浅析链传动仿真及其动载荷

作者：张毅

   链传动适用于两轴平行且距离较远、瞬时传动比无严格要求以及工作环境恶劣的场合，广泛用于农业、采矿、冶金、石油化工及运输等各种机械中。本文结合链传动运动特性的理论分析，使用当前世界上对链传动仿真最理想的软件RecurDyn，对引起动载荷的主要因素进行仿真分析。

1  链传动的组成

链传动由轴线平行的主动链轮和从动链轮、链条以及机架组成，依靠链轮齿和链的啮合来传递运动和动力，如图1所示。

    由上述分析可知，每绕过一个链节，链速就周期性地由小到大，再由大变小地发生变化。正是这样的变化，造成链传动速度的不均匀性。如果过大，可导致跳齿现象。

    在从动链轮上，每个链节在啮合过程中所对的中心角为9。=360。/22，y角在-妒。／2到+g2/2间变化。由于链速v及y角的变化，使得从动轮的角速度∞：也发生变化。此时（r2为从动轮节圆半径），。所以链传动的瞬时传动比也是变化的，只有当r1=r2，即z1=z2，且链传动的中心距为链节距p的整数倍时，口才会和y时时相等，传动比才能恒定不变。

3基于RecurDyn的运动仿真

3.1  创建几何模型

  首先进入工具箱中的链传动子系统，分别使用其中的Roller Sprochet.Roller Link、Chain Assembly'等工具，建立如图3所示的几何模型。

3.2创建物理模型

    在Professional下，通过施加运动学约束、驱动约束、力载荷、初始条件等装配形成表达多体力学关系的物理模型。这里通过STEP函数使主动轮转速由零逐渐加速到常数值。

3.3  仿真与结果分析

    系统仿真采用的主要参数如下：主动轮齿根圆直径为db305. 89 mm、分度圆直径为Q345. 58 mm、齿顶圆直径为<p363. 41 mm;从动轮齿根圆直径为@386. 89 mm、分度圆直径为q)426. 05 mm、齿顶圆直径为@445. 03 mm;滚子链条内链节内宽为35 mm、滚子外径为q)39. 69 mm、销轴直径为@19. 85 mm、内（外）链板厚为8 mm。

通过Analysis进行仿真，经过Post等提取出主、从动链轮的角速度和作用在链轮轴上的力，如图4、图5所示。

    由图4可知，在0 s～1 s之间，主动轮角速度采用三次函数由零逐渐增大直至为一常数，但从动轮角速度仍在变化，这正是多边形效应所致。

由图5可知，链传动在工作时，对链轮轴的作用力是变化的动载荷，其原因是从动轮的角加速度是变化的，所以从动轮及与其相联接的质量也将具有不均匀的回转加速度，由于回转质量的加速和减速，从而产生了动载荷，其大小与回转质量和加速度的大小有密切关系，链的加速度愈大，动载荷也将愈大。链的加速度为：

当销轴位于p=±9，／2时将得到最大加速度：

将主动轮速度提高4倍，观察速度大小对动载荷的影响，仿真结果如图6、图7、图8所示。由图6、图7、图8可以看出，主动轮角速度越大，从动轮上的角加速度变化越大，进而导致轴上反作用力变化越大即动载荷越大；速度越高，轮齿与链节之间的作用力变化频率越高，但速度大小对链轮与链条间的作用力大小影响不大，当链节进入链轮的瞬间，链节和轮齿以一定的相对速度相啮合，从而使链和轮齿受到冲击并产生附加动载荷。

由于链节对轮齿的连续冲击，将使传动产生振动和噪声，并将加速链的损坏和轮齿的磨损，同时增加了能量的损耗。附加动载荷的大小取决于工作载荷、系统传动部分的惯性质量大小以及链条的张紧力。减小链节节距、降低惯性质量大小和张紧力均可降低冲击力的大小，图9为节距变化时轮齿与链节间作用力的变化情况，图10为链轮齿数变化时从动轮角加速度的变化情况。

4结论

通过以上分析，得到如下结论：①对于链传动，瞬时传动比不恒定，从动轮总是变速运动；②各个轴均受到动载荷的作用；③速度越高，从动轮角加速度变化越大，各个轴的动载荷越大；④链轮的节距越大，链轮齿数越少，链速的不均匀性越明显，动载荷也越大；⑤链节与轮齿间作用力的大小与速度关系并不大，与节距有关，节距越大，冲击力越大，所产生的附加动载荷也越大；⑥在设计链传动时，完全可采用该虚拟技术进行预测与评估。

5摘要：结合链传动运动特性的理论分析，依托RecurDyn软件，对引起链传动动载荷的主要因素进行了仿真及分析。所得结论可为设计和改造链传动设备以及降低振动和噪声提供参考依据。