1. 引言
现在石油危机促使了人们对新能源的开发，其中在车辆领域，人们努力在非石油消耗用品上的探索，以至于出现很多电动汽车的产品，并且越来越成熟，这个电动客车总体布置的毕业设计将促成我对这些方面的认识更加深刻。对以后的工作学习有帮助。
2. 设计方案的确定
目前电动汽车分为好多种，包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车利用电力驱动，在使用中可实现零排放。但迄今为止，电动汽车的关键部件蓄电池在能量密度、使用寿命和价格方面都尚未达到应有的水平，目前还只适应于生活环境要求很高、行驶里程短的街区、园区内。因此，在目前情况下，以内燃机和电动机为动力源的混合动力电动汽车（Hybird Electric Vehicle,简称HEV）技术更具实用价值，是近期高效节能汽车发展的一个主要方向。燃料电池电动汽车采用的电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接转换成电能的电化学发电器。它的效率是内燃机的2~3倍，无污染、无噪声、排出的不是温室气体CO?而是水。现存的问题是价格贵，体积质量大，可靠性，环境适应性不高。燃料电池电动汽车是新型的高效节能汽车的发展方向之一[1]。
2.1 动力系统的选择
在对比几种电动汽车的特点后，鉴于现在的实际情况，选择混合动力的电动汽车是一个不错的选择，作为一辆客车而言，续驶里程很重要，以及低的故障率的保证，因为如果在行驶途中没有能源了，不管对客车公司还是对乘客而言将是一件很棘手麻烦的事。纯电动车因为其续驶里程短如果没电了只有等待救援的特点，还有目前纯电动汽车技术还不是很成熟。所有在设计一辆电动客车时选择动力系统为纯电动汽车不是很合适。当然燃料电池电动汽车有很好的发展前景，同样鉴于其技术目前不成熟的原因，价格高，相比混合动力汽车，也不是很理想的选择。最后我们在动力方案的选定上确定混合动力汽车作为动力系统的组成[2]。
2.1.1 混合动力电动汽车的特点
以石油产品为燃料的内燃机，由于其所有的高能量密度而成为目前汽车上使用最普遍的动力源，然而汽（柴）油车的排放破坏了人类赖以生存的大气环境，加之石油又日
益匮乏，工程师们不得不开始去为汽车研发新的动力装置。
电动机与内燃机相比，具有清洁、安静、效率高的特点，同时它的转速—转矩控制特性比较灵活。电动机在低速时具有恒转矩的特性，在高速时具有恒功率的特性，可以在转速—转矩特性曲线下区域的任何一点工作。混合动力电动汽车将电力驱动与传统的内燃机驱动相结合，充分发挥了二者的优势。同时，它可以从根本上解决现在纯电动汽车动力性差和续驶里程短的问题。
混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要的优势是：
1)电池容量大为减少，进而可以降低整车重量，为提高动力性作出贡献。
2)由于采用辅助动力驱动，打破了纯电动汽车续驶里程的限制，其长途行驶能力可与传统的汽车相媲美。
3)在混合动力电动汽车上采用高度实时和动态的优化控制策略，优化控制的结果尽量使动力系统各部件工作在最佳状态和最高效率区域，大大限制了内燃机在恶劣工况下的高燃油消耗和大量的尾气排放，大大提高了混合动力汽车的燃油经济性。在排放限制严格的地区，还可以关闭内燃机动力，以纯电动方式工作，成为零排放的汽车。
4)空调系统等附件有内燃机直接驱动，有充分的能源供应，保证了汽车的乘坐舒适性。
5)在控制策略的作用下，辅助动力可以向储能装置（一般为电池组）提供能量，从而保证混合动力汽车无需停车充电，因此可利用现有加油站，不需要进行专用充电设施的建设。
6)由于混合动力汽车的电池组在使用过程中是浅充浅放，可以延长电池的使用寿命。
2.1.2 混合动力电动汽车的结构
由于混合动力电动汽车的组成部件，布置方式以及控制策略不同，所以形成了各种各样大的结构形式。根据发动机和电动机的功率比的大小，分为里程延长型、双模式型和动力辅助型；根据发动机运行模式的不同，可以分为发动机开/关模式型和发动机连续运行模式型；根据发动机和电动机是否布置在同一轴线上，分为单轴型和双轴型；根据动力源的数量以及动力系统结构型式不同，可分为串联式、并联式以及混联式。下面简单的介绍一下三类混合动力电动汽车。参看图2.1
图2.1
a)串联式 b)并联式 c)混联式
B-蓄电池 E-内燃机 F-油箱 G-发电机
M-电动机 P-功率转换器 T-传动装置
1.串联式混合动力电动汽车：是混合动力电动汽车中结构型式最简单的一种，发动机输出的机械能通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分经过电动机和传动装置驱动车轮，另一部分则可存储到蓄电池中去，供汽车加速时或其他工况下使用。与传统的燃油汽车相比，它是一种发动机辅助型的电动汽车，主要是为了增加汽车的行驶里程。由于发动机与发电机之间的机械连接装置中没有离合器，因此它具有一定的灵活性。尽管其传动结构简单，但是它需要三个驱动部分：发动机、电动机和发电机。如果串联式混合动力电动汽车设计考虑大爬坡度和频繁急加速的情况，则为提供最大功率，对三个驱动部件的要求相应都较高。
2.并联式混合动力电动汽车：串联式混合动力电动汽车不同，并联式混合动力电动汽车采用发动机与发电机两套独立的驱动系统驱动车轮。发动机和发电机通常采用不同的离合器驱动车轮，可采用发动机单独驱动、电力单独驱动以及发动机和电动机混合驱动三种不同的工作模式。并联式是一种电力辅助型的燃料车，目的是为了降低排放和燃油消耗。当发动机提供的功率大于驱动汽车所需要的功率时或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量充入蓄电池。与串联式相比，并联式只需两个驱动部件：
发动机和电动机，并且，在蓄电池放电完毕前，如果要得到相同的性能，并联式比串联
式混合动力电动汽车对于发动机和发电机的功率要求都要低。
3.混联式混合动力电动汽车：它在结构上综合了串联式和并联式的特点。与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线；与并联式相比，它增加了电能的传输路线。因此，它兼有串联式和并联式的优点。然而另一方面，这也造成其结构复杂、成本高的缺点。
2.1.3 混合动力电动汽车的节油原理
与传统内燃机汽车相比，其节油的主要原因在于：
1)为了满足急加速、以很高车速行驶与快速上坡对驱动的功率的要求，传统的内
燃机汽车所配备的发动机功率往往相当大。例如，一般轿车在良好的路面以100km/h和120km/h匀速行驶时，要求发动机提供的功率大致是20KW和36KW，但其配备的发动机最大功率达114KW，这样大的功率储备主要用于大加速，高车速以及坡道等行驶工况。因此，在一般的情况下，发动机节气门开度小，负荷率低，发动机常常工作在一个不经济的区域内，相应的燃油消耗铝率高，然而，对与混合动力电动汽车，其储能元件（如蓄电池）的补偿功率时提供电能，从而在混合动力驱动系统中可以使用小型的发动机，并可以使发动机的工作点处于高效率的最优工作区域内。
2)混合动力电动汽车可以在汽车停车等候或低速滑行等工况下关闭内燃机，节约
燃油。
3)在混合动力电动汽车的电力驱动部分中，电动机能够作为发电机工作。当汽车
减速滑行或紧急制动时，可以利用发电机回收部分制动能量，转化成电能存入蓄电池，从而进一步提高汽车的燃油经济性。
3. 整车布置设计的说明
3.1 客车的相关知识的介绍
3.1.1 客车的分类
下面给客车做下简单的分类，乘坐9人以上，主要供公共服务的汽车叫客车。按用途分类客车有城市公共客车、城乡公交车、长途客车、团体客车、游览客车、专用客车等类型。按车身承载形式分类有非承载式车身、半承载式车身、承载式车身。按车身结构差异分薄壳式车身、骨架式车身、复合式车身、单元式车身和嵌合式车身[3]。客车从长度的方面来区分，从下表3.1中可以看出。
表3.1客车的分类
本设计的是轻型客车，其长度在3.5到7米之间。
3.1.2 客车的布置形式
客车的布置形式底盘包括传动系、行驶系、转向系和制动系四个部分，这个具体的就不做介绍了，下面把本课题的发动机布置形式说一下，布置形式一共有以下三种，发动机位置：前置、中置、后置
根据发动机的位置不同，客车有下列布置形式：发动机前置后桥驱动；发动机中置后桥驱动；发动机后置后桥驱动；发动机前置时，可布置在轴距外或布置在前轴上方。发动机后置时，可以纵置或横置在汽车后部。
(1)发动机前置后桥驱动
采用发动机前置后桥驱动布置方案的优点是：动力总成操纵机构结构简单；散热器位于汽车前部，冷却效果好；冬季在散热器罩前部蒙以保护棉被，能改善发动机的保温条件；发动机出现故障时驾驶员容易发现[7]。
此方案的主要缺点有：发动机凸起在地板表面上部，因而车厢面积利用不好，并且布置座椅时会受到发动机的限制；由于传动轴从地板下面通过，致使地板平面离地面较高，乘客上、下车不方便；传动轴长度长；发动机的噪声、气味和热量易于传人车厢内；隔绝发动机振动困难，影响乘坐舒适性；检查发动机故障必须在驾驶室内进行，降低了检修工作的舒适性；如果乘客门布置在轴距内，使车身刚度削弱；若采用前开门布置，虽然可以改善车身刚度，但会使前悬加长，同时可能使前轴超载。
(2)发动机后置后桥驱动
这种布置方案的主要优点是：能较好地隔绝发动机的噪声、气味、热量；检修发动机方便；轴荷分配合理；同时由于后桥簧上质量与簧下质量之比增大，能改善车厢后部的乘坐舒适性；当发动机横置时，车厢面积利用较好，并且布置座椅受发动机影响较少；作为城市间客车使用时，能够在地板下部和客车全宽范围内设立体积很大的行李箱。作为市内用客车不需要行李箱，则可以降低地板高度；传动轴长度短。
