中国战略性新兴产业研究与发展:高端链传动系统
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第1章 我国高端链传动产业的战略地位

1.1 链传动是机械装备的传动基础件

1.1.1 高端链传动系统及其分类

链传动是通过链条与链轮的啮合来传递动力和运动的机械传动,是一种具有中间挠性件的非共轭啮合传动,它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。特别是在大中心距、定速比、多轴传动的工况下,以及在环境恶劣的开式传动、冲击振动大的传动、大载荷的低速传动、润滑良好的高速传动、中远距离输送传动中,采用链传动将带来明显的技术效益与经济效益。

高端链传动系统是众多重要机械装备不可替代的关键基础件。高端链传动主要是指具有高技术含量和高附加值的链传动产品系列,如高速度、高强度、高精度、高抗疲劳、高耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐低温、低噪声、高抗磁、耐剧烈冲击以及耐其他严酷复杂工况等优异性能的高可靠性产品系列,这些产品系列可以具有上述某一高端性能特征,也可以具有上述几种高端性能的组合特征,还可以是某种常规产品的特殊变异。

高端链传动系统不仅包括高端链条和链轮,也包括链式变速器、链式分动器、链式输送系统等,还包括张紧器、导向板、张紧板等辅助零部件。

动力传动、物料输送和曳引提升是链条应用最广泛的三大基本领域。通常依此把链条产品类别划分为四大类(见JB/T 6368—2010),即传动链、输送链、曳引链和专用特种链。同时,还可以按链条的结构型式、制造工艺和材料来进行链条的分类,如滚子链、套筒链、弯板滚子链、齿形链、Hy-Vo齿形链、板式链、块式链、销轴链、焊接链、模锻链、铸造链、平顶链、双铰接链、叉型链、摆杆链、销合链、易拆链、不锈钢链、塑料链、CVT无级变速器链等。

高端链传动系统主要技术参数和主要性能指标如下:

主要技术参数:链条型号、链条节距、链条节数、链条长度、链长中心距变动量、链条的滚子直径、链节连接牢固度(压出力、松动扭矩)、扭曲量、扭转角、蛇形量、链轮齿数、链轮节距、链轮齿形、分度圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径、量柱测量距、量柱直径、模数、压力角、变位系数、公法线长度等。

主要性能指标:链条抗拉强度、链条磨损性能、链条疲劳性能(直线疲劳、回转疲劳、高周疲劳、低周疲劳等)、链条高低温性能、链条耐蚀性能、链条噪声特性、链条抗磁性能等。

下面给出部分高端链传动产品系列。

1.超级重载系列(HE系列)短节距精密滚子链

ISO/TC 100(国际标准化组织中的链条链轮技术委员会)发布了新修订的国际标准“ISO 606:2015 Short-pitch transmission precision roller and bush chains, attachments and associated chain sprockets(传动用短节距精密滚子链、套筒链、附件和链轮)”。目前,我国正在等同采用ISO 606:2015制定新的GB/T 1243《传动用短节距精密滚子链、套筒链、附件和链轮》标准。

修订后的ISO 606:2015标准增加了美国国家标准学会(ANSI)的Extra heavy series(超级重载系列)的60HE、80HE、100HE、120HE、140HE、160HE、180HE、200HE、240HE链条规格,HE系列滚子链与链轮啮合的互换性技术参数同H系列滚子链与链轮啮合的互换性技术参数相同,不同的是HE系列滚子链的最小抗拉强度技术指标要求比普通系列及H系列滚子链提高了很多。

在ISO 606:2015发布之前,美国、日本、欧洲等发达国家和地区的一些链条制造企业已生产HE系列滚子链产品,并在其链条产品样本中介绍HE系列滚子链属于ANSI/ASME标准范畴,具体可参见REXNORD、HITACHI等国外公司产品样本。

HE系列滚子链除了最小抗拉强度明显提高外,链条的疲劳强度同样比H系列滚子链提高了很多;对HE系列单排、双排、三排滚子链进行疲劳试验,应遵照ISO 15654:2015的规定,ISO 606:2015规定的HE系列链条疲劳验证试验的循环次数≥3×106。由于HE系列滚子链最小抗拉强度有了较大幅度的提高,但销轴直径尺寸与H系列滚子链一样,所以必须采取有效措施提高HE系列滚子链销轴的抗剪切能力。HE系列滚子链属于超级重载型高强度链条,比H系列滚子链更适合使用在重载荷的较低速传动的场合,如作为驱动链应用在大型禾草打捆机、大功率旋耕机等重型农业机械上,作为高强度曳引链用于重载起重、提升及输送设备上。

2.绿色环保滚子链

绿色环保滚子链是在常规滚子链基础上开发的新型精密滚子链条,具有与ISO 606:2015标准常规滚子链相同的互换性尺寸,可与标准链轮相配。与常规滚子链相比,绿色环保滚子链具有如下优点:

1)绿色环保滚子链的套筒采用含油的自润滑滑动轴承,该套筒是以特定成分的金属粉末为原料,经过特殊工艺制造而成,套筒具有一定的体积空隙度,空隙中可以储存润滑剂,使套筒基体充满润滑油,对销轴与套筒、套筒与滚子摩擦表面进行润滑,这样链条使用过程中就不用再添加润滑剂了。

2)绿色环保滚子链的链板、滚子和止锁件都采用特殊表面处理工艺,使零件具有很好的耐蚀性。

3)绿色环保滚子链的销轴表面采用渗金属处理,具有优良的耐蚀性能,同时提高了链条耐磨性能。

因为以上优点,绿色环保滚子链在使用中可以少维护甚至免维护,达到绿色环保的目的。绿色环保滚子链特别适合使用在受力较高、有耐磨要求,且不能经常加油润滑的场合,或需要清洁环境的设备及装置,如食品工业自动化生产线、高档自行车赛车、少维护高精度传动机械等。

3.高端摩托车链条(O形或X形密封圈滚子链)

O形或X形密封圈滚子链同样是在常规滚子链基础上开发的新型结构滚子链条,这种链条在滚子链内、外链板间装有O形或X形密封圈(见图1-1),以防灰尘进入和油脂流出链条铰链。链条具有优良的润滑性,主要用于摩托车(后传动)、农业机械等开式传动中。O形或X形密封圈滚子链对于链条的制造技术(零件的制造精度和整链的装配精度)、密封圈的材质和性能、润滑油脂的牌号和性能有非常严格的要求。

图1-1 O形、X形密封圈滚子链

高端摩托车链条除了O形或X形密封圈滚子链以外,还有高强度链、高精度链、高疲劳链、高耐磨链、低噪声链等产品系列。

4.汽车用滚子链和套筒链

随着汽车发动机技术的发展,汽车发动机曲轴链轮的转速通常高达5000~8000r/min,有的甚至已超过10000r/min(平衡轴链),其传动功率也远大于ISO 10823:2004链传动功率曲线所限定的传动功率,同时,汽车链传动系统的检验与试验规范也不同于普通链传动。可见,汽车链传动已突破了常规意义下的链传动范畴。由于汽车链的高速、大载荷、低噪声、强磨损,以及速度与载荷的交变特性,从而使其啮合机制的研究、复杂约束边界条件下的刚柔体多轴传动系统的设计方法,及其产品设计技术、制造技术、失效模式及其分析等,构成了行业和学科的一个热点并成为重要的前沿研究领域。

汽车用精密短节距滚子链和套筒链主要用于汽车发动机正时链传动系统、机油泵、平衡轴和共轨泵驱动系统,是发动机的关键零部件,因而汽车用滚子链和套筒链须具备高强度、高精度、高耐磨、高疲劳性能。汽车用精密滚子链和套筒链在汽车正时链传动系统上应用得较多,故常称之为正时链。汽车用滚子链和套筒链多为单排或双排结构的链条,其链板形状一般是直边形。如图1-2所示为在汽车发动机上使用的精密正时滚子链传动系统。

图1-2 汽车发动机正时链传动系统

由于汽车用滚子链和套筒链不同于普通的工业链条,所以GB/T 1243—2006标准规定的短节距精密滚子链和套筒链的要求是不能完全适用汽车链条的。作为汽车主要传动件之一的链条却没有一个统一的标准,为规范市场、提升我国汽车链条产品的国际市场竞争能力,工业和信息化部2013年5月发布了JB/T 11636—2013《汽车用滚子链和套筒链》标准。JB/T 11636—2013标准部分参考了日本汽车行业标准JASO E 103—1983《汽车用滚子链和套筒链》,包含了目前我国汽车发动机凸轮轴以及驱动机构所用滚子链和套筒链的主要规格系列;标准规定了用于汽车发动机的精密滚子链和套筒链的结构型式、基本参数和尺寸、链长精度、预拉、最小抗拉强度和动载试验载荷,以及与这些链条相配的链轮的技术要求;标准规定了节距尺寸分别为6.35mm、7.0mm、8.0mm和9.525mm的共8种规格汽车用链条,其中有链号分别为25HF、04MF、05CF、06CF的4种汽车用套筒链,以及链号分别为05E、06BT、06BT-2、06BTH的4种汽车用滚子链。

鉴于用于汽车发动机等场合的链条不同于普通的工业链条,其不仅在高速、高温工况下服役,而且承受着怠速、加速、减速等交变速度的冲击,服役条件较苛刻,其传递的功率和工作转速大于常规滚子链和套筒链,因此对汽车链条的尺寸精度、耐磨性能、疲劳性能、可靠性等都提出了更高的要求。JB/T 11636—2013仅规定了8种链号规格的汽车链产品的要求,规格品种和技术参数要求远没有达到汽车生产厂家的需要,国内外链条制造商已设计开发了更多满足各个汽车生产厂家不同类型汽车需要的JB/T 11636—2013标准还未列入的汽车链条,这些汽车链条产品往往高于JB/T 11636—2013的要求,所以在开发汽车用滚子链和套筒链产品时既要遵循JB/T 11636—2013标准的最低要求,还应努力开发高于现行标准要求的产品,促进我国汽车链条产品标准及实物水平的共同提高。

