10.16638/jki.1671-7988.2021.06.033
张华兵，蒋萍，冯海华，汪海艳
（天奇自动化工程股份有限公司，江苏无锡214000）
摘要：文章介绍了两种链式输送机的驱动装置，并对驱动装置中的轴分别进行了有限元分析，结果显示电机直接与万向联轴器连接的传动方式明显好于电机与链传动连接的传动方式，前者在满足强度、刚度条件的前提下同时降低了经济成本。
关键词：链传动；驱动装置；有限元分析；经济成本
中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)06-108-03
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 )
Abstract: 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.
Keywords: Chain drive; Driving device; Finite element analysis; Economic cost
CLC NO.: TH132 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)06-108-03
引言
链传动在机械传动中运用非常广泛，而驱动轴是连接链传动的重要零件，一旦轴出现断裂，设备就会停工，因而有必要对输送机驱动装置中的轴进行分析校核[1-2]。随着精益化的发展，粗大笨重的机械逐渐被淘汰，因而在保证驱动轴强度的条件下，考虑进一步优化驱动装置，降低成本，就显得十分必要了。
网络资本1 两种驱动装置介绍
链轮齿面一般均需要经过热处理，所以链轮齿有一定的接触强度和耐磨性。一组链轮中，相配合的小链轮转的圈数要多，受冲击也多，故材质会优于大链轮。从形状上看，小直径链轮一般是实心的，中等直径以上的链轮为了减轻重量等可制成带工艺孔的型式。 河南省政法管理干部学院链传动根据用途不同可分为传动链、牵引链和起重链三种。传动链最常见，分滚子链和齿形链两种。相对于齿形链，套筒滚子链运动精度要低一点，但是重量轻、成本低、寿命也长，应用更为广泛。
链传动相对于带传动，不会出现打滑和弹性滑动，且张紧力小，但是润滑不及时或长期有脏油润滑，链轮和链条会磨损，所以后期保养很重要。链传动瞬时速度是波动的，工作时噪声较大，但平均传动比稳定、承载能力大，因而常常用于机床工业、交通运输、汽车生产输送系统等领域[3]。
图1所示钢板链驱动装置A由减速电机、传动链轮、套筒滚子链条、主动链轮、驱动轴和两侧的轴承座组成，一般用于宽度方向空间不够的情况。当驱动轴的转速大于电机转速时，电机端的链轮选用小链轮（为了传动平稳，小链轮齿
作者简介：张华兵（1977-），男，高级工程师，就职于天奇自动化工程股份有限公司，主要研究方向是智能装备设计。
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第一次熬夜
张华兵 等：链式输送机驱动装置的传动方式分析
什么叫亚太地区
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数不能低于17个），驱动轴侧的链轮为大链轮；当驱动轴转速与电机转速一致时，两侧的链轮直径和齿数均相同。从图中可知，该钢板链驱动装置传动链是三排链，驱动轴上的主动链轮是4排链。链的
排数多少与承载能力有关，当传递功率大，链排数越多，然而相应的安装精度也越高。当链条链节数为奇数时，要有一个过渡链节衔接，对繁重的工况不推荐是使用过渡链节，因而链节数一般为偶数。
图1 钢板链驱动装置A
图2所示钢板链驱动装置B 由减速电机、万向联轴器、驱动轴、主动链轮和两侧的轴承座组成。万向联轴器用于传递不同轴之间的扭矩，尤其在重载传动中，万向联轴器还有减震、缓冲、提高驱动轴和电机轴使用寿命的作用。联轴器按连接轴的相对位置，可分为固定式和可移式联轴器。前者结构简单，一般用在两轴对中且不发生位移的情况，两轴转速也保持相同，例如凸缘联轴器。可移式联轴器一般用于两轴转动过程中有相对位移的情况，通过补偿位移的方法实现两轴协调一致，如限于小角度位移及平行位移的十字沟槽联轴器和可用于大角度位移的万向联轴器等[4]。
图2 钢板链驱动装置B
图1和图2对比可知，除了电机端传动形式不一致，主动链轮等均一致，承载也一样。以某汽车厂总装车间最终装配输送机项目为实例，钢板链全长31个工位，每个工位载重（车身）3520Kg+装配人工重量200Kg 。另外驱动装置B 比驱动装置A 占用横向位置多一些。
2 两种驱动装置受力分析
从图3可知，滚子链不像齿形链，啮合是不稳定的[5]，从开始啮合到完全啮合状态，滚子链与链轮的接触位置不固定的，因而瞬时传动速度不断变化[6-8]。此外滚子链和链轮之间接触时间久了链条会伸长，所以后续维护也很重要，保证及时润滑，当链条伸长超过3%时，就要重新更换链条了，
以免引起其他重要零件的损坏，造成停工停产等。
图3 滚子链啮合状态
直接计算链传动是比较困难的，而有限元分析法是用简化的模型求解近似值，能适应很多复杂模型，且计算精度高，常被用来模拟各种工程实例。本文运用ANSYS 对驱动装置A 和B 的轴，分别进行有限元分析。用solid185单元模拟实
体单元，然后进行网格划分，施加载荷后获得如图4-7结果。可知直径为220mm 的驱动轴A 的最大应力为189MPa ，位于左侧主动链轮和轴承座之间，轴的材质是40Cr ，调质处理后屈服强度为500 MPa ；驱动轴的最大变形是3.2mm ，位于主动链轮之间，两轴承座的间距为3509mm ，对于重要的轴，轴的许用挠度约为总长的1/1000约3.5mm ，所以从分析结果来看驱动轴满足强度刚度要求。另外，主动链轮受到从动链轮的牵引及钢板链上面承载物的作用，驱动轴向一侧受力变形，和实际情况一致。
图4 驱动轴A 应力云图
坚守与变通图5 驱动轴A 变形云图
图6 驱动轴B 应力云图
驱动装置B 分析后得直径为200mm 的轴位于左侧主动链轮和轴承座之间的最大应力为181 MPa ，位于主动链轮之间最大变形是3.5mm ，和屈服强度和许用挠度相比，驱动轴也满足强度刚度要求。从上述分析结果，可得两种驱动装置
汽车实用技术
110 相应的最小轴承座和涨紧套型号，如表1，驱动轴A 的直径是220mm ，对应的轴承座是SNL_3048_23048K ，涨紧套为BIKON 2006 220x290；驱动轴B 的直径是200mm ，轴承座和涨紧套可以选小一号，分别为SNL_3044_23044K 和BIKON 2006 200x270。此外，减速电机那边的链传动比万向联轴器价格也贵一些，因而驱动装置B 更经济可靠，节约成本。
图7 驱动轴B 变形云图
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表1 两种驱动装置轴承座和涨紧套选型对比
3 结语
文中介绍了两种不同形式的链传动输送机驱动装置的传动方式，对比了空间结构上的差异，可根据实际情况选择相
应的输送机驱动装置。在空间条件宽裕的情况下，结合有限元分析得，万向联轴器连接的链传动输送
机驱动装置选用的涨紧套和轴承座均小一号，且链传动比万向联轴器的成本高一点，因而在满足强度和刚度的条件下，优先选择万向联轴器连接电机与驱动轴。
参考文献
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