此方案的主要缺点是：发动机的冷却条件不好，必须采用冷却效果强的散热器；动
力总成操纵机构复杂；驾驶员不容易发现发动机故障。
(3)发动机中置后桥驱动
此方案的主要优点是：轴荷分配合理；传动轴的长度短；车厢内面积利用最好，并且座椅布置不会受发动机的限制；乘客车门能布置在前轴之前等。
此方案存在的缺点是：发动机必须用水平对置式的，且布置在地板下部，给检修发动机带来困难；驾驶员不容易发现发动机故障；发动机在热带的冷却条件和在寒带的保温条件均不好；发动机的噪声、气味、热量和振动均能传人车厢；动力总成操纵机构复杂；受发动机影响，地板平面距地面较高；在土路上行驶发动机极易被泥土弄脏。
本设计中设计的轻型客车，因为其车身长度有限，虽然目前客车的发展趋势是发动机后置，但是作为轻型客车而言，发动机后置，因为总长有限，发动机加变速箱加传动轴都要布置在后桥后面，后悬需要很长，轴距就会很短，对汽车性能影响很大，故轻型客车通常采用前置发动机后轮驱动。
3.1.5 车内密封问题
客车车厢的密封思路密封性问题是一个系统工程问题，忽视车身内任何部位的密封, 都将导致整车密封功亏一篑。密封主要是地板密封，地板周围与骨架密封，地板以上部分靠蒙皮与外部隔离，内饰板不起密封作用。另外，还有侧窗、顶窗、驾驶员门、安全门、乘客门、管线孔、地板检修口及发动机罩的密封。地板周围的密封就是沿地板一周将蒙皮、骨架、护板所有接缝堵死。它可细分为前围、侧围和后围的密封。这几部分的密封在交界处要闭合，形成一个密封圈。前围密封与侧围密封可在第一立柱处闭合，侧围密封和后围密封在末立柱处闭合[8]。文中着重讨论侧围密封。
侧围密封包括以下几个方面：驾驶员门及安全门止口的密封、乘客区地板两侧的密封及后高地板两侧的密封。
(1)乘客区地板两侧的密封在两侧围骨架上，从乘客门及驾驶员门后立柱至末立柱之间都有通长的腰围梁, 在侧封板与腰围梁接缝打胶，即可实现乘客区地板两侧的密封。原因是张拉蒙皮与下裙部蒙皮对接缝在腰围梁上焊接，对接缝在涂装车间刮腻子后得以密封，在腰围梁与侧封板接缝处打胶后，下部灰尘就无客车技术与研究法从此处进入车内。该部位打胶作业原来是在侧封板焊好后，在侧封板与腰围梁上平面接缝处打胶。由于骨架上立柱遮挡，打胶不能连续，后改为焊接封板前，在腰围梁内侧面打胶，然后装焊封板，这样就没有断胶现象了。
(2)后高地板两侧的密封侧围后段后高地板两侧密封较为复杂，因为它与舱体及后围拐角的结构密切相关。由于后舱体骨架在与地板骨架连接时，舱体前立柱将舱体和车厢断开，风和灰尘由此进入舱体封板和后高地板封板之间的空腔内，再从腰围梁以上的舱体骨架两侧缝隙进入车内。由此可见，该结构侧围后段密封带已不在腰围梁处，而是随着舱体骨架的升高而升高。侧围密封带从后地板前端腰梁位置沿立柱上移至窗下横梁，再沿窗下横梁至末立柱。
客车车厢的密封应在地板、骨架和蒙皮之间形成一个完整的密封圈。值得注意的是，地板与骨架的密封带及蒙皮与骨架的密封带一定要重叠，不能错开,否则整车密封得不到保证，另外在设计结构时，合理考虑密封结构是简化密封作业、降低密封成本的最根本途径。
3.1.3 车内噪声问题
(1)产生的机理：车内噪声的产生机理车内噪声产生机理如图3.4 所示。从声源来看, 车内噪声的来源主要有: 发动机噪声、进排气噪声、冷却风扇噪声等。车外噪声向车内传播的具体途径主要有两个: 一是通过车身壁板及门窗上所有的孔、缝直接传入车内; 二是车外噪声声波作用于车身壁板,激发壁板振动, 并向车内辐射噪声。从振动源来看,主要有两个方面: 发动机、底盘工作时产生的振动和路面激励产生的振动。后者频率较低, 对激发噪声影响较小。车身壁板主要由金属板和玻璃构成, 这些材料都具有很强的声反射性能。在车室门窗均关闭的条件下, 上述传入车内的空气声和壁板振动辐射的固体声, 都会在密闭空间内多次反射, 相互叠加成为车内噪声[9]。
图3.4车内噪声发生机理示意图
(2)降噪措施：首先对车厢内部而言, 发动机舱内混响声场是一外部噪声源, 若能降低其噪声级必将有助于降低车内噪声。将发动机舱设计成一个吸音室, 在发动机舱的
舱壁上粘贴高吸音系数的玻璃棉, 可显著降低噪声的辐射。对于隔墙, 尽量采用双层结构,在隔声墙骨架两侧分别覆盖厚为2 mm 和1 mm 的薄板, 中间形成50 mm 厚空气夹心层。其次减少部件尤其是板件的振动结合实际, 主要采取以下措施:
○1顶蒙皮和侧围蒙皮采用预应力张拉工艺处理, 能有效提高蒙皮与骨架的贴合度, 避免客车在颠簸路面行驶产生鼓动噪声; 在顶蒙皮和侧围蒙皮的内侧粘贴隔声阻尼材料(如异型自粘海绵) , 使板件成为自由阻尼层结构, 减小共振。
○2大顶内饰板下坠(尤其是三合板) , 在崎岖路面上行驶容易鼓动, 为此在大顶骨架中线两侧合理布置纵梁位置, 于中线两侧固定两列螺丝或铆钉。
○3在车内安装体积较大的箱体时, 尽量提高箱体壁板的刚度。
○4在车内附件设计中尽量减少难以锁止紧固的部件(如推拉门) 。
○5在舱门止口上卡压龙骨胶条, 在舱门两边增加缓冲块, 舱门锁止紧固, 无旷动, 尽量避免产生噪声。
具体的研究方法如下，在设计中应当这样时时刻刻注意以下部件的结合和构造。
○1车窗密封严实, 减少车外噪声的传入。
○2加强车门的密闭性, 在结合缝隙处采用弹性密封胶条进行密封, 尤其是折叠门上方的密封, 无论折叠门关闭还是横向滑动都与其紧密贴合。
○3对于操纵杆、踏板等活动件, 安装橡胶护套等弹性件, 加强密封, 减少车外噪声的直接传入。
○4对于管线过孔处, 顶置蒸发器、顶风窗等与外部相连的接触处, 防止车外噪声的直接传入[10]。
3.2 车身总体布置设计
3.2.1设计中的人机工程问题
本课题的设计应该充分考虑人机工程学，目前，车辆工程领域的人机工程问题可大致归纳为如下八个主要方面：
(1)机动车辆驾驶操纵系统人机界面的优化匹配：机动车辆驾驶操纵系统是一种有驾驶员参与的反馈控制体系，其人机界面是典型的第一类人机界面。
(2)机动车辆的行车安全性及车内乘员的人体保护技术：机动车辆的撞车、翻车事故是行车安全事故的主要形态，频繁撞车、翻车事故严重地威胁着人们生命和财产安全。
(3)机动车辆乘员的乘坐舒适性：机动车辆驾驶员和乘员的乘坐舒适性，主要取决
于座椅与人体界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿、驾驶员（或乘员）—座椅—车辆系统能否有效地隔绝或衰减来自路面不平度的激励而产生的振动以使驾驶员（或乘员）所承受的全身振动负荷低于规定的限值、驾驶员（或乘员）—座椅—驾驶室系统的几何位置关系能否为驾驶员提供良好的视野和相对于各种操纵机构与显示装置的舒适位置。
(4)机动车辆的噪声控制：机动车辆噪声控制的目的是保证车内驾驶员和乘员的耳旁噪声满足人的听力保护标准，车外噪声满足动态环境噪声允许标准。
(5)机动车辆车内小气候环境的宜人化控制：对车内小气候环境的宜人化控制的具体标准也因机动车辆的类型、使用条件和运行环境的不同而异。小气候环境宜人化的科学依据则是人的热舒适性评价标准。
(6)机动车辆驾驶员的驾驶适宜性：驾驶员是引起事故的主要因素，人不仅年龄和性别不同，而且在生理和心理方面也存在着较大的个体差异。并不是所有的人都适宜从事驾驶工作和都具备与驾驶工作相适应的生理和心理素质。
(7)机动车辆的道路交通适宜性：应当从用户（主要是驾驶员）的角度出发评价车辆对道路交通条件的是适应性，用以指导车辆的设计和交通设施的调整，使它们协调一致。
(8)人—车—路系统的综合优化：国外已经提出“人—车—路一体化设计”的概念，也已有成果公布，主要成果来自美国和德国。综合运用人机工程学、汽车工程学、交通工程学、计算机仿真技术、图形图象技术和数据库技术的基本理论，吸收国内外最新的研究成果，提出一种科学的、以“驾驶员—汽车—道路一体化设计概念”为指导的、基于计算机仿真技术的评价指标，研究驾驶员—汽车—道路交通环境系统的综合优化方法，将是摆在人机工程、车辆工程、交通工程学领域的科技工作者面前的共同课题[11]。
3.2 轴距的选择与设计
轴距的设计是很重要的，它对车辆各部分的载荷影响很大的，轴距L对整备质量、汽车总长、最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径有影响。当轴距短时，上述各指标减小。此外，轴距还对轴荷分配有影响。轴距过短会使车厢(箱)长度不足或后悬过长；上坡或制动时轴荷转移过大，汽车制动性和操纵稳定性变坏；车身纵向角振动增大，对平顺性不利；万向节传动轴的夹角增大。原则上轿车的级别越高，装载量或载客量多的货车或客车轴距取得长。对机动性要求高的汽车轴距宜取短些。为满足市场需要，工厂在标准轴距货车基础上，生产出短轴距和长铀距的变型车。不同轴距变型车的轴距变化
推荐在0.4～0.6m的范围内来确定为宜。
一般轴距的确定跟选用的客车底盘有关，本设计选取其中的EQ6590KS1-119底盘作为设计底盘。该地盘的轴距是3300mm。加上前悬后悬后，总体尺寸在7米以内，符合轻型客车的尺寸要求。
确定完轴距后，前悬和后悬也是要确定的，客车的前悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、上下车等有影响，后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性等有影响。客车的后悬长度不得超过轴距的65%，绝对值不大于3500㎜，本设计中后悬的长度不能超过4095㎜，在此设计的前悬是2500㎜，后悬的长度选择为3000㎜.