新型腰鼓形滚子汽车链条和套筒定向装配并两端露头的汽车链条是高端汽车链条未来的发展趋势,也是其他类别的高速套筒滚子链未来的发展趋势。

高端汽车发动机正时滚子链(套筒链)的磨损性能通常为:运行寿命25万km(30万km),链长伸长率ε≤0.5%(0.8%)。

目前,国内企业不仅能研发和生产汽车用滚子链和套筒链,而且能研发和生产与之配合的链轮、导向板、张紧板、张紧器等,实现了汽车发动机高端链传动系统的整体配套。

5.大功率舰船发动机用大规格滚子链

大功率舰船发动机用B系列大规格滚子链,常用链号为32B、40B、48B、56B、64B、72B等,节距分别为50.80mm、63.50mm、76.20mm、88.90mm、101.60mm、114.30mm。

大功率舰船发动机用大规格滚子链的主要特点是重载、高耐磨、耐腐蚀,产品的设计、选材、制造工艺、检验试验方法、验收评价规范以及产品的失效形式和机理有别于其他大规格滚子链,特别是型式试验和航海试验更具有挑战性,从而给大功率舰船发动机用大规格滚子链的研发增加了难度。以往大功率舰船发动机用大规格滚子链主要是由国外进口,不仅价格昂贵,而且供货周期受制于人。当前,大功率舰船发动机用大规格滚子链的制造厂商主要是英国、日本、韩国的企业,同时,大功率舰船发动机用大规格滚子链的研制还要执行德国MAN的专利技术要求。

为了振兴我国的机械基础件制造业,实现核心零部件的国产化并替代进口,大功率舰船发动机用大规格滚子链已列入工业和信息化部“工业强基项目”,目前苏州环球科技股份有限公司、青岛征和工业股份有限公司正在研制当中。

6.舰船用超高速大口径万向输弹链

舰船用超高速大口径万向输弹链是一种用于海洋环境的高强度、高耐磨、耐腐蚀的特殊链条。

舰炮作为舰艇最基本、最常规的武器,其炮弹的输送质量,直接影响着它的连续作战能力。输弹链由三种链条组成,分别是用于直线段的SLC125型直线输送链、可在特定轨道上运行的DFC3095型曲线输送链以及DC6215型拨齿驱动链。

由于输弹链一直从法国、俄罗斯和乌克兰等国家进口,且价格昂贵,因此自主研发舰船用超高速大口径万向输弹链,对于打破国外公司的价格和技术垄断,提升我国海军的装备水平具有十分重要的意义。

7.油田链条(石油钻机传动滚子链)

油田链条也称石油钻机传动滚子链,俗称石油链,是专门用于石油钻机等油田设备的单排与多排的标准系列、重载系列滚子链条。尽管石油链的规格与尺寸已由传动用短节距精密滚子链标准所覆盖,但石油链大多用于高速与重载或要求高可靠性的场合,因此对链条的技术性能要求很高,需要链条在高速运转和冲击载荷、恶劣低温环境等条件下表现出足够的性能,而GB/T 1243—2006(等效采用ISO 606:2004)标准所规定的普通精密滚子链要求一般难以满足石油链恶劣使用工况,所以我国有专门特定要求的《油田链条和链轮》标准来指导、规范石油链产品的设计开发。石油链产品的互换性尺寸与A系列短节距滚子链或ANSI重载系列滚子链的尺寸相同,是节距尺寸为12.7~76.2mm的滚子链,多为多排链条,外链节通常采用销轴一端圆铆或四方铆合、另一端钢丝锁销止锁的结构型式,与石油滚子链相啮合的链轮齿形应遵循美国ASME B29.1标准规定的“三圆弧一直线”齿形。《油田链条和链轮》标准的一些要求远高于普通滚子链标准的要求,如同样结构尺寸的单排滚子链,石油链的最小动载强度要求比ISO 606:2004标准的要求提高了30%左右,链节压出力要求也高于JB/T 10970—2010中相同尺寸规格滚子链的压出力要求。

我国现行石油链产品标准是SY/T 5595—2013《油田链条和链轮》,SY/T 5595—2013标准是修改采用美国石油学会API SPEC 7F-2010《油田链条与链轮》(第8版,英文版)而起草制定的。这项标准适用于型号为40号至240号的单排与多排标准系列及重载系列油田链条(滚子链)的设计和检验,标准规定了40号至240号油田链条的型号表示方法、链条链长精度、抗拉强度、销轴和套筒压出力、型式试验、标志等,还包括滚子链传动装置安装、润滑和维护的方法、滚子链条的链轮。

8.高端齿形链(含圆销式齿形链、滚销式齿形链)

齿形链是由一系列的齿形链板和导板交替装配且用销轴或组合的铰接元件连接组成,相邻节距间为铰链节。外导式齿形链的导板跨骑在链轮两侧,如图1-3a、e所示;内导式齿形链的导板则是嵌在链轮齿廓上圆周导槽中,如图1-3b、c、d、f所示。链条的导板用以保证链条横向的稳定性。

齿形链传动是利用特定齿形的链板与链轮相啮合来实现的。齿形链传动分为外侧啮合(外接触)传动、内侧啮合(内接触)传动、内-外侧复合啮合(复合接触)传动和双面啮合(双面接触)传动等类型,双面啮合传动齿形链如图1-3f所示。齿形链链板孔与销轴组成的铰链形式一般有:圆销式(见图1-3a、b、f)、滚销式(见图1-3c、d)和轴瓦(衬瓦)式(见图1-3e)。根据需要,各种铰链形式的齿形链都可以装配成外导式、内导式或双内导式结构。一般应用情况下,齿形链为直板结构,不带过渡(弯板)链节,个别特定场合有如图1-3g所示的带过渡(弯板)链节齿形链的应用。

图1-3 各种结构型式的齿形链

齿形链传动有着噪声小、可靠性较高、运动精度较高等比较突出的特点,所以齿形链已成为一种应用广泛的重要基础零部件,特别是在高速、重载、低噪声、大中心距的工况下,其传动性能优于同步带传动、普通齿轮传动以及滚子链传动,齿形链传动已发展为汽车、机床、汽轮机、石油机械、军用机械等众多行业首选的传动型式之一,如机床主传动、发动机正时链传动以及重要的操纵机构等。另外,齿形链在高速运转时,往往还要求达到低噪声,所以齿形链在许多场合下还叫作静音链(或无声链)。

我国传动用齿形链的标准为GB/T 10855—2016和JB/T 10348—2013两项齿形链方面的技术标准:GB/T 10855—2016《齿形链和链轮》国家标准规定了普通外接触式短节距齿形链的基本互换性尺寸参数和技术要求,标准未涉及其他接触(啮合)形式的齿形链;JB/T 10348—2013《摩托车用齿形链条》机械行业标准规定了适用于摩托车发动机及机油泵等机构的传动用齿形链的公称尺寸参数和技术要求,共计有链号分别为CL04-5~CL04-13和CL04CF-5~CL04CF-13的各5种规格(链板组合形式分别为2×3、3×4、4×5、5×6、6×7)链条,摩托车用齿形链的传动啮合机制有外啮合和内-外复合啮合两种。

近年来,众多汽车变速器、分动箱以及汽轮机等装备中已越来越多地采用滚销式齿形链,滚销式齿形链也常称为Hy-Vo齿形链。

由于滚销式齿形链具有变节距功能,能显著减小链传动过程中的多边形效应,减小冲击和振动,高速重载下的传动效果显著,因而应用前景十分广阔。滚销式齿形链视不同的应用场合,有外啮合、内啮合及内-外复合啮合等不同的啮合机制。滚销式齿形链还未有相应的专业标准,国内各链条制造厂家是按照满足汽车主机厂家要求的本企业内部技术(工艺)规范和专利技术来设计制造滚销式齿形链的,在设计开发滚销式齿形链(Hy-Vo齿形链)方面还有许多技术壁垒。

齿形链的产品和规格繁多,应用领域十分广泛,“个性化”特征非常明显。高端齿形链的分类不包括由GB/T 10855—2017所规定的普通工业传动用齿形链。

高端齿形链按照销轴形状的不同主要分为两大类:圆销式齿形链、滚销式齿形链;按照性能指标的不同,可分为高性能的强化齿形链和普通齿形链;按照啮合方向的不同,可分为单面啮合齿形链和Hy-Vo齿形链、双面啮合齿形链和Hy-Vo齿形链;按照节距特性的不同,可分为短节距齿形链和Hy-Vo齿形链、双节距齿形链和Hy-Vo齿形链;按照传动相位的不同,可分为单相传动Hy-Vo齿形链、双相传动Hy-Vo齿形链、多相传动Hy-Vo齿形链;按照啮合机制的不同,可分为外啮合齿形链和Hy-Vo齿形链、内啮合齿形链和Hy-Vo齿形链、内-外复合啮合齿形链和Hy-Vo齿形链、内-外复合啮合+内啮合齿形链、有序排列的外啮合+内-外复合啮合齿形链和Hy-Vo齿形链;按照齿形链导板结构型式可分为外导式齿形链、内导式齿形链;按照齿形链导板形状可分为普通导板齿形链、蝴蝶状导板齿形链;按照齿形链的组装方式可分为不带板簧齿形链、带板簧齿形链;在Hy-Vo齿形链系列中,按照链板孔形状和销轴形状的不同又可分为圆形基准孔Hy-Vo齿形链、非圆形(心形、长腰形、菱形等)基准孔Hy-Vo齿形链。

对于齿形链链轮,按照链轮齿形的不同可分为渐开线齿形链轮、直线齿形链轮、圆弧齿形链轮等;按照传动型式的不同可分为单排链轮、双排链轮、多排链轮等;按照传动相位的不同可分为单相链轮、双相链轮、多相链轮等;按照齿顶圆弧型式的不同可分为非切顶链轮、切顶链轮;按照齿形链导板结构型式可分为外导式链轮、内导式链轮;按照链轮加工方式可分为滚切链轮、铣切链轮、插齿链轮、粉末冶金链轮等。

