GB/T 1243—2006 中A 系列滚子链抗拉强度与节距关系的探究

浙江恒久机械集团有限公司 □卢建富 陈海江 徐浩凯

浙江恒久传动件有限公司 □寿其锋 寿昱来

在现行GB/T 1243—2006 标准的表1 中，可以直观地看出A 系列滚子链的抗拉强度Fu随着链条节距P 的增大而增大， 但Fu与P 究竟存在着什么样的内在关系就不得而知了。 GB/T 1243—2006 规定的A 系列单排滚子链的节距与抗拉强度值见表1， 双排链的抗拉强度是单排链的2 倍， 三排链的抗拉强度是单排链的3 倍。 A系列链条的基本结构和主要参数见图1， 链条的主要受力零件为链板与销轴， 链板承受拉力， 销轴承受剪切力， 链条的静强度主要取决于链板的抗拉强度与销轴的剪切强度。 链条的抗拉强度Fu可以通过计算链板危险截面的面积A 与链板的拉应力强度σ 的乘积， 或计算销轴的剪切面积Ap与销轴的剪切应力强度τ 的乘积来获得， 而且这两种方法的计算结果应该一致才是有效的，而链板在危险截面上的拉应力强度σ 与销轴的剪切应力强度τ 是由零件材料与热处理等工艺决定的固有值。 因此， 探究链板危险截面的面积和销轴的剪切面积与节距的关系， 是寻找Fu与P存在何种关系的关键。

表1 GB/T 1243—2006 规定的A 系列单排滚子链的节距与抗拉强度值

图1 A 系列滚子链的基本结构与主要参数

(1) 链板高度与节距的关系

链板是链条的主要承力件， 影响A 系列滚子链链板危险截面面积的主要参数是链板高度、链板孔径以及链板厚度。 GB/T 1243—2006 标准中已明确规定了内链板高度h2、 外链板高度h3的最大值， 这样可以直接找到h2/P 与h3/P 的关系， 见表2。

表2 链板高度与链条节距的关系

由表2 的计算结果， 可以得到内链板高度h2、 外链板高度h3与节距的关系， 即h2=0.95P;h3=0.82P。

(2) 链板厚度与节距的关系

1) 内链板厚度与节距的关系

GB/T 1243—2006 标准中没有直接规定内链板厚度T， 但规定了内节内宽的最小值b1以及内节外宽的最大值b2， 可以通过式(1) 计算内链板厚度。

各个规格的内链板厚度T 的计算结果以及T/P 的关系见表3。

表3 内链板厚度与链条节距的关系

由表3 的计算结果可知， 除08A、 10A、12A 稍有不同， 其余规格的内链板厚度T=0.125P。

2) 外链板厚度与节距的关系

GB/T 1243—2006 标准中也没有直接给出外链板的厚度t， 外链板的厚度t 首先应满足标准规定的尺寸链要求， 同时应满足链条抗拉强度的要求。 标准规定了多排链的排距Pt以及内节外宽的最大值b2， 可以通过式(2) 计算外链板或中链板的厚度。

各个规格的外链板厚度t 的计算结果以及t/P 的关系见表4。

表4 外链板厚度与链条节距的关系

由表4 的计算结果可以看出， 外链板厚度t与同规格的内链板厚度T 相比相差甚微， 因此，可以认为t=T=0.125P。

(3) 链板孔径与节距的关系

在都不计销轴与外链板、 套筒与内链板配合过盈量的情况下， 可以直接把销轴直径d2看作外链板孔径、 套筒外径dt看作内链板孔径进行链板的强度计算。 由于套筒外径为非互换性尺寸， 标准没有直接给出该尺寸， 但根据等强度理论， A 系列链条内、 外链板所受的抗拉强度应是一致的， 而内、 外链板的材料与加工工艺是一样的， 因此， 可以认为内、 外链板的拉应力强度σ 应该相等， 这样内、 外链板链板危险截面的面积必须相等， 即(h3-d2) t= (h2-dt)T， 由于t=T， 因此可得出套筒外径的计算公式，见式(3)。

由于内链板高度h2、 外链板高度h3以及销轴直径d2的值是标准规定了的， 由此可计算出套筒的外径， 同时可计算d2/P、 dt/P 的值， 其计算结果见表5。

表5 链板孔径与链条节距的关系

由表5 的计算结果可以近似地得到d2=0.31P; dt=0.44P。

知道了链板高度、 链板孔径以及链板厚度与节距的关系， 由此可计算链板危险截面的面积A。 对于A 系列链条外链板危险截面的总受力面积Ao的计算可见式(4)。

对于内链板危险截面的总受力面积Ai的计算可见式(5)。

由此可见， Ao=Ai=0.1275P2， 符合内、 外链板等强度的要求。

由于Fu=σAo=σAi=0.1275σP2， σ 为链板拉应力强度， 是由链板材料与热处理等工艺决定的固有值。 由此可以看出， 抗拉强度Fu与节距P的平方成正比， 即Fu∝P2。 在不计安全系数的情况下， 代入一种规格的抗拉强度与节距值， 就可计算出链板需要达到的拉应力强度σ 的值 (约676N/mm2)。 由此可得出， 基于满足链板抗拉强度要求的A 系列单排滚子链抗拉强度Fu 与节距P 的确定关系式， 即Fu=86.18P2(N)。 经验算，由此关系式计算的抗拉强度值与标准规定的抗拉强度一致。

传动用A 系列滚子链在啮合传动过程中，其力的传递路线为: 滚子→套筒→内链板和销轴→外链板， 因此， 销轴与链板的静强度必须同时满足链条的抗拉强度。 销轴的抗拉强度可由销轴的剪切面积Ap与销轴的剪切应力强度τ 的乘积得到， 即Fu=Apτ=2π (d22/4)τ=0.15095τP2，销轴的剪切应力强度τ 是由销轴材料与热处理等工艺决定的固有值。 因此， 基于销轴抗剪强度要求的链条抗拉强度Fu也与节距P 的平方成正比，即Fu∝P2。 在不计安全系数的情况下， 代入一种规格的抗拉强度与节距值， 就可计算出销轴需要达到的抗剪切应力强度τ 的值(约571N/mm2)，同样可得出基于满足销轴抗剪切强度要求的A系列单排滚子链抗拉强度Fu与节距P 的确定关系式为Fu=86.18P2(N)。

(1) A 系列滚子链受力零件各参数尺寸与节距P 存在一定的正比例关系， 链板危险截面的受力面积、 销轴的剪切面积与节距的平方成正比。

(2) GB/T 1243—2006 标准中虽然没有直接给出套筒的外径尺寸， 但可以根据等强度理论计算出A 系列滚子链套筒的外径dt， 可以近似的得到dt=0.44P。

(3) A 系列单排滚子链抗拉强度Fu与节距P的平方成正比， 且Fu=86.18P2。