第七八章 带传动和链传动分析
湖南大学2021年硕士807机械设计基础考试大纲及参考书
2021年硕士807机械设计基础考试大纲2021-11-09全日制硕士专业学位研究生入学考试《机械设计基础》考试大纲参考书目：《机械设计基础》第二版，湖南大学出版社，刘江南、郭克希主编。
第1章绪论1．掌握构件、零件、运动副等大体概念。
第2章机械设计基础知识1．掌握失效、变应力、应力比、疲劳极限等大体概念。
2．了解机械零件工作能力计算准则。
第3章平面机构基础知识1．掌握运动副、构件的分类和表示方式。
2．能够绘制较简单的机构运动简图。
3．掌握平面机构自由度的计算公式及其应用；能准确地识别和处置复合较链、局部自由度和常见虚约束。
4．掌握机构具有肯定运动的条件。
5．了解速度瞬心的概念及其求法。
第4章平面连杆机构1．了解铰链四杆机构的大体类型。
2．掌握平面四杆机构曲柄存在的条件，能判别存在曲柄的平面四杆机构取不同构件为机架时各为何种机构。
3．掌握平面四杆机构的急回特性及行程速度转变系数K、极位夹角θ的概念及其意义。
4．掌握平面四杆机构压力角α（或传动角γ）及死点的概念及其意义。
5．了解图解法和解析法设计简单四杆机构。
第5章凸轮机构1．了解凸轮机构的类型和应用。
2．掌握凸轮机构从动件常常利用运动规律（等速、等加速等减速、简谐运动、摆线运动）的冲击特性。
3．掌握“反转法”设计盘形凸轮轮廓的原理。
当从动件的位移线图和凸轮基圆半径r0已知时，能绘制直动从动件盘形凸轮轮廓曲线。
4．掌握凸轮基圆半径r0和机构压力角α的概念，定性理解对心直动从动件盘形凸轮机构压力角和凸轮基圆半径的关系。
第6章齿轮传动1．了解齿轮机构的类型和特点。
2．掌握齿廓啮合大体定律。
3．理解渐开线的形成，掌握渐开线性质，并能绘制渐开线上各点的压力角；掌握渐开线齿廓啮合知足齿廓啮合大体定律，掌握啮合线是直线、啮合进程中压力方向不变、中心距具有可分性等特点。
4．熟练掌握渐开线外啮合标准直齿圆柱齿轮的大体参数与几何尺寸计算。
5．掌握渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件、持续传动条件；了解重合度和标准安装等概念。
带传动与链传动的区别PPT
3.2 带传动的工作原理和工作能力分析
3.2.1 带传动力的分析
1. 初拉力（张紧力）F0：为使带传动具有承载力，使皮带 与带轮相互压紧产生磨擦力，所给皮带一定大小的初始拉 力。
3.2 带传动的工作原理和工作能力分析
2. 皮带工作时的拉力：
（1）紧边：绕入主动轮的一边被进一步拉紧，拉力由 F0 增大到F1； （2）松边：退出主动轮的一边，这一边被放松，拉力由 F0减小到F2 ；
紧边：1
F1 EA
松边： 2
F2 EA
3.2 带传动的工作原理和工作能力分析
由于：F1＞F2 、AD=BC，因此：1＞ 2 。
① 传动带绕过主动轮将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带 的速度落后于主动轮的圆周速度。
② 传动带绕过从动轮将逐渐伸长并沿轮面滑动，使带 的速度超前于主动轮的圆周速度。 3. 弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念：打滑是指由 于过载引起的全面滑动，是传动失效，应当避免的。弹性 滑动是由带材料的弹性和紧边、松边的拉力差引起的。只 要带传动具有承载能力，出现紧边和松边，就一定会发生 弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。
4. 弯曲应力sb
3.2 带传动的工作原理和工作能力分析
5.带的最大应力与最小应力：
（1）带的最大应力：应力在紧边与小轮连接处最大
s max s1 s b1 s c
（2）带的最小应力：在松边应力最小
s min s 2 s c
3.2 带传动的工作原理和工作能力分析
3.2.3 带传动的失效形式和设计准则
链传动：是利用链轮轮齿和链条的啮合来实现传动， 它适于链速较低和圆周力较大时的场合。
5.1 带传动概述
1. 组成及工作原理：
（1）组成：带轮、皮带（挠性元件）
第七章 链传动
第七章链传动§7-1概述§7-2 传动链的结构特点§7-3 滚子链链轮的结构设计§7-4 链传动的运动特性§7-5 链传动的受力分析§7-6 滚子链传动的设计计算§7-7 链传动的布置、张紧与润滑第一节概述链传动是由主动链轮、从动链轮和绕在两链轮上的一条闭合链条所组成（如图所示），以链作为中间挠性件，靠链的一个个链节与链轮轮齿啮合来传递运动和动力。
