《带传动与链传动》课件

带传动与链传动理论与应用综述欢迎参加这门高等机械设计的核心课程本课程将深入探讨带传动与链传动的原理、结构特点以及在工程中的实际应用这两种传动方式在现代机械设计中占据重要地位，被广泛应用于各类机械设备中通过本课程，您将全面了解带传动与链传动的基本理论，掌握其工作机理、优缺点比较，并通过丰富的工程实例加深理解我们将从基础理论出发，逐步深入到具体应用，使您能够在实际工作中熟练运用这些知识学习目标与课程结构理解工作原理深入掌握带传动与链传动的基本工作原理与机制，包括摩擦传递与啮合传递的物理过程掌握结构特点详细了解各类带传动与链传动的结构特点、优缺点与适用场合，为工程应用提供选型依据基本计算与选型掌握传动系统的基本参数计算方法与选型流程，能够根据工况要求进行初步设计案例分析能力通过典型应用案例分析，提升解决实际工程问题的能力，培养工程思维与创新意识传动系统概述齿轮传动链传动高效率、高精度、承载能力大无滑动、传动比稳定适用于精密机械与重载工况广泛应用于自行车、农业机械等螺旋传动带传动结构紧凑、传动比大运行平稳、噪音低常用于精密调节与控制系统在汽车、家电等领域应用较广在工业应用中，带传动和链传动约占机械传动总量的，其中带传动因其平稳、低噪和成本优势广泛应用于轻载场合，链传40%动则因其可靠性和效率优势用于需要精确传动比的场合两种传动方式各有特色，相辅相成带传动基础原理驱动轮旋转摩擦力传递从动轮转动滑移现象主动轮松紧轮由动力源驱动，通过皮带与轮之间的摩擦力实从动轮接收摩擦力，产生转矩负载过大时可能发生带与轮之带动皮带运动现动力传递输出功率间的相对滑动带传动的核心原理是利用摩擦力传递动力通过适当的张紧力，皮带紧紧贴合在带轮表面，当主动轮旋转时，摩擦力使带随之运动，并将动力传递给从动轮张紧力的大小直接影响传动效果，过小则易打滑，过大则增加摩擦损耗和轴承负荷带传动的主要类型平带结构简单，横截面为矩形，适用于高速、轻载工况，传动效率高，但容易打滑常见于纺织机械和轻型传送带系统转速范围20-50m/s，使用寿命约3000-5000小时带V横截面呈梯形，与轮槽接触面积大，摩擦力强，不易打滑广泛应用于汽车、空调和农业机械转速范围5-30m/s，使用寿命约5000-8000小时多楔带结合平带和V带优点，多个V形结构并列，承载能力大，柔性好常用于洗衣机和汽车发动机辅助系统转速范围10-40m/s，使用寿命约6000-10000小时同步带带表面有齿，与齿轮啮合传动，无滑动，传动比恒定适用于需要精确定位的场合如打印机和自动控制系统转速范围15-80m/s，使用寿命约8000-12000小时带传动的工作特点缓冲吸振特性大中心距适应性启停特性带传动系统中，皮带本身具有一定的带传动允许驱动轮与从动轮之间保持带传动启动和停止过程较为柔和，不弹性，能够有效吸收冲击载荷和振动较大的中心距，甚至容许轴线不完全会产生剧烈的冲击力这种特性对于这一特性使得整个传动系统运行更加平行这种灵活性使得机械设计更加频繁启停的设备尤为有利，可以减少平稳，减少了对轴承和其他部件的冲自由，可以根据空间限制进行布局优机械疲劳和磨损击损伤化然而，在负载过大时，带可能会出现在有突变载荷的工况下，带传动表现实际应用中，带传动的中心距可达数打滑现象，这既是缺点也是一种自我出色，能够显著延长机械设备的使用米，远超齿轮传动的适用范围，为大保护机制，避免了系统过载损坏寿命型设备传动提供了便利带传动的优缺点优点•噪音低，运行平稳，能吸收振动和冲击•结构简单，安装维护方便，成本较低•适应较大的中心距，轴线可不完全平行•过载时会打滑，起保护作用缺点•摩擦力传动易打滑，传动比不恒定•寿命受环境温湿度影响较大•需要较大的预紧力，增加轴承负荷•运行效率相对较低，约90%-97%适用场合•轻载高速场合，如风扇、洗衣机•要求低噪声的场合，如办公设备•需要缓冲振动的场合，如车辆发动机•轴距较大的传动系统带传动的受力分析紧边张力₁F主动轮驱动侧产生的较大张力松边张力₂F从动轮回转侧的较小张力有效拉力₁₂F=F-F实际传递动力的净张力带传动的核心是利用摩擦力传递动力，其中紧边与松边的张力差是实际传递功率的关键根据欧拉公式，紧边张力₁与松边张力₂的关F F系为₁₂，其中为摩擦系数，为包角（弧度）较大的包角和摩擦系数可以提高传动能力F/F=e^μαμα张紧力的大小直接影响传动效率与带的使用寿命张紧力过小会导致打滑，过大则增加轴承负荷和摩擦损失，加速带的疲劳在实际应用中，需要根据传递功率合理选择初始张紧力，通常为有效拉力的倍

