CN1318777C - 链条及制造链条的方法 - Google Patents

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Abstract

一种链条及制造链条的方法，该链条至少一些链环是由圆形截面的原料形成，该原料的至少部分表面变形为非圆形的横截面，其具有四个外凸的弓形面，以使形成的链环至少是在工作部位上，即与相邻链环连接的部位，具有方圆形的形状，该形状从最初就与圆形横切面链条的工作部位在使用一段时间后发生磨损后的形状相似。该链条形状与经过一段时间磨损后的链条的形状相似，包括显著增加了相邻链环之间的接触面，降低了有效磨损率，减少了链条由于磨损而导致的有效伸长率。

Description

链条及制造链条的方法
技术领域
本发明是有关用于(例如)拖拉负载或操作机器的链条的改进。这种链条的链环传统上是通过焊接，或者也有很少的时候是通过焊接或锻造相结合的方法来生产的。通常，链条的所有链环是通过焊接生成的，但有时候，也有锻造的链环通过焊接的链环连接在一起。
背景技术
传统上的这种链环的横截面通常为圆形。当承受负载时，互连的链环之间的接触理论上是点接触，实际上会延伸成一个小的，通常为圆形的接触区。
因此，在相邻链环之间传递的拉力，至少在链条的早期使用阶段，通过该小范围接触在链条链环上产生高的压力。
此外，因为接触面积很小，链条链环在接触面处很快磨损，随着链环之间接触面的增加，链环直径的缩减率减少。
链条链环的这种磨损是很不利的，尽管与链条链环本身的直径相比，链条链环在径向方向(径向磨损)的直径减少得很小，但在链条很长的情况下，在最初只使用很短时间后，就需要再次拉紧链条。
DE-A-3929148教导一种链条，其中至少一些链环是非圆形截面，但是设计该特定的非圆形截面是为了减少链条的外侧尺寸而没有不适当地损害链环的强度。
发明内容
本发明的第一方面提供一种链条，其中，至少一些链环是由圆形截面的原料形成，该原料的至少部分表面变形为非圆形的横截面，其具有四个外凸的弓形面，以使形成的链环至少是在工作部位上，即与相邻链环连接的部位，具有方圆形的形状，该形状从最初就与圆形横切面链条的工作部位在使用一段时间后发生磨损后的形状相似。
以这种方式，相邻链环之间的接触从一开始就具有较大的接触面积，与一种具有圆形横截面的新链条相比，减小了链条的径向磨损率。
本发明优选的链条从最初就具有与传统链条相似的横截面积。因而，如果按照本发明生产直径为16mm的链条，链条优选的横截面积大约为201mm2，与传统的直径为16mm的链条的横截面积相同。
因而，使用作传统链条的具有圆形横截面的棒料变形，形成一横截面，该横截面能在链条相邻两个链环之间，特别是链环的顶部区域提供明显增大的接触面。这样，在链条强度没有任何降低的情况下，从一开始就实现了大面积的面面接触。
因此链条具有了一个磨损链条所具有的减小了的伸展特性，同时还具有未磨损链条的强度特性。
可选地，从最初就确保链条所具有的横截面，从而能够产生所需的安全工作负荷，当考虑到由于磨损而导致起初制造的链条强度减小时，链条的横截面可能会比需要的小。
链条的表面形状与传统链环使用一段时期后，例如经大量的使用，并且是出现了大范围的磨损后的表面形状相同。
这种形状仅出现在链条链环的顶部的内表面，如果需要，仅出现在间隔的链环上。
如果需要，可以制造顶部上有内表面的锻造链环，其中干涉链环(如，焊接链环)在该顶部与该锻造链环面对面地啮合。这些锻造链环最初按传统方式制造，如通过锻造形成一个普通的圆形横截面，然后在顶部区域缩锻形成方圆形的表面形状。
优选地，焊接链环具有所设计的表面形状，方便时，链环整个长度都具有设计的表面形状，包括链环的外表面，如链环的长边或腿。这样，链条其它部分在使用过程中的磨损，如与输送平板或地面接触的磨损也会被减少。
这样，按照本发明，将具有所需形状的恒定横截面的原料进行切割、形成和焊接以制造链环。
方便的情况下，原料中至少为两个，优选为四个相对的表面上具有所期望的形状，无论原料切割长度的轴向方向如何，均可形成按照本发明的链环。
按照本发明提供的链条，其特征为至少所提供的链环，其接触表面形状的曲率半径大于链环总体上的曲率半径。
短语“链环总体上的曲率半径”，指具有与所述的链环同等横截面积的一个圆形链环横截面的曲率半径。
接触面是与相邻链环相接触的面，使用链条时，力通过该接触面在链条上传递。
