GB/T 1243—2006 中A 系列滾子鏈抗拉強(qiáng)度與節(jié)距關(guān)系的探究

浙江恒久機(jī)械集團(tuán)有限公司 □盧建富 陳海江 徐浩凱

浙江恒久傳動(dòng)件有限公司 □壽其鋒 壽昱來

在現(xiàn)行GB/T 1243—2006 標(biāo)準(zhǔn)的表1 中，可以直觀地看出A 系列滾子鏈的抗拉強(qiáng)度Fu隨著鏈條節(jié)距P 的增大而增大， 但Fu與P 究竟存在著什么樣的內(nèi)在關(guān)系就不得而知了。 GB/T 1243—2006 規(guī)定的A 系列單排滾子鏈的節(jié)距與抗拉強(qiáng)度值見表1， 雙排鏈的抗拉強(qiáng)度是單排鏈的2 倍， 三排鏈的抗拉強(qiáng)度是單排鏈的3 倍。 A系列鏈條的基本結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)見圖1， 鏈條的主要受力零件為鏈板與銷軸， 鏈板承受拉力， 銷軸承受剪切力， 鏈條的靜強(qiáng)度主要取決于鏈板的抗拉強(qiáng)度與銷軸的剪切強(qiáng)度。 鏈條的抗拉強(qiáng)度Fu可以通過計(jì)算鏈板危險(xiǎn)截面的面積A 與鏈板的拉應(yīng)力強(qiáng)度σ 的乘積， 或計(jì)算銷軸的剪切面積Ap與銷軸的剪切應(yīng)力強(qiáng)度τ 的乘積來獲得， 而且這兩種方法的計(jì)算結(jié)果應(yīng)該一致才是有效的，而鏈板在危險(xiǎn)截面上的拉應(yīng)力強(qiáng)度σ 與銷軸的剪切應(yīng)力強(qiáng)度τ 是由零件材料與熱處理等工藝決定的固有值。 因此， 探究鏈板危險(xiǎn)截面的面積和銷軸的剪切面積與節(jié)距的關(guān)系， 是尋找Fu與P存在何種關(guān)系的關(guān)鍵。

表1 GB/T 1243—2006 規(guī)定的A 系列單排滾子鏈的節(jié)距與抗拉強(qiáng)度值

圖1 A 系列滾子鏈的基本結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)

(1) 鏈板高度與節(jié)距的關(guān)系

鏈板是鏈條的主要承力件， 影響A 系列滾子鏈鏈板危險(xiǎn)截面面積的主要參數(shù)是鏈板高度、鏈板孔徑以及鏈板厚度。 GB/T 1243—2006 標(biāo)準(zhǔn)中已明確規(guī)定了內(nèi)鏈板高度h2、 外鏈板高度h3的最大值， 這樣可以直接找到h2/P 與h3/P 的關(guān)系， 見表2。

表2 鏈板高度與鏈條節(jié)距的關(guān)系

由表2 的計(jì)算結(jié)果， 可以得到內(nèi)鏈板高度h2、 外鏈板高度h3與節(jié)距的關(guān)系， 即h2=0.95P;h3=0.82P。

(2) 鏈板厚度與節(jié)距的關(guān)系

1) 內(nèi)鏈板厚度與節(jié)距的關(guān)系

GB/T 1243—2006 標(biāo)準(zhǔn)中沒有直接規(guī)定內(nèi)鏈板厚度T， 但規(guī)定了內(nèi)節(jié)內(nèi)寬的最小值b1以及內(nèi)節(jié)外寬的最大值b2， 可以通過式(1) 計(jì)算內(nèi)鏈板厚度。

各個(gè)規(guī)格的內(nèi)鏈板厚度T 的計(jì)算結(jié)果以及T/P 的關(guān)系見表3。

表3 內(nèi)鏈板厚度與鏈條節(jié)距的關(guān)系

由表3 的計(jì)算結(jié)果可知， 除08A、 10A、12A 稍有不同， 其余規(guī)格的內(nèi)鏈板厚度T=0.125P。

2) 外鏈板厚度與節(jié)距的關(guān)系

GB/T 1243—2006 標(biāo)準(zhǔn)中也沒有直接給出外鏈板的厚度t， 外鏈板的厚度t 首先應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸鏈要求， 同時(shí)應(yīng)滿足鏈條抗拉強(qiáng)度的要求。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多排鏈的排距Pt以及內(nèi)節(jié)外寬的最大值b2， 可以通過式(2) 計(jì)算外鏈板或中鏈板的厚度。

各個(gè)規(guī)格的外鏈板厚度t 的計(jì)算結(jié)果以及t/P 的關(guān)系見表4。

表4 外鏈板厚度與鏈條節(jié)距的關(guān)系

由表4 的計(jì)算結(jié)果可以看出， 外鏈板厚度t與同規(guī)格的內(nèi)鏈板厚度T 相比相差甚微， 因此，可以認(rèn)為t=T=0.125P。