1.2-

1.5带的应力分析带在运行过程中主要承受三种应力正拉应力、弯曲应力和离心应力正拉应力源于传递功率所需的张力，与有效拉力直接相关；弯曲应力产生于带绕过带轮时的弯曲变形，与带厚度和带轮直径有关；离心应力则由高速运转时的离心力引起，与带的线速度平方成正比在带的强度校核中，需考虑这三种应力的综合作用通常按照公式σ=σt+σb+σc≤[σ]进行计算，其中σt为拉伸应力，σb为弯曲应力，σc为离心应力，[σ]为带材的许用应力对于高速带传动，离心应力尤为重要，可能成为限制带速的关键因素带传动主要失效模式打滑失效侧翻失效当传递的载荷超过摩擦力提供的当带轮轴线不平行或带轮槽型与极限或带表面受到污染时，带会带不匹配时，带可能从槽中爬出在带轮表面打滑长期打滑会导或侧翻这种失效常见于带传V致带表面过度磨损、发热，甚至动系统，会导致传动效率急剧下烧蚀，严重缩短带的使用寿命降，甚至完全失效断裂失效带长期承受超出设计负荷的拉力或经受急剧冲击载荷时，可能发生疲劳断裂或瞬时断裂高温、紫外线辐射和油污也会加速带材老化，降低其强度环境因素对带寿命的影响不容忽视在高温环境中（超过℃），橡胶带老化加速，80弹性下降；低温环境（低于℃）则导致带材变硬，柔韧性下降湿度过高、油污-10和灰尘也会显著影响带的摩擦系数和使用寿命因此，合理的环境控制和预防性维护至关重要典型带轮结构及选型带轮材料结构细节标准化选型铸铁常用于一般工业应用，成本轮缘防止带脱离，平带需设置带轮选型主要依据传递功率、转速和••低，磨损性能良好带型确定标准带轮按照国标轮槽带轮需有精确的槽角（通•V《带轮技术条件》或GB/T1151V铸钢适用于高速、重载场合，具常为）•32°-40°《带传动带轮尺寸系列》GB/T5577V有较高的强度平衡孔高速带轮需进行动平衡处•进行标注，包含型号、直径、槽数等铝合金重量轻，适合高速低惯性理•信息场合与轴连接键连接、胀紧连接或法••工程塑料噪音低，适用于轻载、兰盘连接例如SPZ-200×3表示SPZ型槽、节腐蚀环境圆直径200mm、3槽的V带轮常用带材及标准带类型常用材料国家标准典型型号平带棉帆布、橡胶、皮GB/T1171CP-80×5革V带橡胶包裹尼龙、聚GB/T1171A-1320,B-2000酯纤维多楔带丁腈橡胶、芳纶纤GB/T9544PK-875,PJ-1400维同步带氯丁橡胶、聚氨酯、GB/T12365MXL-270,T5-600钢丝带材的选择直接影响带传动的性能和寿命天然橡胶带具有良好的弹性和耐磨性，适用于一般工业环境；合成橡胶如丁腈橡胶则拥有更好的耐油、耐热性能，适用于恶劣环境对于高负荷传动，钢丝骨架或芳纶纤维骨架的带能提供更高的强度和稳定性在实际应用中，应根据工作环境、载荷特性、速度要求等综合因素选择合适的带材带的标准型号通常包含带型、截面尺寸和长度信息，如A-1320表示A型V带，参考长度为1320mm带特点与参数V高摩擦传动形槽增大接触压力，提升传动能力V稳定运行不易侧移，运行可靠性高广泛适用性适合各种工况与环境条件带因其独特的横截面形状，在带轮槽中产生楔紧效应，显著提高了摩擦系数标准带横截面呈梯形，带轮槽角通常为这种设计使V V34°-40°V带的有效摩擦系数可达，远高于平带的，因此能在相同张紧力下传递更大功率

0.25-

0.

350.15-

0.25根据标准，带分为、、、、、六个型号，对应不同的截面尺寸和承载能力其中型带适用于传递功率范围为，GB/T1171V ZA BC DE A

0.7-

3.7kW常见于空调、风机等设备；而型带可传递功率，适用于工程机械、矿山设备等重载场合带传动广泛应用于汽车、农业机械、工D

7.5-75kW V业设备等众多领域同步带与齿带介绍齿形结构同步带表面设有等间距齿形，可与带轮上的齿槽精确啮合常见齿形有梯形T型、圆弧形HTD和抛物线形RPP，不同齿形适应不同的工况要求传动精度由于齿形啮合传动，同步带不存在相对滑移，传动比完全恒定这使其能够保持精确的同步性，角度误差通常控制在±

0.5°以内，适合需要精确定位的场合应用领域同步带广泛应用于需要精确传动的场合，如数控机床、机器人、打印机和自动化生产线在汽车发动机的配气机构中，同步带确保了气门与活塞运动的精确配合同步带结合了带传动和链传动的优点，既具有带传动的平稳无噪音特性，又有链传动的无滑移精确传动优势其骨架通常采用高强度纤维如玻璃纤维或钢丝，外层包覆橡胶或聚氨酯材料，使其兼具强度和柔韧性带传动效率因素分析带传动传动比的计算多级传动计算实际传动比计算总传动比=i₁·i₂·...·i传动比基本定义ₙ考虑弹性滑移因素i=n₁/n₂·1-ε各级传动比的乘积传动比i=n₁/n₂=d₂/d₁ε为弹性滑移系数，一般为

0.01-

0.02其中n₁、n₂分别为主动轮和从动轮转速，d₁、d₂分别为主动轮和从动轮直径带传动的传动比受到弹性滑移的影响，实际传动比会略小于理论值对于V带传动，弹性滑移率通常为1%-2%；而对于同步带传动，由于采用齿形啮合，不存在滑移，传动比完全准确在高精度要求的场合，应选用同步带或考虑弹性滑移的补偿在实际应用中，单级带传动的传动比一般不超过6，超过此值会导致包角过小，传动能力降低对于需要大传动比的场合，可采用多级带传动，但应注意传动效率会随级数增加而降低带速与中心距的选择2015-25最小带轮槽数带速范围m/s确保足够包角与寿命V带的理想工作带速

