正負齒鏈傳動技術的應用與前景

朱霖龍 劉雅文 侯思雨

摘 要：正負齒鏈條傳動技術是一種新型鏈傳動技術。本文通過介紹正負齒鏈條傳動技術的原理和應用，分析了正負齒鏈條傳動技術的優點，并對正負齒鏈條傳動技術的應用前景進行了展望，以便更好的應用。

關鍵詞：正負齒鏈條傳動；脫鏈；應用前景

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.058

鏈傳動是一種撓性傳動，傳動形式與帶傳動類似，適用于遠距離傳動回轉運動并可以依賴不同齒比實現增減速。鏈傳動較帶傳動，無彈性滑動與打滑，傳動效率高，在潮濕、高溫環境下工作穩定[1]。鏈傳動是一種比較理想的重載傳動形式，但是普通鏈傳動在振動環境下不適用，驅動鏈輪與從動鏈輪必須共面，以保證兩鏈輪軸線平行，且鏈條傳動要求鏈條不受軸向力[2]。這種特點制約了鏈傳動應用范圍。

在運動自行車領域里，出現了一種新的鏈傳動技術，正負齒鏈輪。這種技術可以解決目前鏈傳動中對兩鏈輪位置的制約，提高抗振動，同時可以減少磨損后脫鏈的概率。

1 運動自行車正負齒鏈條傳動形式

自行車是一種常見的利用鏈傳動驅動的器材，但是自行車鏈條并非標準鏈條傳動形式。變速鏈傳動的驅動鏈輪（自行車行業中稱作牙盤）為1到3個不同齒數的鏈輪組合而成，從動鏈輪（自行車行業領域中稱作飛輪）為6到12個不同齒數鏈輪組合而成。利用撥鏈器使鏈條可以在不同傳動比的鏈輪組合中自由切換。這種工作狀況下，驅動鏈輪與從動鏈輪無法共面，鏈條以一種受軸向力彎曲的狀態下工作。

變速自行車在一般工作狀態時，由于前后兩鏈輪無法保證共面，鏈條始終受到軸向力形成扭曲。牙盤與鏈條進入嚙合的位置與飛輪與鏈條退出嚙合的位置不共面，但是鏈條受到鏈輪鏈齒的定位，而處于非嚙合部分的鏈條在這兩點的作用下被折彎。折彎角度較大時，普通的自行車鏈條特別容易脫鏈，若采用了正負齒技術的鏈傳動依然可以保證正常運轉。正負齒技術最早由美國速連公司（SRAM）公司應用于競技山地車變速系統中，隨著現代運動自行車的鏈輪總數不斷增加，正負齒技術廣泛應用于各類運動自行車。

2 正負齒技術

滾子鏈結構由銷子、外鏈板、內鏈板、滾子組成。滾子鏈結構由內鏈節與外鏈節交替連接而成。齒孔則會形成大孔與小孔交替。鏈輪的齒為了順利導入鏈節中，鏈齒齒寬要比內鏈節的內部間距小，因此，鏈條在內鏈節孔內存在軸向間隙，而鏈輪齒在外鏈節孔內時，鏈齒與鏈板的間隙更大。若兩鏈輪為非共面傳動時，鏈條節在嚙合前，鏈齒的落點有可能會偏移到鏈節孔外，即發生脫鏈，如圖1所示。鏈傳動脫鏈易造成飛車、鏈條損壞等后果。

正負齒鏈傳動技術的關鍵特征在于鏈輪的鏈齒采用不等寬設計，如圖2所示。針對滾子鏈的“大”“小”孔，齒寬也有“厚”“薄”之分。即，鏈輪嚙合入內鏈節（窄鏈節孔）的鏈齒齒寬為窄齒，下一個進入嚙合外鏈節孔（寬鏈節孔）的鏈齒為寬齒。寬齒在鏈節中間隙小，起到限位作用[3]。被限位的鏈節被強制與鏈輪共面，對鏈條的下一節起到矯正作用，使即將進入嚙合的連接孔與即將進入嚙合的鏈齒基本處于同一平面內，不會發生脫鏈現象。對于在弱振動環境工作的工作裝置，可以更有效防止因為振動引起的鏈條軸向竄動，降低脫鏈失效的概率。

3 正負齒鏈傳動應用及展望

正負齒鏈傳動可以克服驅動鏈輪與從動鏈輪必須共面的弊端，預計可以廣泛應用于礦山、土方、攪拌等重型工程機械。重型工程機械工作會產生振動，同時鏈輪回轉軸可能在振動或者重載的工況下形成輕微的圓錐擺。采用正負齒鏈輪與穩鏈器雙重保障，可有效提高鏈傳動的工作穩定性。正負齒鏈傳動中，每個鏈輪齒都可以進入匹配的鏈節間隙中，從而有效將鏈節中的油泥、砂石等雜物擠出，排污效果也比較明顯。

正負齒鏈傳動可以部分替代帶傳動。帶傳動有許多缺點，如傳動比不穩定，易打滑，傳動效率較低，對不良環境耐力差，受污染時傳動能力急劇下降，易出現事故等。鏈傳動雖然可以克服上述缺點，但帶傳動中允許傳動帶彎折，主動帶輪與從動帶輪不共面，這是普通鏈傳動無法替代的。而正負齒鏈傳動與普通鏈傳動形式相近，適應性強，傳動穩定。工況較為惡劣、驅動輪與從動輪結構上不宜共面時，可以采用正負齒鏈傳動替代帶傳動。

參考文獻：

[1]史文庫，楊剛，孟繁忠，楊國欣.滾子鏈傳動系統動力學特性分析[J].工程力學，1996，13（03）：21-26.

[2]中國自行車.不脫鏈的真相之：正負齒技術[J/OL].http：//www.chinabike.net/html/show-42-2691-1.html，2015.

[3]榮長發，張明路.滾子鏈傳動的振動特性分析[J].機械傳動， 2006，30（04）：63-65.