现将目前广泛应用的以及最新结构型式与啮合机制的几种高端齿形链和Hy-Vo齿形链主导产品介绍如下。

(1)内-外复合啮合圆销式齿形链

新型内-外复合啮合齿形链的结构型式如图1-4所示,其中f为链条边心距,p为链条节距。这种新型齿形链的内侧齿廓是由外凸的曲线所构成(在工程上,通常是综合曲率半径为r1的一段外凸圆弧),而普通的外啮合齿形链的内侧齿廓是由内凹的曲线或直线所构成。链条拉直时,新型齿形链链板1内侧外凸齿廓相对于链板2外侧直线齿廓的伸出量为δ,而对于外啮合齿形链,链板1内侧内凹齿廓位于链板2外侧直线齿廓内,并无伸出量。新型齿形链的结构型式决定了齿形链在与链轮轮齿啮入时,外凸的内侧齿廓首先实现与轮齿的接触啮合,而后随着啮入过程中相邻链节的相对转动,逐渐实现由内侧齿廓的接触啮合过渡到同一销轴上的相邻链节的链板的外侧齿廓接触啮合,从而实现了内-外复合啮合机制,而相邻链节相对转过2π/z之后,新型齿型链与外啮合齿形链在链轮轮齿上的定位状态是一致的,即以链板外侧直线齿廓与链轮轮齿接触定位。

图1-4 新型内-外复合啮合齿形链结构示意图

(2)外啮合+内-外复合啮合圆销式齿形链

外啮合+内-外复合啮合圆销式齿形链也是一种新型齿形链(见图1-5)。所谓外啮合+内-外复合啮合机制是指整挂齿形链是由若干节外啮合机制链节+若干节内-外复合啮机制链节+若干节外啮合机制链节+若干节内-外复合啮合机制链节+…最后首尾链节相接而成。上述各链节的串接是有序排列的,随着链条节距、链条长度、链轮齿数及链轮中心距不同,其外啮合、内-外复合啮合机制的链节数及其排列规律也要在一定范围内进行优化调整。应当指出,这种齿形链当中串接的内-外复合啮合机制链节的设计方法不同于所有链节均为内-外复合啮合机制齿形链,同时二者适用的齿形链规格也有所不同。

图1-5 外啮合+内-外复合啮合圆销式齿形链结构示意图

1—内-外复合啮合链节 2—外啮合链节

(3)外啮合Hy-Vo齿形链

由于Hy-Vo齿形链具有变节距功能,显著减小了链传动过程中的多边形效应,减小了冲击和振动,因而在高速、重载、大中心距的工况下,如石油钻机、冶金机械、化工机械、发电机组等常选用Hy-Vo齿形链作为传动装置,特别是近年来汽车变速器传动链、分动箱传动链更是广泛应用了Hy-Vo齿形链,其应用前景十分广阔。

外啮合Hy-Vo齿形链是第一代Hy-Vo齿形链,应用较为广泛。外啮合Hy-Vo齿形链是以链板外侧直线齿廓与链轮齿啮合接触并定位的齿形链,其结构型式如图1-6所示。

图1-6 外啮合Hy-Vo齿形链结构示意图

(4)内-外复合啮合+外啮合Hy-Vo齿形链及其变异机制

对于内-外复合啮合+外啮合Hy-Vo齿形链,由于链板孔形状和销轴截面形状的变异,可以派生出多种类型的Hy-Vo齿形链,下面介绍其中的4种链板孔形状的Hy-Vo齿形链。

1)圆形基准孔Hy-Vo齿形链。通常,圆形基准孔Hy-Vo齿形链大多是外啮合机制,如图1-6所示。但对于中小规格链号,圆形基准孔Hy-Vo齿形链也可以设计成内-外复合啮合+外啮合机制,如图1-7所示,并且可以通过优化调整其内-外复合啮合链节+外啮合链节的有序排列规律来满足不同主机的“个性化”需求。

图1-7 圆形基准孔Hy-Vo齿形链结构示意图

1—内-外复合啮合链节 2—外啮合链节

2)非圆形(长腰形)基准孔Hy-Vo齿形链。如图1-8所示,这种非圆形(长腰形)基准孔新型Hy-Vo齿形链兼有内-外复合啮合+外啮合两种啮合机制,并且可以通过优化调整其有序排列规律来满足不同主机的“个性化”需求。由于变节距和内-外复合啮合机制的双重效应,实现了这种新型Hy-Vo齿形链的准共轭传动,这种变异型Hy-Vo齿形链是一种高效率、低噪声、强耐磨的新型传动机械基础件。

图1-8 非圆(长腰形)基准孔Hy-Vo齿形链结构示意图

1—内-外复合啮合链节 2—外啮合链节

3)心形孔Hy-Vo齿形链。心形孔Hy-Vo齿形链的结构型式如图1-9所示,这种心形孔Hy-Vo齿形链也兼有内-外复合啮合+外啮合两种啮合机制,链板孔形状类似心形,组成异形销轴截面的各段圆弧均为外凸曲线,因而异形销轴与链板心形孔外侧曲线定位时,比圆形基准孔和长腰形基准孔更稳定,接触面积更大,有利于提高其耐磨性。同时,截面均为外凸曲线的异形销轴较圆形基准孔和长腰形基准孔的截面一侧为内凹曲线的异形销轴,更有利于保证异形销轴在制造加工时的精度。

图1-9 心形孔Hy-Vo齿形链结构示意图

1—内-外复合啮合链节 2—外啮合链节

应该指出,心形孔Hy-Vo齿形链可以设计成内-外复合啮合+外啮合机制,也可以设计成内-外复合啮合+内外共同啮合(或小伸出量的内-外复合啮合)机制。

4)菱形孔Hy-Vo齿形链。菱形孔Hy-Vo齿形链的链板孔类似菱形,其销轴截面类似等边三角形,而三角形的三个边是三段圆弧,其结构型式如图1-10所示。这种Hy-Vo齿形链也是兼有内-外复合啮合+外啮合两种啮合机制。组成异形销轴截面的各段圆弧均为外凸曲线,且异形销轴与链板孔的上下两侧圆弧同时接触定位,因而定位更稳定,接触面积更大,有利于提高其耐磨性。同时,均为外凸曲线的类似三角形的对称截面,不仅增大了异形销轴的刚度,而且有利于保证异形销轴在制造加工时的精度。

图1-10 菱形孔Hy-Vo齿形链结构示意图

1—内-外复合啮合链节 2—外啮合链节

应该说明,为了控制装配过程中工作链板之间的侧隙,降低传动中的噪声,通常,当齿形链和Hy-Vo齿形链的链板片数组合大于7×8时,可以在齿形链和Hy-Vo齿形链的工作链板之间加装一种张紧板簧(见图1-11)。在齿形链和Hy-Vo齿形链与链轮的啮合传动过程中,张紧板簧是不参与啮合的。当链条运行一段时间后,张紧板簧能够自动补偿由于磨损所产生的同一链节上各个链板之间的侧隙,保证链条正常稳定工作。

图1-11 加装张紧板簧的Hy-Vo齿形链

5)双相传动Hy-Vo齿形链。双相传动Hy-Vo齿形链系统如图1-12所示,该系统是由双挂Hy-Vo齿形链1、2和相位差分别为π/z的主、从动双相链轮所组成。为了保证双挂Hy-Vo齿形链与主、从动双相链轮啮合时不产生干涉,并寻求双相传动最小的多边形效应和中心距变动量,双相传动用Hy-Vo齿形链通常是由不同啮合机制(外啮合、内-外复合啮合、内啮合等)的链节有序排列串接而成的。

由于双相叠加原理,双相传动Hy-Vo齿形链系统可显著减小多边形效应,减小振动,降低噪声。同时,可显著提高传动系统的耐磨性能。

图1-12 双相传动Hy-Vo齿形链系统

对于同一节距的齿形链和Hy-Vo齿形链,由于传动形式、传动相位、啮合方向、啮合机制、导板形式、导板形状、板簧形式、组装方式、链板孔形状、销轴形状以及组成每个链节的链板数量的变异,齿形链和Hy-Vo齿形链可形成规格多元化并呈现“个性化”特征的产品系列。

9.堆高机专用板式链

板式链不像传动链那样以整链成环状循环运转,而是通过板式链两端的连接部件把链条安装在使用该链条的机械设备(装置)上,整条链条工作一般不呈环状,链条运动的方式一般是通过链轮(或槽轮)的来回移动。通常板式链是与连接环部件(包括连接销轴、锁紧螺母)、槽轮等配合使用的,而板式链是链板外缘面绕着槽轮来回运动(滑动)的,所以用销轴将板式链两端与连接环连接在一起时必须保证链条受载分布均匀。在安装槽轮时,应保证安装后槽轮能自由回转,并使板式链在整个宽度范围内在槽轮上得到支撑。为方便安装,推荐在设备上应用的整条板式链条为奇数链节,链条两端为内链板链节挂出与外连接环相连接。

堆高机专用板式链是由标准板式链派生出来的一种特殊用途的板式链,专门用于集装箱空箱堆高机(见图1-13)。集装箱空箱堆高机是叉车的一种特殊形式,主要用于集装箱的空箱堆垛和搬运。由于堆高机使用时堆垛和搬运重量大、最高堆垛要达到8个集装箱高度(提升高度约18.14~20.27m)、露天作业、每天工作时间在16h以上,因而堆高机专用板式链必须满足这种苛刻的长时间使用工况要求,所以堆高机专用板式链必须达到链板的高疲劳强度、销轴的高耐磨性、整链的高抗拉强度、整链的高可靠性等比标准板式链更高的技术要求。

图1-13 集装箱空箱堆高机及专用板式链

堆高机专用板式链还没有专门的技术标准,一般都是链条制造厂家按照各种堆高机不同使用工况等特定条件,参考GB/T 6074—2006等标准的相关规定而特殊设计开发的,所以,选用时应向链条制造商咨询这类链条的尺寸参数和性能指标。

