基于SolidWorks 進行鏈傳動設(shè)計

樓紅成

（永康市職業(yè)技術(shù)學校，浙江 永康321300）

鏈傳動是由主動鏈輪、從動鏈輪和鏈條組成，依靠鏈輪的輪齒與鏈條的鏈節(jié)之間的嚙合來傳遞運動和動力。與帶傳動相比，鏈傳動能保持準確的平均傳動比，能在高溫及油污惡劣和多灰塵環(huán)境下工作，使用壽命長、傳動效率高、故障率低，因此在很多輸送機構(gòu)中都采用鏈傳動機構(gòu)。而設(shè)計鏈傳動又是章節(jié)里的重點和難點，如何有效提升該課程的教學效果，采用合理的教學方法是教學探索的問題。因此本文主要基于SolidWorks 軟件，利用第三方插件麥迪三維設(shè)計工具集，對鏈傳動進行了設(shè)計計算，利用計算出來的參數(shù)自動生成三維模型來達到教學目的。

1 基于SolidWorks 進行鏈傳動設(shè)計背景

2 基于SolidWorks 進行鏈傳動設(shè)計實踐

為了讓學生更好掌握鏈傳動的工作原理、特點和應用，能查閱有關(guān)標準、規(guī)范、手冊等有關(guān)技術(shù)資料，進行鏈傳動設(shè)計、強度計算和校核，并進行建模，很多教育工作者和技術(shù)人才不斷地在追求各種方法和技術(shù)手段，開發(fā)了《機械設(shè)計手冊軟件版》和建模軟件SolidWorks 的第三方插件麥迪三維設(shè)計工具集等來進行輔助機械設(shè)計。

2.1 機械設(shè)計手冊軟件版的應用

《機械設(shè)計手冊（軟件版）》是一種面向機械設(shè)計制造的大型、綜合、通用信息資源的專業(yè)技術(shù)工具軟件，匯集了機械設(shè)計數(shù)據(jù)資源（包括常用機械產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)、技術(shù)條件、零部件外形尺寸的國家標準和行業(yè)標準數(shù)據(jù)、機械工程常用公式計算、機械標準件2D 和3D 圖庫等），并增加一些典型零件設(shè)計計算程序，如鏈傳動設(shè)計、帶傳動設(shè)計、齒輪傳動設(shè)計等，大大提高了設(shè)計效果，如圖1 所示常用的設(shè)計計算程序。由于作用顯著《機械設(shè)計手冊（軟件版）》獲得國家十一五電子出版物規(guī)劃項目，榮獲國家電子出版物獎。

圖1 常用設(shè)計計算程序

圖2 設(shè)計工具

雖利用該軟件進行機械設(shè)計，效果顯著，設(shè)計步驟明了，很多表格在用到時直接去選擇，而不需要化費時間去查找資料，把數(shù)據(jù)輸入進去后直接生成結(jié)果，大大提高了學習效果。但該軟件不能生成模型，因此要根據(jù)設(shè)計出來的參數(shù)，利用3D 軟件SolidWorks 進行草圖繪制，然后利用各種特征命令生成零件，在裝配體里再分別調(diào)出各零件，確定各零件間的配合類型，完成裝配建模。

2.2 SolidWorks 的應用

SolidWorks 軟件是一款基于特征的三維CAD 軟件，具有參數(shù)化設(shè)計功能，功能強大、易學易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD 解決方案。利用第三方插件還可進行很多功能的操作，如麥迪三維設(shè)計插件、MotionWorks 三維運動仿真插件，Type3Works 雕刻插件等。邁迪三維設(shè)計工具集是一套三維輔助設(shè)計軟件，配合主流三維設(shè)計軟件SolidWorks 使用，主要功能包括標準件、配件庫、參數(shù)化、設(shè)計工具、綜合工具等，在設(shè)計工具里,利用邁迪三維設(shè)計工具集可以進行鏈輪傳動、帶傳動、齒輪傳動等設(shè)計，如圖2。設(shè)計時，操作簡單，只需要進行簡單的選擇，就可以快速的生成設(shè)計的模型和參數(shù)表，大大提高了效果。