2.5d最小轴距倍数相对于大带轮直径d带速是带传动设计中的关键参数，它直接影响传动效率、噪音和带的寿命带速v=πdn/60（m/s），其中d为带轮直径（m），n为转速（r/min）对于普通V带，理想的带速范围为15-25m/s，过低会降低效率，过高则会增加离心应力和噪音中心距的选择需兼顾结构紧凑性和传动性能过小的中心距会导致包角减小，传动能力下降；过大则增加空间占用和带的成本一般推荐中心距取大带轮直径的

1.5-

2.5倍此外，对于大传动比场合，应确保小带轮槽数不少于8个（标准V带）或20个（窄V带），以防止过度弯曲导致带的早期失效带长度与预紧力计算带长度计算预紧力确定对于开口带传动，带长度计算公式为初始预紧力₀计算方法L F₀L=2a+πD+d/2+D-d²/4a F=k·F其中其中为中心距为有效拉力₁₂•a•F F-F为大带轮直径为预紧系数，通常取•D•k

1.2-

1.5为小带轮直径•d预紧力过大会增加轴承负荷，过小则易打滑实际调整中，可通过测量带的挠度或振动频率来控制此公式为近似计算，误差通常在以内，足够实际应用

0.5%在实际工程中，带长度计算后需选择标准带长，计算获得的理论长度通常不会刚好等于标准值选择时应优先考虑稍短于理论长度的标准带，便于施加预紧力针对环境温度变化大的场合，还应考虑带材热膨胀系数的影响，预留适当调节余量实际带传动设计案例需求分析某纺织机电机（功率P=

5.5kW，转速n₁=1440r/min）驱动主轴（要求转速n₂=480r/min）工作环境温度25°C，湿度65%，间歇负载参数计算传动比i=n₁/n₂=1440/480=3考虑服务系数Ks=

1.2（间歇载荷），设计功率Pd=P·Ks=

5.5×

1.2=

6.6kW选择带轮d₁=125mm,d₂=375mm带型选择根据功率和转速，选择B型V带带速v=π·d₁·n₁/60=π×

0.125×1440/60=

9.4m/s（在推荐范围内）带数量根据功率图表，需要3条B型带结构设计中心距a=2·d₂=2×375=750mm带长L=2×750+π375+125/2+375-125²/4×750=2347mm选择标准带长L=2360mm的B-2360型号新型带传动技术高强度复合材料低噪声带环保可降解材料智能监测带V采用碳纤维、芳纶等先进通过优化带的横截面形状新开发的植物基聚合物和集成传感器的智能带可实材料制作带骨架，使带的和材料分层结构，新型低可降解橡胶材料，使带在时监测张力、温度和磨损强度提高以上，同时噪声带能将噪声降低废弃后能够自然降解，减状况，并通过无线技术传50%V3-5减轻重量，降低离心应力，分贝采用特殊的阻尼材少环境污染这些绿色材输数据，实现预测性维护适合高速应用新型复合料和齿形设计，有效减少料在保持原有性能的同时，这种技术特别适用于关键材料带在航空航天、精密振动和共振，提升工作环显著降低了碳足迹，符合设备和难以接近的传动系仪器等领域显示出巨大潜境舒适度可持续发展理念统力链传动基础原理主动链轮旋转动力源驱动主动链轮，链轮齿与链条啮合啮合传递力量链条与链轮之间通过齿与链节的啮合传递力量链条拉动从动轮链条拉动从动链轮转动，完成动力传递保持恒定传动比由于啮合关系，链条不会打滑，保证传动比恒定链传动是一种借助链节与链轮齿的啮合来传递动力的机械传动方式与带传动依靠摩擦力不同，链传动通过链条与链轮之间的啮合关系传递载荷，这种方式消除了打滑的可能性，保证了传动的精确性链传动系统主要由主动链轮、从动链轮和链条组成链条作为承载构件，在两个链轮之间形成闭环，当主动链轮转动时，通过与链条的啮合带动链条运动，链条再带动从动链轮转动，从而实现动力传递这种传动方式广泛应用于需要精确传动比的场合链传动主要类型传动链起重链主要用于传递动力和运动的链条，包括滚子专门用于起重、牵引等场合的链条，强调安链、齿形链等滚子链因结构简单、承载能全性和抗冲击能力焊接链通过焊接工艺形力大而广泛应用于各类机械设备；齿形链则成整体，常用于起重机、锚链；套环链由金因运行平稳、噪音低而用于高速场合；套筒属环相互套接而成，用于手动葫芦；板环链链结构简单，主要用于低速传动则在重载环境下表现出色•滚子链标准型、重型、不锈钢型•焊接链高强度、专业起重设备用•齿形链单导向、双导向型•套环链手动工具、轻型起重•套筒链单列、双列结构•板环链矿山、重型工业应用曳引链用于物料输送和牵引的特殊链条，注重耐磨性和使用寿命输送链设计用于连续输送物料，广泛应用于自动化生产线；牵引链则用于拖拽移动设备或工件；特种链是为特定环境定制的链条•输送链板式、梳齿式、刮板式•牵引链滑轨式、滚柱式•特种链高温、防腐蚀应用滚子链原理与结构结构稳定性多组件精密配合，确保运行可靠抗磨损性能滚子设计减少摩擦，延长使用寿命高强度承载优化的受力结构，提高承载能力滚子链是最常用的传动链类型，由内外链板、销轴、套筒和滚子五部分组成内外链板通过销轴连接形成链节；套筒固定在内链板上，能在销轴上转动；滚子则套在套筒外部，可自由旋转这种精妙的结构设计使得滚子链在与链轮啮合时，滚子能够滚动而非滑动，大大减少了磨损和能量损失滚子链的主要优势在于其稳定的结构和优异的抗磨损性能销轴与套筒之间、套筒与滚子之间形成了两对相对独立的摩擦副，通过适当润滑，可显著降低摩擦损耗同时，内外链板的交错排列形成了强大的抗拉结构，使滚子链具有较高的承载能力根据标准GB/T1243，滚子链按节距大小分为不同型号，常见的有08A、10A、16A等，数字表示节距（毫米）齿形链（无声链）与安装齿板结构齿形链的基本组成单元是齿板，多个齿板并排组装形成一个链节每个齿板一端有齿形，用于与链轮啮合；另一端有连接孔，通过销轴与相邻链节连接齿板通常采用合金钢制造，经热处理提高强度和耐磨性齿面啮合原理齿形链与链轮啮合时，齿板上的弧形或渐开线齿形与链轮齿槽完全吻合，实现精确传动多个齿板同时啮合，大大增加了接触面积，提高了承载能力，同时降低了单位面积压力，减少了磨损安装与维护齿形链安装时需确保链轮齿槽清洁无损，链条张力适中初次安装后的运行阶段（约100小时）是磨合期，需特别注意润滑状况和链条松紧度定期检查链条伸长度，当超过原长2%时应考虑更换齿形链也称无声链，因其运行时噪声显著低于滚子链而得名其特点是结构紧凑，传动平稳，噪声小，适合高速重载场合在相同条件下，齿形链的传动能力可达滚子链的