一、链传动的特点概述与带传动比较，链传动的主要优点是：1）无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，传动可靠。
2）所需张紧力小，作用于轴上的压力小。
3）相同工况下，结构尺寸更为紧凑。
4）能在恶劣环境（多尘、高温、多油）下工作。
5）传动效率高，承载能力高。
与齿轮传动比较，链传动的主要优点是：1）易于实现较大中心距的传动。
2）制造与安装精度要求低，成本低。
链传动的主要缺点是：1）瞬时传动比和瞬时链速不恒定，传动不平稳，工作时有噪声。
2）不宜用于载荷变化大和急速反向的传动中。
概述二、链的种类链有多种类型，按用途不同可分为传动链、起重链、牵引链三种。
起重链主要用于起重机提升重物，链速v≤0.25m/s；牵引链主要用于运输机械移动重物，链速v≤2~4m/s；传动链主要用于传递运动和动力，链速v≤15m/s，生产与应用中，传动链占主要地位。
本章只讨论传动链。
三、链传动的应用链传动的应用范围很广。
适于两轴相距较远，平均传动比准确，对平稳性要求不高，工作环境恶劣等场合。
如农业机械、建筑机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等的机械传动中。
通常链传动工作范围是：传递的功率P≤100 kW，传动比i≤8，链速v≤15m/s，中心距a≤5~6m。
现代先进的链传动技术已能使优质滚子链的传递功率达5000kW，链速可达35m/s。
第二节传动链的结构特点在链传动中按链条结构不同主要有滚子链和齿形链两种。
一、滚子链单排滚子链双排滚子链滚子链的结构如图所示。
机械设计第七章 链传动
（B）偶数 （D）任意的奇、偶数
5.在滚子链中尽量避免使用过度链节的主要原因是什么？
（A）过渡链节制造困难 （C）要使用较长的销轴
（B）装配较困难 （D）链板要受到附加弯矩
6.已知节距p、齿数z，滚子链链轮的分度圆直径d按哪一式计算？ (A) d=2p/sin（360°/z） (B) d=2p/sin（180°/z） (C) d=p/sin（180°/z） (D) d=p/tg（180°/z）
动载特性
况
分 析
离心拉力、
悬垂拉力
7.4 链传动工作情况分析
链传动的运动特性—运动不均匀性（多边形效应） 在链传动中，链条包在链轮上如同包在正多边形的轮子上， 正多边形的边长等于链条的节距 p，链轮旋转一周，链条移动距 离为多边形的周长zp，z为齿数。 链条的平均速度为：
滚子链
齿形链
7.2 滚子链和链轮
7.2.1 滚子链
滚子链的结构 滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。
过盈配合的有：内链板1与套筒4之间；外链板2与销轴3之间。
间隙配合的有：滚子5与套筒4之间；套筒4与销轴3之间。 工作时内外链板之间发生相对转动：内链板1与套筒4相对于 销轴3与外链板2转动。 工作时进出链轮时，滚子沿链轮齿滚动， 以减少磨损。 内、外链板为8字形，使链板各横截面强度 均匀，且轻量化，惯性力小。
11.图示为当i,a是任意值的四种链传动布置形式，试问有几种是
不正的或不妥的？
12.多排链排数一般不超过3或4排，主要是为了 （A）不使安装困难；（B）使各排受力均匀； （C）不使轴向过宽；（D）减轻链的重量；
。
13.链传动只能用于轴线
的传动。
（A）相交成90；（B）相交成任意角度； （C）空间90交错；（D）平行；
机械传动系统与控制系统设计简介
二、肥皂压花机的传动路线及传动比的分配
肥皂压花机是在肥皂块上利用模具压制花纹和字样的自动机， 其机械传动系统的机构简图如图3.3.7所示。
27
精选ppt
（1）传动路线分析 具体传动路线如图3.3.8。
28
（2）传动比分配
若该机的工作条件为：电动机转速1450r/min，每分钟压制50 块肥皂，要求传动比误差为2。以下对上述方案进行传动比分配 并确定相关参数。
i 总 i 1 i 2 i 3 2 .5 3 .7 3 9 3 .0 9 5 2 8 .9 3 29
相对误差i为
ii总 i总2928.930.24%
i总
29
按传动比误差小于2%的要求，且各传动比均在常用范围之内， 故该传动链传动比分配方案可用。
精选ppt
2）辅助传动链