3 基于SolidWorks 進行鏈傳動設(shè)計

用SolidWorks 第三方插件邁迪三維設(shè)計工具集設(shè)計鏈傳動，已知電動機Y132M2-6 的功率P=5.5 kw，在工作中有較大沖擊，主動鏈輪轉(zhuǎn)速n1=960 r/min，從動鏈輪轉(zhuǎn)速n2=320 r/min，要求中心距a 小于650 mm，中心距可調(diào)，試設(shè)計該滾子鏈傳動。打開SolidWorks，新建零件，在【插件】選中麥迪工具集，然后在菜單欄單擊【麥迪工具集】/【設(shè)計工具】/【鏈輪工具】，進入“鏈輪設(shè)計”界面，在打開的界面中單擊【滾子鏈設(shè)計】，如圖3 并按以下過程進行操作。

圖3 滾子鏈設(shè)計

3.1 設(shè)計參數(shù)

3.1.1 首先選擇排數(shù)和類型。選擇單排、A 型。

3.1.2 其次選擇大小鏈輪齒數(shù)，確定傳動比。鏈速0.6～3m/s時，齒數(shù)可選15～17；3～8m/s 時，可選19～21；＞8m/s 時，可選23～25。齒數(shù)優(yōu)先選用以下數(shù)17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。我們先按鏈速3～8m/s 時選擇主動輪z1=21，從動輪z2=63，傳動比i=3。

3.1.3 設(shè)計功率Pd。輸入傳動功率P =5.5 kw；選擇工況系數(shù)f1，單擊【f1】，彈出“選擇工況系數(shù)”窗口，由從動機和主動機特性決定，確定工況系數(shù)f1=1.5，單擊【確定】退出該窗口；選擇主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)f2，單擊【f2】，彈出“主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)”窗口，本窗口會根據(jù)齒數(shù)自動查生成齒數(shù)系數(shù)f2, 并在圖中用紅色線標出，由于齒數(shù)21，生成f2=1.19，單擊【確定】退出該窗口。選擇復排鏈排數(shù)系數(shù)Km，由于單排，Km=1。輸入以上值后自動得到設(shè)計功率Pd=9.82kw。

3.1.4 確定鏈條節(jié)距。輸入主動鏈輪轉(zhuǎn)速n1=960 r/min，程序會自動計算出從動輪轉(zhuǎn)速，從動鏈輪轉(zhuǎn)速n2=320 r/min，然后單擊【查詢】，彈出“選擇鏈號”窗口，在這個窗口中，程序自動找出應該選擇的鏈號，并用紅色十字線標出，您只需在紅色線的交叉點單擊，就可以選中該區(qū)域的鏈號，鏈號10A，然后單擊【確定】退出該窗口。得到鏈條節(jié)距p=15.875mm。

3.1.5 設(shè)定中心距。單擊【說明】，推薦中心距A0=30～50p，指定完中心距A0=40p 后，自動計算出“鏈條參數(shù)”。鏈條節(jié)數(shù)x0=123.12，選鏈條節(jié)數(shù)x=124，鏈速v=5.55m/s，滿足剛開始選擇齒數(shù)時鏈速的要求，在3～8m/s 之間。理論中心距a=642.10mm，由于中心距可調(diào)，為保證松邊有一定的安裝垂度，取Δα=0.004，自動生成實際中心距a`=639.50mm。

3.1.6 查詢潤滑方法。單擊【查詢】按鈕，在彈出的潤滑方法窗口中自動為您找到正確的潤滑方法，由于鏈號為10A，鏈速為5.33m/s，得潤滑方式為油池潤滑或油盤飛濺潤滑，然后單擊【確定】退出“潤滑方法”窗口。