1.5-2倍，但成本也相应提高齿形链广泛应用于需要低噪声、高可靠性的场合，如汽车发动机正时系统、精密机床等链传动与带传动对比分析对比项目链传动带传动传动原理啮合传递动力摩擦力传递动力传动比稳定性高，无滑移低，存在弹性滑移效率高97%-98%中90%-97%噪声较大较小振动大，存在多边形效应小，平稳轴向负荷小大，需考虑轴承寿命润滑要求高，需定期润滑低，基本不需润滑寿命取决于润滑和磨损受环境影响大，易老化成本较高较低链传动与带传动在原理上的根本区别是力的传递方式链传动通过链轮齿与链条的啮合传递动力，而带传动则依靠摩擦力这一差异导致链传动传动比精确稳定，而带传动存在弹性滑移在承载能力方面，链传动明显优于带传动，能够在较小体积下传递较大功率从环境适应性看，链传动能承受更恶劣的温湿度条件，但需要良好的润滑；带传动维护简便，但易受高温、油污和紫外线影响选择时应根据具体工况综合考虑两种传动方式的特点，有时甚至可以结合使用，发挥各自优势链传动的优点传动精确稳定由于链条与链轮之间的啮合传动，不存在相对滑动，因此链传动的传动比完全稳定，精度高这使得链传动特别适用于需要精确同步的场合，如发动机正时系统、数控机床等高效率传动链传动的效率通常在97%-98%，远高于许多其他传动方式这种高效率主要得益于啮合传动方式和滚子链中滚子的滚动接触，大大减少了摩擦损失在长期运行的设备中，这种高效率可显著节约能源成本耐恶劣环境链传动对工作环境的适应性强，能够在高温（可达150℃）、高湿、多尘等恶劣环境下正常工作特种链条如不锈钢链甚至可以在腐蚀性环境中使用这种环境适应能力使链传动在冶金、矿山等苛刻工况中得到广泛应用适应远距离传动链传动适用于轴距较大的场合，理论上没有距离限制实际工程中，链传动的轴距可达数十米，远超齿轮传动特别是在传送带系统中，链条可以连接数百米的跨度，实现远距离物料输送链传动的缺点速度脉动噪声大链条在运转过程中会产生速度脉动，导致链轮链节与链轮啮合时的冲击和振动会产生较大噪转速不均匀，这种现象称为多边形效应声，特别是在高速运转时更为明显制造成本高润滑需求链条结构复杂，制造精度要求高，导致成本较链传动需要良好的润滑以减少磨损和噪声，增带传动明显提高加了维护成本和复杂性链传动的主要缺点之一是速度不均匀，这是由于链条节距与链轮齿数有限造成的多边形效应当链节进入和离开啮合区时，会产生速度波动，引起振动和噪声这种效应在链轮齿数少、速度高时尤为显著在精密传动场合，这种速度波动可能导致产品质量问题另一个显著缺点是维护成本高链传动需要定期润滑和张力调整，链条磨损后会导致链长增加，必须及时调整或更换与带传动相比，链传动的初始投资和运行维护成本都更高，但在正确维护的情况下，链传动的使用寿命通常更长，可达20000-30000小时甚至更多链传动的应用场合链传动特别适用于轴距较远、工作可靠性要求高的场合在农业机械领域，如收割机、拖拉机中，链传动能够抵抗灰尘、湿气等恶劣环境，同时承受冲击载荷；在工业输送线上，链传动可靠稳定，能够持续长时间运行，是物料输送的首选方案；在需要精确传动比的机床和印刷设备中，链传动确保了加工精度交通工具也是链传动的重要应用领域自行车、摩托车普遍使用链传动作为动力传递系统，其结构简单、效率高、维护方便的特点非常适合这类交通工具此外，一些特种车辆如履带车、坦克等也大量采用链传动结构值得注意的是，链传动在高速精密场合已逐渐被同步带替代，但在恶劣环境和重载条件下仍然不可替代链传动的失效与磨损链节磨损销轴与套筒间的磨损导致链条伸长销轴疲劳长期载荷变化引起疲劳断裂润滑不良润滑不足加速摩擦和磨损链传动的主要失效模式是链节磨损导致的链条伸长在运行过程中，销轴与套筒之间、套筒与滚子之间的接触面会逐渐磨损，使链节变长，链条总长增加当链条伸长超过原长的2%-3%时，会导致链轮齿与链条啮合不良，产生跳齿、冲击和噪声，严重时甚至导致传动失效预防链传动失效的关键在于科学的维护首先，应确保充分润滑，包括定期添加适量、适质的润滑油；其次，定期检查链条松紧度，保持适当的预紧力；第三，监测链条伸长度，必要时调整或更换；最后，注意防尘防污染，避免异物进入链条与链轮啮合区一套完善的维护制度能显著延长链传动系统的使用寿命链轮结构与材料链轮齿形设计材料选择表面强化处理链轮的齿形设计直接影响传动性能链轮材料根据工况要求选择，常用材为提高链轮使用寿命，常采用表面强标准链轮齿廓为复合曲线，由滚子运料包括化处理动轨迹形成，确保啮合平稳齿顶圆、中碳钢（钢）一般工况，经热表面淬火齿面硬度可达•45•HRC45-齿根圆、分度圆的精确设计使链条能处理后硬度，深度HB220-

