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机械设计基础：第 201–210 页

机械设计基础 课堂笔记
同步带的应用场合
• 汽车 （发动机同步带） 、 自动门 （地铁自动门） 、ATM 机、 机场转盘、 打印机、 搅
拌机、升降机、机器人关节（摄像头转动） 、半导体芯片切割机、空调、注塑机、
物流分拣设备等。
• 因精度高，在精密机械领域应用广泛。
带的标记与标准
• 课本未特别展开带的标记，作了解即可。
• 不同带型服从不同标准：
– 普通 V 带、窄 V 带：GB/T 1154 标准。
– 平带：GB/T 527 标准。
注意
不同带型（普通 V 带、窄 V 带、平带）服从的标准不同，需区分。普通V 带与
窄 V 带同属 GB/T 1154，平带为 GB/T 527。
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机械设计基础 课堂笔记
带传动设计实例：计算功率与选型
• 电动机额定功率是电动机功率的极限值；实际工作所需功率由工作机功率反推，
计入所有效率损失后得到电动机所需功率。
• 已知：小带轮转速 n1 = 1440 r/min （电动机输出轴转速） ，大带轮转速n2 = 450
r/min。
• 设计步骤：
1. 计算功率 = 工况系数 × 电动机所需功率（小带轮处功率） 。
2. 根据计算功率和小带轮转速选择带的型号。
注意
带的型号选择取决于两个因素：① 计算功率（横坐标） ；② 小带轮转速。本例
小带轮转速为 1440 r/min。
• 最新标准与课本 （第二版） 略有出入， 考试以课本内容为主； 最新标准可在知网
标准库查询（图书馆有标准查询入口） 。
带传动设计计算流程（续）
• 根据计算功率 Pc 和转速 n₁ 查表确定带的型号（本例 Pc=4.98，n₁=1440，选
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机械设计基础 课堂笔记
A 型 V 带）
• 确定小带轮基准直径 d₁：不能太小（弯曲应力随直径减小而增大） ，需查表取
最小值，并在标准系列中选取
• 大带轮基准直径 d₂ = 传动比 × d₁，计算结果需圆整到标准系列值
• 验算带速 v：应在 5∼15 m/s 范围内（极限不超过 25 m/s）
• 计算基准长度 L₀（计算值） ，再据此查表选取标准基准长度Ld
• 因实际 Ld 与计算值 L₀ 有差值，需重新计算中心距
• 验算小带轮包角 α₁，应大于 120°
• 计算带的根数 z，需对 P₀ 进行修正（额定功率增量、长度修正系数 KL、包角
修正系数 Kα）
• 计算初拉力 F₀ 和压轴力 FQ（压轴力与 F₀、 根数z 有关，后续轴校核时使用）
注意
设计类题目答案不是唯一的。小带轮直径只要大于最小值且在标准系列中（如
80、85、90、95、100）均合理，不同取值会导致最终结果有差异，只要满足需
求即算正确。考试客观题答案唯一，但设计题不唯一。
注意
大带轮基准直径计算结果（如 320）若不在标准系列中，应取最接近的标准值
（如 315） 。此时实际传动比与理论传动比有差异，只要在±3% 范围内即正确。
注意
带传动中心距是小数 （因带长取标准值后反算） ， 而齿轮传动中心距基于计算值
需取整。两处要点不同，需区分。
带传动核心知识点总结
• 带的类型
• 工作原理
• 受力分析：有效拉力与初拉力、摩擦系数、包角之间的关系
• 运动分析：速度、弹性滑动
• 应力分析：拉应力、弯曲应力、离心拉应力
• 失效形式：打滑、疲劳破坏
• 设计准则与设计内容：确定型号、中心距、直径、根数、预紧力 F₀、压轴力
• 张紧
定义
弹性滑动：考虑带是弹性体，且紧边拉力与松边拉力不相等，导致带在带轮上
产生微量滑动的现象。由于影响较小，实际设计中忽略不计。
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机械设计基础 课堂笔记
链传动的特点与类型
• 链传动是减速装置，小链轮为主动轮，大链轮为从动轮
• 平均传动比准确，但瞬时传动比和瞬时链速不稳定、不均匀
• 小链轮以匀速转动（ω₁ 恒定） ，大链轮角速度ω₂ 是变化的
• 应用场合：矿山机械、农用机械、石油机械、机床、摩托车等
• 链条类型：滚子链、齿形链
注意
链传动瞬时传动比是变化的，这是与带传动的重要区别。小链轮匀速转动，但
大链轮角速度变化，导致瞬时传动比不稳定。
滚子链的结构组成
• 滚子链由滚子、套筒、销轴、内链板、外链板组成
• 滚子（最外层）→ 套筒（滚子内）→ 销轴（最内层）
• 内链板压紧在套筒上构成内链节
• 外链板与销轴构成外链节
• 内链节与外链节交错排列
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机械设计基础 课堂笔记
定义
节距： 相邻两个滚子中心之间的距离 （即相邻两个链节中销轴中心之间的距离） 。
节距越大，链的尺寸越大，传动功率和承载能力越大。
注意
配合性质：滚子与套筒、套筒与销轴均为间隙配合；内链板与套筒、外链板与
销轴均为过盈配合。
例