总体布置完后，就是对车厢内的部件选择性的进行设计和计算，我们重点设计的是驾驶员座椅和乘客座椅，以及车内内饰设计、仪表板设计、侧窗设计、及各个部件之间的距离的设计等。
3.3 整车的动力系统与底盘的说明
因为本设计的是电动轻型客车，所以在设计动力系统与底盘时，必须将电动汽车与客车结合起来考虑。下由于本设计的是混联式混合动力电动客车，首先需要电动机，发电机，发动机各一台，关于混合动力的好处前文已提及，这里就不在论述，但要指出的是因为选择了混联式混合动力的动力系统，所以在发动机的选择上，我们可以选择小功率的发动机，这样有利于全车的重量的减轻，同时不存在功率的浪费，提高燃油经济性。在发电机电动机的选取上选用异步式车用电动机与发电机。因为车用式电动机具有体积小，性能稳定的优点，当然成本也比普通工厂用三相交流电电动机贵。
电动机选用丰田汽车公司的考斯特车用异步式电动机。其最大输出功率/[KW/(r/min)]为70/1650,最大转矩/[N*m/(r/min)]为380/1000,最大电压288V。发电机为丰田考斯特车用异步发电机。其最大输出功率/KW为25KW。
发动机选择通用五菱的B12发动机，其最大输出功率/[KW/(r/min)]为63/6000。其具体参数如下表3.6
表 3.6
B12发动机主要性能参数
变速器选用杭州依维柯的H238.5A轻型手动汽车变速器，具体参数如下表3.7。
表3.7
其结构特点是：变速器类型：手动机械式变速器；适用于发动机前置后驱动，可匹配中型客车、轻型卡车等；前进档采用滑块式惯性同步器，同步环采用进口零件，换档平稳、可靠；壳体采用高强度灰铸铁制造，强度高，刚性好；传动齿轮、轴等均采用优质合金钢制造，承载能力强；带倒车灯开关和里程表接口；采用轿车化的选、换档机构，远程绳索操纵，换档轻松、可靠[17]。
电池的选择目前有很多种，如：铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢蓄电池。因为铅酸蓄电池目前制造技术成熟，可靠性和安全性都很优越。此外由于其单体电池电压高，串联起来的电池数少，比功率（决定了汽车加速爬坡性能的优劣）也很大。对于铅酸蓄电池来说。密封式比开放式寿命短，但由于几乎是免维护的，所以是通常情况下的选择[18]。本设计中选用密封铅酸蓄电池。容量/[A*h(Hr)]/电压/V为58(3)/12。搭载个数为24个。总电压为288V。
4 车辆主要性能的的计算
4.1 动力性的计算
汽车的动力性的指标包括三个方面：汽车的最高车速、汽车的加速时间（加速性）、汽车能爬上的最大爬坡度。下面从这三个方面计算该客车的动力性要求[19]。
客车的相关参数如下表4.1
表4.1
驱动力：
m m r T m m T T R i i T F 2.30345
.092.01.6380.50=???==
η 行驶速度： m
r m a i i R n u 0377
.0==722.02.6345.0377.0??m n =m n 029..0 行驶阻力的计算如下： a a f u u Gf F 79.28.379)000056.00076.0(8.95100+=+??==
空气阻力：
222156.015
.215.56.015.21a a a D w u u Au C F =?== 动力因素：
D=26421012.31004.68
.95100156.02.30a m a m W u T u T G F F --?-?=?-=- 爬坡度：
I=)]11(tan[arcsin 22
2f D f f D +-+-
加速度：
)(f D g dt du a -=δ
因为动力系统是混合动力，所以存在发动机转矩转速与电动机转速转矩的耦合问题。若忽略损耗，输出的转矩和转速可表述为
2211in in O UT T k T k T +=
和
2211
k k in in out ωωω==
因为选取的发动机转速很高，电动机转速低，所在1k 与2k 选取上分别取1.82与0.5。这样33005
.01650max ==out ω。=max out T M N *=?+?56.3865.038082.1108。 最高车速7.9529.03300max =?=a u km/h 。因为在测最大爬坡度时汽车速度很慢这里取15 km/h ，代入数据后算得动力因素D 为0.081。代入数据最大爬坡度i 为26.78%。代入数据，算从0 km/h 到50 km/h 的加速时间11.46s 。
国际上对电动车的续驶里程的计算常以40km/h 时速计算而来。所以在这里我们取40km/h 。
F=0.0076+0.000056?40=0.00984
滚动阻力：
N Gf F f 8.49100984.05100=?==
空气阻力：
6.24915
.21405.56.015.212
2=??==a D W Au C F 匀速行驶情况下，总驱动力w f F F F +==741.4N 。 在电池充满后纯电池的行驶情况如下：
设续驶里程为S ，则
F E S q
mc T B ηηη6.036001000?????==114.89km
又本设计中有10.452m 的太阳能电池组。选取三洋电机的太阳能电池板模块组，其每平方米达到150W 的功率，所以整个车的太阳能电池的总功率为1500W 。因为照射角度的问题，以及照射强度的问题，其实根据不同的地区的光照条件，我们要分别区分太阳能电池的有效工作时间。我国可分为：丰富地区、比较丰富地区、可以利用地区、贫乏地区。 他们的年光辐射量分别是大于等于586KW/平方米，502-586KW/平方米、419-52KW/平方米、小于419KW/平方米[20]。
由于以上的原因，所以我们计算太阳能电池的工作时间的时候就不能都以8小时来计算了，根据不同地区我们不同的选择，他们的不同平均峰值时间分别是：5.105.42小时，4.46-4.78小时，3.82-4.14小时，3.19-3.50小时。
在这里我们取有效日照时间平均值4小时。则太阳电池每天发电总能量为
T E =kw 641500=?