280550.8-

2.5mm够顺畅进入和离开啮合区，减少冲击合金钢（等）重载工况，经渗碳处理适用于小模数链轮，硬•40Cr•热处理后硬度度HRC30-40HRC58-62齿形参数依据《链轮》标准GB/T5584铸铁（）低速场合，氮化处理提高耐磨性和疲劳强度•HT250-300•设计，包括齿顶高、齿侧间隙等齿耐磨性良好数选择也很关键，通常不少于齿，17尼龙工程塑料低噪音要求，轻镀硬铬用于特殊腐蚀环境•/•以减少多边形效应载场合链条选型与标准GB/T ISO国家标准国际标准我国链条技术标准体系国际标准化组织链条标准ANSI美国标准美国国家标准协会规范链条选型需考虑传递功率、工作速度、工况条件等多种因素我国常用的滚子链标准为GB/T1243，分为A、B两系列A系列（如08A、10A）对应ISO标准，数字表示节距（mm）；B系列（如08B、10B）为重型系列，承载能力更高此外，还有专门用于农机的GB/T1244标准和用于摩托车的GB/T3097标准在实际选型中，首先计算设计功率Pd=P×Ks（Ks为工况系数，通常为

1.2-

2.0），然后根据设计功率和链轮转速，参照标准图表选择合适型号对于多排链条，双排链的承载能力约为单排的

1.7倍，三排约为单排的

2.5倍特殊工况如高温、腐蚀环境，应选用专用链条，如不锈钢链、镀镍链等链条型号示例10A-1×106（表示10A型单排链条，106个链节）链节数与中心距计算链条运动动力学速度变化原理链传动中的多边形效应导致传动速度周期性波动，即使在恒速输入情况下，输出速度也会有脉动这种波动的幅度与链轮齿数成反比，即齿数越少，波动越显著速度波动系数δv=vmax-vmin/v̄，其中vmax、vmin分别为最大最小线速度，v̄为平均速度惯性力影响速度波动会产生附加惯性力，特别是在高速工况下，这种惯性力会导致链条张力波动，增加动载荷，加剧零件磨损和疲劳链条惯性力计算公式Fi=m·a=m·ω²r·1-cosπ/z，其中m为链条质量，ω为角速度，r为节圆半径，z为齿数跳链问题分析高速条件下，离心力和冲击载荷可能导致链条与链轮脱离正常啮合位置，产生跳链现象这不仅会造成噪声和振动，严重时会导致传动失效预防跳链的措施包括增加预紧力、使用导向装置、提高链轮精度、保持良好润滑链传动效率与张紧设计充分润滑确保链节关节处获得足够润滑，减少摩擦合理张紧保持适当的预紧力，避免过紧或过松精确对中确保链轮在同一平面上，减少侧向摩擦防护维护防止外部杂质进入，定期检查维护链传动的效率一般在97%-98%，是各类传动方式中效率较高的一种影响效率的主要因素是销轴与套筒之间、套筒与滚子之间的摩擦损失，以及链条与导向装置的摩擦润滑状况直接决定了效率水平，良好的润滑可使效率提高1%-2%根据运行速度选择合适的润滑方式低速（v2m/s）采用滴油或人工涂抹；中速（2-7m/s）采用油浴或飞溅润滑；高速（7m/s）需使用压力循环润滑张紧装置是保证链传动稳定运行的关键常用的张紧方式包括调整中心距式（结构简单，适用于轻载）、重力张紧式（自动补偿磨损伸长，但占用空间大）、弹簧张紧式（张力恒定，适用于冲击载荷）和液压张紧式（可实时调节，适用于大功率传动）张紧轮通常安装在链条松边，位于两链轮连线外侧，以增加包角并减小附加载荷冲击载荷与强度校核链节强度理论动载系数考量使用寿命估算链条强度设计基于最实际工作中，链条承链条寿命主要受销轴弱环节原理，通常以受的不仅是静负荷，与套筒磨损限制按销轴剪切强度或链板还包括速度波动引起照经验公式，寿命L拉伸强度作为限制因的动态载荷动载系（小时）=素标准链条的许用数通常取决于速度⁻，其Kd K·Fb/F³·n¹·p载荷已在标准中给出，和工况，范围在中为寿命系数（取决

