SolidWorks设计的传动用钢制链轮结构

　　做机械传动设计快十二年，经手的链传动方案少说有上百套，链轮这个零件看着结构不复杂，真要做到适配工况、运行平稳不跳齿，细节上要抠的点一点不少。这次建模的这款链轮，是针对中小载荷闭式链传动场景做的结构，日常接触最多的就是汽车发动机正时传动、输送线驱动端、农机传动单元这类工况，和开式重载矿山用的大节距链轮走的完全是两个设计逻辑。

　　先从实际安装边界说，这款链轮的内孔是标准圆柱直孔，没有做键槽的简化结构是留了适配余量，实际投产的时候可以根据配套轴的直径、扭矩传递需求加工单键或者花键结构，轮毂部分的轴向厚度做的是比齿圈宽度多出3毫米的凸台结构，安装的时候可以靠这个凸台做轴向定位，不用额外加轴套调整位置，能省不少装配时的调整工时。齿顶圆的径向跳动公差在建模的时候就按IT7级精度留了约束，毕竟链传动最烦的就是运转起来链条上下抖动，时间长了不仅噪音大，还会加速链板和销轴的磨损，齿顶圆跳动控制在0.05毫米以内的话，搭配张紧合适的链条，额定转速下的传动噪音能比普通精度链轮低至少8分贝。

　　齿形部分是按GB/T1243的滚子链链轮齿形做的参数化建模，没有用简化的渐开线近似齿廓，每个齿的工作段圆弧、齿沟圆弧、齿顶圆弧都是按对应节距的参数精确绘制的，齿沟圆弧半径比配套滚子半径大0.2毫米，既能保证滚子和齿面啮合的时候是线接触，不会出现卡滞，也不会因为间隙太大导致啮合冲击变大。齿面的工作段做了2度的压力角修正，比标准齿形的压力角略小一点，这样在链条进入啮合的时候，接触应力会更平缓，尤其是频繁正反转的传动场景里，能有效降低齿面的点蚀风险。很多新手建模的时候容易忽略齿侧的倒角，这个模型里每个齿的两侧都做了1×45度的倒角，不仅装配的时候链条更容易套入，运转的时候也不会因为齿侧锐边刮蹭链板，导致链板早期磨损断裂。

　　从应用场景来看，这款链轮适配的是08B规格的滚子链，单排额定传递扭矩大概在120N·m左右，日常用在轻型输送机的驱动端、汽车附件传动系统、小型农机的传动单元里完全够用。如果是用在有粉尘的开式场景，只要把材料从45号钢换成40Cr做表面淬火，齿面硬度做到HRC45-50，使用寿命能提升三倍以上。建模的时候特意把轮毂和齿圈的过渡圆角做了R3的圆弧过渡，没有做直角衔接，很多人觉得这个圆角无所谓，实际做有限元分析的时候就能发现，直角过渡的位置在承受冲击载荷的时候，应力集中系数能达到2.7以上，很容易从轮毂根部出现断裂，加了R3的过渡圆角之后，应力集中系数能降到1.4以内，抗冲击性能提升非常明显。

　　很多刚入行的设计师做链轮设计的时候，只会照着样本选齿数和内孔，忽略了齿宽和配套链条内节内宽的匹配，这个模型的齿宽是按单排链条的标准内节内宽做的，比链条内宽窄0.5毫米，保证链条在齿上不会出现左右窜动，同时也不会因为齿宽过宽导致装配困难。另外链轮的端面做了全平面的加工基准，安装的时候可以直接靠这个端面打表找正，不用再额外加工基准面，对于小批量生产的场景来说，能省不少机加工的工序。

　　实际做传动方案选型的时候，链轮的齿数选择也很有讲究，这款链轮做的是21齿的结构，属于中速传动常用的齿数范围，既不会因为齿数太少导致传动多边形效应太明显，运转起来速度波动大，也不会因为齿数太多导致链条磨损后容易出现跳齿脱链的问题。如果是用在高速传动的场景，齿数可以选到25齿以上，低速重载的场景选15-19齿就足够，这个模型的参数是全参数化关联的，改齿数、节距、内孔直径的时候，齿形、轮毂尺寸都会跟着自动更新，不用重新绘制齿廓，能省不少重复建模的时间。

　　之前给一个汽车零部件生产线的输送线做改造的时候，一开始用的是采购的标准链轮，安装之后总是出现周期性的异响，拆下来检查才发现是链轮的齿形加工误差太大，齿距累积偏差超了0.2毫米，后来用自己建的参数化模型出图加工的链轮，装上去之后异响直接消失，连续运行了两年多都没出现过齿面异常磨损的问题。其实链轮这种基础传动零件，没有什么太复杂的结构，核心就是每个细节尺寸都要贴合工况需求，公差匹配要合理，建模的时候把这些工艺、装配、使用的细节都考虑进去，做出来的零件才不会在实际使用的时候出问题。