所以汽车的总续驶里程为
33.1286.036001000)(=????+=F E E S q
mc T T B Z ηηηkm
这只是刚使用电池的情况，由于在行驶时还有发动机的发电系统，以汽车携带60L 汽油计算，以百公里耗油量计算：
阻力功率：
=f P 249.6=?1.112770.56
燃油消耗率：
g
Pb Q t ρ1.367= 算得百公里燃油消耗率为12.75L （时速40km/h ）时，这样以60 L 的油箱来算，这辆客车靠汽油可以行驶470公里，加上使用蓄电池加太阳能电池所行驶的里程，总里程达到600公里左右。当然这里是按纯理论算得，实际使用中，受影响的因素很多，往往达不到这个理论值。
4.2 制动性的计算
汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下坡时能维持一定车速的能力，称为汽车的制动性。汽车的制动性能的评价常通过汽车的同步附着系数与路面的附着系数比较分析来完成的。下面简要分析一下。
图4.1描述了平坦路面上，车辆制动时作用于车辆的力。图中忽略了与制动力相比其值很小的滚动阻力与空气阻力。j 是车辆的负加速度，可容易得知其为 j=v br
bj M F F + （4-1）
式中,bj F 和br F 分别是作用于前后轮上的制动力。
图4.1 平坦路面上制动时作用与车辆的力
最大值动力受制于轮胎与地面间的附加力，且正比于作用在轮胎上的铅垂方向的载荷。因而，由制动力矩的实际制动力也应正比与铅垂方向的载荷，其结果是前后轮同时都获得了最大制动力。在制动期间，将有载荷从后轴转移到前轴。考察关于前后轮与地面接触点A 与B 的力矩关系，可的作用在前后轴上的铅垂方向的载荷f W 和r W 分别为 )(g
j h L L g M W g b v f += （4-2）
和 )(g j h L L g M W g a v r -=
（4-3） 式中，j 是车辆制动时的负加速度。
前后轴上的制动力应分别正比与它们的铅垂方向载荷，于是可得 g j h L g j h L W W F F g a g b r f br bf
//-+== （4-4）
联立求解式（4-1）与式（4-4）所算出的作用与前后轴上的理想制动力由图4.2表示。图中j 描述了车辆以附着系数μ在路面上行驶时所能获得的最大加速度。理想制动力分布曲线（简称I 曲线）是非线性的双曲线。若希望在任何路面上同时刹住前后轮，则作用于前后轴的制动力必须完全与这一曲线相符。
图4.2 作用于前后轴上的理想制动力分布曲线
在车辆设计中，作用与前后轴上的实际制动力分布通常被设计为一不变的线性比例关系。这一比例关系由前轴的制动力与车辆总制动力之比值予以表达，即：
b bf
F F =β （4-4）
式中，b F 为车辆的总制动力（br bf b F F F +=）。因为前后轴上的实际制动力随β而变化，故可将它们表示为
b bf F F β= （4-5） 和
b br F F )1(β-= （4-6） 于是可得 ββ-=1br bf
F F （4-7）
图4.3描绘了理想的和实际的制动力分布曲线（分别标记为I 和β曲线）。很明显，仅有一个交点，即仅有在该情况下前后被同时刹住。这一点表征了一个特定的路面附着系数0μ。将式（4-4）中的j/g 以0μ。予以替代。即
g a g b h L h L 001μμββ-+=- （4-8） 从而由式（4-7）可导出 g
b h L L -=βμ0 （4-9）
图4.3 理想的和实际的制动力分布曲线
和
L L h b
g +=0μβ
在路面上制动之际，当附着系数小于0μ时（对应于β曲线位于I 曲线下方的区别），前轮将首先刹；而当路面附着系数大于0μ时（对应β曲线位于I 曲线上方的区别），则后轮将首先刹住。
本设计中客车全长L 为6569.72mm ，全高2845mm ，前后悬分别是1156/2113mm ，则g h =1422mm ，a L =2128.86mm ，b L =1171.5mm 。通常β是一个固定值，所以我们可以根据以上的数据，在实际需要时算出0μ。
4.3 稳定性的计算
汽车的操控稳定性是指驾驶者不感到过分疲劳，过分紧张的条件下，汽车能遵循驾使者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而
保持稳定行驶的能力。
汽车操控稳定性常通过稳定性因数K()/22m s 来评价。其中
K=)(1
22k b k a L m - (1)当K=0时，L u r /=??
?δω，即横摆角速度增益与车速成线性关系，斜率为1/L 。这种稳态为中性转向。
(2)当K>0时，具有这样特性的汽车具有不足转向特性，K 值越大，横摆角速度增益曲线越低，不足转向量越大。
(3)当K<0时，具有这种特性的汽车具有过多转向特性，K 值越小，（即K 的绝对值越大），过多转向量越大。
本设计中客车的质量为5100kg ，总长6569mm ，质心到前轴距的距离2128mm ，质心到后轴距的距离为1171mm ，当我们知道前后轮的侧偏刚度后，代入数据 就可以算出客车的稳态转向特性。
4.4 视野的校核
在汽车设计中，驾驶员的视野直接影响汽车的使用与安全，而视野与车身设计结构密切相关，在进车身设计时不仅要注意美观，还要保证驾驶员的视野符合法规要求。图
4.4、图4.5和图4.6是汽车的前视野校核图。
系统（概念）：具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。 机械系统（概念）：由若干装置、零件、部件等组成的一个特定的系统，是由确定的质量、刚度和阻尼的物体组成并能完成特定功能的一个系统。 系统的特性：整体性；相关性；层次性；目的性；环境适应性； 机械系统的组成：动力系统、传动系统、执行系统、操纵系统和控制系统、其他：基础部分、润滑、密封等 现代机械的基本要求：功能要求；运动要求；动力要求；可靠性和寿命要求；安全性要求；体积和重量要求；经济性要求；环境保护要求；产品造型要求；其他特殊要求； 机械系统设计的任务：一、从系统的观点出发（局部和整体的协调、统一；内部和外部的统一）；二、合理确定系统的功能（市场：需求、功能需求、市场；功能的性质：基本功能、辅助功能；用户：使用功能；外观功能；价值工程：V＝F/C）三、提高可靠性（产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力；可靠性技术：研究产品发生故障或失效的原因及预防措施的一门技术。衡量可靠性指标：可靠度R失效概率F失效率平均无故障时间MTBF失效前平均工作时间MTTF维修度M有效度A）四、提高经济性；五、保证安全性；机械系统设计的一般过程：计划；外部设计；内部设计；制造销售； 系统分解形式：平面分解；分级分解；组合分解； 系统分析的一般步骤：分析与确定系统的目的和要求；模型化；系统最优化；系统评价；机械系统的方案设计工作内容：一、研究给定的设计任务；二、设计任务抽象化（黑箱法）； 三、确定工艺原理（创造性思维，物场分析法）；四、确定技术过程；五、引进技术系统并确定系统边界；六、确定基本结构布局；七、方案评价（对设计方案进行技术、经济、环境、社会等方面的评价。方案评价的原则：客观性，可比性，合理性，整体性原则）；机械系统总体设计的主要内容：1.总体布置设计（基本要求：总体布置必须要有全局观点，不仅要考虑机械本身的内部因素，还要考虑人机关系、环境条件等各种外部因素。1 （最基本要求）保证工艺过程的连续和流畅2 降低质心高度、减小偏置3 保证精度、刚度，提高抗振性及热稳定性4 充分考虑产品系列化和发展5 结构紧凑、层次分明6 操作、维修、调整方便7 外形美观）2.确定总体主要参数3.绘制总体设计图样4.编写总体设计报告书及技术说明书等 传动系统布置注意：1）简化传动链2)合理安排传动机构顺序3)注意传动系统的润滑和密封的可靠性 执行系统的功能：夹持；搬运；输送；分度与转位；检测；施力；完成工艺性复杂动作；执行系统的分类：按执行系统对运动和动力的要求：动作型；动力型；动作－动力型。执行机构的相互联系情况：单一型；相互独立型；相互联系型。 执行构件的运动形式：平面运动：转动，移动。空间运动：一般空间运动 常用执行机构的性能优、缺点、功能：1.连杆机构：优点：运动副（低副面接触）单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便（平面、圆柱面），易获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触；构件运动形式具有多样性；在主动件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各构件的相对尺寸，就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。连杆曲线具有多样性。缺点：一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。功能：A.实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动；B.实现从动件运动形式及运动特性的改变C.实现较远距离的传
