杜海彬 张长军 张华瑾 马俊 怀玉兰

摘要：链传动在农业机械、食品机械、自行车等机械设备中均有应用，利用Excel为链传动设计开发出了相应设计计算文件，这大大简化了设计计算过程，提高了设计计算效率、可靠性、实用性。

Abstract： Based on the application of Excel in chain drive design， chain transmission has been applied in agricultural machinery， food machinery， bicycle and other mechanical equipment. The design and calculation documents are developed for chain transmission design by Excel， which greatly simplifies the design and calculation process and improves the efficiency， reliability and practicability of design calculation.

关键词：链传动;Excel;设计计算

Key words： chain drivee;Excel;design calculation

中图分类号：TH122                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）16-0209-03

0  引言

链传动应用广泛，在农业机械、食品机械、等机械设备中均有应用，为保证所设计的链传动安全、可靠的达到预期功能，有必要对链传动进行设计计算。为了提高链传动的设计计算效率，在理清设计计算变量之间关系的前提下，利用Excel开发出了相应设计计算技术文件，可大大提高设计计算效率。

1  链传动设计计算过程分析[1]

链传动在很多机械上都有应用，要想设计计算链传动，首先应明确这些条件：小链轮传动功率P、转速n1、传动比i（或输出轮转速n2）、传动用途，载荷性质、几班制工作等情况，即可对链传动进行设计计算。一般设计步骤如下：

1.1 确定带轮齿数z1、z2

①小链轮的齿数z1推荐范围计算公式如公式（1）所示，需要注意：一般链轮齿数不小于17。这里i属于自变量，z1属于因变量。

（1）

②大链轮的齿数z2可按计算公式（2）进行计算。一般最大齿数不超过120。这里i、z1属于自变量，z2属于因变量。

  （2）

1.2 确定设计功率Pc

为能更好的接近实际工作情况使计算更准确，引入若干修正系数对传递功率P进行修正。设计功率Pc可按式（3）进行计算，但其值不可超过额定功率P0。其中KA表示工况系数;Kz表示小链轮齿数系数;KL表示链长系数;Km表示多排链排数系数。其中KA、Kz、KL、Km属于自变量，Pc属于因变量。

（3）

①根据“滚子链额定功率曲线”图，可选择链号;根据“滚子链的基本参数和尺寸”表，可确定链的节距p。

②估算中心距a0，可按公式（4）进行计算，其中p表示自变量，a0属于因变量。

（4）

③计算链节数Lp可根据公式（5）进行计算，然后圆整成偶数。其中a0、p、z1、z2均属于自变量，Lp属于因变量。

（5）

④计算理论中心距a，可根据公式（6）进行计算，其中Lp、p、z1、z2均属于自变量，a属于因变量。

（6）

⑤确定实际中心距a'，可按公式（7）进行计算，一般Δa=（0.002～0.004a）。其中a、Δa为自变量，a'为因变量。

（7）

⑥计算链速v，可按公式（8）进行计算，其中z1均属于自变量，v属于因变量。

（8）

⑦根据p、v结合“润滑方式的选用”图，选择合适的润滑方式。

⑧链轮的尺寸计算。

分度圆直径d，可按公式（9）进行计算，其中z、p均属于自变量，d属于因变量。

（9）

齿顶圆直径da，可按公式（10）进行计算，其中z、p均属于自变量，da属于因变量。

（10）

齿根圆直径df，可按公式（11）进行计算，其中d、滚子直径dr均属于自变量，df属于因变量。

（11）

齿侧凸圆最大直径dg，可按公式（12）进行计算，其中z、p均属于自变量，dg属于因变量。

（12）

2  链传动流程图

根据对链传动设计计算分析，已提炼出每个计算公式中的自变量和因变量，为能更好的、宏观的认识整个设计过程，现以流程图的形式进行展现，如图1所示。掌握流程图，可以轻松调整设计计算中的参数，使得整个设计计算更加快速合理。