堆高机专用板式链的基本结构尺寸设计可以参照GB/T 6074—2006标准,但设计和制造堆高机专用板式链时还应特别注意其技术指标须远远高于普通标准板式链的技术指标。通常,链板应选用比标准板式链更好的优质结构钢,链板外缘形状按宽腰设计,选择合适的热处理硬度及热处理后链板挤孔工艺,保证链板有高的疲劳强度;销轴也采用比标准板式链销轴材料性能更好的高级优质合金钢,销轴表面采用深层硬化层热处理工艺,提高表面硬度,增加耐磨性;链板和销轴尺寸根据链条失效模式,采用优化设计,确保链板、销轴等强度均匀受力;为最大限度地避免链条使用时外链板脱出销轴从而造成链条散架现象的发生,应采用销轴两端四方铆或圆铆等可靠性高的铆合方式;链条铆合后须施加较高预拉载荷进行预拉,预拉载荷有别于GB/T 6074—2006标准的规定,为链条最小抗拉强度的50%~60%,通过预拉使链条不规则框架得到很好的纠正,链条更加灵活,使链板的受力均匀,从而提高链条的疲劳性能。

10.高端输送链

高端输送链是链式输送机等输送机械的关键部件,是应用范围较广的链条,具有输送物品多样性、工作环境适应性、物品流向任意性、输送位置准确性、输送节拍可控性等特性,以及输送距离长、可承受重载和冲击等优点。输送的物料种类和形态多种多样,从食品、普通物品到具有腐蚀性的化学药品;物料形态有整体和散装,规则的和不规则的,体积从大的钢坯、汽车到块状的矿石、煤、颗粒状砂子、谷物再到粉末状物品;工作环境温度从零下几十摄氏度到零上几百摄氏度;工作环境包括潮湿环境、水中、多粉尘、有磨粒、有酸碱的化学腐蚀等环境。

输送链条的服役工况与传动链不同,输送链条必须同时具有传动和输送物料两种功能,链条由基本链节与附件链节组成。输送链条速度低、长度长,即一挂链条重量很大,要承受横向的载荷,通常需要在导轨支撑下运行,因而输送链条具有链条承载能力强、耐磨性能好、运转过程中链条与导轨的摩擦阻力小,用于特殊工况时具有耐冲击、耐冷、耐热、耐腐蚀等特点。带有附件是输送链条的重要特征。输送链条的基本链节结构几乎可以是任何链条,但应用最多的基本链节结构是套筒链和滚子链。自从汉斯·雷诺1880年发明滚子链以来,滚子链传动就被当作一种有效传递动力的传动方式,后来滚子链的原理被应用于输送链,同样使输送链有了钢制套筒和滚子链的诸多优点。为适应不同使用要求,输送链条基本链节的滚子与销轴有多种结构,滚子主要有3种结构(见图1-14),分别是大滚子——滚子外径大于链板高度,使用时滚子沿导轨滚动,适用于长距离输送,输送尺寸大、重量重的物料;小滚子——滚子外径小于链板高度,链条制造成本低,适用于重量较轻物料的短距离输送及垂直输送;带边滚子——滚子外径大于链板高度,且一侧带法兰边,适用于输送距离长和要求控制横向移动的场合。基本链节应用垂直输送钢制套筒链的也很多。销轴主要有实心销轴和空心销轴,空心销轴是为了要在销轴孔中穿入轴类零件,既是基本链节又是附件链节。

图1-14 输送链常用滚子型式

11.高端农机链

用于农业机械传动(驱动)或输送用途的链条,统称为农机链,其品种规格是多种多样的,如:拖拉机、旋耕机、播种机、收割机、打捆机、插秧机等农机上使用的驱动链条,各种谷物(水稻、玉米、小麦、大豆等)收割(收获)机、脱粒机、土豆收获机、甘蔗机、自走拾捡花生机等农机上用于输送或提升颗粒、果穗及茎秆等农业物料的链条。鉴于各种农机链的用途不同,对其性能要求就有着不同的侧重点。此外,农机链使用时还要受土壤磨损、冲击载荷、腐蚀(农药等)、风沙等多种恶劣工作条件的约束。总体来说,对农机链的要求是:较长的磨损寿命、较高的疲劳性能、良好的抗冲击性能、安装与维护方便、性价比高。所以应根据不同的使用条件确定出农用链传动的主要性能要求和各种失效形式,设计和选择出合适的农机链。

近年来,随着对农机链磨损寿命的要求越来越高,高端农机链销轴的表面强化处理也开始由碳氮共渗向渗金属方向转变,以满足主机厂的需求。

对于复杂的农业机械传动或输送用途的链条,有时会出现多轴传动甚至是10轴以上的传动,这种工况下,不仅要搞好总体布局和中心距设计,而且还要进行多轴传动系统的运动学和动力学的分析与计算。

随着农业现代化的不断推进和发展,新型农业机械与装备相继问世,而新型农业机械与装备采用了品种规格繁多的农机链产品,其服役条件发生了一些变化,对农机链产品的可靠性也提出了更高的要求,这就需要相应调整现有的产品设计、制造工艺和强化技术。

12.自动扶梯及自动人行道链条

自动扶梯及自动人行道设施(见图1-15)是一种特殊用途的链条输送机,越来越多地使用在现代大型公共建筑和设施中。自动扶梯与自动人行道的驱动装置基本形式有两种:链式驱动装置和齿式驱动装置。两种驱动装置都用到链条,所以链传动系统是自动扶梯及自动人行道设施中最重要的传动和牵引机构。

图1-15 自动扶梯及自动人行道

(1)自动扶梯梯级链

自动扶梯的牵引机构是自动扶梯梯级链(以下简称梯级链),梯级链是在滚子输送链基础上派生的,是专门根据自动扶梯的使用工况设计的。为分别适应“在零售部门、商场超市、大厦里运转的大部分标准自动扶梯”和“在地铁(高铁)、公交系统、机场等场合运转的重载型公共服务自动扶梯”的需要,现在市场上使用的梯级链主要有如图1-16所示的两大类链条。图1-16a所示的梯级链在市场上俗称为日系梯级链,图1-16b所示的梯级链在市场上俗称为欧系或美系梯级链。

由于梯级链必须与自动扶梯的梯级连接,所以链条主要结构参数除链条节距外还有梯级距是其基本结构特征。梯级链的主要组成零件为内/外链板、销轴、套筒和滚子。梯级链使用时需与梯级的主轮轮轴铰接在一起,每隔一个梯级距配置一个与梯级主轮轮轴铰接的附件链节,附件链节的具体结构一般有4种型式:①空心销轴梯级链(W型);②一侧带加长销轴的梯级链(D型);③部分内链节带梯级轴安装孔的梯级链(Y型);④带整体梯级长轴的梯级链(I型),这些链节的尺寸和技术要求可与主机厂商定。

图1-16 梯级链在自动扶梯上的应用

梯级链尚未有国际标准可循,我国JB/T 8545—2010《自动扶梯梯级链、附件和链轮》新版标准规定了自动扶梯用梯级链条的结构型式、基本参数和尺寸、抗拉强度和链长精度,以及与这些链条相配的附件和链轮的技术要求。新版标准规定了梯级距分别为400mm、405mm、406.4mm、407.2mm和410.4mm的25个链号规格的梯级链,这25个链号规格的梯级链涉及的链条节距尺寸有66.67mm、67.73mm、68.40mm、100mm、101.60mm、101.25mm、133.33mm、135mm、135.46mm、135.73mm、136.80mm(共11档尺寸),包含了现在市场上各种自动扶梯所配套的绝大多数梯级链产品,国内各大自动扶梯梯级链制造企业生产的许多链号规格的新品梯级链已被编入新版标准中。

梯级链是专门供在自动扶梯上使用的,均是两挂链条平行使用,所以要特别注意两挂梯级链间的同步性。

近年来,自动扶梯梯级链的生产已不仅仅限于JB/T 8545—2010标准规定的产品,各种带自润滑套筒的免维护梯级链、带油杯梯级链、磷化发黑梯级链、带密封结构(内外链板间装配密封件)的梯级链、带防转动块装置的梯级链、侧(外)置链轮中装配轴承的梯级链、套筒采用耐磨损聚合物(工程塑料)的长寿命梯级链等新型高性能、超重载或环保型自动扶梯梯级链不断得到开发,呈现出百花齐放的好景象,满足了各种自动扶梯产品开发的迫切需求。

(2)自动人行道梯级链

自动人行道梯级链是与自动扶梯梯级链类似的链条,在自动人行道设施上的作用基本与自动扶梯梯级链相同。自动人行道梯级链尚未有标准可循,可以参照JB/T 8545—2010标准进行设计开发,链条节距尺寸主要有131.33mm、133.33mm和134.5mm。

13.高强度模锻链

输送用易拆链主要用于悬挂输送机和地面输送机,其结构型式主要有两种:模锻式易拆链和冲压式易拆链,下面主要介绍模锻式易拆链。输送用模锻易拆链(又称模锻无铆链,或牵引可拆链,或日字形链,在很多场合通常简称为模锻链)是链式悬挂输送机中的主要传动件,而链式悬挂输送机和地面输送机是一种使用量大且使用面广的连续输送机械,几乎在所有工业领域都有应用,如汽车厂、摩托车厂、家电厂、家具厂等流水生产线。链条在悬挂输送机中的主要功能是运载悬挂物件并传递动力,可以自由选择输送线路,可使工件连续不停地运经高温烘道、有害气体区、涂装室、冷冻室等,完成人工难以操作的生产过程。由于模锻易拆链在链式悬挂输送机中的重要作用,所以其性能与质量好坏将直接关系到输送机的质量,进而影响到整条生产线的正常运转。

图1-17所示为输送用模锻易拆链及其应用。模锻易拆链主要由外链板、中链环和T形头销轴等零件装配而成,每种零件均为锻造制品。中链环要有较精确的尺寸,中链环与两个对称的外链板由一个T形头销轴来连接,装配时将两片外链板和销轴放到中链环的中部并旋转90°完成装配。滑架零件(通常也是模锻件)与模锻易拆链连接并安装在输送机的轨道上,滑架下方再连接吊具附件(如挂钩等),吊具上悬挂物件,通过链轮驱动模锻易拆链运转,带动滑架在轨道上运行,从而实现输送物件的功能。