内蒙古民族大学2013-2014学年二学期 试卷答案（考查） 课程名称：机械系统设计考试时间：110分钟年级：11级 专业：机制、农机 一、简答题（6小题，共60分） 1、什么是专家系统？专家系统的作用是什么？简述现代虚拟样机仿真分析的目的与意义。答：一个或一组能在某特定领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难问题的计算机程序。 专家系统的作用：减少设计人员的负担；适用于常规方法和分析程序无能为力的地方；快速；防止设计人员出错及保留系统的知识和经验的领域。 虚拟样机仿真分析的目的与意义：化设计；缩短周期、降低成本；提高性安全性；提高产品开发效率及产品设计质量。 2、试从人机工程学观点分析汽车驾驶室的布置设计。 答：人机工程学是运用生理学、心理学和其他有关学科知识，使人和机器相互适应，创造舒适和安全的环境条件从而提高工效的学科。 驾驶座椅的设计，根据不同的体格可以调整高度和前后位置。而且坐姿操作可减少疲劳。显示装置的设计，如速度里程表、油表等的设计充分利用人体工程及人的视觉习惯，便于观察，警醒作用。操纵装置设计，方向的大小以人施力最适宜的尺寸，而且活动灵活，长期驾驶不易疲劳。档位杆的设计充分考虑人手生理学特点，手握舒适，不产生滑动，施力方便。脚操纵的刹车，离合，油门等，与坐姿操作相适应。踏板采用矩形或椭圆性。转向按钮与方向盘一体便于操作。照明灯及前后镜子的设计也充分考虑人的视觉规律。 汽车驾驶室的设计，充分运用人体工程学的原理，使人在最舒适最不易疲劳的最易观察的角度安全驾驶。 3、机械工作状态能量信息论；机械工作过程能量损失论；机械工作过程节能效益论。 曲柄压力机动力机容量的选择，根据压力机负载而确定的有效能+系统广义储能+系统损耗能的综合，在乘以安全系数，便是动力机容量。 4、典型闭环控制系统有哪些基本环节组成？各有什么作用？ 答：给定环节、测量环节、比较环节、校正及放大环节和执行环节。 给定环节是给出与反馈信号同样形式和因次的控制信号。 测量环节用于测量被控变量，并将被控变量转换为便于传送和便于处理的另一物理量的环节。 比较环节是将来自给定环节的输入信号与测量环节发出的有关被控变量的反馈信号进行比较的环节。 校正及放大环节将偏差信号做必要的校正，并进行放大以便推动执行环节。 执行环节接受放大的控制信号，驱动被控对象按照预期的规律运行的环节。
考试科目：机械系统设计考试时间：110分钟试卷总分100分考试班级：机械05级 一、选择填空（本大题共10小题，每小题1分，总计10分） 1．机械工程学科由（）和机械制造两部分组成。 A.机械原理 B.机械零件 C.机械学 D.机械加工 2．人们对机械系统进行功能原理设计时常采用的一种“抽象化”方法是（）。 A.黑箱法 B.白箱法 C.类比法 D.头脑风暴法 3．机械系统结构总体设计的任务是（）。 A.进行原理设计的构思 B.进行功能原理设计 C.将原理设计结构化 D.确定总体参数 4．在传动系统中，基本组的级比指数（）。 A.小于1 B.等于1 C.大于1 D.任意数 5．双联滑移齿轮占用的最小轴向尺寸应不小于（）。 A.3倍齿宽 B.4倍齿宽 C.5倍齿宽 D.6倍齿宽 6．执行系统是由执行末端件和与之相连的（）组成。 A.运动机构 B.导向机构 C.定位机构 D.执行机构 7．预紧可以有效提高滚动轴承的（）。 A.承载能力 B.工作转速 C.精度 D.刚度 8．我们可以用镶条来调整（）的间隙。 A.三角形导轨 B.燕尾形导轨 C.车床主轴 D.铣床主轴 9．支承系统是机械系统中具有支承和（）作用的子系统。 A.连接 B.导向 C.定位 D.夹紧 10.隔板的布置方向应与载荷的方向（）。 A.平行 B.垂直 C.倾斜 D.任意 二、名词解释（本大题共5小题，每小题2分，总计10分） 1．机械系统2．功能原理设计3．级比4．执行系统5．自身刚度 三、简答题（本大题共6小题，每小题4分，总计24分） 1．机械系统设计有哪些基本原则？ 2．什么是功能元？有那些种基本功能元？ 3．扩大传动系统变速范围有哪些方法？ 4．导轨有何功用？滑动导轨按其运动性质可分为哪几种类型？ 5．什么是支承件的接触刚度？提高接触刚度有哪些有效措施？ 6．常用的典型控制系统有哪几种类型？ 四、填空题（本大题含2小题共8个空，每空2分，总计16分） 1．某台数控机床，主轴最高转速为4000r/min，最低转速为30r/min，计算转速为145r/min。拟选用交流调频主轴电动机，其最高转速和额定转速分别为4500r/min和1500r/min，则主轴的恒功率调速范围R np为（），电动机的恒功率调速范围r p为（）r/min，如果有级变速机构的公比φu=R p，则有级变速机构的级数Z为（）级。 2．某卧式滑动导轨，支承导轨长720mm，动导轨长360mm，计算开式导轨的判别依据
《机械系统设计》 课程大作业—I 棒料校直机功能原理设计 院（系） 专业 学生 学号 班号 2015年4月
棒料校直机功能原理设计 1 设置棒料校直机功能原理设计的目的 功能原理设计是机械系统设计的最初环节，主要是针对产品的主要功能提出一些原理性构思，也就是针对产品的功能进行原理性设计！ 针对某一产品的主要功能，设计人员在进行了大量相关资料查阅之后，应设计出几种不同的功能原理方案来，以便从中选出较理想的一个为下一步总体设计奠定基础。针对产品主要功能而进行的功能原理设计这一步，在整个设计中是非常重要的一环。一个好的功能原理设计应既有创新构思，同时又能满足用户的需求。 因此，在培养学生的机械系统设计能力时，不仅要注重机构和结构设计的培养和训练，而且更应注重功能原理设计的培养和训练。由于功能原理设计有其自身的特点和工作内容，因此，本大作业将主要针对功能原理设计进行。 2棒料校直机功能原理设计目的 棒料校直是机械零件加工前的一道准备工序。若棒料弯曲，就要用大棒料才能加工出一个小零件，如图1所示，这种加工方式材料利用率不高，经济性差。故在加工零件前需将棒料校直。 图1 待校直的弯曲棒料
3 设计数据与要求 请根据以下设计数据，进行棒料校直机的功能原理设计。 1) 棒料材料：需校直的棒料材料为45钢 2) 工作环境及环保要求：室内工作，希望冲击振动小、噪声小； 3) 工作寿命：使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时； 4) 设备保养维护要求：每半年作一次保养，大修期为3年。 5) 棒料校直机原始设计数据如表1所示。 表1 棒料校直机原始设计数据 4棒料校直机功能原理设计过程 功能原理方案设计的任务是：针对某一确定的功能要求，去寻求一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该功能目标的解法原理来；或者说，功能原理设计的主要工作内容是：构思能实现功能目标的新的解法原理。这一步设计工作的重点应放在尽可能多地提出创新构思上，从而使思维尽量“发散”，以力求提出较多的解法供比较和优选。此时，对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑，故只需用简图或示意图的形式 5 棒料校直机功能原理设计要求 1) 用黑箱法寻找总功能的转换关系，给出棒料校直机的黑箱图； 2) 对棒料校直机进行总功能分解，绘制“技术过程流程图”和“总功能分解图”； 3) 建立棒料校直机的“功能结构图” 4) 寻找原理解法和原理解组合。 6 设计参考资料 教材中第二章机械系统总体设计中“露天矿开采挖掘机的原理方案设计” 7 作业成绩及其与本门课程总成绩的关系 满分4分，记入100分的总课程成绩。 根据表1任选一组进行设计。
第一章绪论 重点：机械，机械系统的相关概念及学科中的位置。 难点：学习机械系统设计课程的重要性。 讲授提示与方法：回顾机械工程的发展历程，注重机械系统的整体性，提高学生对机械系统设计的认知程度。 1.1机械系统设计在机械工程科学中的地位及作用 一、机械工程科学 1.机械工程科学的定义： 机械工程科学是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论与技术的科学。 2.机械工程科学的组成： P1图1.1 （1）机械学：机械设计过程（核心部分）； （2）机械制造：机械制造过程（基础部分）。 3.机械学所包含的内容： P3图1.5 二、机械、机械系统、系统 1.机械：关于机械的定义，目前尚无严格的定论，一般可归纳为： （1）须由两个以上的零、部件组成； （2）这些零、部件的运动部件，应按设计要求作确定的运动； （3）将外来的能源转变为有用的机械功。 【举例】机械产品：汽车、拖拉机、机床、钟表…… 2.系统：是指具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整 体。即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是 系统。 3.机械系统：由若干个零、部件及装置组成的，彼此间有机联系，并能完成特 定功能的系统，称之为机械系统。 4.系统应具有下述特性： （1）目的性：完成特定的功能 （2）相关性与整体性： 1）相关性：各构成要素之间是相互联系的 2）整体性：评价一个系统的好与坏要看该系统的整体功能 （3）环境的适应性：系统对外部环境变化和干扰有良好适应性 三、机械系统的组成： P4图1.6 1.动力系统：为系统提供能源（动力源） 2.执行系统：是系统的执行输出部分 3.传动系统：把运动和动力由动源传递给执行系统的中间环节 4.操纵、控制系统：使前三者协调动作和运行 5.支承系统：支承和联系各机件 6.润滑、冷却与密封系统：