内链板与套筒、外链板与销轴为过盈配合；滚子与套筒、套筒与销轴为间隙配
合。工作时内外链节间可相对转动，形成铰链。
滚子链的工作特性
• 内外链节构成铰链，链条啮入或啮出时内外链节相对转动
• 滚子沿链轮轮齿滚动，可减小摩擦和磨损
• 内链板和外链板均做成八字形，以减轻重量并使强度接近相等
滚子链的排数
• 有单排、双排、三排
• 排数越多，承载能力越高，但受载均匀性越差
• 一般最多采用三排链
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滚子链的接头形式
• 链条首尾相接，接头方式与链节数的奇偶有关
• 链节数为偶数：可用开口销或弹簧卡连接
– 节距大时用开口销（承载能力强、连接更紧）
– 节距小时用弹簧卡
• 链节数为奇数：需加过渡链接，配成偶数后再连接
注意
一个完整的链节必须同时具有销轴、内链板和外链板。首尾相接时，若链节数
为奇数，需额外制作过渡链接，将其配成偶数。
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齿形链简介
• 结构：导板、工作链板、销轴，链轮与链板首尾相接形成封闭链条
• 优点：噪音小、可靠性高、运动精度较高
• 增加承载能力只需加宽齿形链尺寸
• 结构较复杂，课本未展开，以滚子链为主
链节数的选择
• 过渡链接成本高，且会产生附加弯矩
• 滚子链链节数应尽量取偶数，避免奇数
• 取奇数需额外加工过渡链接，增加麻烦
链号与标准
• 最新标准为 GB/T 1243-2024，采用 ANSI 链号（如 40、50、60、80、100、120）
• 欧洲标准仍用 B 系列（如 08B、10B）
• 旧标准（ISO 链号）如 24A，新标准对应 ANSI 的 120
• 链号后缀含义：-2 表示双排，数字表示列节数（如 24A-2）
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定义
节距 p 与链号的关系：p = 链号 × 25.4 ÷ 16 （单位 mm） 。链号08 为英制，换
算成毫米即得节距。
例
ANSI 120 系列节距为 38.1 mm，对应 ISO 链号 24A。练习中应选用新标准 ANSI
120。
链传动的工作情况分析
• 平均传动比是准确值，但瞬时传动比和瞬时链速是变化的
• 链轮可看作一个正多边形，多边形边长等于节距 p
• 小链轮齿数 z1、大链轮齿数 z2，节距 p，转速 n1、n2
定义
链速：v = z × p × n / (60 × 1000) （单位 m/s） 。链速、小链轮线速度、大链轮
线速度三者相等。
定义
平均传动比：i = n1/n2 = z2/z1 。由于 z2/z1 恒定，平均传动比是准确值。
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运动不均匀性（多边形效应）
• 链条绕在多边形链轮上，紧边处于水平位置
• 分析主动链轮上销轴轴心 A 点的速度，分解为水平分速度和竖直分速度
定义
链速（水平分速度） ：v = (1/2) ·d1·ω1·cosθ，其中 θ 为链节与中心线的夹角。
• θ 角变化范围：-180°/z1 到 +180°/z1，总变化范围为一个链节对应的中心角
360°/z1
• 齿数 z1 越小，θ 变化范围越大，瞬时速度变化越大
• 链速随 cosθ 周期性变化（由小变大、由大变小的过程） ，引起振动和动载荷
注意
主动链轮齿数 z1 不能太小。齿数越小，θ 变化范围越大，链速波动越大，动载
荷越大。因此小链轮齿数一般应大于 17（与齿轮不发生根切的最小齿数一致） 。
从动链轮与瞬时传动比
• 从动链轮链速：v = (1/2)·d2·ω2·cosβ2，β2 变化范围为 -180°/z2 到 +180°/z2
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机械设计基础 课堂笔记
• 主动轮与从动轮链速相等，可得瞬时传动比
定义
瞬时传动比：i = ω2/ω1 = (d1 ·cosβ2) / (d2·cosθ)。由于 β2 和 θ 均在变化，瞬时
传动比一般不是恒定值。
注意
只有当 i = 1 （两链轮大小相同）时瞬时传动比才恒定，但链传动一般用作减速
装置，不会采用这种情况。
定义
多边形效应：链传动中，由于链条绕在多边形链轮上，链速、从动轮角速度及
瞬时传动比均呈周期性变化的现象，即速度的不均匀性。
动载荷
• 动载荷与加速度有关，加速度是链速对时间的导数
• 链速 v = (1/2) ·d1·ω1·cosθ，对时间求导得加速度
定义
加速度：a = -(1/2) ·d1·ω1²·sinθ。最大加速度出现在 θ = ±180°/z1 时。
例
最大加速度推导：(1/2)·d1·sin(180°/z1) = p/2， 故a_max = (1/2)·ω1²·p。 即
最大加速度与小链轮转速和节距有关。
注意
动载荷与小链轮转速和节距有关：节距越大、转速越大，动载荷越大。节距大
对应齿数少，因此齿数不能太少、节距不能太大。
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