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一次搞懂鏈齒輪功能規格和計算公式

經過前幾篇的加工影片以及簡單的鏈齒輪介紹,這篇將有帶大家了解鏈齒輪功能規格和計算公式。鏈齒輪又稱可以稱作鏈輪,在我們生活中,大大小小的物件,只要有傳動的部分多少都有使用,且設計已相當純熟。

功能規格的重要性

延伸上一篇提到,「如何確定鏈輪規格」,會從類型、型號、規格、強度來切入,還可在細分至使用位置、齒數、材料、孔徑、精度等因素,類型基本上就是以使用位置所決定,而鏈輪的使用位置取決於鏈條的選擇,可搭配使用的鏈條分為三種,第一種為起重鏈,顧名思義即是用於起重機,曳引及吊掛所使用;第二種則為運送鏈,用於搬運物料,如穀物、煤礦等;最後一種則是功率傳送鏈,功率傳達鏈所傳達的速率較以上兩類鏈條為高,而且兩軸間的速比也較精確。

市面最常見的鏈條為滾子鏈輪,它型號標示為RS XXX,RS為滾子鏈輪被廣泛使用的說法,已成為業界標準代號,而後面的XXX則為數字,代表鏈輪節距,分別會是25、35、41、40、50、60、80、100、120、140、160、180、200及240,此屬美國國家標準協會(American National Standards Institute,ANSI)訂定,對應尺寸可以參考下表1,其中還有分A、B、C三種類型(如下圖1),A型為常見一般鏈輪,B型則為單側輪轂凸起,C型則為雙邊凸起。確認好用途後,選擇鏈輪類型與規格,爾後才是選擇齒數、孔洞大小、鏈條單排或多排、是否開孔或開槽,另外,鏈輪使用年限有關乎其強度,而強度的部分,則視材料和完工後的熱處理所影響。

表1、標準尺寸對照表
圖1、常見齒輪型式

滾子鏈輪的功能差異

一般會選用滾子鏈條傳動的狀況,兩軸軸距需要拉長,避免滑移的問題造成轉速比不一致,因此透過能傳遞較大的動力,鏈條與鏈輪之接觸張力會較小,軸承不易損壞,效率較高。滾子鏈(如下圖1)是由鏈片、襯套、滾子及銷所組合而成滾子及銷所組合而成。由於滾子能自由轉動,因此可使鏈條與鏈輪之間的摩擦減到最小,提高傳動的效率(最高可達97%)。

鏈輪要跟滾子鏈節距相互配合下才能使用,尺寸不對則無法合用,鏈條傳動中,節距愈大,鏈條的尺寸、重量和承載能力就愈大,但是鏈節距愈大,產生的衝擊、振動和噪音也將愈大;小齒數對鏈傳動的平穩性和使用壽命有較大的影響,小鏈輪通常為17齒以上,大鏈輪盡量少於120齒。齒數過少,節距過大進而間隙大,容易產生振動及噪音,過多則容易脫離鏈輪,鏈輪齒數最好選質數或不能整除鏈節數,鏈輪才會均勻磨耗,而不會過度集中磨耗造成損壞;傳動比過大,則鏈包在小鏈輪上的接觸角過小,咬合的齒數太少,這將加速輪齒的磨損,容易出現跳齒,破壞正常咬合。

還需要考量齒輪的動力輸出來源的特性,是屬於哪種設備,例如驅動時為平順的(離心幫浦、鏈條輸送機等),些許衝擊的(一般的工作機械、空壓機),大衝擊的(沖床、鑽井機、振動機械),這會影響驅動源的帶動之功率大小,愈是衝擊大,其需要輸出一樣的動力時,則會發現驅動源將輸出更大的功率。

前面提到許多與振動噪音相關之狀況,提供參考調整設計,來降低振動噪音的問題。

  1. 增加拉緊輪,提高鏈條之張力,降低振動的可能,通常拉緊輪會放置於鏈條傳動離開小鏈輪之位置。
  2. 鏈條之自然擺動可能會引發共振,可以調整鏈輪轉速降低共振的可能。
  3. 增加鏈輪的齒數,轉速過大時可以使用節距較小之鏈條。
  4. 變更軸與軸之間的距離,可以改變鏈條的張力,減少鏈條擺動。
  5. 確實做到保養潤滑,不但可以減少磨損,還能保持一定的傳動效率。

規格的計算公式

鏈輪已經屬於標準品,知道自身設計的需求後,就能直接翻閱適用的國家標準資料或廠家型錄選定適用之產品,需要了解鏈齒輪的基本尺寸,方便在選定上更順手,下圖為齒輪的基本圖,假設鏈條節距P,齒數T,可利用下式求出齒輪的尺寸。

轉速比,因為是利用鏈條與鏈齒輪連結同動進而傳遞動力,特性不產生滑動,所以主動輪與從動輪之切線速度會一致,因此照前述的特性,假設主動輪直徑,從動輪直徑,主動輪轉速,從動輪轉速,主動輪齒數,從動輪齒數,主動輪切線速度,從動輪切線速度,鏈條節距P,會滿足下式:

鏈輪尺寸以及轉速都確定後,可以使用軸心距離求出所需的鏈條長度,假設軸心距離,其計算公式如下。

協力鏈齒輪的ODM技術

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