系统是指具有特定功能的，相互间具有有机联系的诸多要素组成的一个整体 机械系统：由若干机械要素组成，彼此间有机联系完成特定功能。 1系统的特性：1 目的性2 整体性3相关性4环境适应性。 2系统的组成：1动力系统2传动系统3执行系统4控制系统5支承系统. 3系统的6个原理：1整体性原理2结构性3开发性4动态性5层次性6目的性 4机械系统的基本要求：1功能要求2性能要求3可靠性要求4工作效率5适应性6经济性7寿命要求5系统的一般设计过程：市场需求-产品策划-产品设计-产品制造-产品销售-产品运行-产品报废与回收 6机械系统设计的前沿设计：模块化设计，协同设计，绿色设计，虚拟设计，动态设计 7设计类型：开发设计，适应性设计，变异设计 8总体设计的原则：1需求原则2信息原则3系统原则4简单原则 9总体设计的内容：1原理方案设计2确定参数3总体结构设计4分析与评价 10工业技术系统处理对象：能量物料信息 11待设计系统的功能：变换传递保存 功能元：是指能够直接从技术效应和逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位，是产品功能的基本单位，是产品功能分析的基本单元（物理功能元，数学功能元,逻辑功能元） 12总体布置的基本要求：1功能要求2性能要求3结构要求4工艺要求5使用要求 13主要技术参数的确定：1尺寸参数2 运动参数3 动力参数 14创新技法：类比创新法，组合创新法，头脑风暴法，TRIZ法 15方案评价的方法：加权评价法价值工程评价法模糊评价法（单因素，多因素） 传动系统的功能：1实现从动力源到执行件的升降速功能2实现执行件的变速功能3实现执行件运动形式和运动规律的变化功能4实现对不同执行件的运动分配功能5实现从动力源到执行件的动力转化16传动系统的类型：分级变速传动系统无级变速传动系统定比传动系统 17传动系统的组成：变速装置启停和换向装置制动装置安全保护装置 18扩大传动系统的变速范围1 增加传动组2采用分支传动3采用背轮机构4采用混合公比 19系统结构设计的原则：1从内到外2从主到此3从局部到整体4从粗略到详细 20执行系统的功能：1传递和输出所需要的运动2传递和输出所需要的动力3实现运动形式和运动规律的变换4完成预定的辅助功能 21执行系统的组成：1执行末端件：执行系统中直接完成工作任务的零部件完成一定动作 2执行机构：驱动执行构件，传递变换运动和动力以满足执行构件要求 22箱体轴线布置：1 平面布置2三角布置3轴线互相重合布置 23支撑件的静刚度：1自身刚度2局部刚度3接触刚度 24支撑件的截面形状：1 圆形截面扭转惯性炬较大矩形截面弯曲惯性矩较大2空心截面可以增大惯性矩3封闭结构的惯性矩比未封闭的大 25支承件的结构：1隔板2加强筋3窗孔4连接结构 26设计支撑件时在满足使用要求的前提下应尽量便于铸造焊接加工和装配 27提高支承件动态性能的措施：1提高支撑件的静刚度2增加支撑件的阻尼 28转速图的拟定原则：1前多后少2 前密后疏3 “升2降4”原则4 前慢后快 超速现象：当一条传动路线工作时，在另一条不工作的传动路线上传动件出现高速空转的现象。危害：加剧齿轮和离合器磨损及噪声，增大空载损失 29载荷的确定方法：1 类比法2实测法3计算法
2019-2020 学年第 1 学期机械系统设计课程考试试题（C）卷 类别继续教育学院 适用专业 （答案写在答题纸上，写在试题纸上无效） 一、填空题（每题5分，共25分） 1.机械系统设计的基本思想即：在机械系统设计时不应追求最优，而 应追求的最优。 2.系统的含义：系统由相互联系的构成；系统与环境发生关系，不是 孤立的。其特性为：具有、、、目的性和优化原则等。 3.物料流由、、和组成。 4.机械系统总体设计的主要内容有：、、、和。 5.专家系统是一个能在某特定领域内，以去解决该领域中困难问题 的。 二、试画出图示主传动系统的转速图（20分） 题二图题三图
三、如图所示，某物料流定向机构，试说明其方案的原理（20分）。 四、某厂在开发一种新产品时，总体设计时选定了A1和A2两个候选方案。为了确定选择哪个方案，组织了一个由10位专家组成的评价小组用模糊综合评价法对两个方案进行评价。专家组选用三个评价指标：产品性能（P1）、可靠性（P2）及使用方便性（P3），同时将每个评价指标划分为4个等级：0.9，0.7，0.5，0.3。投票结果如表1、2所示。试根据这些条件进行方案评价。（三个评价指标的加权系数分别为：0.6、0.3、0.1）（20分） 表１方案A1得票 表2 方案A2得票 五、如图所示为三面切书自动机的工艺示意图，它由送料机构、压书机构、两侧切刀机构、横切刀机构、工件（书本）、工作台等组成，其工艺路线为：将书本用送料机构1送至切书工位，然后用压书机构2将书本压紧，接着用两侧切刀3切去两侧余边，最后用横切刀4切去前面余边。试分析各执行机构的运动组成，并画出该自动机的运动循环图（示
2013天津商业大学机械系统设计期末考试复习题 一：填空题 1.机械系统由若干装置、部件和零件组成的系统。 （1）、从实现系统功能角度看只要包括下列一些子系统：动力系统、传动系统、执行系统、操纵系统和控制系统。 （2）、从“流”的观点出发，将机械系统分为物料流系统、能量流系统、信息流系统 2.设计任务的类型：开发性设计、适应性设计、变型设计 3.设计任务的来源：指令性设计任务、来自市场的设计任务、考虑前瞻的预研设计任务。 4.自动机械的工作循环时间由哪几部分组成？ 工作循环时间Tp=基本工艺时间Tk+空行程时间Td+等待停留时间To 5.常用的几种步进运动机构：棘轮机构、槽轮机构、蜗形凸轮机构、不完全齿轮机构 6.棘爪安装角：棘齿面正压力方向线与齿端和轴心的连线之间的夹角β为棘爪安装角。 7.棘爪进入啮合应满足：棘轮齿对棘爪的反作用产生的力矩能使棘爪进入啮合。棘爪在 两个力F和N的作用下,产生两个力矩Mn和Mf,当Mn>Mf时，棘爪进入啮合。由N*Lsinβ>F*Lcosβ,又存在：F*Lcosβ= N*f*Lcosβ,可得到tgβ≥f=tgγ因此得：β≥γ,即安装脚大于摩擦角。考虑齿面的倾斜角δ=0~10°，安装角 βˊ=10~22°。 8.槽轮机构的结构形式：平面外槽轮、平面内槽轮、空间球面槽轮。 以外槽轮为例，主要由曹轮（主动轮）、拨销盘（转臂、拨销、锁紧弧——从动轮）组成9.槽轮啮合时速度和加速度的变化特征：W=λ(cosφ-λ/1-2λcosφ+λ2)W0。（W为槽 轮的角速度，W0为槽轮的角加速度。） 10.几种托盘升降机构的形式和特点： 1）、滑道式托盘升降机构； （1）、机构形式；圆柱凸轮机构；升程时凸轮升角；下降时凸轮升角 （2）、特点；结构简单；易挤坏瓶子 2）、压缩空气式；（1）、机构形式；上升时； 下降时； （2）、特点；a.不会挤坏瓶子，压缩空气伸缩性；b.下降速度慢 3）、综合式；上升用压缩空气，下降用凸轮机构，综合两者有点。 11.外联传动链和内联传动链的构成； （1）、外链传动链——机械的主轴或分配轴与动力源（电机、液压、气压等）的链接。 主要有分级变速和无级变速两种结构形式； （2）、内链传动链——运动和功率的传递，确保执行机构的协调动作；要求严格的速比，如车床（主轴与丝杠），滚齿机（滚刀与工件）。 12.机械系统的工作载荷按作用形式分为几种：（1）拉伸压缩载荷，弹簧类；（2）弯 曲载荷，悬臂梁结构；（3）扭转载荷，传递扭矩的轴类件；
《微机电系统》课程教学大纲 课程代码：010132024 课程英文名称：Micro-Electro-Mechanical Systems（MEMS） 课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0 适用专业：机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2017.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 微机电系统是制造工程领域的最重要发展方向之一，也是高新技术发展的前沿技术。是20世纪末、21世纪初兴起的工程科学前沿，是当前一个十分活跃的研究领域。它被广泛应用于机械制造工程领域、信息工程领域、医学工程领域、武器装备领域和日常生活中高新技术产品制造领域等，因此，对从事制造工程领域的工程技术人员来说，学习和掌握该知识有着重要的意义。 本课程的教学目标是，通过该课程的教学使学生了解制造工程领域技术的新发展，掌握一定的制造工程领域的最新知识，培养学生的微小机械的设计和制造能力，提高学生的创新思维意识。通过该课程的教学使学生掌握或了解微机电系统的相关基础知识，为后续工作中的技术水平的提高和发展奠定一定的基础。同时，将微机电系统领域的新理论、新方法、新技术等传授给学生。并使学生理解并掌握微机电系统领域理论体系及相关产品在实际中的应用情况。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．掌握微机电系统的概念、技术范畴；了解微机电系统在国民经济中的地位和作用。 2. 掌握微机电系统的设计方法与理念。 3. 掌握典型微机电系统的制造技术方法的原理及关键问题，针对具体加工对象选择相应的方法。 4. 能适当选择微机电系统的测量技术方法，了解相应的原理。 5. 了解微机电系统的发展动态，以及在高新技术领域与国防领域的应用。 （三）实施说明 1. 结合MEMS技术的发展和生产实际，更新教学内容，特别要注重微机电技术发展中新技术的应用。 2. 开展实际工程案例教学，充分利用多媒体等现代化教学手段。 3. 课堂教学要与教师科研实际相结合，培养学生的创新能力和解决工程实际问题的能力。（四）对先修课的要求 先修课程为：机械制造技术基础理论、机械原理与设计理论、测试技术基础、机械控制工程基础等。 （五）对习题课、实践环节的要求 课外作业：以每个章节内容为单元，实行具有设计性的大作业制。 （六）课程考核方式 1.考核方式：期末考核采用大作业、期末报告或论文形式考核。 2.考核目标：采用课堂的教学模式，加强学生实践能力和自学能力的培养，通过阶段性考核使学生掌握各个环节与阶段的知识，通过最终结业考核使学生系统地掌握或理解课程系统化知识体系。 3.成绩构成：出勤+平时大作业+期末考核，综合评定。 （七）参考书目 《微机电系统设计与制造》，刘晓明编，国防工业出版社，2006年
机械系统设计 课程作业 打孔机的设计） 一、设计任务书. (1) 二、确定总共能（黑箱） (3) 三、确定工艺原理 (3) （一）机构的工作原理: (3) （二）原动机的选择原理 (3)
（三）传动机构的选择和工作原理 (4) 四、工艺路线图 (5) 五、功能分解（功能树） (5) 六、确定每种功能方案，形态学矩阵 (6) 七、系统边界 (8) 八、方案评价 (8) 九、画出方案简图 (9) 十、总体布局图 (11) 十一、主要参数确定 (12) 十二、循环图 (17) 一、设计任务书
表1
、确定总共能（黑箱） ~220V 噪声 发热 图1 三、确定工艺原理 （一）机构的工作原理: 该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的 1450r/min 降到 主轴的2r/min ，与传动轴相连的各机构控制送料，定位，和 进刀等工 艺动作，最后由凸轮机 通过齿轮传动带动齿条上下 平稳地运动,这样动力头也就能带动刀具平稳地上下移动从 而保证了较高的加工质量。 （二）原动机的选择原理 （1）原动机的分类 原动机的种类按其输入能量的不同可以分为两类： A. —次原动机 此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能，称为一 次原动机。 属于此类原动机的有柴油机，汽油机，汽轮机 和燃汽机等。 B.二次原动机 此类原动机是将发电机等能机所产生的各种形态的能量转 变为机械能，称为二次原动机。 属于此类原动机的有电动机， 液压马达，气压马达，汽缸和液压缸等。 （2） 选择原动机时需考虑的因素： 1：考虑现场能源的供应情况。 2：考虑原动机的机械特性和工作制度与工作相匹配。 3：考虑工作机对原动机提出的启动，过载，运转平稳等方 面的要求。 被加工工件 黑箱 有孔的工件
