鏈式輸送機驅動裝置的傳動方式分析

張華兵，蔣萍，馮海華，汪海艷

鏈式輸送機驅動裝置的傳動方式分析

張華兵，蔣萍，馮海華，汪海艷

（天奇自動化工程股份有限公司，江蘇 無錫 214000）

文章介紹了兩種鏈式輸送機的驅動裝置，并對驅動裝置中的軸分別進行了有限元分析，結果顯示電機直接與萬向聯軸器連接的傳動方式明顯好于電機與鏈傳動連接的傳動方式，前者在滿足強度、剛度條件的前提下同時降低了經濟成本。

鏈傳動；驅動裝置；有限元分析；經濟成本

引言

鏈傳動在機械傳動中運用非常廣泛，而驅動軸是連接鏈傳動的重要零件，一旦軸出現斷裂，設備就會停工，因而有必要對輸送機驅動裝置中的軸進行分析校核[1-2]。隨著精益化的發展，粗大笨重的機械逐漸被淘汰，因而在保證驅動軸強度的條件下，考慮進一步優化驅動裝置，降低成本，就顯得十分必要了。

1 兩種驅動裝置介紹

鏈輪齒面一般均需要經過熱處理，所以鏈輪齒有一定的接觸強度和耐磨性。一組鏈輪中，相配合的小鏈輪轉的圈數要多，受沖擊也多，故材質會優于大鏈輪。從形狀上看，小直徑鏈輪一般是實心的，中等直徑以上的鏈輪為了減輕重量等可制成帶工藝孔的型式。

鏈傳動根據用途不同可分為傳動鏈、牽引鏈和起重鏈三種。傳動鏈最常見，分滾子鏈和齒形鏈兩種。相對于齒形鏈，套筒滾子鏈運動精度要低一點，但是重量輕、成本低、壽命也長，應用更為廣泛。

鏈傳動相對于帶傳動，不會出現打滑和彈性滑動，且張緊力小，但是潤滑不及時或長期有臟油潤滑，鏈輪和鏈條會磨損，所以后期保養很重要。鏈傳動瞬時速度是波動的，工作時噪聲較大，但平均傳動比穩定、承載能力大，因而常常用于機床工業、交通運輸、汽車生產輸送系統等領域[3]。

圖1所示鋼板鏈驅動裝置A由減速電機、傳動鏈輪、套筒滾子鏈條、主動鏈輪、驅動軸和兩側的軸承座組成，一般用于寬度方向空間不夠的情況。當驅動軸的轉速大于電機轉速時，電機端的鏈輪選用小鏈輪（為了傳動平穩，小鏈輪齒數不能低于17個），驅動軸側的鏈輪為大鏈輪；當驅動軸轉速與電機轉速一致時，兩側的鏈輪直徑和齒數均相同。從圖中可知，該鋼板鏈驅動裝置傳動鏈是三排鏈，驅動軸上的主動鏈輪是4排鏈。鏈的排數多少與承載能力有關，當傳遞功率大，鏈排數越多，然而相應的安裝精度也越高。當鏈條鏈節數為奇數時，要有一個過渡鏈節銜接，對繁重的工況不推薦是使用過渡鏈節，因而鏈節數一般為偶數。

圖1 鋼板鏈驅動裝置A

圖2所示鋼板鏈驅動裝置B由減速電機、萬向聯軸器、驅動軸、主動鏈輪和兩側的軸承座組成。萬向聯軸器用于傳遞不同軸之間的扭矩，尤其在重載傳動中，萬向聯軸器還有減震、緩沖、提高驅動軸和電機軸使用壽命的作用。聯軸器按連接軸的相對位置，可分為固定式和可移式聯軸器。前者結構簡單，一般用在兩軸對中且不發生位移的情況，兩軸轉速也保持相同，例如凸緣聯軸器。可移式聯軸器一般用于兩軸轉動過程中有相對位移的情況，通過補償位移的方法實現兩軸協調一致，如限于小角度位移及平行位移的十字溝槽聯軸器和可用于大角度位移的萬向聯軸器等[4]。

圖2 鋼板鏈驅動裝置B

圖1和圖2對比可知，除了電機端傳動形式不一致，主動鏈輪等均一致，承載也一樣。以某汽車廠總裝車間最終裝配輸送機項目為實例，鋼板鏈全長31個工位，每個工位載重（車身）3520Kg+裝配人工重量200Kg。另外驅動裝置B比驅動裝置A占用橫向位置多一些。