模锻易拆链可分为英制和公制两种系列产品,已分别形成标准系列。在实际应用中模锻链常带有不同型式附件,以满足链式输送生产线不同输送功能的要求,而这些特殊附件尚未标准化,用户需要配用时,可与制造厂协商确定。

图1-17 输送用模锻易拆链及应用

我国GB/T 17482—1998标准等同采用国际标准ISO 6973—1986,给出的链条尺寸是英制系列的,其节距系列有2in、3in、4in、6in(1in=25.4mm)。除此之外,ASME B29.22M—2001、NFE 26-111—1985、BS 6849—1987所规定的节距系列及美国Webb公司和英国King公司产品的节距系列也都是英制系列,这种英制系列的模锻链已经占据了国际市场的主导地位。

ISO 6973—1986规定的模锻链的结构型式、基本参数如图1-18所示。由于外链板和中链环结构的不同,ASME B29.22M—2001规定了3种型式的模锻链,即普通型、X型和改进X型,其中改进X型与ISO 6973—1986规定的F型是一致的。但普通型中的468、658、698、998、9118在ISO 6973—1986中没有对应型号,而这些型号的链条实际应用也相当广泛,特别是698无论是出口还是内销,其应用量大面广。

ASME B29.22M—2001规定的模锻链都是由中碳钢模锻并经热处理后制成的,而国际上制造悬挂输送机及其模锻链最著名的美国Webb公司开发的高强度模锻链,则采用合金钢制作,其中X348、X458、X678这3种规格的链条极限拉伸载荷(抗拉强度)高出ISO和ASME规定值的60%以上。

图1-18 F型模锻链

14.高端不锈钢链条

通常,人们所说的传动链条、输送链条、曳引链条等均指的是全部零件采用碳钢材料(优质碳素结构钢、合金结构钢,且零件一般均进行热处理加工)制作的链条,俗称碳钢链条,而全部零件采用不锈钢材料制作的链条则称之为不锈钢链条。不锈钢链条也有传动链条、输送链条、曳引链条等种类,它们的结构、尺寸等互换性参数与同种类碳钢链条一致,但在链条强度性能、链长精度等指标上存在着差异。

不锈钢链条具有耐酸、耐碱、耐冷热、卫生、使用寿命长、能减少检修工时等优点,广泛用于食品、制药、化工、橡胶及轮胎、印刷机器、印染机械、缫丝设备、电子设备、环保设备、汽车喷腊清洗、热处理设备等各领域中一些有着特殊要求的机械传动及输送设备(流水生产线)中,还可用于高低温场合。

不锈钢链条一般选用06Cr19Ni10(对应的美国ASTM钢号为304)、06Cr17Ni12Mo2(对应的美国ASTM钢号为316)、022Cr17Ni12Mo2(对应的美国ASTM钢号为316L)等奥氏体型不锈钢,或12Cr13(对应的美国ASTM钢号为410)、20Cr13(对应的美国ASTM钢号为420)等马氏体型不锈钢材料制造,也有同一链条上不同零件分别采用奥氏体型钢、马氏体型钢制作的(如销轴采用20Cr13,而其他零件采用06Cr19Ni10);使用在重要场合的不锈钢链条还可以选用沉淀硬化型不锈钢材料制造。

采用奥氏体型不锈钢制造的链条,具备优异的耐蚀性能,适用酸、碱环境以及-20~400℃的高低温场合,相比较而言,316L不锈钢具有更好的抗磁性、严苛温度的适应性以及耐化学腐蚀性。通常这类不锈钢链条的零件采用经固溶处理及后续冷轧(冷拉)硬化的材料制造,链条的最小抗拉强度一般可以达到同规格尺寸碳钢链条最小抗拉强度的60%~75%,这一点在应用奥氏体型不锈钢链条时应予以特别注意。

采用马氏体型不锈钢制造的链条,不仅具有一定的耐蚀能力,零件通过热处理后还能具备与同等含碳量的碳钢相同的强度。

JB/T 10539—2005《不锈钢短节距滚子链和套筒链》标准规定了节距尺寸为6.35~50.8mm,共18种链号的单排、双排和三排不锈钢短节距滚子链、套筒链以及附件的结构型式、尺寸、长度测量、预拉载荷及最小抗拉强度等,该标准规定的不锈钢链条适合应用于轻工、化工、食品和卫生等行业。JB/T 10539—2005标准规定的不锈钢链条与链轮啮合相关的互换性结构尺寸参数与GB/T 1243—2006标准一致,但不锈钢链条最小抗拉强度指标值比GB/T 1243—2006标准中同尺寸规格的标准碳钢链条要求值要低一些,JB/T 10539—2005标准中规定的链条最小抗拉强度(Fu)指标要求是指“含铬量超过12%、含碳量小于0.12%”的奥氏体型不锈钢材质制作的链条的最小抗拉强度,各链号规格不锈钢链条的Fu约为碳钢链条的60%,如果不采用标准推荐的不锈钢材料制造,则应对链条的强度进行核算确定。JB/T 10539—2005标准对不锈钢链条链长精度的要求也比GB/T 1243—2006标准的要求略微放低了一些,JB/T 10539—2005规定不锈钢链条测量长度的公差带应为链条公称长度的,而GB/T 1243—2006则为,两类链条的带附件链条的链长精度要求存在着同样的差异。

15.冶金链(钢厂用链条)

使用在冶金行业生产设备上的各种链条,俗称为冶金链,这类链条多数是在钢铁企业中使用的,所以往往也称之为钢厂用链条。图1-19所示是一些冶金链及其使用场合的图片。

用于钢铁厂的链条主要是应用在以下场合的特种输送链条:①热轧线材生产线;②钢坯、钢锭连续铸造生产线;③钢坯加工输送线;④钢卷加工生产线;⑤钢管拔制生产线等。用于钢铁厂的大多数链条都是大规格产品,有滚子链、块式链、销轴链等多种结构型式,因为它们常用来运送很重的物体,因此钢厂用链条必须有很高的刚性以及低速平稳运行能力。高温、大的湿度,以及在生产线上大量的铁鳞、金属粉末而使磨损加速等诸多因素,给使用在钢铁厂生产线上的输送链造成了一种相当苛刻、恶劣的生产环境。在这种工况下如果使用一般普通链条,往往只会有很短的使用寿命,甚至链条一使用就马上损坏失效。

图1-19 部分冶金链及其使用场合

冶金(钢厂)的生产线及设备通常连续作业,装备复杂多样,设备体积大,一旦出现故障,会造成巨大的生产损失,因此对所使用的链条提出了高强度、低磨损、可靠性高等一系列特殊要求。所以,相对于普通输送用链条,钢厂用链条需专门设计开发,要根据使用现场的不同工况要求,对链条的材料、热处理进行选择,包括按照经济性原则对加工工艺进行选择,从而满足不同工况的个性化需求。必要时,链条零件应采用耐高温材料制造或涂抹耐高温油脂(耐高温油脂一般适用环境温度≤220℃的工况)。

耐高温钢材制造的链条经过热处理后,不会因所输送物体的高温而脆化。对于采用耐高温材料制造的链条,一般可根据使用时所处的不同高温环境采取不同的措施:①在200~350℃环境温度下运行的链条,除了零件尺寸要进行必要调整外(适当放大销轴和套筒、滚子和套筒的间隙),套筒零件应采用35CrMo优质合金钢、滚子采用20Cr优质合金钢制作,其他零件采用常规链条材料制造;②与加热状态钢材有接触、在200~450℃的环境温度下运行的链条,同样需适当放大销套、滚套间隙,各零件均选用35CrMo等耐高温合金材料制造;③对于在450~700℃环境温度下运行的链条,应选用耐热不锈钢材料制造。

16.水泥链及散物料输送链

水泥行业在国民经济发展中起着重要作用。水泥链是水泥工业用链的简称,是水泥生产线中输送原料粉、混合原料、水泥、水泥熟料、石灰石等物料的重要机械基础件,在水泥行业中有着十分巨大的市场需求。在输送水泥等物料时,采用链式输送与采用胶带传输相比较,链式输送耐油、耐热,输送中物料跳动小,对环境污染小,而且即使物料有棱角也不易造成设备损伤。

水泥工业作为一个特种行业,其应用的链条类型很多,按照制造方法的不同可分为圆环链、铸造链(湿法窑用链条)、锻造链(熟料输送)、套筒滚子链等。我国建材行业标准JC/T 459—2018《水泥工业用环链斗式提升机》中,规定了TZH型提升机使用的圆环链的型号及规格,其中圆环链的节距及链环圆钢直径尺寸与国家标准GB/T 12718—2009《矿用高强度圆环链》是有明显区别的,而且所有圆链环在热处理后均进行预拉伸处理,预拉伸载荷为该规格圆环链破断载荷的60%~65%。套筒滚子链是水泥行业中用量最大、应用最广的链条,广泛应用于斗式(垂直)提升机、鳞板输送机、链斗输送机和埋刮板输送机上。此类水泥链没有单独的国家标准,部分链条参照ISO 1977:2006(GB/T 8350—2008)、JB/T 5398—2005标准生产制造。例如,SDBF型链斗输送机系列的牵引链条选用ISO 1977:2006(GB/T 8350—2008)中的M160、M224、M315、M450等链条节距系列进行匹配;输送类似水泥物料等的倾角不大于45°的鳞板输送机,在标准(JB/T 7013—2008)中明确规定了选用的输送链应符合GB/T 8350—2008标准的下列型号:M224-S-200、M224-S-250、M315-S-200、M315-S-250、M315-S-315、M450-S-200、M450-S-250、M450-S-315、M630-S-250、M630-S-315、M900-S-250、M900-S-315;用于链斗输送机的S864(p=177.8mm)带K443型附件的套筒链符合JB/T 5398—2005标准。

水泥链及散物料输送链的主要失效形式是磨损,主要磨损机制是磨粒磨损,这就要求水泥链及散物料输送链的零件选材、热处理工艺、铰链副间隙设计等应满足上述工况。而对于服役于高温或低温工况下的水泥链及散物料输送链,同时还要注意高温蠕变特性和低温冷脆特性。