因而，具有直径为20X链环的链条(其中X是磨损深度)，该形状的曲率半径为12X或更多，即曲率半径比通常的情况大20％，而当为15X或更大时，即曲率半径比通常的情况大50％。因而，链环直径为15mm的链条，接触面形状的曲率半径至少为10mm，优选曲率半径为12mm或更大。
同样地，链环直径为28mm的链条，其接触面形状的曲率半径至少为18mm，优选曲率半径为22mm或更大。
接触面上的形状可以在链环的顶部，或许仅在链环的顶部，或在链环的整个内表面都具有这种形状。
当链环是焊接链环，在其外表面和内表面都可以有这种形状，方便的，径向相对的两对表面上均具有这种形状。
本发明同时还提供一种链条，其至少一些链环的横截面通常是方圆形(squircle)的。
方圆形是一种几何形状，包括四个外凸的弓形边，在边角处相交，边的曲率半径大于同等横截面积圆的曲率半径。
本发明同时也提供用于如上所述的链条上的链环。
本发明同时又提供制造如上所述的那种链条链环的棒料。
本发明的第二方面提供了制造链条的方法，以如下步骤为特征，在计算机上仿真传统链条的链环的一定量的磨损，该传统链条具有圆形横截面的链条链环，由此形成一个磨损链条的表面形状，并且使圆形截面原料的至少部分的表面成形为具有四个外凸的弓形面的非圆形的横截面，以制造至少在一些链条链环的顶部区域具有这样一种表面形状的链条。
该方法进一步包括如下步骤：对传统链条的至少两个链环进行计算机建模；以仿真的磨损量作为嵌合量将两个链条相互嵌合在一起；计算这样产生的形状的横截面；并且制造至少在链环的顶部区具有这种横截面形状的链条链环。
附图说明
下面结合附图对链条进行具体的描述，其为本发明优选实施例，所选择的优选实施例是为了以实施例的方式对本发明进行举例说明。对于包含链环的链条，也在某些方面对本发明进行了举例说明。
在附图中：
图1表示传统圆形横截面链条两个链环接触区形状的横截面示意图；
图2表示了本发明链条的一部分的正视图；
图3是图2中的链环沿3-3线的截面图；
图4是两个传统圆形横截面链环在经2mm磨损后相互之间干涉的示意图；
图5是根据本发明的两个链环在磨损2mm后的相互之间干涉的相应示意图；
图6是相应于图1的视图，显示了本发明优选实施例的链条的相邻链环的接触区；
图7是与后面出现的图表结合使用的示意图；和
图8表示了通过应用本发明而获得的下降了的磨损率的曲线图。
具体实施方式
本发明的优选实施例的链条包括多个链环，其中的两个链环，在图2中以2 a和2 b示出，是焊接形成的链环链条。链环是由具有如图3所示横截面的棒料形成，在此处被定义为“方圆形(squircle)”。具体地，本发明的优选实施例是一个16mm的链条，横截面包括四个外凸的弓形边10 a、10 b、10 c和10 d。在优选的实施方案中，与同等横截面积的圆的曲率半径相比(即8mm)，外凸的弓形边10 a到10 d的曲率半径为13mm。
10 a到10 d的表面汇交于一点，方便地，形成的交叉点是圆形的，如图3所示。
图2中的链条在其表面上的工作部分具有一种形状，该形状相当于传统圆形横截面链条经过一段时期磨损的部分表面形状。该表面形状可按如下方式形成。
使用3-D实体建模软件包，如pro-Engineer，制作出链条的标准模型，其具有例如传统的圆形横截面，其实任何方便的形状都可以采用。仿真的链条形状和尺寸的数值是该应用程序常用的典型数值，相应地选取链环半径。在本实例中，使用了曲率半径为8mm的传统圆形链环。
然后将这些链环在计算机中仿真地“组装在一起”形成一个在链环之间是点接触的两个长度的链条。为了仿真链环上的磨损，两个链环以0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm和2.0mm的干涉量的步长相互嵌合在一起。每个阶段的两个链环间接触的表面积可通过计算机软件包计算得到。自然地，当链条磨损时，进入相应链环越深，表面接触面积就越大。
最初，新链条从理论上的点接触到在链环之间形成接触垫，会很快地磨损。正是这种最初快速的磨损引起了链条延长的问题。一旦计算出链环之间接触区的形状，就可以选择一个干涉量步长位置，在该点上观察链条的横截面。这相应于经过一段磨损期后的链条横截面。表面形状相应的准确磨损量依赖于所选择的干涉量步长位置，比较容易将不同干涉量步长位置处的表面接触区的变化制作图表，由此可以看出用于补偿链环之间最初的快速磨损，需要的干涉量的深度。
