什么是链条和链轮系统？它是如何工作的？

一家台湾包装机械OEM厂商将皮带传动装置更换为 滚子链和链轮系统 他们在2023年的新封箱生产线上采用了这种驱动装置。做出这一决定的原因只有一个：驱动装置必须在空箱和满箱4:1的负载变化下保持精确的计时。他们测试过的皮带驱动装置在负载下速度波动为1.5-2%——这对于许多应用来说可以接受，但对于涂胶工位来说则不可接受，因为计时精度直接影响密封质量。而链条驱动装置，一旦尺寸合适，无论负载如何变化，都能保持恒定的速度运行。这并非夸大其词——而是正啮合驱动装置工作原理的真实体现。

了解什么是 链条和链轮系统 实际上，从机械角度来说，而不仅仅是从描述角度来说，这决定了你第一次就能正确选择一个驱动器，还是要花三个月的时间来排查一个根本不适合该应用程序的驱动器的问题。

链条和链轮系统究竟有什么作用

链轮传动是一种正啮合的机械动力传输系统。“正啮合”是指链条齿与链轮齿物理啮合——不会发生打滑、蠕动，也不会因负载波动而导致速度变化。这使其区别于摩擦传动，例如V型皮带和平皮带传动。在摩擦传动中，负载增加会导致皮带在皮带轮表面蠕动，从而导致从动轴的转速成比例降低。

该系统至少包括一个驱动链轮（安装在动力输入轴上）、一个从动链轮（安装在输出轴上）和一个 滚子链 驱动链轮将旋转扭矩转换为作用于链条紧端的线性拉力。链条将该线性拉力传递至从动链轮，从动链轮再将该拉力转换回作用于输出轴的旋转扭矩。两轴之间的关系——即它们的速比和扭矩比——完全由链轮齿数的比值决定。

传动比公式很简单，值得仔细理解，因为它决定了链传动装置中的每一个设计决策：

如果主动链轮有 19 个齿，从动链轮有 57 个齿，则传动比为 3:1。输出轴的转速是输入轴转速的三分之一，输出扭矩（不考虑传动损耗）是输入扭矩的三倍。这种传动比关系在所有负载下都精确成立，不会发生打滑——正因如此，链条和链轮是任何需要精确传动比或同步的应用的理想选择。

链条如何与链轮啮合——详细机械原理

链条的啮合过程远比表面看起来复杂。当链条接近驱动链轮时，每个滚子并非平稳地滑入齿根，而是以一定角度撞击到齿槽内，冲击速度很小。正是这种冲击产生了链传动特有的噪音，并导致滚子和链轮齿承受一部分疲劳载荷。

ANSI B29.1齿形设计旨在最大限度地减少冲击力，其原理是使滚子在齿面上略高于齿槽曲线的位置进行初始接触，然后随着链条包角的增大向下滚动到齿根。这种滚动入座的几何形状将啮合载荷分散到链轮旋转的前15-20度，与直接落入齿根的链条相比，降低了峰值冲击力。

多边形效应是买家和规格制定者经常误解的最重要的动态特性。由于链条由具有离散节距的刚性链节组成，链条的紧边并非沿直线运动，而是在每个链节依次与链轮啮合时，沿一系列短弦运动。即使主动轴以完全恒定的速度旋转，这也会在从动轴上产生正弦速度变化。这种速度变化的幅度取决于链轮的齿数：

链传动配置选项：单股、多股和双节距

当单股传动链达到其在给定速度下标明的额定功率上限时，有两种选择：增加链节距（升级到更大的ANSI尺寸）或增加第二股链条（双股链）。这两种选择并不等价——它们对传动系统的影响不同。

增加链节可以提高链条的最小断裂载荷和疲劳强度，但对于给定的齿数，也会增加多边形效应，并且需要更换链轮。在19齿驱动链轮上，从#60链条更换为#80链条，速度变化率从1.74%增加到1.74%（不变，因为速度变化率是由齿数决定的，而不是链节）——但更大的链节需要更大的链轮才能保持相同的速比，这会增加驱动系统的外径，并可能导致间隙问题。

增加第二股链（从单股升级为双股）可在不改变节距或链轮外径的情况下，使额定工作载荷翻倍。链轮必须更换为双股链轮（节圆相同，齿宽加倍），但轴心保持不变，安装范围也保持不变。对于因机架几何形状或防护罩间隙限制而无法增加链轮直径的驱动装置，双股升级通常是更佳选择。