3.1.7 計算力。有效圓周力F=1031.89N，取輸入系數(shù)f5=1.15，軸上的拉力Fq=1780.01N。

3.1.8 分度圓的直徑。主動輪分度圓的直徑為106.513mm，從動輪分度圓的直徑為318.482mm。

3.1.9 小鏈輪的包角。小鏈輪的包角α1=161.060，α1＞1200，符合要求。

3.2 生成模型

單擊【下一步】進入：“生成模型”頁，如圖4。

圖4 生成模型

3.2.1 生成鏈輪。查電動機Y132M2-6 有關(guān)尺寸，電動機輸出端直徑為38mm，長度為80mm。先選擇“主動輪”，鏈輪形式選擇整體式鋼式鏈輪，孔直徑取dk=38mm，顯示軸申，輸入寬度為45mm，點擊【生成鏈輪】，然后自動生成主動輪模型。 選擇“從動輪”后，鏈輪形式選擇蝠板式鑄造鏈輪，孔直徑取dk=38mm，L取80mm，單擊【生成鏈輪】，然后自動生成從動輪模型。

3.2.2 生成鏈條。單擊右下方的【生成鏈條】按鈕，（注意：鏈條是裝配，生成時要先指定路徑，如果想重新生成鏈條，請先關(guān)閉SolidWorks 中已經(jīng)打開的同名文件，否則會出錯）然后自動生成鏈條模型。

3.2.3 輸出技術(shù)參數(shù)。單擊【技術(shù)參數(shù)】按鈕，導出以下技術(shù)參數(shù)。

（1）初始條件

傳動功率P(kw)： 5.5

主動軸轉(zhuǎn)速n1(r/min)： 960

從動軸轉(zhuǎn)速n2(r/min)： 320

傳動速度v(m/s)： 5.33

傳動比i： 3

（2）鏈輪齒數(shù)及設(shè)計功率

小鏈輪齒數(shù)z1： 21

大鏈輪齒數(shù)z2： 63

工況系數(shù)f1： 1.5

主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)f2： 1.19

復排鏈排數(shù)系數(shù)Km： 1

設(shè)計功率Pd(kw)： 9.82

（3）鏈條節(jié)距及鏈寬

鏈號： 10A

鏈條節(jié)距p2(mm)： 15.875

a0： 40p

(4)鏈條各項參數(shù)

鏈長節(jié)數(shù)X0： 123.12

實際鏈長節(jié)數(shù)X： 124

鏈條長度L：(m) 1.97

鏈速v(m/s)： 5.33

(5)計算中心距

理論中心距a (mm)： 642.106

實際中心距a`(mm)： 639.5

(6)計算圓周力及軸上拉力

有效圓周力F(N) ： 1031.89

作用于軸上的拉力FQ(N)： 1780.01

(7)選擇潤滑方法

油池潤滑或油盤飛濺潤滑

3.3 裝配鏈傳動模型

利用SolidWorks 軟件，新建一個裝配體，然后分別插入主動鏈輪、從動鏈輪、鏈條零件，然后將主動鏈輪與從動鏈輪的中心基準面重合，主動鏈輪與從動鏈輪的中心距離設(shè)為639.5mm,將主動輪鏈輪的中心基準面與鏈條的前后板中心對稱，將鏈條的輪廓草圖圓弧與鏈輪的中心圓同心配合，完成鏈輪鏈條裝配，如圖5。

圖5 鏈傳動模型

4 結(jié)論

4.1 利用插件進行鏈傳動設(shè)計，可自動調(diào)用設(shè)計資料，步驟簡單明了，并自動計算，節(jié)省了大量查找和計算時間，并保證了計算結(jié)果的準確性。

4.2 利用插件進行鏈傳動設(shè)計，省去了草圖繪制、生成特征，自動生成模型，節(jié)約大量建模時間。

4.3 利用SolidWorks 軟件能快速將主動鏈輪、從動鏈輪、鏈條等零件通過配合關(guān)系，裝配在一起，從而促使設(shè)計理論、手冊應用和建立模型三者有機結(jié)合，增強了學生的專業(yè)綜合能力。