2 兩種驅動裝置受力分析

從圖3可知，滾子鏈不像齒形鏈，嚙合是不穩定的[5]，從開始嚙合到完全嚙合狀態，滾子鏈與鏈輪的接觸位置不固定的，因而瞬時傳動速度不斷變化[6-8]。此外滾子鏈和鏈輪之間接觸時間久了鏈條會伸長，所以后續維護也很重要，保證及時潤滑，當鏈條伸長超過3%時，就要重新更換鏈條了，以免引起其他重要零件的損壞，造成停工停產等。

圖3 滾子鏈嚙合狀態

直接計算鏈傳動是比較困難的，而有限元分析法是用簡化的模型求解近似值，能適應很多復雜模型，且計算精度高，常被用來模擬各種工程實例。本文運用ANSYS對驅動裝置A和B的軸，分別進行有限元分析。用solid185單元模擬實體單元，然后進行網格劃分，施加載荷后獲得如圖4-7結果。可知直徑為220mm的驅動軸A的最大應力為189MPa，位于左側主動鏈輪和軸承座之間，軸的材質是40Cr，調質處理后屈服強度為500 MPa；驅動軸的最大變形是3.2mm，位于主動鏈輪之間，兩軸承座的間距為3509mm，對于重要的軸，軸的許用撓度約為總長的1/1000約3.5mm，所以從分析結果來看驅動軸滿足強度剛度要求。另外，主動鏈輪受到從動鏈輪的牽引及鋼板鏈上面承載物的作用，驅動軸向一側受力變形，和實際情況一致。

圖4 驅動軸A應力云圖

圖5 驅動軸A變形云圖

圖6 驅動軸B應力云圖

驅動裝置B分析后得直徑為200mm的軸位于左側主動鏈輪和軸承座之間的最大應力為181 MPa，位于主動鏈輪之間最大變形是3.5mm，和屈服強度和許用撓度相比，驅動軸也滿足強度剛度要求。從上述分析結果，可得兩種驅動裝置相應的最小軸承座和漲緊套型號，如表1，驅動軸A的直徑是220mm，對應的軸承座是SNL_3048_23048K，漲緊套為BIKON 2006 220x290；驅動軸B的直徑是200mm，軸承座和漲緊套可以選小一號，分別為SNL_3044_23044K和BIKON 2006 200x270。此外，減速電機那邊的鏈傳動比萬向聯軸器價格也貴一些，因而驅動裝置B更經濟可靠，節約成本。

圖7 驅動軸B變形云圖

表1 兩種驅動裝置軸承座和漲緊套選型對比

3 結語

文中介紹了兩種不同形式的鏈傳動輸送機驅動裝置的傳動方式，對比了空間結構上的差異，可根據實際情況選擇相應的輸送機驅動裝置。在空間條件寬裕的情況下，結合有限元分析得，萬向聯軸器連接的鏈傳動輸送機驅動裝置選用的漲緊套和軸承座均小一號，且鏈傳動比萬向聯軸器的成本高一點，因而在滿足強度和剛度的條件下，優先選擇萬向聯軸器連接電機與驅動軸。

[1] 王義行.鏈條輸送機[M].北京:機械工業出版社,1997.

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[6] 蒲明輝,朱曉慧,張冬磊.基于ADAMS的鏈傳動多接觸系統仿真效率的提高[J].機械設計與研究,2016(6):60-64.

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Analysis on Transmission Modes of the Chain Conveyor Drive Device

Zhang Huabing, Jiang Ping, Feng Haihua, Wang Haiyan

( Miracle Automation Engineering Co., Ltd, Jiangsu Wuxi 214000 )

This paper introduces the driving devices of two kinds of chain conveyor, and makes finite element analysis of the shaft in the driving devices respectively. It shows that the motor connected directly with the universal coupling is obviously better than the motor connected with the chain drive, which not only meets the strength and stiffness conditions, but also reduces the economic cost.

Chain drive; Driving device; Finite element analysis; Economic cost

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.033

TH132

A

1671-7988(2021)06-108-03

TH132

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1671-7988(2021)06-108-03

張華兵（1977-），男，高級工程師，就職于天奇自動化工程股份有限公司，主要研究方向是智能裝備設計。