韩国一家工业面包厂的生产工程师指定了一种故障部件的替代品。 传动链 她为一台面团搅拌机驱动装置选择了链条。她查看了电机铭牌——功率7.5千瓦，转速1450转/分——应用了ANSI标准中针对中等冲击的1.3倍使用系数，在选型表中找到合适的链条并订购了。更换后的链条在1100小时后在同一位置失效，几乎与原链条的使用寿命完全相同。从技术角度来看，对于标准的中等冲击应用，链条的选择是正确的。但它没有考虑到面团搅拌机每个班次都要满负荷启动三次——启动时面团是冷的、较硬的——而且每次启动时，在最初的2-3秒内，扭矩峰值约为运行扭矩的4倍。ANSI使用系数系统适用于稳态和中等循环负载；它无法反映启动时的惯性扭矩。如果驱动装置的设计考虑的是启动扭矩而不是运行扭矩，则需要使用大两号的链条，或者在上游加装液力耦合器来限制启动峰值。由于选型计算中没有考虑启动工况，因此这两种方案都没有被考虑。
选择正确的 传动链 这需要按顺序解答四个不同的工程问题，并且每个问题都必须针对实际运行工况（而非铭牌工况）进行回答。本指南提供了每个步骤的具体方法。
步骤 1 — 确定修正后的设计功率
ANSI B29.1 选择方法首先确定修正后的设计功率，即电机铭牌功率乘以一个考虑被驱动机械负载特性的使用系数。已公布的 ANSI 使用系数如下：
| 负载类型 | 加载字符 | ANSI 服务系数 | 典型设备示例 |
|---|---|---|---|
| 光滑的 | 扭矩稳定，无脉冲 | 1.0 | 离心泵、风机、液体搅拌器 |
| 中度休克 | 周期性或脉冲式，偶有峰值 | 1.3–1.5 | 皮带输送机、和面机、机床 |
| 重击 | 严重的间歇性高峰、逆转 | 1.7–2.0 | 岩石破碎机、压机、压缩机（往复式） |
除了标准服务系数外，在特定情况下还适用两个额外的乘数：a 多链因子 （当运行双链或三链时，功率额定值分别乘以 1.7 或 2.5，而不是简单地乘以 2 或 3，因为各股线并非完全均匀地分担负载）；以及 惰轮链轮系数 （由于引入了额外的弯曲疲劳循环，松弛侧的普通惰轮会使额定功率容量降低约 10–15%）。
步骤 2 — 从功率等级表中选择链条节距
传动比、轴转速和扭矩之间的关系——正确选择链条节距的基础。
ANSI B29.1 功率等级表将修正后的设计功率 (kW) 和小链轮转速 (RPM) 的任意组合映射到推荐的链条节距。该表被划分为多个区域——每个区域由链条在额定功率容量下对应节距的最小和最大转速界定。正确的节距是包含设计点（功率 × 转速的交点）的区域对应的节距。
图表本身无法体现两条选择规则：第一，当设计点接近两个节距区域的边界时，务必选择较小的节距，并确认较小节距下的双股链条是否优于较大节距下的单股链条。第二，在低速运转时（小链轮转速低于约 100 RPM），图表中的功率额定值较为保守，因为润滑油膜的形成变得微弱——在极低速运转时，无论图表边界如何，选择比图表结果大一号的链轮并指定连续润滑才是正确的做法。
| 链节 | 实际转速范围（RPM） | 500 转/分时的额定功率（千瓦，17 吨） | 额定功率（1450 转/分）（千瓦，17T） | 最高推荐转速（RPM，17T） |
|---|---|---|---|---|
| #35（9.525 毫米） | 400-3000+ | 0.37 | 0.82 | 4,800 |
| #40（12.70 毫米） | 200–2,500 | 1.20 | 2.90 | 3,200 |
| #50（15.875 毫米） | 150–2,000 | 2.30 | 5.20 | 2,500 |
| #60（19.05 毫米） | 100–1,800 | 4.20 | 9.10 | 2,000 |
| #80（25.40 毫米） | 60–1,200 | 9.50 | 19.5 | 1,400 |
| #100（31.75 毫米） | 40–900 | 18.0 | 35.5 | 1,100 |
| #120（38.10 毫米） | 30–700 | 30.0 | 57.0 | 800 |