皂块送进和成品移位运动的工作频率应与模具往复运动频率相
14
精选ppt
（5）啮合器变速 啮合器分普通啮合器和同步啮合器两种，广泛应用于汽车、
叉车、挖掘机等行走机械的变速箱中。 啮合器一般都采用渐开线齿形，齿形参数可根据渐开线花键
国家标准选定。由于啮合套使用频繁，齿轮经常受冲击，齿端和 齿的工作面易磨损，因此，齿厚不宜太薄。为减小轴向尺寸，啮 合器的工作宽度均较小。
15
精选ppt
三、无级变速器
无级变速传动能根据工作需要连续平稳地改变传动速度。图 3.3.5为双变径轮带式无级变速传动的工作原理图 。
无级变速器有多种型式，许多型式已有标准产品，可参考产 品样本或有关设计手册选用。
16
精选ppt
第三节 机械传动系统方案设计
一、机械传动系统方案设计的过程和基本要求
21
精选ppt
带传动与链传动设计手册
带传动与链传动设计手册第一章：引言带传动和链传动是机械传动中常见的两种形式，它们在各种机械设备中都有广泛的应用。
本手册旨在介绍带传动和链传动的设计原则、选型方法和安装调试技巧，帮助读者更好地理解、应用和维护这两种传动形式。
第二章：带传动设计原则及选型2.1 带传动原理介绍带传动的工作原理、优缺点以及适用范围，让读者对带传动有一个全面的认识。
2.2 带传动选型方法介绍带传动的选型原则，包括传动比的计算、带轮选择、带束布置等内容，帮助读者正确选择合适的带传动方案。
2.3 带传动设计注意事项阐述带传动在设计过程中需要注意的关键问题，如传动能力、对中、张紧等，使读者在实际应用中能够避免一些常见的设计失误。
第三章：链传动设计原则及选型3.1 链传动原理介绍链传动的工作原理、特点、适用范围等内容，使读者对链传动有一个清晰的认识。
3.2 链传动选型方法介绍链条选型的原则和方法，包括传动比的计算、链条选择、链轮选择等内容，帮助读者正确选型。
3.3 链传动设计注意事项介绍在设计链传动时需要考虑的问题，如链条寿命、张紧方式、对中等，为读者提供设计指导。
第四章：带传动的安装调试4.1 带传动的安装技巧介绍带传动在安装过程中需要注意的细节，包括对中、张紧、对称安装等技巧。
4.2 带传动的调试方法介绍带传动安装完成后的调试方法，包括张紧力的调整、运转试验等操作。
第五章：链传动的安装调试5.1 链传动的安装技巧介绍链传动在安装过程中需要注意的关键技术，如链条的正确安装、链轮对中等。
5.2 链传动的调试方法介绍链传动在安装完成后的调试方法，包括链条张紧力的调整、链条润滑等内容。
第六章：带传动与链传动的维护保养6.1 带传动的维护保养介绍带传动在运行过程中的常见故障及解决方法，以及带的更换周期、保养方法等内容。
6.2 链传动的维护保养介绍链传动在运行过程中的常见故障及解决方法，以及链条的更换周期、润滑方法等内容。
第七章：案例分析与实例7.1 带传动案例分析通过实际案例，对带传动设计、安装、调试和维护等环节进行分析和总结，帮助读者更深入理解各个环节的技术要点。
《机械设计》教材讨论题、思考题及习题 文字版
《机械设计》教材讨论题、思考题及习题绪论讨论题0-1 就文中的三个实例分析每部机器，哪部分为原动部分、传动部分和执行部分？分别分析它们是否满足机器的三个特征？并从中举例说明机构、机械零件及构件的含义。
思考题0-1 什么是机器？什么是机构？它们各有何特征？一台完整的机器由哪几部分组成？并举例说明。
0-2 什么是机械零件、通用零件、专用零件、部件、标准件？指出下列零件各属于哪一类：螺栓，齿轮，轴，曲轴，汽门弹簧，轧辊，飞机螺旋桨，汽轮机叶片，滑动轴承，滚动轴承，联轴器。
0-3 本课程研究的对象和主要内容是什么？0-4 本课程的性质与任务是什么？和前面学过的课程相比较，本课程有什么特点？第一章机械零件设计的基础知识及设计方法简介思考题1-1 机械设计的内容和一般程序是什么？1-2 机械零件常规设计计算方法有哪几种？各使用于何种情况？1-3 机械零件应满足哪些基本要求？设计的一般步骤是什么？1-4 机械零件的主要失效形式有哪些？什么是机械零件的工作能力？工作能力准则有哪些？1-5 合理地选择许用安全系数有何重要意义？影响许用安全系数的因素有哪些？设计时应如何选择？1-6 作用在机械零件上的载荷有几种类型？何谓静载荷、变载荷、名义载荷和计算载荷？1-7 作用在机械零件中的应力有哪几种类型？何谓静应力、变应力？静载荷能否产生变应力？1-8 何谓材料的疲劳极限、疲劳曲线、金属材料的疲劳曲线分成哪几种类型？各有何特点？指出疲劳曲线的有限寿命区和无限寿命区，并写出有限寿命区疲劳曲线方程，材料试件的有限寿命疲劳极限 rN如何计算？说明寿命系数K N的意义。