本实施例的横截面是在两个传统链条链环之间建模有2.0mm干涉深度的结果，在此干涉深度，链环接触面的形状在已磨损区域相似于图2所示的方圆形横截面的一面，其曲率半径显著地大于同等横截面积的圆的曲率半径。因此，制造具有方圆形横截面的链环是使用仿真结果提供预磨损形状链条的一种方便的途径。
如图5所示，具有方圆形横截面的两个链环也可通过计算机采用上述的方式来建模。两个链环之间的接触面基本上大于传统圆形横截面链环的接触面，如表1和表2所示。
为了制造具有这种较佳横截面的链环，通过使用具有适当横截面的辊子，将一个合适长度的棒料滚压成一个适当的方圆形。辊子的形状由计算机仿真结果来确定。棒料然后被切割成一定长度，放入个折弯机中，用两个夹钳将工件夹紧，绕模型滚压成链环形状。经过这一步骤，形成了作为链条部件的链环。当所有四个面都具有一个适当的形状时，不管链环在形成时是采用了四个轴线方向中的哪一个，10 a到10 d中的总有一个面是作为内部接触面，其与一个相邻的链环的接触面啮合在一起，如图2所示。
也可以采用其它方法形成链环，但通常效果不太好。棒料可以挤压成形，但费用很高，或者模铸，其中模具由CNC机床加工出合适的形状，但其它链环也需要被锻造并被焊接，这不便于制造。
图1表示了一个具有传统圆形横截面链环的链条经过短期磨损后，其相邻链环6 a，6 b的接触区A1，而图6表示本发明的链条经过相似的短期磨损后，其相邻链环2 a，2 b的接触区A2，如下表所示，其中X是图5显示的磨损深度。
    表1：表面接触区(16mm)
    X深度     圆形链环     异型链环     增长％
    0.5     59mm2     218mm2     269
    1.0     109mm2     254mm2     133
    1.5     153mm2     279mm2     82
    2.0     191mm2     298mm2     56
    表2：磨损量(16mm)
    X深度     圆形链环     异型链环     增长％
    0.5     14.7mm3     71.1mm3     +383
    1.0     54.2mm3     161.3mm3     +197
    1.5     112.7mm3     259.7mm3     +130
    2.0     186.6mm3     364.5mm3     +95
从以上数字看出，与传统的圆形链环链条相比，本发明(异型链环)链条磨损会显著增加，由于磨损显著减少了链条有效拉长率，并且降低了链条的安全工作负荷的下降率。使用本发明链条磨损率的下降如图8所示。
事实上，就链条的拉伸而言，发现在大多数的情况下，本发明的一个16mm的链条与一个28mm传统圆形链环链条相比，在其最大寿命期内具有较小的拉伸，如下表所示：
    表3：磨损量(16mm)
    X深度     圆形链环(28mm)     异型链环(16mm)     增长％
    0.5     28.4mm3     71.1mm3     +150
    1.0     107.4mm3     161.3mm3     +50
    1.5     227.9mm3     259.7mm3     +13
    2.0     385.0mm3     364.5mm3     -5
正如图8所示，传统的链条在其第一周期的检测中表现出了显著程度的磨损，其原因如上面所解释的。相反，本发明的链条的磨损率很低，实际上，其以传统链条的开始点开始，达到了4.75％的磨损程度，其大致相当于链环顶部内表面上磨损深度大约2mm的链条形状。
尽管仅在链条链环内表面、接触面使用方圆形状，就可以获得90％磨损减少，在链环所有四个面上使用该形状，还具有使用金属方面的优势。除此之外，在整个链条上使用这种形状，包括链条长边的外表面，由于链条在使用中外表面磨损引起的链条在长边的横截面面积的减少也可以降低。这样的磨损实例是将链条用于采矿传输带，并在一个传输平板上拖拉，或者是在一个坚硬的地面上拖拉。
本发明的上述描述涉及了由焊接而成的链环组成的链条，该链环是由具有如图3所示的恒定横截面的棒料形成，具体地说，链条的尺寸为16mm。当然可以认识到，本发明的原理对于焊接的链环和锻造的链环都具有优点，特别是对于锻造的链环，可在链条链环的内部接触面具有该形状，实际上是在链条链环顶部的内表面上。