本表中所有功率等级均适用于采用 2 型滴油润滑的 17 齿单股链条。实际额定功率随齿数增加而增加（17 齿 → 21 齿大约增加 18% 的容量），并随润滑不足而降低（在额定转速下进行手动润滑会使有效容量比 2 型滴油润滑值降低 30–40%）。本表仅供链条选型参考，并非最终选择——务必参考制造商发布的针对特定链条等级的选型表进行核对。
步骤 3 — 选择链轮齿数并确认传动比
确定链条节距后，即可选择链轮齿数以达到所需的传动比。由于链传动具有正向啮合特性，因此其传动比公式非常精确：
除了齿比之外，还有三条齿数规则会影响驱动质量：
ANSI B29.1 标准规定，为确保平稳安静运行，17 齿是实际可行的最小齿数。低于 17 齿时，多边形效应引起的齿速变化会超过 ±1.71TP³T，产生可听见的噪音和可测量的轴速波动。低于 13 齿时，小链轮的包角会降至 120° 以下，导致啮合齿数减少，需要降低标称功率。驱动器至少使用 17 齿；对于精密分度和伺服联动驱动器，则使用 21 齿或更多。
在一个链轮上使用奇数齿，在另一个链轮上使用偶数齿，可以确保每个滚子都与其链轮上的每个齿接触，而不是反复接触同一个齿。这样可以将磨损分散到整个链轮圆周上，而不是集中在那些会被同一滚子反复接触的齿上。当链条长度是节距的整数倍时，这种效果最为显著——通过使用公比为 1 的齿数来避免这种“来回啮合”的情况，可以显著提高磨损分布的均匀性。
ANSI B29.1 标准建议单级传动比最大为 7:1。超过此传动比，小链轮的包角会减小到无法在没有张紧器的情况下可靠地维持链条张力的程度。更实际的做法是，单级传动比超过 5:1 通常最好采用两级链传动或链轮齿轮箱组合传动——在中大链节的情况下，常见轴转速下 7:1 传动比所需的大从动链轮在物理上是不切实际的。
步骤 4 — 中心距、链条长度和下垂度设置
对于标准水平链传动，推荐的中心距为链节的30至50倍。以节距为19.05毫米的ANSI #60链条为例，推荐的中心距范围为571至952毫米。中心距小于30个链节会减小小链轮的包角；中心距大于50个链节会在松弛侧形成过长的自由跨距，从而在某些转速范围内产生共振。这两种极端情况都需要采取额外的措施——中心距过短时需要使用张紧器，中心跨距过长时需要使用中心跨距导向装置或减振器。
链条长度（以节距或链节为单位）的计算方法如下：
将结果四舍五入到最接近的偶数，以确保使用标准的完整连接链节（半链节或偏置链节强度较低，除轻型应用外应避免使用）。然后略微调整中心距以适应完整的链节——如果向下取整，则减小中心距；如果向上取整，则增大中心距。
对于水平驱动，松弛侧下垂量应设置为中心距的约 2%。对于中心距为 600 毫米的驱动装置，正确的下垂量（在驱动装置静止时，测量下部链条中心位置）约为 12 毫米。链条过紧会增加轴承负载并导致运行温度升高；张力不足则会导致松弛侧摆动，并增加滚子啮合到驱动链轮上的冲击速度。对于垂直或倾斜链条的驱动装置，由于重力有助于下部链条的张紧，下垂量要求可降低至中心距的 0-1%。
步骤 5 — 选择与功率等级相匹配的润滑系统
ANSI功率等级表是根据特定的润滑方式发布的。使用低于额定润滑方式的润滑方法会降低有效功率容量，使其低于表中所示值。这是链传动选型中最常被忽略的一点，因为润滑方式的选择通常独立于链条尺寸——由维护工程师在机械设计完成后做出。
在受控工业环境中安装的传动链系统——润滑系统的选择与链条尺寸的选择同样重要。
| 润滑类型 | 方法 | 适用转速（rpm，小链轮） | 功率容量与额定功率 |
|---|---|---|---|
| 类型 1 — 手动 | 定期用刷子或挤压瓶将松弛的一侧刷松。 | 低于200转/分 | 60–70% 的评级 |
| 类型 2 — 滴注 | 计量油从油箱滴到链条内部。 | 200–1000 转/分 | 100% 额定值（图表依据） |
| 类型 3 — 浴池/甩水器 | 链条浸入油底壳或油盘中，导致油溅到链条上。 | 最高转速可达 2000 转/分 | 130–150% 的额定值 |