17.耐高温链和耐低温链

工作环境温度高于450℃的链条,通常称之为耐高温链。工作环境温度低于-30℃的链条,通常称之为耐低温链。耐高温链和耐低温链的工作模式可以一直处于高温区域或低温区域,也可以间歇式处于高温区域或低温区域。通常,中心距较大的输送链系统往往是间歇式工作在高温区域或低温区域,而同样是耐高温链或耐低温链,由于其工作模式不同,其服役条件、失效形式、产品设计方法、制造工艺以及选材也是不同的。

对于耐高温链,主要是考虑承受高温蠕变特性,对于耐低温链,主要是考虑承受低温冷脆特性。对于间歇式处于高温区域或低温区域(即处于交变温度工况下)工作的链条,它不仅要考虑承受高温蠕变特性或低温冷脆特性,而且还要考虑承受热疲劳特性,其产品设计、制造工艺、试验方法以及选材方面尤其需要注意。

冶金、水泥、航空、环保等行业经常会应用耐高温链和耐低温链。

18.航空链

航空链泛指在航空器上使用的链条,一般是指使用在飞机上的链条。目前,我国在一些飞机上使用的链条主要有:飞机上操纵系统等传动机构中使用的链条,一些中、小型运输机起落架装置中使用的链条等。航空链一般有以下两种结构型式:

1)精密滚子链,涉及节距尺寸为9.525~19.05mm单排或双排链条。这类航空用精密滚子链的尺寸参数与ISO 606标准规定的尺寸参数基本一致,通常大部分航空滚子链的内节内宽尺寸与ISO 606标准的尺寸相同,部分航空滚子链采部分航空滚子链的内节内宽尺寸与ISO 606标准的尺寸相同,部分航空滚子链采用内节内宽尺寸小于ISO 606标准尺寸的窄链节结构,除此之外,链条的其他尺寸参数与ISO 606标准一致。

2)衬瓦(轴瓦)式齿形链,涉及节距尺寸为9.525~12.7mm的齿形传动链。这类航空用齿形链的齿形、啮合形式、链板组合方式、链条宽度等通常是按照飞机制造商和使用方的要求设计确定的。图1-20所示为某飞机上使用的衬瓦(轴瓦)式内啮合(内接触)齿形链。图1-20a是链条实物的外观照片,图1-20b为该链条的链板、衬瓦、销轴三零件之间的铰接方式和链板异形孔的形状,这种链条通过在链板、销轴之间加装衬瓦零件,显著提高了链条的抗磨损性能。

图1-20 航空用衬瓦(轴瓦)式齿形链

鉴于航空链是飞机的重要传动零件,强度等综合性能和安全性能要求高,使用条件恶劣(飞机在高空飞行时,裸露在机舱外的链条常处于-40℃及以下的超低温环境中)、使用(或维护更换)寿命必须确保等特殊性,设计开发的航空链就需达到耐极寒、抗疲劳、高强度、高精度等特殊要求,做到万无一失。就航空用滚子链而言,可以参照ISO 606标准设计开发,但链条的综合性能指标要求应远高于ISO 606标准的规定,如抗拉强度、疲劳强度、链长精度等须远高于ISO 606标准的要求,并增加每批次链条进行耐磨试验、链条环境(寿命)试验等要求。同样,航空用齿形链也可以参照美国ASME B29.2M《齿形(无声)链和链轮》或德国DIN 8190《30°压力角滚动铰接式齿形链》这两项标准来设计开发,并全面满足飞机的使用条件。

航空链的开发和生产应制订验收规范,在制造过程中对所有零件和整链进行全部尺寸和技术要求内容的检验,全部链条需进行预拉(磨合),每批次的链条还应进行疲劳性能检测、耐磨试验和环境试验等。

航空链的环境试验通常由飞机制造商和使用方提出并实施,环境试验的主要要求一般包含这些方面的内容:链条在环境试验过程中不发生任何质量问题;链条使用达到规定的寿命后,外观检查无变形、无锈蚀现象,链条零件(滚子链的链板、销轴、滚子、套筒等零件,或齿形链的链板、导板、销轴等零件)以及与链条啮合传动的链轮等零件均无缺损。通过环境试验后,最终由制造商和使用方验收合格,链条厂家制造的航空链才可以使用在飞机上或用作飞机的维护备件。

19.CVT链(无级变速摆销链)

CVT是无级变速器的英文速写,CVT链(又称无级变速摆销链)指的是主要应用在CVT中的链条,如图1-21所示。使用了CVT链的变速器又称为链式CVT,适用于中、大转矩的汽车和拖拉机,目前使用链式CVT的汽车有奥迪、斯巴鲁等。链式CVT的传动效率高于金属带式CVT 3%~5%。图1-22所示是在某款轿车上应用的链式CVT。

图1-21 CVT链

图1-22 链式CVT(局部图)

CVT链是由几种不同的小当量节距链节相互串联而成的传动元件,CVT链同滚销式齿形链一样具有变节距功能,同时,在一根链条中有两种或多种节距的链板,能显著减小链传动过程中的多边形效应,减小冲击和振动,高速重载下的传动效果显著,因而应用前景十分广阔。CVT链还未有相应的国际、国家和行业等专业标准,目前国外有德国、日本的一些汽车变速器企业按自己的企业标准生产该链条,国内在设计开发生产CVT链方面还面临许多技术壁垒,目前国内某链条生产企业研发了一些规格的CVT链条,都是按照满足汽车主机厂家要求的本企业内部技术(工艺)规范和专利技术来设计制造的,所以用户应用CVT链传动系统时应向制造厂咨询。

SAE(美国机动车工程师学会)最早将汽车用无级变速器定义为Constantly Variable Transmission,意为“可不断变速的无级变速器”。20世纪50年代末,CVT逐步应用于轿车。20世纪80年代以后,特别是最近几年,不论是技术还是应用,CVT都得到了飞速发展,大有取代传统液力自动变速器和手动变速器之势。

20.高端链轮

高端链轮产业近年来也有了新的发展,硬齿面粉末冶金链轮、交错齿链轮、高精度链轮、低噪声包胶链轮的应用领域不断扩大,链轮齿形,特别是齿形链链轮齿形,由于啮合机制的变革,产生了一系列新齿形,大负变位链轮的齿形设计方法与检验方法也正在研究与完善,与之相适应的新型齿形链链轮滚刀的研发工作也已全面展开。

对于滚子链链轮,除了ISO齿形、三圆弧一直线齿形、渐开线齿形外,又出现了许多新的齿形,同时,制造精度也在不断提高,加工方式也在不断创新。

对于齿形链链轮,按照链轮齿形的不同可分为渐开线齿形(常规压力角、特殊压力角)、直线齿形、圆弧齿形等。按照传动型式的不同可分为单排链轮、双排链轮、多排链轮等;按照传动相位的不同可分为单相链轮、双相链轮、多相链轮等;按照齿顶圆弧型式的不同可分为非切顶链轮、切顶链轮;按照齿形链导板结构型式可分为外导式链轮、内导式链轮;按照链轮加工方式可分为滚切链轮、铣切链轮、插齿链轮、精密冲裁链轮、精密锻造链轮、粉末冶金链轮等,由此也出现了一系列高端链轮新产品,满足了日益增长的“个性化”需求。

21.高端链式输送机系统

(1)链式悬挂输送机

链式悬挂输送机是一种使用量大,使用面广的连续输送机械,几乎在所有工业领域都有应用,如汽车厂、摩托车厂、家电厂、家具厂等的流水生产线。链条在悬挂输送机中的主要功能是运载悬挂物件并传递动力,可以自由选择输送线路和工位,特别是可使工件连续不停地运经高温烘道、有害气体区、涂装室、冷冻室等区域,完成人工难以操作的某些生产过程。而多工位、多功能、智能化的积放式链式悬挂输送机更是得到了广泛的应用。

(2)埋刮板输送机

埋刮板输送机是由刮板输送机发展起来的具有挠性牵引构件的连续输送机,是一种可以水平、垂直或倾斜布置的传统输送设备,多用于输送粉尘、颗粒和粉块状物料,可完成水平输送和倾斜输送工作。刮板输送机的使用范围广泛,在冶金、建材、电厂、粮食、矿山、港口、机械、化工、水泥等领域都有应用。供埋刮板输送机使用的输送链有多种结构型式,可以是叉型链、滚子输送链或其他结构型式的链条。

(3)平顶链输送机

平顶链输送机常用来输送玻璃瓶、金属易拉罐、各种塑料容器、包裹,也可以输送自助餐饮食品与机器零件。输送用平顶链有直行平顶链和侧弯平顶链,因较多平顶链使用时要与食品、药物或液态物质接触,所以平顶链链板材料用不锈钢制造的居多。随着工程塑料的发展,工程塑料平顶链也得到了快速发展。用于工程塑料平顶链的链板是注射成型的,所以链板的结构可以按需要采用较为复杂的形状,达到提高链条强度的目的。

此外,地面链式输送机、裙板(挡板)链式输送机、平板链式输送机、齿形链输送机、滚子链输送机、链条斗式提升机、滚子链翻斗输送机等高端链式输送机也在越来越多的行业中应用。

近年来,各种型式的多工位、多功能、智能化的高端链式生产输送线不断问世,提高了工作效率,减轻了劳动强度,推动了技术进步,受到了众多行业的欢迎。

应当指出,除上述列举的高端链条、链轮、链式输送机系统之外,其他链条产品系列中也有大量的高端链条产品,如:自行车链条中的高端赛车链、摩托车链条中的高耐磨链条、A(B)系列短节距滚子链的变异高端链条产品、高强度弯板滚子链、高精度倍速链、高端油锯链、垂直循环立体车库中的拨叉链、火炮自动机齿形链、污水处理链、核电站压缆链等高端链条产品,在此不再一一介绍。

1.1.2 高端链传动系统的主要特点

高端链传动系统的主要特点是:在系统的理论分析、啮合机理、变异机制、设计计算、产品开发、制造技术、试验规范、评价准则、失效分析、仿真技术、可靠性技术、微观分析、频谱分析等方面都跨越了常规的链传动技术,发生了根本性的变化,构成了学科和行业的热点问题与重要的前沿研究领域。