1.引言 现在石油危机促使了人们对新能源的开发，其中在车辆领域，人们努力在非石油消耗用品上的探索，以至于出现很多电动汽车的产品，并且越来越成熟，这个电动客车总体布置的毕业设计将促成我对这些方面的认识更加深刻。对以后的工作学习有帮助。2. 设计方案的确定 目前电动汽车分为好多种，包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车利用电力驱动，在使用中可实现零排放。但迄今为止，电动汽车的关键部件蓄电池在能量密度、使用寿命和价格方面都尚未达到应有的水平，目前还只适应于生活环境要求很高、行驶里程短的街区、园区内。因此，在目前情况下，以内燃机和电动机为动力源的混合动力电动汽车（Hybird Electric Vehicle,简称HEV）技术更具实用价值，是近期高效节能汽车发展的一个主要方向。燃料电池电动汽车采用的电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接转换成电能的电化学发电器。它的效率是内燃机的2~3倍，无污染、无噪声、排出的不是温室气体CO?而是水。现存的问题是价格贵，体积质量大，可靠性，环境适应性不高。燃料电池电动汽车是新型的高效节能汽车的发展方向之一[1]。 动力系统的选择 在对比几种电动汽车的特点后，鉴于现在的实际情况，选择混合动力的电动汽车是一个不错的选择，作为一辆客车而言，续驶里程很重要，以及低的故障率的保证，因为如果在行驶途中没有能源了，不管对客车公司还是对乘客而言将是一件很棘手麻烦的事。纯电动车因为其续驶里程短如果没电了只有等待救援的特点，还有目前纯电动汽车技术还不是很成熟。所有在设计一辆电动客车时选择动力系统为纯电动汽车不是很合适。当然燃料电池电动汽车有很好的发展前景，同样鉴于其技术目前不成熟的原因，价格高，相比混合动力汽车，也不是很理想的选择。最后我们在动力方案的选定上确定混合动力汽车作为动力系统的组成[2]。 混合动力电动汽车的特点 以石油产品为燃料的内燃机，由于其所有的高能量密度而成为目前汽车上使用最普遍的动力源，然而汽（柴）油车的排放破坏了人类赖以生存的大气环境，加之石油又日益匮乏，工程师们不得不开始去为汽车研发新的动力装置。
第1课(3课时) 课程基本介绍： ⑴与《机械设计》课程的基本区别： 研究对象的基本不同，研究方法的基本区别 ⑵课程的训练目的和方法： 因为同学们均为四年级，大家所从事的毕业设计研究方向不同，所以教学目的为尽可能对每个同学所从事的具体工作有所帮助。 训练方法包括较多的讨论课，讨论以每人的大作业为基础，要求采用书面作业结合多媒体(以PowerPoint形式)表现手段，每人分别介绍自己的作业，教师加以点评。 ⑶考核的基本办法： 以教学过程检查和期末考试相结合的方式：大作业4个，每个占10分，共40分，课堂点名10次，每次2分，共20分，考试占40分。 正式教学开始 1.绪论 教学重点：帮助同学建立系统论的观点，从《机械设计》课程的零部件设计的思路建立机械系统的设计理念，激发对机械系统设计的兴趣。 教学难点：机械系统的体系 1.1机械与机械系统 1.1.1系统的概念
举例说明： 例1：本人的硕士研究课题：一个液压回转系统的研究 重点说明：从机械零件的最佳设计角度能实现的效果与从系统的角度能完成的效果比较。 引申出系统设计思想与零件设计的很大区别。 例2：自动控制技术的发展历程： 从自动控制技术的发生、发展，以及从导弹、宇航一直到民用的发展历程，介绍系统化的设计思想和思路。 例3：系统论在经济学和人文科学领域的一些应用： 以房地产发展为例，尝试说明系统论在经济学上的一些应用。 1.1.2机械系统的基本组成 子系统：动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统 举例说明： 例1：汽车 例2：《机械设计》中所有人均完成的千斤顶 1.2机械系统设计的任务 1.2.1从系统的观点出发 重点：与外部环境的相互影响，以汽车设计为例 1.2.2合理确定系统功能
机械系统设计 课程作业（打孔机的设计）
一、设计任务书 (1) 二、确定总共能（黑箱） (2) 三、确定工艺原理 (3) （一）机构的工作原理: (3) （二）原动机的选择原理 (3) (三)传动机构的选择和工作原理 (3) 四、工艺路线图 (4) 五、功能分解（功能树） (4) 六、确定每种功能方案，形态学矩阵 (5) 七、系统边界 (6) 八、方案评价 (6) 九、画出方案简图 (7) 十、总体布局图 (9) 十一、主要参数确定 (10) 十二、循环图 (14)
一、设计任务书 表1
二、确定总共能（黑箱） （一）机构的工作原理: 该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的1450r/min降到主轴的2r/min，与传动轴相连的各机构控制送料，定位，和进刀等工艺动作，最后由凸轮机通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动,这样动力头也就能带动刀具平稳地上下移动从而保证了较高的加工质量。 （二）原动机的选择原理 （1）原动机的分类 原动机的种类按其输入能量的不同可以分为两类： A.一次原动机 此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能，称为一次原动机。属于此类原动机的有柴油机，汽油机，汽轮机和燃汽机等。 B.二次原动机 此类原动机是将发电机等能机所产生的各种形态的能量转变为机械能，称为二次原动机。属于此类原动机的有电动机，液压马达，气压马达，汽缸和液压缸等。 （2）选择原动机时需考虑的因素： 1：考虑现场能源的供应情况。 2：考虑原动机的机械特性和工作制度与工作相匹配。 3：考虑工作机对原动机提出的启动，过载，运转平稳等方面的要求。 4：考虑工作环境的影响。
第一章绪论 1、系统： 具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。 2、机械系统的组成： 1、动力系统。 2、执行系统。 3、传动系统。 4、操纵、控制系统。 5、支承系统。 6、润滑、冷却与密封系统。 3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。 4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。 5、产品的产生过程分哪几个阶段？ 产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。 6、产品的设计过程分哪几个阶段？ 功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段 第二章机械系统总体设计 1、功能原理方案设计步骤 设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案 2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。 3、功能元、功能结构 功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。 功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。这种功能的分解和组合关系称为功能结构。 4、机械系统总体参数包括哪些 性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。 5、七个标准公比为：1.0 6、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。 6、公比φ、变速范围R n与级数Z间的关系。 Z=lgRn/lgφ+1 第三章执行系统设计 1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。 2、以机床执行轴机构——主轴组件为例介绍执行轴机构设计的内容和要求。（略）书61页 3、执行轴（主轴）的结构通常设计成阶梯形状，一种是中间粗两边细，另一种是由主轴前端向后端逐步递减的阶梯状； 4、轴承的精度分为P2、P4、P 5、P6 和 P0 五级，精度依次由高级到低级，此外，又规定了 SP 级和 UP 级作为补充。 5、什么是选配法？（略）书85页 6、导轨的设计内容 根据工作情况选择合适的导轨类型；根据导向精度要求及制造工艺性，选择导轨的截面形状；选择合适的导轨材料，热处理及精加工方法；确定导轨的结构尺寸，进行压强和压强分布等的验算；设计导轨磨损后的补偿及间隙调整装置；设计良好的防护装置及润滑系统。 第四章传动系统设计
《机械系统设计》 机械原理、机械设计和机械系统设计的 联系 院（系）机电工程学院 专业机械设计制造及其自动化 学生XXXXXX 学号XXXXXXXXX 班号XXXXXXX 2013年4月
