16.005mm一個嚙合周期緊邊波動量

圖7 p=16.030mm一個嚙合周期緊邊波動量

圖8 p=16.045mm一個嚙合周期緊邊波動量

由上面的仿真分析(圖3～圖8)得出，節(jié)距為15.845mm時緊邊波動量為78mm，節(jié)距為15.860mm時緊邊波動量為72mm，節(jié)距為15.890mm時緊邊波動量為71mm，節(jié)距為16.005mm時緊邊波動量為73mm，節(jié)距為16.030mm時緊邊波動量為80mm，節(jié)距為16.045mm時緊邊波動量為90mm。從一個嚙合周期緊邊波動量看齒形鏈節(jié)距為15.875mm時，齒形鏈的緊邊波動量最小，運(yùn)動最平穩(wěn)。而在節(jié)距為15.860mm到16.005mm這個范圍內(nèi)，齒形鏈的波動量也較小，運(yùn)動相對平穩(wěn)。但當(dāng)節(jié)距小于等于15.845mm或大于等于16.030mm時，齒形鏈的緊邊波動量較大，同時運(yùn)動波動較大。因此，可以根據(jù)使用需求確定節(jié)距的公差范圍，對于精密傳動，可以細(xì)化間隔量進(jìn)行仿真分析。

3 試驗分析

噪聲是衡量齒形鏈傳動特性的重要指標(biāo)，為驗證仿真分析的正確性，對節(jié)距為15.845mm到16.030mm每隔0.015mm，加工6組齒形鏈試樣鏈進(jìn)行噪聲測試。試驗在封閉力流鏈?zhǔn)皆囼炁_上進(jìn)行，如圖9所示，試驗臺兩側(cè)的主試鏈和陪試鏈均為相同節(jié)距鏈條，為保證試驗準(zhǔn)確性，鏈條節(jié)數(shù)均為90節(jié)，主從動輪齒數(shù)均為25，鏈條緊邊張力為2kN，壓力噴油潤滑，試驗時主動輪轉(zhuǎn)速調(diào)到1000r/min，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，采用TES-1358音頻分析儀測試，在齒形鏈整個傳動系統(tǒng)中，齒形鏈的緊邊嚙入點噪聲最大，噪聲測試只針對每組鏈條的緊邊嚙入點噪聲，在垂直主試鏈緊邊嚙入處10cm處進(jìn)行測試。

圖9 齒形鏈傳動噪聲試驗

測試時，計時60s，每隔2s記錄一次，同一組鏈條測試10次，測試噪聲平均值：節(jié)距15.845mm樣鏈噪聲為95dB，節(jié)距15.860mm樣鏈噪聲為91dB，節(jié)距為15.875mm樣鏈噪聲為90.5dB，節(jié)距為16.005mm樣鏈噪聲為91.6dB，節(jié)距為16.030mm樣鏈噪聲為95.5dB。從測試結(jié)果可以看出，節(jié)距為15.875mm時試驗鏈條噪聲最小。當(dāng)節(jié)距變大或變小時，噪聲都有所增加，但在在節(jié)距為15.860mm到16.005mm范圍內(nèi)，噪聲也較小，單次測量時，噪聲波動幅值在0.5dB以內(nèi)，但當(dāng)節(jié)距小于等于15.845mm或大于等于16.030mm時，噪聲明顯增大，單次測量時，噪聲波動幅值在2.1dB左右，試驗結(jié)果與仿真結(jié)果相同，證明可以通過齒形鏈緊邊波動的變化確定齒形鏈節(jié)距公差范圍。

4 結(jié)論

通過仿真分析齒形鏈緊邊波動量來給定齒形鏈的節(jié)距公差和控制齒形鏈磨損伸長量，以節(jié)距為15.875mm齒形鏈標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距為研究對象，滿足一般工程需求。獲得的齒形鏈的節(jié)距范圍15.860～16.005mm，根據(jù)精度要求可再細(xì)化仿真值，調(diào)整齒形鏈節(jié)距公差和控制齒形鏈磨損伸長量，臺架噪聲測試，驗證仿真分析的正確性。

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DesignandExperimentofSilentChainPitchAccuracy

DING Song

(Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032, China)

The length accuracy of the silent chains is an important indicator to measure the service life of the chain. This paper uses a single variable method to analyze the law that how about the silent chain pitch standard value change should be relative to silent chain tension edge fluctuating quantity, through changing edge fluctuation of the silent chain, to determined silent chain distance tolerance and chain length elongation. This paper chance the silent chain pitch standard value of 15.875mm as the research object, through the simulation analysis to meet the general needs of the project, the pitch of the tolerance range is 15.860～16.030mm, the noise test in this range the average noise value and the fluctuation amplitude is smaller, the pitch is greater than 16.030mm or less than 15.860mm, the average value of the noise increases obviously, and the noise amplitude fluctuations, the test results prove the rationality of simulation analysis.

silent chain; pitch accuracy; noise; tight edge fluctuation

TH132.45

A

2095-7602(2017)12-0025-05

2017-10-10

吉林省教育廳“十三五”科學(xué)規(guī)劃研究項目“雙節(jié)距分時嚙合齒形鏈的設(shè)計方法與試驗研究”(吉教科合字[2016]第391號)；長春師范大學(xué)自然基金資助項目“雙節(jié)距分時嚙合齒形鏈的設(shè)計方法及嚙合研究”(201402824)；長春師范大學(xué)自然基金資助項目“齒形輸送鏈嚙合機(jī)理研究”(201506236)。

丁 頌(1984- )，男，副教授，博士，從事機(jī)械傳動研究。