1.2-K如表中的破之间总载荷计算于润滑条件），为GB/T

12432.0Fb断载荷和允许工作载公式，其破断载荷，为工作载F=Fs·Kd F荷选型时，实际工中为静载荷高速荷，为链轮转速，Fs np作载荷应小于允许工或有冲击载荷的场合为节距良好润滑条作载荷，即应采用较大的动载系件下，寿命可达F≤[F]数小时以上15000典型链传动设计案例工程背景某输送机需设计链传动系统，电机功率P=15kW，转速n₁=960r/min，减速后输送链速要求v=

0.8m/s，工作环境为煤矿地下，含尘、湿度大、温度常年25℃左右参数计算设计功率Pd=P·Ks=15×

1.6=24kW（Ks为工况系数，煤矿环境取

1.6）选择链条根据功率和转速查表，初选16A双排链链轮设计小链轮齿数z₁=19，节圆直径d₁=

154.5mm结构布局输送速度v=π·d₁·n₁/60=π×

0.1545×960/60=

7.76m/s中心距a=30~50p=40×

25.4=1016mm（p=

25.4mm为16A链节距）传动比i=

7.76/

0.8=

9.7，选择i=10链节数L=2·40+19+190/2+190-19²/4π²·40=80+

104.5+

18.5=203大链轮齿数z₂=z₁·i=19×10=190取整为L=204，重新计算中心距a=1020mm成本与维护链条长度L·p=204×

25.4=

5181.6mm选用耐腐蚀处理的16A-2双排链条，链轮材料选用42CrMo合金钢，表面淬火处理采用压力循环润滑系统，防尘密封设计预计使用寿命14000小时，维护周期每1000小时全面检查新型链传动技术高强度轻质链条低噪声齿形改进采用钛合金、高强度铝合金等轻质材料制造的链条，重量减轻新型链轮齿廓设计采用优化的啮入啮出曲线，减少了啮合冲击30%-50%，同时保持或提高强度这种轻质链条显著降低了惯性结合特殊的噪声吸收材料和阻尼结构，能将传统链传动的噪声降力，减少了多边形效应，特别适用于高速传动场合航空航天和低8-12分贝这种技术在汽车发动机正时系统和精密设备中应用高性能机械中已开始应用效果显著自润滑复合材料智能监测技术新开发的自润滑套筒和滚子，采用特殊聚合物或陶瓷材料，内部集成传感器的智能链条系统，能实时监测链条张力、温度、伸长含有润滑剂存储腔，可持续释放润滑剂这种设计减少了维护需度等参数，并通过物联网技术传输数据这种技术实现了预测性求，延长了链条使用寿命，特别适用于难以常规润滑的场合维护，可大大降低意外故障率，提高系统可靠性带传动与链传动选型对比选型因素带传动优势链传动优势适合选择初始成本低15-30%-成本敏感场合选带传动传动效率-高2-5%长期运行设备选链传动噪音控制低10-15dB-低噪声要求选带传动使用寿命-长30-50%难维护场合选链传动工作环境洁净环境恶劣环境环境决定选型传动精度-高，无滑移精密传动选链或同步带维护需求低，几乎免维护-简便维护选带传动冲击载荷-承受能力强冲击负载选链传动选择带传动还是链传动，需综合考虑多种因素在成本方面，带传动初始投资低，但链传动使用寿命长，长期看可能更经济带传动优势在于低噪声、免润滑维护简便，适合办公环境和轻载应用；链传动则以高效率、高精度和耐恶劣环境著称，适合工业重载和精密场合实际选型时，应根据具体工况进行全面分析例如，汽车发动机皮带驱动辅助系统（如发电机、水泵）选用带传动，因为噪声低、免维护；而配气机构则采用链条或同步带，以确保精确同步在一些特殊应用中，甚至可以结合两种传动方式，发挥各自优势典型传动系统实例分析（）1自行车链条传动结构自行车传动系统是链传动的经典应用，由前链轮（曲柄连接）、后飞轮（与后轮连接）和链条组成现代自行车通常采用1/2×3/32规格链条，具有轻量化、抗拉强度高的特点前链轮齿数通常为36-52齿，后飞轮为11-34齿，通过变速器可实现不同传动比变速传动原理自行车变速系统通过链条在不同直径链轮间移动实现传动比变化前、后变速器控制导链器位置，使链条精确地从一个链轮转移到另一个链轮上现代变速系统采用指数变速技术，每次变速链条移动的距离精确对应齿轮间距性能特征分析自行车链传动效率高达98%，是人力车辆中最高效的传动方式链条疲劳寿命通常可达3000-5000公里，主要受润滑和保养影响先进的链条如超窄链采用特殊合金和表面处理，重量减轻，同时提高强度和耐磨性变速系统的指数技术确保变速顺畅、精确自行车链传动系统完美体现了链传动的核心优势无滑移、高效率、结构简单、可靠性高其设计精髓在于平衡了轻量化与强度、成本与性能现代高端自行车链条采用镀镍或特氟龙涂层，大大提高了耐腐蚀性和使用寿命，同时降低摩擦系数，提升传动效率典型传动系统实例分析（）2汽车发动机带传动系统是带传动技术的集大成者，主要包括正时带系统和附件驱动带系统正时带（通常为同步带）负责驱动凸轮轴，保证与曲轴的精确同步，确保进排气阀门与活塞运动协调这种同步带具有高强度芳纶纤维或玻璃纤维骨架，外覆合成橡胶，齿形精确，能在高温环境下长期可靠运行附件驱动系统通常采用多楔带（也称蛇形带），一条带同时驱动多个附件，如发电机、空调压缩机、动力转向泵等多楔带横截面有多个V形结构，增大摩擦面积，传动能力强带的自动张紧器确保恒定张力，补偿带的伸长和磨损现代发动机带传动系统设计寿命通常达10万公里以上，体现了带传动技术的成熟和可靠一些高性能发动机已采用链条替代正时带，以获得更长使用寿命常见故障及检修方法带传动常见故障链传动常见故障带裂检查是否有锐边、过度弯曲或材料老化链磨损检查润滑状况，测量链长变化••打滑检查张紧力是否不足或带表面是否有油污跳齿检查链条伸长度，链轮齿磨损情况••偏移检查轴是否平行，带轮槽是否磨损变形异常噪声检查润滑、张紧度和链轮对中情况••过早磨损检查环境温度、湿度是否超标链条断裂检查是否有过载、卡阻或材料缺陷••检修方法定期检查带的外观，注意裂纹、磨损；测量带的检修方法定期检查链条伸长度，超过原长应更换；保2%松紧度，控制挠度在规定范围；确保带轮无变形、轴系平行；持充分润滑；检查链轮齿形磨损；确认链条张紧适当；定期检查环境是否符合带材要求清洁，防止异物进入预防性维护对于提高传动系统可靠性至关重要建议制定系统的检修计划，包括日常巡检、定期检查和计划性大修在日常巡检中，注意观察运行声音、温度变化；定期检查应包括零件尺寸测量、磨损评估；计划大修则进行全面拆检和必要的零件更换通过预测性维护技术，如振动分析、温度监测等，可以提前发现潜在问题，避免突发故障传动系统节能与降噪新技术高效率带材主动降噪材料新型带材采用低滞后损失橡胶和优化的纤维排布特殊复合材料能吸收特定频率振动能将传统带的效率提高2-3%降低链传动噪声8-15分贝2智能变速控制空气动力学优化负载感应自动变速，保持最优工作点链轮、带轮表面流线型设计减少风阻综合效率提升10-15%高速运行能耗降低5%以上传动系统节能技术是机械设计中的热点研究领域新型高效率带材采用分子结构优化的特种橡胶，内部摩擦显著降低，变形能量损失减少，同时保持足够的摩擦系数这种材料在大型工业设备中应用后，平均能耗降低