(3) 鏈板孔徑與節(jié)距的關(guān)系

在都不計(jì)銷軸與外鏈板、 套筒與內(nèi)鏈板配合過盈量的情況下， 可以直接把銷軸直徑d2看作外鏈板孔徑、 套筒外徑dt看作內(nèi)鏈板孔徑進(jìn)行鏈板的強(qiáng)度計(jì)算。 由于套筒外徑為非互換性尺寸， 標(biāo)準(zhǔn)沒有直接給出該尺寸， 但根據(jù)等強(qiáng)度理論， A 系列鏈條內(nèi)、 外鏈板所受的抗拉強(qiáng)度應(yīng)是一致的， 而內(nèi)、 外鏈板的材料與加工工藝是一樣的， 因此， 可以認(rèn)為內(nèi)、 外鏈板的拉應(yīng)力強(qiáng)度σ 應(yīng)該相等， 這樣內(nèi)、 外鏈板鏈板危險(xiǎn)截面的面積必須相等， 即(h3-d2) t= (h2-dt)T， 由于t=T， 因此可得出套筒外徑的計(jì)算公式，見式(3)。

由于內(nèi)鏈板高度h2、 外鏈板高度h3以及銷軸直徑d2的值是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了的， 由此可計(jì)算出套筒的外徑， 同時(shí)可計(jì)算d2/P、 dt/P 的值， 其計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 鏈板孔徑與鏈條節(jié)距的關(guān)系

由表5 的計(jì)算結(jié)果可以近似地得到d2=0.31P; dt=0.44P。

知道了鏈板高度、 鏈板孔徑以及鏈板厚度與節(jié)距的關(guān)系， 由此可計(jì)算鏈板危險(xiǎn)截面的面積A。 對(duì)于A 系列鏈條外鏈板危險(xiǎn)截面的總受力面積Ao的計(jì)算可見式(4)。

對(duì)于內(nèi)鏈板危險(xiǎn)截面的總受力面積Ai的計(jì)算可見式(5)。

由此可見， Ao=Ai=0.1275P2， 符合內(nèi)、 外鏈板等強(qiáng)度的要求。

由于Fu=σAo=σAi=0.1275σP2， σ 為鏈板拉應(yīng)力強(qiáng)度， 是由鏈板材料與熱處理等工藝決定的固有值。 由此可以看出， 抗拉強(qiáng)度Fu與節(jié)距P的平方成正比， 即Fu∝P2。 在不計(jì)安全系數(shù)的情況下， 代入一種規(guī)格的抗拉強(qiáng)度與節(jié)距值， 就可計(jì)算出鏈板需要達(dá)到的拉應(yīng)力強(qiáng)度σ 的值 (約676N/mm2)。 由此可得出， 基于滿足鏈板抗拉強(qiáng)度要求的A 系列單排滾子鏈抗拉強(qiáng)度Fu 與節(jié)距P 的確定關(guān)系式， 即Fu=86.18P2(N)。 經(jīng)驗(yàn)算，由此關(guān)系式計(jì)算的抗拉強(qiáng)度值與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度一致。

傳動(dòng)用A 系列滾子鏈在嚙合傳動(dòng)過程中，其力的傳遞路線為: 滾子→套筒→內(nèi)鏈板和銷軸→外鏈板， 因此， 銷軸與鏈板的靜強(qiáng)度必須同時(shí)滿足鏈條的抗拉強(qiáng)度。 銷軸的抗拉強(qiáng)度可由銷軸的剪切面積Ap與銷軸的剪切應(yīng)力強(qiáng)度τ 的乘積得到， 即Fu=Apτ=2π (d22/4)τ=0.15095τP2，銷軸的剪切應(yīng)力強(qiáng)度τ 是由銷軸材料與熱處理等工藝決定的固有值。 因此， 基于銷軸抗剪強(qiáng)度要求的鏈條抗拉強(qiáng)度Fu也與節(jié)距P 的平方成正比，即Fu∝P2。 在不計(jì)安全系數(shù)的情況下， 代入一種規(guī)格的抗拉強(qiáng)度與節(jié)距值， 就可計(jì)算出銷軸需要達(dá)到的抗剪切應(yīng)力強(qiáng)度τ 的值(約571N/mm2)，同樣可得出基于滿足銷軸抗剪切強(qiáng)度要求的A系列單排滾子鏈抗拉強(qiáng)度Fu與節(jié)距P 的確定關(guān)系式為Fu=86.18P2(N)。

(1) A 系列滾子鏈?zhǔn)芰α慵鲄?shù)尺寸與節(jié)距P 存在一定的正比例關(guān)系， 鏈板危險(xiǎn)截面的受力面積、 銷軸的剪切面積與節(jié)距的平方成正比。

(2) GB/T 1243—2006 標(biāo)準(zhǔn)中雖然沒有直接給出套筒的外徑尺寸， 但可以根據(jù)等強(qiáng)度理論計(jì)算出A 系列滾子鏈套筒的外徑dt， 可以近似的得到dt=0.44P。

(3) A 系列單排滾子鏈抗拉強(qiáng)度Fu與節(jié)距P的平方成正比， 且Fu=86.18P2。