随着工业化、信息化、数字化、智能化的不断深入,链传动专业的技术也发展到了崭新的历史时期,创新、变异、升级已成为其主要特征。

对于许多高端链传动产品,近年来其直线疲劳性能指标已提升到1×107,并且注意了对链条的疲劳寿命分布规律的研究,如:威布尔分布、对数正态分布等。开展了滚子、套筒零件的大能量和小能量高速多次冲击疲劳破裂的微观分析研究。同时,还积极开展了对汽车链、摩托车链等产品的直线疲劳、回转疲劳、高周疲劳、低周疲劳的理论研究和试验研究。也开始关注加载频率、加载波形对链条疲劳强度和疲劳寿命的影响特性,对疲劳断裂过程中的裂纹萌生、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展、断裂失效的机理及其动态过程也进行了理论分析和试验研究,而断口的失效分析,对于检验和指导产品设计与制造工艺是至关重要的一环。

磨损机制及其失效机理的研究对于打造名牌链条产品是至关重要的,磨损历来是高端链条产品最敏感而又最易察觉到的技术指标之一。近年来,国内已经开始了滚子链、齿形链和Hy-Vo齿形链磨损失效机理的研究,微观分析了磨粒磨损、疲劳磨损、黏着磨损、微动磨损、腐蚀磨损等主要磨损机制,探讨了接触疲劳裂纹的生成、扩展与剥落的动态过程以及循环硬化与循环软化特性。研究了微动磨损与链节连接牢固度(压出力、松动扭矩)动态特性的相关性,探讨与分析了滚子链磨损可靠性抽样检验的理论与方法。随着市场对链条产品耐磨性能的要求不断提高(磨损伸长率由ε≤3%降低至ε≤2%,甚至ε≤1%),全面系统地研究滚子链、套筒链、齿形链等众多产品的磨损特性势在必行。作为一种技术发展趋势,开展高速、冲击、变速、变载、粉尘、腐蚀等严酷服役条件下的磨损机制及其失效机理的研究,并探寻提高耐磨性的重要途径将是一个具有实用价值的关键技术和创新工程。

当前,已有不少高端链条产品,如汽车发动机正时链、机油泵链、变速器Hy-Vo齿形链、摩托车发动机正时链等已相继引入了噪声评价指标,从而拉动了行业应对这一市场需求的技术策略的产生。应该指出,噪声的研究与测试不能仅限于链传动系统的瞬时噪声值,而是应该对链传动系统的瞬态信号或非稳态信号的噪声频谱进行实时分析,研究其噪声的频率-时间的动态特性,寻求产生噪声的根源和降低噪声的措施,从而在此基础上提出相关的评价标准和检验规范。目前,汽车发动机正时链传动系统的噪声频谱实时分析与研究工作已经取得了许多重要的研究成果。

对于链条产品的温度场特性,国内已开始由Hy-Vo齿形链、水泥链入手,利用非接触式红外测温系统,现场实时跟踪测量了齿形链、Hy-Vo齿形链、水泥链的温度场特性,并同步拍摄了相关照片,计算求出了齿形链、Hy-Vo齿形链、水泥链各零件的温度分布曲线,从而为齿形链、Hy-Vo齿形链、水泥链、冶金链、航空链等在较高温度场下和较低温度场下服役的高端链条产品的设计和制造提供了必不可少的重要依据。

高端链条零件的选材也呈现出了多元化趋势,早已突破了常用材料的范围,各种牌号的低碳合金钢、优质合金结构钢、渗氮钢、轴承钢、耐热不锈钢等已在行业内广泛使用,可以预测,未来将会有更多的新材料(包括纳米材料)在行业内推广应用。热处理方式及表面处理和强化技术也发生了很大变化,等温淬火、强韧化处理、渗铬、渗钒、铬钒共渗以及其他金属复合渗等技术已相继应用,这一多学科交叉的领域具有很大的发展空间,必将推动行业的技术水平跃上一个新的平台。

高端链条的制造与检验技术近年来也有新的发展,带油孔的套筒定向装配、套筒露头、销轴中心铆以及多功能自动装配等新技术已日趋成熟,销轴、套筒压出力的研究与测试已有重要进展,零件成形工艺有了新的突破,多颗落料链板周边光洁冲裁、中碳合金钢滚子的高精度冷挤、套筒和滚子零件新的卷制原理与技术、Hy-Vo齿形链的异形销轴和曳引用钢制焊接弯板链的异形套筒的成形技术等研究工作已经取得了重要成果,并已在行业内应用。链传动中心距测量仪、汽车正时链高速试验台系统、链传动回转疲劳试验机系统以及大功率大规格链条磨损试验台等检验与试验设备相继研发成功。

链条联轴器的产品系列也在不断扩大,市场需求的拉动力,使链条联轴器向小规格和特大规格的高端方向发展。随着工业化、信息化、数字化、市场化的不断深入,链式输送技术已成为链条企业向输送机主机行业延伸和跨越的纽带和重要推动力,多工位、多功能、智能化电石生产输送线的问世,展示了高端链传动系统在工业化和信息化进程中的不可替代的重要作用。

随着汽车、装甲车、水陆两用车、坦克等车辆工业和航空工业的不断发展,链传动专业技术研究已向发动机正时链传动系统设计和变速器系统设计等多学科交叉领域迈进。

1.1.3 高端链传动系统的重要技术平台

1.高端链传动产品系列型谱

含农机链、板式链、传动链、输送链、工程链、汽车链、摩托车链、航空链、齿形链、Hy-Vo齿形链、不锈钢链、自动扶梯链、CVT链、链轮、张紧器等。

应用主机、工况条件(功率、转速、润滑、温度、粉尘、腐蚀、有无张紧,主、从动链轮齿数,链轮齿形、中心距A)、预期寿命等。

链号、链条节距p、链节数Lp、有无连接链节或过渡链节、啮合机制、抗拉强度、疲劳性能、磨损性能等。

2.高端链传动产品金相图谱

链板、销轴、套筒、滚子、导板等零件金相图谱(含套筒链、滚子链、销轴链、板式链、齿形链、Hy-Vo齿形链、不锈钢链、CVT链等)。

3.高端链传动产品可靠性数据库

包括链长精度分布、静强度分布、疲劳寿命分布、磨损寿命分布以及噪声特性、压出力特性、耐冲击特性、耐蚀特性、耐高低温特性等。

4.高端链传动产品失效分析

案例分析、失效形式、失效机理、改进措施、升级计划等(包括失效图片、磨损形貌、断口微观分析、循环硬化与循环软化特性等)。

5.高端链传动产品的设计计算方法

包括功率曲线、选择计算、产品设计、疲劳寿命计算、磨损寿命计算等。

6.高端链传动产品仿真分析

啮合、运动学特性、接触动态响应仿真分析与试验验证等。

7.高端链传动产品国内外水平比对

包括设计技术、制造技术、检测与试验技术、技术发展趋势、产品主要技术性能指标、性价比、市场份额等的比对。

1.1.4 链传动的主要失效形式

高端链传动产品的主要失效形式是磨损失效、疲劳失效、冲击疲劳失效、断裂失效、塑性变形失效、胶合失效、散架失效等,有些工况下的失效是上述失效形式的组合。

1.疲劳断裂失效

对于链条产品,按失效周次可以分为高周疲劳和低周疲劳。材料在低于其屈服强度的循环应力作用下,经104~105次以上循环产生的失效称为高周疲劳;材料在接近或超过其屈服强度的应力作用下,低于104~105次循环产生的失效称为低周疲劳。但是应当指出,由于链条零件(主要是链板、销轴零件)的严重质量缺陷导致的链条早期断裂,是属于静强度问题,也是一种非正常失效。

高周疲劳与低周疲劳的主要区别在于塑性应变的程度不同。高周疲劳时,应力一般比较低,材料处于弹性范围,因此其应力与应变是成正比的。低周疲劳则不然,其应力一般都超过弹性极限,产生了比较大的塑性变形,所以应力与应变不成正比。对于低周疲劳,采用应变作参数时,可以得出较好的规律,因此,低周疲劳的主要参数是应变,低周疲劳也常称之为应变疲劳,与此相应,高周疲劳也常称为应力疲劳。对于链条产品,高周疲劳是最常见的,故简称疲劳,通常所说的疲劳一般指高周疲劳。

2.磨损失效

链条磨损性能评价参数一般不采用摩擦学领域常用的磨损量,而是采用对链传动工作可靠性产生直接影响的磨损伸长率ε。通过研究与分析试验数据得到:链条在正常磨损阶段的磨损伸长量与工作时间基本呈线性关系。试验链条磨损伸长率的计算公式为ε=[(L1-L0)/L0]×100%(L0为初始链长,L1为磨损后测得的链长)。

应该指出,磨损试验中隔一段时间所测得的两次链长数据有时是一致的,表现在磨损曲线上出现了几处“平台”,但这并不表明磨损过程不在进行,而是进一步证实了套筒、销轴零件疲劳裂纹形成、扩展与剥落的动态过程,即在相邻两次测量链长的磨损试验周期内,虽然疲劳裂纹也在形成与扩展,但并未剥落,因而两次测量的链长数据是相同的。以往行业内对这一现象往往解释为检测仪器不准确或检测方法不当,实际上,高端汽车链和其他高速链的这种特有的磨损特性,主要是在压力喷油润滑条件下,由于高速运转环境下销轴与套筒零件间易于形成的动压承载油膜显著地减轻了铰链副的磨损。这一“平台”特征对于中、低速滚子链是很少见的,主要是由于磨损机制和动压承载油膜的形成条件不同。这就进一步揭示了高速链疲劳磨损的动态特性,磨损剥落周期越大,其耐磨性能越高。同时,高速链的高速多冲、速度与载荷的交变特性对其磨损性能有着至关重要的影响。