1-9 材料的极限应力图是如何作出的？简化极限应力图又是如何作出的？它有何用途？1-10 影响零件疲劳强度的主要因素有哪些？零件的简化极限应力图与材料试件的简化极限应力图有何不同？如何应用？1-11 表面接触疲劳点蚀是如何产生的？根据赫兹公式（Hertz），接触带上的最大接触应力应如何计算？说明赫兹公式中各参数的含义。
第七章链传动
a fa p 2Lp z1 z2
第四节 链传动的布置、张紧和润滑
1、链传动的合理布置
（1）两链轮的回转平面必须布置在同一垂直平面内，不 能布置在水平或倾斜平面内；
（2）两链轮中心连线最好是水平的，也可以与水平面成 45
（3）一般应使链的紧边在上、松边在下。
2、链传动的张紧
4．计算链长和中心距
（1）初定中心距a0=40p，链节数LP为
L p
2a 0 p
z 1
2
z 2
p a
0
z z
2
1
2
2
2 40p 23 58
p
58
23
2
p
2 40 p 2 3.14
121.3
a fa p 2Lp z1 z2 的前进速度和上下抖动速度是周期
性变化的，链轮的节距越大，齿数越少，链速的变化就 越大。因此链传动不宜用于对运动精度有较高要求的场
合。
这种由于多边形啮合给链传动带来的速度不均匀性， 称为链传动的多边形效应。
（3）从动链轮的角速度ω2
2
r
v
cos
r cos 11 r cos
中心距调整量 a 2 p 2 25.4 50.8
5．计算作用在轴上的压轴力
F 1000P 100010.04 5941N
v
1.69
FQ 1.15K AF 1.151 5941 6832N
6．链轮结构设计从略
2
2
（4）瞬时传动比为：
i 1 r2 cos 2 r1 cos
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dα 2F
F2
正压力：dFN 摩擦力： f dFN 两端的拉力：F 和F+dF
dFN
dl
f dFN α 设计：潘存云
力平衡条件：忽略离心力, 水平、垂直力分别平衡
dα
dFN
F sin
d
2
(F
dF)sin
d
2
dα 2
d
d
fdFN (F dF) cos 2 F cos 2
F+dF
F1
由力平衡条件：
带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力托动
从动轮一起同向回转。
带传动的类型
摩擦型 类型
啮合型
平皮带 V 型带 ----摩擦牵引力大 多楔带 ----摩擦牵引力大 圆形带 ----牵引力小，用于仪器
同步带
设计：潘存云
抗拉体
设计：潘存云
应用：两轴平行、且同向转动的场合。称为开口传动。
平带的极限摩擦力为: FN f = FQ f
紧边和松边的拉力之比为： F1 e f →绕性体摩擦的基本公式 F2
欧拉公式
联立求解：
F=F1 - F2
F1 e f F2
分析： f↑ α↑
e f F1 F e f 1
F2
F
e
1 f 1
→ F ↑ ∵ α1< α2
F
F1
F2
F1
(1
1 e f
)
用α1 → α
F － 此时为不打滑时的最大有效拉力， 正常工作时，有效拉力不能超过此值
F1↑ ，紧边 F2 ↓松边
设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：
F1 – F0 = F0 – F2
F0 = (F1 + F2 )/2
称 F1 - F2为有效拉力，即带所能传递的圆周力：
F = F1 - F2 且P 增传大递时功，率所与需圆的周F (力即F和f )带加大速。之但间F有f 不如可下能关无限系增：大P。
同步带传动简介
pb 节距
组成：同步带（同步齿形带）是以钢
丝为抗拉体，外包聚氨脂或橡胶。
节园
结构特点：横截面为矩形，带面
设计：潘存云
具有等距横向齿的环形传动带，节线源自带轮轮面也制成相应的齿形。
传动特点：靠带齿与轮齿之间的啮合
实现传动，两者无相对滑动，而使圆
周速度同步，故称为同步带传动。
优点：1.传动比恒定；
2.结构紧凑；
3.由于带薄而轻，抗拉强度高，故带速高达40
m/s，传动比可达10，传递功率可达200 KW； 4.效率高，高达0.98。
缺点：成本高；对制造和安装要求高。
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三、带传动特点