3  Excel在鏈传动设计中的应用[2][3]

①新建Excel工作表并将文档命名为“链传动设计技术文件”。然后将页面布局设置成A4。设置第一行表格并填充颜色后输入“链传动设计”;在A2至A6单元格中分别输入：“已知条件：”“传动功率P=”“输入轮转速n1=”“传动比i=”“（或输出轮转速n2=）”，在相应的B3至B6中填充成蓝色代表已知量，在相应的C3、C4、C6中输入单位。

②将A7至C7合并，在其中输入“1、确定带轮齿数z1、z2”;将A8、B8合并，在其中输入“1）小链轮的齿数z1”;在A9中输入“z1=”;将B9填充成紫色（以后紫色就代表因变量），在其中输入计算公式“=29-2*B5”;将C9至E9合并，将其填充成绿色，在其中输入判断函数“=IF（B9<17，"齿数太少，请重新计算"，IF（B9<=120，"在选择范围，可以用"，IF（B9>120，"齿数太多，请重新计算"）））”，以作提示，降低出错概率;将A10、B10合并，在其中输入“2）大链轮的齿数z2”。

③在A11中输入“z2=”;在B11填充紫色后，输入“=B5*B9”;将C11至E11合并后，填充为绿色，并输入“=IF（B11<17，"齿数太少，请重新计算"，IF（B11<=120，"在选择范围，可以用"，IF（B11>120，"齿数太多，请重新计算"）））”，以作提示，降低出错概率。

④将A12、B12合并后输入“2、确定设计功率Pc”;将A13、B13合并后输入“工况系数KA=”，之后采用右键的方式“插入批注”;将C13填充成黄色，以后黄色就代表自变量;将A14、B14合并后输入“小链轮齿数系数Kz=”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考13）），将C14填充成黄色;将A15、B15合并，在其中输入“链长系数KL=”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考13）），将C15填充成黄色。

⑤将A16、B16合并，在其中输入“多排链排数系数Km=”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考13）），将C16填充成黄色;将A17、B17合并，在其中输入“额定功率P0=”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考13）），将C17填充成黄色。

⑥将A18、B18合并，在其中输入“设计功率Pc=”;将C18填充成紫色，在其中输入计算公式“=C13*B3/（C14*C15*C16）”;在D18中输入“KW”;将E18至I18合并后填充成绿色，之后输入判断函数“=IF（C18<=C17，"功率满足要求"，IF（C18>C17，"超过了额定功率，请重新计算"））”;将A19、B19合并，在其中输入“3、确定链的节距p”。

⑦将A20、B20合并，在其中输入“滚子链额定功率曲线”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考13））;将C20、D20合并，在其中输入“确定链的型号：”;选中E20，点击“数据”→“数据验证”→“设置”在允许里找“序列”，在来源里输入“06B，08B，10A，12A，16A，20A，24A，28A，32A，40A”，这里需要注意，其中输入的逗号是英文状态下的逗号，这样就创建好了下拉菜单。

⑧将A21、B21合并，在其中输入“滚子链的基本参数和尺寸”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考？輥？輱？訛）。

⑨在B22中输入“节距p=”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考13））;将C22填充成黄色;将D22至H22合并，将其填充成绿色，在其中输入判断函数“=IF（C22<8，"不在选择范围，请重新选择"，IF（C22<=50.8，"在选择范围，可以用"，IF（B11>50.8，"不在选择范围，请重新选择"）））”。

⑩将A23、B23合并，在其中输入“4、估算中心距a0”;在B24中输入“a0=”;在C24中输入计算公式“=40*C22”，将其填充成紫色;在D24中输入“mm”;将A25、B25合并，在其中输入“5、计算链节数Lp”;在B26中输入“Lp=”;在C26中输入计算公式“=2*C24/C22+（B9+B11）/2+C22*（（B11-B9）/（2*PI（）））^2/C24”，将其填充成紫色。

？輥？輯？訛将A27、B27合并，在其中输入“取偶数Lp=”;将C27填充成黄色;将A28、B28合并，在其中输入“6、计算理论中心距a”;在B29中输入“a=”;在C29中输入计算公式“=（（C27-（B9+B11）/2）+POWER（（POWER（（C27-（B9+B11）/2），2）-8*POWER（（B11-B9）/（2*PI（）），2）），0.5））*C22/4”，将其填充成紫色;在D29中输入“mm”;

