基于Solidworks／Simulation的链板结构尺寸优化设计
链条是重要的基础零部件，其中滚子链链板结构为“8”字形机构合理，在国家标准中并未对影响链板应力分布的胯部尺寸进行规定。

文章以ISO 08A型滚子链为例，利用Solidworks软件创建了08A型链条链节的三维模型，并利用Solidworks/Simulaiton对链板结构进行了应力分析，且根据其应力分布特点对其胯部尺寸进行了优化。

结果显示：链板最大应力发生在销轴孔处，胯部应力次之，二者应力差值高达59MPa，分布极不合理，优化链板胯部尺寸得到，当胯部尺寸取值为0.4375倍节距时，销轴孔与胯部应力基本相等，差值为2MPa，应力分布合理，为链板结构设计提供理论指导。

标签：滚子链；链板；应力分布；尺寸优化
滚子链作为重要的机械基础零部件，作为牵引件被广泛的应用于机械传动、输送、农机、化工等行业领域[1]。

链板是其重要的组成部分，其工作能力的优劣直接影响了链传动系统的整体性能。

文献研究表明：“8”字形结构滚子链链板结构应力分布合理，是滚子链链板的最佳结构形式[2，3，4]，但是并未对最佳的“8”字形轮廓尺寸进行深入探讨。

文章以ISO 08A型滚子链为例，利用Solidworks软件创建了链节三维模型，并且利用Solidworks/simulaiton分析了链板的结构应力，并以其胯部宽度尺寸为设计变量，链板销轴孔与胯部最大应力为约束，对其胯部尺寸进行了优化，使得链板应力分布更为合理，为链板结构设计提供理论指导。

1 链节三维模型
滚子链包括A系列滚子链与B系列滚子链两类，其中A系类滚子链基本结构参数与节距P成一定比例关系[5]。

因此，文章选择ISO 08A型滚子链对链板结构应力进行分析，优化胯部宽度尺寸，得到其与节距P尺寸比例关系具有一般意义。

滚子链主要由外链板、销轴、内链板、套筒以及滚子5部分构成，其中外链板与销轴过盈配合，套筒与内链板过盈配合，滚子与套筒间隙配合，如图1所示。

2 有限元模型的创建
文章利用Solidworks Simulaiton有限元设计与分析软件对链板的应力分布进行分析。

2.1 模型简化
对链节整体进行计算分析，工作量大，时间长，且数据精确程度难以保障，利用模型的对称性，选择模型结构的1/2、1/4甚至1/8部分，进行计算分析，可
以有效节省计算时间，提高计算精度。

分析链节的结构可知，链节是典型的对称结构，可以取如图2所示的结构单元，对该模型进行分析。

2.2 约束条件及载荷设置
为简化后的模型添加夹具，如图2所示，分别在面1、2、4上添加对称夹具，对分析模型三维方向进行了限制；在面3上添加力载荷600N，力方向垂直于面1。

2.3 网格划分及求解器设置
对如图2所示的模型进行网格划分，首先对模型整体按照中等精度进行网格划分，然后对链板结构面1和面5的网格进行精细控制，控制其网格单元大小为0.15mm，如图3所示。

在运行仿真程序之前，对求解器进行设置启用“使用软弹簧使模型稳定”功能，采用Direct Sparse计算方式。

运行仿真程序，得到仿真结果。

3 仿真结果分析
如图4所示为求解得到了在600N力的作用下，链板的应力分布云图。

由图4可知：链板最大应力发生在销轴孔圆柱面上为162.410MPa；胯部次之為103.727MPa，二者差值为58.683MPa，显然，应力分布不合理。

在链板高度一定的情况下，通过调节胯部宽度尺寸，来达到调节链板结构应力分布的目的。

利用Solidworks设计算例模块，设置变量参数为胯部宽度尺寸，取值5P/16至13P/16，步长P/16，监测数值为模拟数值销轴孔处最大应力及胯部最大应力。

运行设计算例，得到9种设计情形，提取设计图表，得到如图5所示的销轴孔与胯部最大应力随胯部宽度变化的变化曲线。

分析图5可得：随着胯部宽度尺寸增大，销轴孔处与胯部处最大应力均逐渐变小，且在设计情形3处，即胯部宽度为7P/16时，胯部最大应力为181.37MPa，销轴孔处最大应力为177.61MPa，二者最大应力差值最小为3.76MPa，两处应力大小基本相等，应力分布合理，可以有效增强工作链板的工作能力。

4 结束语
以08A型滚子链为例，对滚子链链板的“8”字结构进行了进一步探讨。

（1）利用Solidworks软件创建了滚子链链节的三维模型，利用Solidworks/Simulation软件对链板进行了结构静力学分析。

结果表明：现有滚子链链板的应力分布不合理，最大应力发生在销轴孔处，胯部最大应力次之，且两处最大应力差值较大，应力分布不合理。

（2）利用Solidworks设计算例模块，以胯部宽度为变量参数，提取销轴孔与胯部最大应力值，得到两处应力随胯部宽度变化的变化曲线，发现当胯部宽度为7P/16时，两处应力差值最小，应力分布合理。

文章研究成果将为滚子链链板的结构设计提供指导。

参考文献
[1]郑志峰，王义行，柴邦衡.链传动[M].机械工业出版社，1984.
[2]黄天成，王宏丽，郑强元，等.基于有限元法的链板结构设计研究[J].制造业自动化，2012（16）：110-112.
[3]董华明，王雅丽，康辉.链板形状设计的新方法[J].吉林工业大学学报，1995（02）：75-80.
[4]王应生.滚子链链板应力的研究[J].起重运输机械，1992（06）：32-34，36.
[5]张经源.链条传动与制造[M].浙江大学出版社，1989.
作者简介：王文成（1985-），男，河北沧州人，承德石油高等专科学校机械工程系讲师，博士，主要研究方向：高速链传动技术理论及应用等。