优点：1）中心距变化范围大，适宜远距离传动；
2）过载时，可以防止其它零件的损坏；
3）制造和安装精度较低，结构简单、价格低廉；
三、带传动的应力分析
工作时，带横截面上的应力由三部分组成：
由紧边和松边拉力产生的拉应力； 由离心力产生的拉应力； 由弯曲产生的弯曲应力。
1、拉力F1、F2 产生的拉应力σ1 、σ2 紧边拉应力：σ1 ＝ F 1/A MPa 松边拉应力：σ2 ＝ F2 /A MPa
A － 带的横截面积
2.离心力产生的拉应力
则V带的极限摩擦力为 ：
FFN Nf fssinifFnQFfQ f ' FQ
22
FQ
设计：潘存云
FN
FN/2
FQ
设计：潘存云
FN/2
FN=FQ FN=FQ/sin(/2) f ’-----当量摩擦系数, f ’ >f
在相同条件下 ，V带能传递较大的功率。 或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。 用 f ’ 代替 f 后，得以上计算公式：
将F1 ＝
F0 ＋F/2代入上式：
F
( F0
1 2
F )1
1 e f
整理后得：
F
2F0
e f e f
1 1
影响最大有效拉力的几个因素：
初拉力F0 ：F 与F0 成正比，增大F0有利于提高带的传动 能力，避免打滑。 但F0 过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩 短带的寿命。
包角α ： α↑ →F ↑ , 带所能传递的圆周力增加，传动 能力增强，故应保证小带轮的包角α1。
§7-2 带传动的受力分析及运动分析
为了可靠工作，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上。
n2
静止时，带两边的初拉力相等： F1 = F2 = F0
F0 F0
设计：潘存云
n1
n1
松边 F2 F2
n2
设计：潘存云
F0 F0
F1 F1 主动轮 紧边
从动轮
传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：
F1 ≠ F2
带绕过带轮作圆周运动时会 产生离心力。
带在微弧段上产生的离心力：
F2
dFNc m a (rd )q r 2 (rd )q v2
r
dl dFNc
这一要求限制了最大传动比 i 和最小中心距 a 。
因为：i↑ →α1 ↓ ; a↓ →α1 ↓
摩擦系数 f ： f↑ →F↑ , 传动能力增加
对于V带，应采用当量摩擦系数 fv
当包角α ＝180°时： V 带 ： F1 /F2＝e fvπ≈5 平带： F1 /F2＝e fπ≈3
由此可见：相同条件下， V 带的传动能力强于平带
dFN
F sin d
2
(F dF)sin d
2
f dFN
(F
dF) cos d
2
F
cos d
2
因d 很小，可取 sin d d , cos d 1 去掉二阶微量dF d
22
2
2
dFN Fd fdFN dF
dF fd
F
积分得： F1 dF
f d
F F2
0
ln F1 f
F2
Fv 1000
当打当态圆滑F。f周.此经达力时到常，极F出>限F∑现1值达F打Ff到时f滑lim最，使时大带，带，与带的而传带F磨动2轮达损处之到加于最间剧即小出将、。现打传滑显动的著效临的率界滑降状动低，，称导为致
传动失效。以平带为例，分析打滑时紧边拉力F1和松 边拉力F2之间的关系。 取一小段弧进行分析：参数如图
§7-1带传动概述
挠性传动 ： 带有中间挠性件的传动方式。 包括：带传动、链传动和绳传动
一、按工作原理分。
带传动
摩擦带传动 啮合带传动
带传动组成： 主动轮＋从动轮＋传动带
动画演示
带传动的组成：
主动轮1、从动轮2、环形带3。
F0
1 n1
F0
2 n2
设计：潘存云
3
F0
F0
工作原理：
安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与
4）能起到缓冲和吸收振动，传动平稳，噪音小 。
5）维护方便，不需要润滑等。 缺点：1）带传动不能保持准确的传动比，传动效率较 低
2）传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力较大；
3）带的寿命较短。
四、带传动适用场合
常用于中、小功率，带速在5～25m/s，传动比
i 7, 0.94 ~ 0.97 的情况下。