？輥？輰？訛将A30、B30合并，在其中输入“7、确定实际中心距a’”;在B31中输入“Δa=”;在C31中输入计算公式“=0.002*C29”，將其填充成紫色;在D31中输入“～”;在E31中输入计算公式“=0.004*C29”，将其填充成紫色;在F31中输入“mm”;将A32、B32合并，在其中输入“取Δa=”;将C32填充成黄色;在D32中输入“mm”;在B33中输入“a’=”;在C33中输入计算公式“=C29-C32”;在D33中输入“mm”。

？輥？輱？訛在A34中输入“8、计算链速v”;在B35中输入“v=”;将C35填充成紫色，并在其中输入计算公式“=B9*B4*C22/60000”;在D35中输入单位“m/s”;将E35至H35合并，将其填充成绿色，在其中输入判断函数“=IF（C35<0.6，"链速太低，请重新计算"，IF（C35>0.6，"链速合适"））”。

？輥？輲？訛将A36、B36合并后输入“9、润滑方式的选用”;在A37中输入“润滑方式为”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考13））;将B37、C37合并，将其填充成黄色，点击“数据”→“数据验证”→“设置”在允许里找“序列”，在来源里输入“Ⅰ油刷或油壶润滑，Ⅱ滴油润滑，Ⅲ油浴或飞溅润滑，Ⅳ喷油润滑”，这里需要注意，其中输入的逗号是英文状态下的逗号，这里就创建好了下拉菜单。

？輥？輳？訛将A38、B38合并后输入“10、链轮的尺寸计算”;在A39中输入“1）分度圆直径d”;在B40中输入“d1=”;在C40中输入计算公式“=C22/SIN（PI（）/B9）”，并将其填充成紫色;在D40中输入“mm”;在B41中输入“d2=”;在C41中输入计算公式“=C22/SIN（PI（）/B11）”，并将其填充成紫色;在D41中输入“mm”。

？輥？輴？訛在A42中输入“2）齿顶圆直径da”;在B43中输入“da1=”;在C43中输入计算公式“=C22*（0.54+1/TAN（PI（）/B9））”，并将其填充成紫色;在D43中输入“mm”;在B44中输入“da1=”;在C44中输入计算公式“=C22*（0.54+1/TAN（PI（）/B11））”，并将其填充成紫色;在D44中输入“mm”;在A45中输入“3）齿根圆直径df。

？輥？輵？訛将A46、B46合并，在其中输入“滚子直径dr=”，然后右键→“插入批注”（具体操作方法，可参考13））;将C46填充成黄色;在D46中输入“mm”;在B47中输入“df1=”;在C47中输入计算公式“=C40-C46”，并将其填充成紫色;在D47中输入“mm”;在B48中输入“df2=”;在C48中输入计算公式“=C41-C46”，并将其填充成紫色;在D48中输入“mm”。

？輥？輶？訛将A49、B49合并，在其中输入“4）齿侧凸圆最大直径dg”;在B50中输入“dg1=”;在C50中输入计算公式“=C22*（1/TAN（PI（）/B9）-1）-0.8”，并将其填充成紫色;在D50中输入“mm”;在B51中输入“dg2=”;在C51中输入计算公式“=C22*（1/TAN（PI（）/B11）-1）-0.8”，并将其填充成紫色;在D51中输入“mm”。

开发出的技术文件部分展示如图2所示。

4  结论

开发者亲自测试，链传动设计计算技术文件开发前，手动设计计算链传动一般需要3个小时左右能完成;开发完技术文件后，能够在5分钟内进行设计计算完毕，设计计算效率大大提高、可靠性也得到了提高，实现了：高效、快捷、可靠、实用的目的。

参考文献：

[1]王玉.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2018.

[2]杜海彬，张长军，张华瑾，马俊，郭山国.Excel在滚动轴承寿命校核中应用的研究[J].内燃机与配件，2020（17）：246-247.

[3]杜海彬，张长军，张华瑾，马俊.基于Excel深化改革《机械设计基础》课程的研究[J].机械工程师，2020（12）：89-92.