浅谈机械原理、机械设计和机械系统设计的关系 XXXXX班XXXXXXXXX 摘要：机械学是对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学，机械系统从构思到实现要经历设计和制造两大不同性质的阶段，而这个 过程的实现需要诸如机械原理、机械设计和机械系统设计的学科作为基础，因此学习过程中处理好它们的关系式非常重要的。 关键词：机械原理、机械设计、机械系统设 一年的时间里，我学了机械原理、机械设计和机械系统设计这三门学科，作为机械设计制造及其自动化专业的专业基础课，这三门学科的重要性无可厚非，因此熟练掌握其相关知识是非常重要的，下面我就自己在学习过程中的经验与收获简单谈下对这三门学科的认识。 从这三门学科的课程安排顺序来看，就可明显看出三门学科是层层递进、逐步综合的关系，后面两门学科的学习都是要前面学科的知识作为基础。 机械原理，是研究机械运动学和动力学分析与设计的技术基础，它在基础课与专业课之间起着承上启下的作用，是进入专业课学习的基础学科。课程中对机械的组成原理、工作原理、运动分析乃至设计理论和方法都做了基本的介绍，对我们在认识实习、生产实习以及今后的工作中认识机械、了解机械和学会使用机械都有很大的帮助。例如，认识了解铣床工作台进给速度的调整、车削螺纹时不同螺距的形成都是通过齿轮传动并按照一定传动比计算挂轮实现的。又如，牛头刨床加工时进给量大小的调整可以通过连杆机构和棘轮机构实现等。这些有关机械的基本知识为机械设计、机械系统设计等此类专业课打下了基础。 机械设计，这门课程主要从研究一般机械传动装置的设计出发，研究机械中具有一般工作条件和常用参数范围内的通用机械零部的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法。这门科目虽然是一门设计性的基础学科，但是已经综合了工程图学、工程力学、金属工艺学、机械工程材料与热处理、公差与技术测量和前面说到的机械原理课程，除此之外，本科目还综合了部分生产实习经验，因此机械设计已经是一门综合性、设计性很强的课程了，学习完这门课程，我们初步了解了常见的机械零件结构，已经需要具备设计整体机械组件的能力了。在期末的减速器课程设计中，我充分利用了自己所学的工程图学、高等数学、材料力学、机械原理、公差测量和计算机三维建模软件等知识，做到了融会贯通、综合运用。 而这学期学习的机械系统设计更是把课程学习提到了一个新的高度，它不但要用到机械原理、机械设计所学的相关知识，而且几乎已经涉及到了大学以来所有工科课程的内容，甚至已经超出了安排的既定课程知识范围。从书本中了解到，机械系统包括动力系统、传动系统、操作和控制系统、执行系统、支撑系统及润滑冷却和密封等子系统，而本课程即围绕这些子系统的设计展开讲述，而每个系统的设计过程中都需要用到各类不同的知识，其中诸如机械运动中的运动和力的变换与传递规律；机械零件与构件中的应力、应变和机械的失效；机械中的摩擦行为；对特定功能的机械结构分析等都与机械原理、机械设计课程的内容密不可分。除此之外，机械系统设计过程中的思维活动规律及设计手段；机械系统与人、环境的相互影响与适应等内容也是之前课本中没有涉及到的内容。机械系统设
机械系统设计大作业 学号： 姓名： 班级：机械工程
目录 第1章总体方案设计 (1) 1.1 研究给定的设计任务 (1) 1.2设计任务抽象化 (1) 1.3确定工艺原理方案 (1) 1.4定转子热管冷却方案设计 (2) 1.5功能分解功能树 (2) 1.6确定每种功能方案 (3) 1.7方案评价 (3) 1.7.1评分法 (3) 1.7.2模糊评价法 (4) 第2章变频一体机冷却系统的总体设计 (5) 2.1定子方案简图 (5) 2.2转子方案简图 (5) 第3章主要参数选定 (8) 3.1热管材料选择 (8) 3.2热管参数选择 (9)
第1章总体方案设计 1.1 研究给定的设计任务 表1.1 设计任务书 编号名称一体机冷却系统设计单位中国石油大学起止时间现在至毕业答辩设计人员实验室人员设计来源赵老师所定课题 设计要求 1 功能主要功能：实现对矿用变频一体机的冷却 2 适应性工作对象：变频一体机，变频器，电抗器冷却类型：热管冷却 环境：潮湿，瓦斯等防湿、防爆的场所 3 性能所选电机：3300kw矿用变频一体机冷却范围：电子转子和定子的冷却 4 工作能力冷却电机，延长电机寿命，使电机更稳定 5 可靠度99% 6 使用寿命10年 7 经济成本10000元 8 人机工程电机结构设计和冷却结构设计 9 安全性有漏电保护 1.2设计任务抽象化 图1.1系统黑箱 主要是将电机内部的热传输到电机外部，对于定子和转子冷却的设计，最重要的是转子的热如何通过热管传输到外部。 1.3确定工艺原理方案 典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为
《机电一体化系统》模拟试卷1及参考答案 一、名词解释（每题3分共15分） 1、机电一体化 2、步进电动机 3、灵敏度(测量) 4、变频调速 5、FMS 二、填空题（每空１分，共20分） 1、对伺服系统的技术要求是____________、____________、____________、___________。 2、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：____________、____________。 3、计算机控制系统的类型包括___________、__________、监督控制系统、___________。 4、接口的基本功能主要有______________、__________、_________________。 5、对直线导轨副的基本要求是__________、__________、_________、__________和平稳。 6、伺服系统的基本组成包括__________ 、____________、__________、______________。 三、选择题（每题2分共10分） 1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过______决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（）。 哈尔滨工业大学 机械制造装备设计大作业题目：无丝杠车床主传动系统运动和动力设计 目录 一、运动设计 (4) 1 确定极限转速 (4) 2 确定公比 (4) 3 求出主轴转速级数 (4) 4 确定结构式 (4) 5 绘制转速图 (4) 6 绘制传动系统图 (6) 7 确定变速组齿轮传动副的齿数 (7) 8 校核主轴转速误差 (8) 二、动力设计 (9) 1 传动轴的直径确定 (9) 2 齿轮模数的初步计算 (10) 参考文献 (12) 一、运动设计 1、 确定极限转速 根据设计参数，主轴最低转速为26.5r/min ，级数为17，且公比φ=1.26。于是可以得到主轴的转速分别为：26.5, 33.5,42.5, 53, 67,85, 106,132, 170, 212, 265,335, 425, 530,670, 850, 1060r/min ，则转速的调整范围 max min 1060 4026.5 n n R n = ==。 2、 确定公比φ 根据设计数据，公比φ=1.26。 3、 求出主轴转速级数Z 根据设计数据，转速级数Z=17。 4、 确定结构式 按照主变速传动系设计的一般原则，选用结构式为13818332=??的传动方案。其最后扩大组的变速范围8(21)2 1.26 6.358R ?-==≤,符合要求，其它变速组的变速范围也一定符合要求。 5、 绘制转速图 （1）选定电动机 根据设计要求，机床功率为4KW ，可以选用Y132M1-6，其同步转速为1000r/min ，满载转速为960r/min ，额定功率4KW 。 （2）分配总降速传动比 总降速传动比为min 26.5 0.0251060 d n u n ∏= ==，又电动机转速min /960r n d = 不在所要求标准转速数列当中，因而需要用带轮传动。 （3）确定传动轴的轴数 轴数=变速组数+定比传动副数=3+1=4。 机械系统设计课程设计 题目：分级变速主传动系统设计（题目30）专业：机械设计制造及其自动化 班级： 姓名： xxx xxx xxxx 学号： xxx xxx xxxx 指导教师： 2012年月日 《目录》 摘要 (2) 第1章绪论 (3) 第2章运动设计 (5) 1.确定极限转速，转速数列，结构网和结构式 (5) 2.主传动转速图和传动系统图 (7) 3.确定变速组齿轮齿数，核算主轴转速误差 (8) 第3章动力计算 (9) 1.传动件的计算转速 (9) 2.传动轴和主轴的轴径设计 (10) 3.计算齿轮模数 (11) 4.带轮设计 (15) 第4章主要零部件选择 (20) 第5章校核 (21) 结束语 (22) 参考文献 (23) 摘要 设计机床得主传动变速系统时首先利用传动系统设计方法求出理想解和多个合理解。根据数控机床主传动系统及主轴功率与转矩特性要求，分析了机电关联分级调速主传动系统的设计原理和方法。从主传动系统结构网入手，确定最佳机床主轴功率与转矩特性匹配方案，计算和校核相关运动参数和动力参数。本说明书着重研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案，以获得最优方案以及较高的设计效率。在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，用齿轮齿数的设计方法是试算，凑算法，计算麻烦且不易找出合理的设计方案。本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究，绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。 第一章绪论 （一）课程设计的目的 《机械系统课程设计》课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。 （二）课程设计题目、主要技术参数和技术要求 1 课程设计题目和主要技术参数 题目30：分级变速主传动系统设计 技术参数：Nmin=50r/min；Nmax=1120r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=4KW；电机转速n=710/1420r/min 2 技术要求 1. 利用电动机完成换向和制动。 2. 各滑移齿轮块采用单独操纵机构。 3. 进给传动系统采用单独电动机驱动。机械装备设计大作业
机械系统设计课程设计实例解析
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