3.5%，年节电量可观链传动方面，新型表面处理技术如DLC（类金刚石碳）涂层，使摩擦系数降低40%，直接提高传动效率降噪技术同样取得重大突破主动降噪链轮采用特殊形状的齿槽，改变啮合频率，避开结构共振点；阻尼复合材料链板能吸收50-80%的振动能量；带传动中的共振抑制技术通过带轮内置阻尼器，有效抑制带的横向振动这些技术在汽车、精密设备和办公场所设备中应用广泛，大大改善了工作环境和产品品质智能监控与维护技术张力实时监测新型嵌入式传感器能够实时监测带和链的张力状态，通过应变片或压电元件测量张力变化监测数据可无线传输至控制中心，系统自动分析张力趋势，当发现异常时立即报警这种技术特别适用于连续生产线，可避免因张力不当导致的生产中断磨损状态监测基于机器视觉的磨损检测系统，利用高速相机和图像分析算法，可在链条运行过程中检测链节磨损、变形等问题带传动则采用激光测厚技术，定期扫描带的厚度变化和表面状态，无需停机即可完成检测远程故障预警结合大数据分析和机器学习技术，现代预测性维护系统能够根据历史运行数据建立设备健康模型，提前预测可能的故障云平台将多台设备数据整合分析，提高预测准确性，并向维护人员智能手机推送预警信息智能监控技术正在彻底改变传统传动系统的维护模式，从故障修复转向预测维护在某大型矿山输送系统的应用案例中，传感器网络监测链条的运行参数，如张力、温度、振动和伸长度，数据通过工业物联网上传至云端AI算法分析这些数据，识别出异常模式和潜在问题，准确率达85%以上自动化与机器人传动应用高精度需求高可靠性要求刚柔结合创新机器人关节和自动化设备需要极高的定位精自动化生产线和机器人通常需要连续运行数现代自动化设备追求刚性传动与柔性传动的度，通常要求传动系统的精度误差控制在千小时，中断成本极高传动系统故障往往完美结合在动力传递环节保持高刚度，确

0.01-

0.05mm范围内这要求传动元件具有导致整条生产线停机，因此要求传动元件具保精确控制；在接近执行机构处引入适当柔零背隙、高刚度特性，同时保持一定柔性以有极高的可靠性和较长的使用寿命，通常要性，吸收冲击、减少振动特种同步带和碳吸收冲击同步带和特种链条在这方面表现求无需维护运行至少10000小时纤维复合材料链条为这种需求提供了创新解出独特优势决方案在协作机器人领域，带传动和链传动技术展现出新的生命力先进的同步带采用钢丝或碳纤维增强，齿形设计采用改进的曲线，大大提高了定位精度一些高端机器人的关节传动采用静音链条，结合伺服电机和高精度编码器，实现微米级定位精度和高动态响应自动化立体仓库的提升和输送系统则大量采用特种链条和多楔带，要求在严苛环境下长期可靠运行这些传动系统往往集成了状态监测传感器，实现智能维护，最大限度减少停机时间在医疗机器人中，特种无声链和洁净级同步带的应用确保了高精度、低噪声和无污染操作环境机械创新案例展示工业背景下，传动系统正在经历前所未有的创新变革德国西门子公司开发的智能带传动系统集成了多种传感器，实时监测带的张力、