| 类型 4 — 强制流 | 油泵持续供油；过滤器+冷却器 | 所有转速，包括 2000 转/分以上 | 150–175% 的评级 |
该表对传动装置设计具有重要意义。在2型滴油润滑条件下，选择接近额定容量边缘的链条，并仅采用手动润滑，其实际运行功率仅为额定容量的140-167%——无论链条质量如何，这种情况都会导致链条在设计使用寿命之前发生疲劳失效。相反，在现有传动装置上将润滑方式从滴油升级到油浴润滑，可以有效提高30-50%的功率容量，有时甚至可以完全推迟链条升级项目。
导致大多数过早失效的六种传动链选择错误
电机铭牌功率是最大连续额定功率，而非平均运行功率。例如，一台额定功率为 7.5 kW 的电机驱动一台半载输送机，有效负载为 3.8 kW，则在选择电机时应使用有效负载，而非铭牌功率——这种错误可能导致输送机功率过高 50–100%，虽然造成成本浪费，但影响不大。真正危险的做法是，当驱动装置在启动或瞬态工况下经常出现高于铭牌功率的峰值时，仍然将运行系数应用于铭牌功率。
直接启动（DOL）电机启动时，会在0.5-2秒内产生5-7倍额定扭矩。对于直接与电机连接的链传动装置（没有皮带或液力耦合器来吸收启动峰值扭矩），该峰值扭矩完全通过链条传递。在6倍额定扭矩下，一条根据稳态工况正确选择尺寸且安全系数为7:1的链条，其瞬时安全系数仅为1.2:1——低于疲劳损伤累积的单次失效阈值。
链条的选择和润滑方式的选择必须同时进行。如果选择的链条规格达到其2型滴油润滑等级的上限，且未安装滴油器（仅依靠每月一次的手动润滑），则其实际运行负荷将超出其在现有润滑条件下的额定负荷40-50%。
为了节省空间而使用 13 齿或 15 齿的链轮会引入上述多边形效应引起的速度波动。这是一种设计上的妥协，而非工程优化。如果空间确实无法在所需的中心距下容纳 17 齿链轮，正确的做法是改变链条节距，而不是改变最小齿数。
与压入式连接杆相比，偏置连接杆（半连接杆）会使该连接点的局部疲劳寿命降低 20–35%。在标准轻型应用中，这是可以接受的。但在重型或高冲击驱动中，正确的做法是调整中心距以容纳偶数个连接杆，并使用铆接式压入连接杆。
与拉长的链条摩擦过的链轮，其齿形已发生改变，以适应拉长的节距。在这种改变后的齿形上安装新链条会导致链条早期加速伸长——新链条的使用寿命远低于正常水平。当链条达到伸长阈值时，应同时更换链条和链轮。
正确选择传动链至关重要的应用场景
伺服驱动索引系统。 在精密定位应用中，伺服电机对链传动的速度变化容忍度极低。低齿数引起的多边形效应会在从动轴上表现为正弦位置误差——例如，一个17齿的驱动齿轮会产生±1.7%的速度变化，这相当于在100mm节圆半径处产生约±0.3mm的位置误差。对于高精度分度，驱动齿轮至少需要21个齿，并采用固定中心距（无可调张紧器）和油浴润滑，才能实现位置精度和使用寿命的最佳平衡。请参阅我们的产品系列。 用于精密驱动的成品孔链轮 适用于兼容的配置。
农业设备驱动装置。 联合收割机的给料机、脱粒机和提升机驱动装置均在磨损性环境中承受高度可变的负载。此处的选型原则是根据最坏情况下的负载来确定驱动链的尺寸，而不是平均负载；对于润滑受限的关键驱动装置，应指定使用O型圈密封链。在韩国的田间条件下，联合收割机给料机中使用的ANSI #80或#100密封链的使用寿命比同等额定值的开式链长4-6倍。 用于农业领域的滚子链 备有 #60 至 #120 间距尺寸的现货。
连续流程工业驱动。 造纸厂、水泥厂和钢铁服务中心经常在计划维护窗口期之间连续运行链传动装置数周。对于这些应用，链条的选择应基于至少 10,000 小时的使用寿命，这意味着在连续油循环润滑条件下，链条的工作载荷不应超过最小断裂载荷的 8–10%。这看起来非常保守——而且正是出于这个目的——因为在连续流程工业中，每次计划外停机造成的损失通常是链条本身成本的 10 到 30 倍。
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编辑：Cxm