双节距链 双节距链与双链是不同的概念，但两者经常被混淆。双节距链与其对应的标准节距链具有相同的滚子直径和内链节宽度，区别在于链节间距加倍。例如，ANSI #2060（#60 的双节距版本）的节距为 38.10 毫米，而非 19.05 毫米，但与标准 #60 一样，都使用 11.91 毫米的滚子。双节距链专用于低速输送机驱动——与相同滚子直径的标准链相比，其重量更轻，每米成本更低，但速度超过约 100 米/分钟时会产生过大的多边形效应和噪音。在高速驱动中使用双节距链会增加维护成本，而非节省开支。

链轮和链条系统是最佳选择

农业机械。 链传动装置在联合收割机、水稻脱粒机和播种机中占据主导地位，原因有很多：它们能够承受作物材料不规则进料带来的冲击载荷，它们能够保持进料器、脱粒器和分离系统之间的精确时间，并且它们能够在多尘、潮湿和磨蚀性条件下可靠运行，而这些条件会迅速损坏皮带表面。 符合 ANSI 和 ISO 节距标准的滚子链 从 #40 给料链到大节距 #100 提升机驱动装置，构成了大多数韩国农业机械驱动系统的骨干。

工业输送机和物料搬运。 输送链传动装置必须在处理可变载荷时保持恒定的链条速度——由于链条具有零滑移特性，因此比皮带更能胜任这项要求。用于刮板输送机、斗式提升机和刮板输送机的工程级链条，其承载的载荷远超任何标准滚子链的额定断裂载荷，这得益于其专门设计的链筒直径和链板厚度，这些设计在额定工作载荷下可提供 5:1 的安全系数。

摩托车和动力运动驾驶。 这 摩托车链条和链轮系统 摩托车链条传动是性能要求最高、维护最敏感的链条传动应用之一。链条必须在动态加速负载下传递发动机峰值扭矩，同时还要尽可能减轻重量并能承受道路污染。在摩托车链条命名中，520、530 和 630 节距标识表示的是内宽，而非节距（这三种链条的实际节距均为 5/8 英寸，即 15.875 毫米）。正确解读这些数字可以避免订购错误的替换链条。

自动化和包装生产线。 伺服驱动链式分度系统要求链轮的最小齿数为 21 或以上，以减少多边形效应速度波动，使其低于伺服控制器的反馈容差。 标准孔径和成品孔径链轮 铝或碳钢材质可提供伺服驱动系统所需的轻旋转惯性和尺寸精度。

农业应用中的链条和链轮系统——在可变负载下，同时需要正向啮合、抗冲击性和可靠的定时。

选择链条和链轮传动装置：四步法

ANSI B29.1 提供了一个图形化的功率等级表，该表可以将任意设计功率和小链轮转速组合映射到推荐的链条节距。其工作原理如下：

1. 确定设计功率。 首先确定电机铭牌功率，然后乘以负载类型的运行系数：均匀负载（压缩机、离心泵）为 1.0，中等冲击负载（非均匀进料输送机、搅拌机）为 1.3，重冲击负载（压力机、斗式提升机、破碎机）为 1.7。设计功率始终高于电机铭牌功率——这是有意为之。
2. 从规格表中选择链条节距。 根据设计功率和小链轮转速（较快轴的转速），在 ANSI 功率等级图表上找到交点。该交点所在的区域表示推荐的链条节距。如果该交点位于两个节距区域的边界附近，则优先选择节距较小的多股链条，而不是节距较大的单股链条。
3. 选择链轮齿数。 小链轮至少应有17个齿。齿数比决定了速度比。为了获得最平稳的运转，应在一个链轮上使用奇数个齿，这样每个齿在连续旋转时都会接触不同的滚子，从而使磨损更均匀地分布在链轮齿上。
4. 设置中心距和链条长度。 对于大多数标准传动装置，建议的中心距为链条节距的30-50倍，最小为大链轮节圆直径的1.5倍。链条长度（以节为单位）由中心距、两个链轮节圆直径和链条节距计算得出。计算结果应取偶数节，以便使用标准连接链节——半节（偏置节）比全节强度低，应避免在高负载应用中使用。

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