4.0温度和位置，通过工业以太网与控制系统通信，自动调整最佳工作状态该系统在连续运行的钢铁轧机上应用后，能耗下降，带的使12%用寿命延长35%日本发那科公司的新型混合链传动系统将传统金属链与高强度复合材料相结合，创造出轻量化、高强度的传动链链节内部空腔设计实现自润滑，特殊的滚子结构将噪声降低，在高速精密机床上应用效果显著意大利公司的模块化驱动系统将带传动、链传动与40%Bonfiglioli行星齿轮完美结合，根据工况自动选择最优传动路径，实现效率与负载的最佳平衡，体现了现代传动系统集成化、智能化的发展趋势综合案例大型物流输送线传动方案系统需求分析综合考虑效率、可靠性与成本分区传动设计不同区域选择适合的传动方式混用优化方案3带传动与链传动各发挥优势大型物流中心输送线传动系统设计是带传动与链传动混合应用的典型案例该系统总长

1.2公里，需处理从轻小包裹到重型托盘的各类货物，运行环境复杂多变设计团队采用分区传动策略主干线采用宽幅多楔带传动，具有低噪声、低维护特点，适合长时间连续运行；分拣区和转向装置则采用滚子链传动，确保精确定位和可靠转向；提升机构采用特种链条，具有高强度和抗冲击能力系统的核心创新在于传动方式的无缝衔接和集中控制通过变频调速和智能张紧装置，各区域传动速度精确同步；分布式传感器网络监测系统状态，实现预测性维护这种混合传动方案兼顾了效率、可靠性和成本，比传统单一传动方式节约能耗15%，维护成本降低25%，系统可用率提高到

99.5%该案例充分展示了带传动和链传动在现代物流系统中的互补优势链传动与带传动典型应用领域未来发展方向与趋势新材料革新石墨烯增强复合材料、超高分子量聚合物和生物基材料将重塑传统传动元件，实现更高性能和环保要求智能化传动集成传感器、自诊断功能和自适应控制的智能传动系统将成为标准配置，实现实时监控和优化系统集成化传动系统将与驱动电机、控制器深度融合，形成一体化解决方案，提高系统协同性能绿色可持续节能、低碳和可回收将成为传动系统设计的核心理念，符合全球可持续发展目标传动技术的未来发展将受到多种因素驱动新材料技术方面，碳纳米管增强带材已在实验室展示出超强韧性，有望将带的强度提高3倍；自修复聚合物可使微小损伤自动愈合，大幅延长使用寿命；特种陶瓷链节具有超低摩擦系数和极高耐磨性，特别适合极端工况数字化转型是另一重要趋势数字孪生技术将为每个传动系统创建虚拟模型，实时反映物理状态，支持远程监控和优化；人工智能算法将分析海量运行数据，预测维护需求并自动调整工作参数；区块链技术则有望用于传动部件的全生命周期追踪，确保品质和可追溯性这些创新将推动传动技术从单纯的机械构件向智能化、集成化系统转变，为工业

4.0和智能制造提供强大支撑课后思考与习题计算题设计题案例分析题某带传动系统，电动机功率为，设计一个带传动系统，用于驱动风机，功某印刷机使用链传动，但频繁出现噪声大、

1.V

7.5kW

1.

1.转速为，传动比为，试选择合率为，输入转速为，输出转定位不准问题分析可能原因，并提出改进1450r/min

2.55kW1450r/min适的带型，并计算带轮直径、中心距和带长速为，要求运行平稳、噪声低方案725r/min某食品包装线在更换了普通带为同步带

2.V滚子链传动，小链轮齿数₁，大链为一台农业收割机设计链传动系统，考虑后，出现了断带故障请分析原因，并提出

2.z=

192.轮齿数₂，链条节距，设恶劣工作环境和冲击载荷因素，并提供润滑解决方案z=57p=

15.875mm计中心距为，求链节数和实际中心距和防护方案40p这些习题旨在帮助学生巩固带传动与链传动的理论知识，并培养实际应用能力计算题侧重于基本参数的选择与计算，是工程设计的基础；设计题要求学生综合考虑工况要求、环境因素和性能指标，培养系统思维；案例分析题则引导学生将理论知识应用于解决实际问题，提升分析和解决问题的能力完成这些习题需要充分理解课程所学内容，并灵活运用相关标准、图表和计算方法建议学生在解题过程中注重工程实际，考虑安全系数、环境影响和经济性等因素，培养工程思维优秀的作业将展示在课程网站上，供大家学习参考课程总结与展望创新驱动未来新材料、新结构、新技术融合发展应用与实践理论指导设计，实践验证理论基础理论掌握原理机制，理解设计方法本课程系统介绍了带传动与链传动的基本原理、结构特点、设计方法及应用实例带传动利用摩擦力传递动力，具有运行平稳、噪声低、维护简便的特点，适用于中小功率传动；链传动通过啮合方式传递动力，具有传动比准确、效率高、适应恶劣环境的优势，适用于需要精确传动和承受较大载荷的场合两种传动方式各有所长，在工程实践中往往根据具体需求选择或组合使用展望未来，传动技术将朝着智能化、集成化、绿色化方向发展新材料和新工艺将不断突破传统性能边界；数字技术与机械工程的深度融合将催生智能传动系统；而可持续发展理念将推动更加环保节能的解决方案作为工程师，我们需要既扎实掌握传统理论，又保持开放创新的思维，才能在工业设计的浪潮中创造价值希望各位同学通过本课程的学习，能够在未来的工作中灵活运用所学知识，为机械工程领域的发展贡献力量。