3.冲击疲劳失效

滚子和套筒冲击疲劳失效:链条在啮入过程中,由于多边形效应而产生一个由啮入冲击引起的动载荷,而且随着链轮齿数的减少,啮入冲击增强。在滚子链传动过程中,啮入冲击首先由滚子承受,然后再传递给套筒、销轴和链板,这样,滚子和套筒就受到反复多次的冲击载荷,经过一定的循环次数后,就会发生小能量高周冲击疲劳破坏。由于冲击能量和速度的平方成正比,所以冲击疲劳失效在中、高速的闭式链传动中尤为常见。

根据滚子零件的宏观和微观断口分析,可见其疲劳裂纹源是起于内圆柱表面而且分布于内圆柱表面的端头处。这是滚子具有孔形结构引起内圆柱表面拉伸应力集中的结果,端头结构也会产生应力集中。所以滚子疲劳破坏的实质是轮齿冲击滚子外表面,相应地在内表面上产生的最大脉动拉伸应力超过滚子本身固有的疲劳强度而引起的。同时,根据滚子的断裂情况,明显包含了工艺性断裂及使役性断裂。

4.链条“散架”失效

滚子链的链节是由外链板与销轴、内链板与套筒通过过盈配合组成的牢固的矩形框架,过盈连接的牢固程度是保证链条性能的重要指标。因此,当连接牢固度衰减至一定程度后,将导致外链板向外移出销轴并断裂失效,这就是所谓的链条“散架”现象,链条就会丧失正常的工作能力。

试验表明,连接牢固度在很大程度上是随着链条持续工作时间的增加而不断降低的。由于内链节在传动啮合过程中直接承受冲击,因而其连接牢固度衰减较快。同时,连接牢固度还与链条铰链对链轮的冲击速度和冲击频率有关,冲击速度越大、冲击频率越高,配合处的连接失效越快。影响连接牢固度的因素很多,除了配合处的过盈量外,还有链板孔的表面粗糙度与椭圆度、链板硬度、销轴或套筒端部形状以及套筒与内链板的配合表面长度等。

5.塑性变形失效

塑性变形的定义是物质——包括流体及固体,在一定的条件下,在外力的作用下产生形变,当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。材料在外力作用下产生应力和应变(即变形),当应力未超过材料的弹性极限时,产生的变形在外力去除后全部消除,材料恢复原状,这种变形是可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限,则产生的变形在外力去除后不能全部恢复,而残留一部分变形,材料不能恢复到原来的形状,这种残留的变形是不可逆的塑性变形。链条在使用过程中,发生了塑性变形,改变了几何形状或尺寸,如滚子出现了接缝位置开口和较大的椭圆度,链板在链长方向发生了严重塑性变形,而不能修复再服役时,称塑性变形失效。

6.“死节”失效和“紧节”失效

链条的链节之间的侧隙过小或不均匀、齿形链链板与链轮非正常啮合且链板硬度偏低时,链板啮合面常被挤压变形,啮合面处的板厚增大,侧隙过小或无侧隙,以及高速传动中润滑不充分导致胶合,则容易产生链节的“死节”失效或“紧节”失效,链传动无法正常工作。

1.1.5 高端链传动产业的关键技术及展望

高端链传动产业应重点关注:构建具有前瞻性的行业技术发展规划,以企业为主体,走“产学研用”相结合和强强联合之路,实现多学科交叉、关键技术的联合攻关、核心技术的自主创新以及高层次复合人才的培养和使用等;运用技术创新手段,实施系统集成开发战略,不断地研发出具有我国自主知识产权的新产品、新技术、新材料、新理论、新方法,形成高端链传动产业的核心竞争力,实现学科与行业、学术与技术、经济效益与社会效益的共赢。

1)行业内应重点建设好杭州东华链条集团有限公司、青岛征和工业股份有限公司、苏州环球科技股份有限公司等国家级企业技术中心以及一批具有较高技术水平的以企业为主体的省级技术中心或研发中心,同时,通过产学研用的紧密合作和行业资源的强强联合与充分整合,打造高端链传动系统公共技术平台,建立高端链传动系统核心共性技术研发体系和共性技术支撑体系。

2)培养一批知识结构、专业结构、学历结构、年龄结构合理,热爱行业、热爱企业的中青年工程技术人员队伍、研发人员队伍,提高团队的科学素养和技术素质,重点骨干企业及其技术中心或研发中心应培养和造就本企业的技术领军人物和高、精、尖的专家型研发人员以及“工匠型”技术工人队伍,从而为高端链传动系统自主创新奠定坚实的人才基础。

3)行业应进一步推广应用基于系统开发和并行技术的高端链传动产品现代设计方法、齿形链和Hy-Vo齿形链及CVT链的啮合机理和传动机理分析、CAD/CAM技术、计算机仿真技术、变异技术、失效分析技术,建立链传动产品设计可靠性的数据库,从而提高科技对我国高端链传动系统发展的贡献率。

4)应基于国际和国内两大市场的需求,以主机配套、维修、出口协调均衡的多元化途径,以系统开发的模式,适时调整和发展我国的高端链传动系统,要注意前瞻性、规划性,同时,要注意风险预测和评估。在保持量大面广的常规链条系列化的基础上,应根据市场需求向系列两端进一步延伸,研发节距更小或节距更大的“微型链”或“巨型链”高端派生产品,同时,自主研发出众多高速度、高强度、高精度、高疲劳、高耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐低温、低噪声、耐剧烈冲击的高端链传动系统及其精品系列,以满足众多主机不同的“个性化”需求,同时,有效地增加产品的技术附加值。

5)研究适用于冶金、水泥、农机、石油化工、船舶等行业的高温、强腐蚀、强磨损链条的服役条件及其失效机理,研制能够模拟严酷服役条件的科学、实用的专用试验设备或试验装置,研究与分析不同工况下润滑油及其他各种介质的属性及其对链条产品主要性能和可靠寿命的影响规律,提出适用于高温、强腐蚀、强磨损链条的新材料、新工艺和新技术,形成具有自主知识产权和核心竞争力的我国高端特种链条的品牌系列。

6)研究汽车、摩托车发动机、变速器、分动箱、高速列车制动器、航空器等链条产品系列的啮合机理及其失效形式,研制高速多轴正时链传动系统和变速器、分动箱链传动系统的模拟试验台,实时分析具有复杂约束边界条件下的高速多轴正时链传动系统的噪声频谱和温度场特性,试验研究和仿真分析系统的接触动态响应,研究与系统关联的导向板、张紧板、张紧器的设计计算方法,提出具有自主知识产权的我国汽车链、航空链以及其他高速链传动系统的设计方法、试验规范和评价准则,显著降低我国链传动行业对国外技术的依存度,争取尽快使我国汽车链系统的研发水平、制造技术和产品质量达到国际先进水平。

7)研究基于多元变异的新型齿形链和新型Hy-Vo齿形链啮合设计理论与方法,提出具有我国自主知识产权的面向齿形链和Hy-Vo齿形链产品创新的新理论和新方法,构建新型齿形链和新型Hy-Vo齿形链—链轮—刀具系统的设计体系,建立新型齿形链和新型Hy-Vo齿形链的系列型谱,推进产品升级换代。目前,吉林大学承担的“齿形链变异机理及其关键设计技术”的国家自然科学基金项目正在进行当中。

8)研究链轮新齿形,重点研究多粉尘、剧烈冲击、重载工况下的套筒滚子链链轮新齿形、齿形链和Hy-Vo齿形链链轮新齿形,粉末冶金链轮新齿形、多相传动用交错齿链轮新齿形,从啮合机理入手,研究具有大负变位的渐开线齿形和其他新齿形,研究基于不同模数、不同压力角的啮合设计及其参数变换原理,研究加工特殊齿形的滚子链链轮的滚刀、插齿刀和加工大负变位渐开线齿形的齿形链链轮以及Hy-Vo齿形链链轮的滚刀、插齿刀的设计方法和检验方法。

9)采取国内外、行业内外联合与协作的方式,研制新一代的制链成套设备和试验设备,重点研制具有预弯功能的新型套筒、滚子卷管机、套筒自动定向装配机、新型腰鼓形滚子多工位高精度冷挤机、新型链板多工位高速精密冲裁模具、新型高速精密销轴切断机,研制智能化的具有自动组装(含多点正时链板有序装配)、挤孔、铆头、影像识别缺件检验、预拉磨合、拆节和“环接”以及中心距在线检测等复合功能的链条自动装配生产线,研发Hy-Vo齿形链异形销轴的加工设备与技术,研制Hy-Vo齿形链的组装设备,研发链条零件硬度的自动检测技术,研制链条销轴的金属复合渗的设备与“个性化”技术,研制CVT无级变速器链自动装配设备及焊接技术,研制高速大载荷回转疲劳试验机等,真正实现高效的具有智能化特征的新生产模式。

10)研发新一代智能化链式输送机、倍速输送机和高性能斗式提升机以及高温、低温、腐蚀、粉尘等严酷服役条件下的新型链式输送机,满足主机厂的迫切需求,进一步打造和强化集主机机构、辅助装置、自动控制以及输送与传动链条为一体的链式输送机的研发和生产模式。

11)转型升级发展时期,链传动行业不仅要在高端链条的大类、系列、品种、规格上进一步丰富和发展,覆盖面要更加宽泛,要涉及国计民生的方方面面,而且要有序地向关联领域延伸和发展,如杭州东华链条集团有限公司成功开发了汽车发动机正时链传动系统的张紧器,并为一汽轿车配套;浙江嵘润机械有限公司适时研发了智能化电石生产输送线,并成功为中石化企业配套,取得了显著的技术经济效益。同时,高端链传动产业的设计技术、制造技术、检验技术和失效分析技术也得到了快速发展。我国的链传动行业正在由世界链条制造大国向世界链条制造强国迈进。

高端链传动产业的发展历程表明,作为传统产业的链传动行业同样也有其高端产品和前沿研究领域。可以相信,在“中国制造2025”规划的引领下,在“工业强基”和“加强核心基础零部件发展”的国家战略指引下,通过行业的共同努力,探索并建立“产学研用”一体化的技术研发新模式,有序实现数字化、信息化、智能化的同步发展,不断创新,不断进取,高端链传动产业的发展空间会越来越广阔,发展前景会越来越美好。