在本说明书中，“包含”的意思是“包括或由...组成”。
对于前面的说明书，或下面的权利要求，或附图公开的特征，其以特定的形式表述或根据实现公开的功能的方法来表述，或者以获得公开的结果的方法或工艺进行表述，根据需要，这些特征可以单独或任意组合的多种形式实现本发明。

Claims (16)

1.一种包含多个链环的链条，至少一些链环(2 a，2 b)是由圆形截面的原料形成，该原料的至少部分表面变形为非圆形的横截面，其特征在于，所述横截面具有四个外凸的弓形面(10 a，10 b，10 c，10 d)，以使形成的链环至少是在工作部位上，即与相邻链环连接的部位，具有方圆形的形状，该形状从最初就与圆形横切面链条的工作部位在使用一段时间后发生磨损后的形状相似。
2.根据权利要求1所述的链条，其特征在于，其中具有所述方圆的形状的链条的工作部位为链条链环(2 a，2 b)顶部的内表面。
3.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，链环(2 a，2 b)的全部内表面都具有该方圆形的形状。
4.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，链环(2 a，2 b)的外表面具有该方圆形的形状。
5.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，在链环(2 a，2 b)的整个长度上都具有该方圆形的形状。
6.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，包含锻造的链环，链环工作部位包含其顶部的内表面，该内表面与相连链环面对面相对，并且每一个链环最初的横截面为传统的圆形，然后在顶部区域缩锻以形成该方圆形的形状。
7.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，包括焊接的链环，其中，在焊接链环(2 a，2 b)的内表面具有该方圆形的形状。
8.根据权利要求7所述的链条，其特征在于，链环(2 a，2 b)的内表面和外表面都具有该方圆形的形状。
9.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，链条有直径为20X的链环，并且该形状的曲率半径为12X或更大。
10.根据权利要求9所述的链条，其特征在于，该形状的曲率半径为15X或更大。
11.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，其中链条具有直径为15mm的链环，工作部位具有曲率半径至少为10mm的方圆形的形状。
12.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，其中链条具有直径为15mm的链条，工作部位具有曲率半径至少为12mm的方圆形的形状。
13.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，链条具有直径为28mm的链环，工作部位具有曲率半径至少为18mm的方圆形的形状。
14.根据权利要求1或2所述的链条，其特征在于，链条具有直径为28mm的链环，工作部位具有曲率半径为至少22mm的方圆形的形状。
15.一种制造链条的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在计算机上仿真传统链条上的链环的一定数量的磨损，该传统链条具有圆形横截面的链条链环；
(b)由此形成磨损后链条的表面形状；并且
(c)使圆形截面原料的至少部分的表面成形为具有四个外凸的弓形面(10 a，10 b，10 c，10 d)的非圆形的横截面，以制造至少在链条链环的内表面具有这种表面形状的链条。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括下述步骤：
(d)对传统链条的至少两个链环进行计算机建模；
(e)以仿真的磨损量作为嵌合量将两个链条相互嵌合在一起；
(f)计算这样产生的形状的横截面；并且
(g)制造至少在链环的顶部区具有这种横截面形状的链条链环。
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