链式传输机传动装置的工艺优化

文/毕 薇 丁武阳(合肥经济学院）

随着社会生产力的进步和机械制造业的进步，链式传输机也进入了快速发展阶段，其由于多种类型、高速高效率、大功率大容量以及低能耗低成本等特点，得到广泛应用，尤其在重工业、智能物流、快递及矿物运输等行业应用得更多[1]。随着电子信息技术和智能化物流的大力发展，工业机器人和链式输送机相结合，将形成一体化大型人工智能生产链。因此，进一步提升生产效率和加工质量，降低制造成本和延长机器使用寿命，从而提高整体工作性能成为链式输送机优化完善的功能要求[1]。

一、链式传输机概述

链式传输机主要有四种类型：悬挂链式传输机、FU 链式输送机、刮板链式输送机、链式提升机，都是使用链传动作为传动装置。链条结构的多变性，材料选用的灵活性，保证了链式输送机具有传输物多样、复杂环境的适应性强、能耗低、工作寿命长等特点。

1.链式传输机机械结构的分析

链式传输机一般由原动机、链板、传动装置、张紧装置、制动装置几个部分组成[2]。其中传动装置控制整体输送的速度、功率及平稳性，是链式传输机运转的核心[3]；原动机为链式传输机提供动力，承载构件用来承放物料；制动装置在突发事故时可进行紧急制动，确保工作安全；张紧装置工作过程中将力传递给链条，为链条提供一定的张紧力，使其在传动中避免出现打滑。

传动装置由电动机、减速器、链轮等组成[2]，是链式传输机的动力源，可以确保轴与轴间的夹角和距离在经常变换的情况下传递可靠的动力。

通常情况下，链式传输机是通过许多链轮移动链条来完成货物的运输。其利用链传动作为传动装置的主要构件，借链条牵引链条上的链板运输货物，再利用联轴器传递牵引力，从而完成货物的运输。其机械结构原理类似于带式传输机，能避免带传动中弹性滑动和带轮打滑，一定程度上可以降低能耗及成本[4]。

2.链式传输机传动装置的主要参数

鉴于工作场合及性能要求不同，链式输送机传动装置中电动机类型常以三相笼型异步电动机为主，其电压为380V，Y 型[5]。应用最为广泛的是Y100L-2 三相异步电动机。

机构零部件中，构件轴可以有效地传递运动和动力[1]。链式传输机的传动装置中最为重要的是三根轴（高速轴、中间轴和低速轴）和两对齿轮（高速级齿轮、低速级齿轮）的精度和配合[2]。一般情况下，高速轴材料选择40Cr 钢（调质），硬度为280 HBS；中间轴和低速轴的材料为45 号碳钢（调质），硬度是240 HBS[6]。高速级齿轮传动中，齿轮精度一般为7 级精度[7]，小齿轮采用40Cr 钢（渗碳淬火）、齿数为26，大齿轮采用45号碳钢（渗碳淬火）、齿数为127[1]。低速级齿轮传动中，齿轮精度为7 级精度[7]，小齿轮采用40Cr 钢（渗碳淬火）、齿数为25，大齿轮采用45 号碳钢（渗碳淬火）、齿数为91[1]。链条型号一般根据实际应用场合决定。

联轴器用来连接两轴，机器运转时轴与轴之间相对运动且不可分离[2]。为减小工作过程中产生的震动和冲击，通常情况下选择LT6 型弹性套柱销联轴器。该联轴器制造简单，装配方便，成本较低。

二、传动装置零部件材料优化

链式传输机主要依靠其传动装置来控制整体输送的速度、功率及平稳性。传动装置由电动机、齿轮减速器、联轴器和链轮等零部件组成，所以优化传动装置中主要零部件是优化链式输送机整体性能的重点[3]。

轴类零件可选的加工材料较多，其中在减速结构中，通常选用45 号碳钢，根据优化设计数据，优化材料拟定为40Cr 钢。

为了验证优化材料的可行性，对选用不同金属材料的轴，利用ANSYS 软件进行线性静力分析（静力分析图略）。

通过分析ANSYS 的仿真数据发现45 号碳钢的屈服强度比40Cr 钢更接近屈服极限强度，所以40Cr钢的综合性能比45 号碳钢强，可使轴的使用寿命更长。

在机械加工制造过程中，齿轮类零部件的加工较为复杂，难度系数较大，但其可选的加工材料较多，其中应用于减速结构中的齿轮材料一般选用灰铸铁，根据优化设计数据，优化材料拟定为45 号碳钢。

为了验证优化材料的可行性，对选用不同金属材料的齿轮，利用ANSYS 软件进行线性静力分析（静力分析图略）。

通过ANSYS 的仿真分析数据发现灰铸铁的屈服强度比45 号碳钢更接近屈服极限强度，所以45 号碳钢的综合性能比灰铸铁强，可在一定程度上延长齿轮的使用寿命。

三、优化的意义

链式传输机主要依靠其传动装置来控制整体输送的速度、功率及平稳性。链式传输机的传动装置主要由电动机、二级减速器、链条等组成。因为工作过程中，链式传输机容易受到震动、冲击和磨损，针对链式传输机传动装置进行分析研究，在设计并选定其主要参数的前提下，对其中的重要零部件进行工艺材料上的优化；通过对链式传输机传动装置的减速器中用来传递运动和动力的齿轮、轴进行不同材料的ANSYS线性静力分析仿真，根据仿真数据的对比，验证优化方案。传动装置中，齿轮与轴起到重要作用，优化齿轮与轴的使用性能，一定程度上可以避免工作过程中出现齿轮失效，降低冲击的影响，并延长齿轮、轴等零部件的使用寿命，使整个传动装置的工作性能提升，进而延长链式传输机整机的使用寿命并提高其工作的平稳性。