《机电一体化课程设计》课程设计指导书
编制：刘华
上海交通大学电子信息及电气工程学院
仪器科学与工程系
二零壹零年十一月
目录
1 课程设计目的、设计要求及注意事项 (1)
1.1 课程设计目的 (1)
1.2 课程设计要求 (1)
1.3 课程设计注意事项 (1)
2 课程设计题目 (3)
2.1 带式运输机传动装置(直齿) (3)
2.1.1 设计要求 (3)
2.1.2 提交材料 (4)
2.2 带式运输机传动装置(斜齿) (5)
2.2.1 设计要求 (5)
2.2.2 提交材料 (6)
2.3 螺旋输送机传动装置(直齿) (7)
2.3.1 设计任务 (7)
2.3.2 提交材料 (8)
2.4 螺旋输送机传动装置(斜齿) (9)
2.4.1 设计要求 (9)
2.4.2 提交材料 (10)
2.5 轴承摩擦力矩测试仪 (11)
2.5.1 设计任务 (11)
2.5.2 提交材料 (11)
2.6 CKT-25RW磁、力综合测试仪设计 (12)
2.6.1 设计任务 (12)
2.6.2 提交材料 (12)
2.7 微动工作平台设计 (13)
2.7.1 设计任务 (13)
2.7.2 提交材料 (13)
2.8 自主选题 (13)
3 其它注意事项 (14)
3.1 课程设计方式 (14)
3.2 课程设计时间计划 (14)
3.3 设计计算说明书要求 (14)
4 考核方式 (16)
5 参考资料 (16)
1课程设计目的、设计要求及注意事项
1.1课程设计目的
《机电一体化课程设计》主要研究精密机械中常用机构和常用的零件和部件，是从机构分析、工作能力、精度和结构等方面来研究这些机构和零、部件，并介绍其工作原理、特点、应用范围、选型、材料、精度以及设计计算的一般原则和方法。该课程是仪器仪表类专业的在专业方面的最后一门技术基础课程，将综合运用工程力学、机构制图和本课程所学知识，来解决有关精密机械方面的设计问题。因此在教学过程中，除了系统地讲授必要的设计与计算理论、进行习题、作业及实验等外，还应使学生作较全面的设计技能锻炼，即作课程设计。其目的是：
1、具体应用、巩固加深和扩大本课程及有关先修课程的理论知识、生产知识，了解精密机械设计的一般设计方法和步骤，培养学生的实际设计能力，为以后进行专业课程设计及毕业设计打下基础；
2、通过拟定的设计方案、结构方案到结合生产和使用条件（如选用材料、考虑制造及装配工艺、润滑等），独立地完成精密机构部件的设计，并全面考虑设计内容及过程，熟悉和运用设计资料，如有关国家及行业标准、设计规范等，加深对精密机械设计总体的认识，培养学生全面考虑工程实际问题的独立工作能力。
1.2课程设计要求
《机电一体化课程设计》是一次完整系统的精密机械设计，它是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节，因此在设计过程中必须做到：
1、综合地考虑使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，确定合理的设计方案；
2、仔细阅读本课程指导书和随时查阅有关教材，在认真思考的基础上提出自己的见解与指导教师讨论，避免单纯地向指导教师索取答案；
3、通过分析比较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥自己的创造性，而不是简单抄袭或没有根据地臆造；
4、认真计算和制图，有错误要认真修改，力求设计图纸和计算说明书的质量达到或接近实际生产水平。
1.3课程设计注意事项
1、课程设计注意事项
⑴在设计开始前，应认真研究题目，明确设计要求和已知条件，阅读参考资料，了解课程设计的内容；
⑵对设计方案及结构，设计小组应进行讨论和对比，以明确优、劣、正、误，取长补短，改进设计；
⑶在正式进行设计计算之前与指导教师充分讨论设计方案，明确设计方案；
⑷设计方案确定后，将确定的结构方案用计算机绘成草图将指导教师审阅，审阅后可绘制正式的设计图纸；
⑸按规定编制设计计算说明书，并将设计计算说明书和全部图纸交指导教师审查，经认可后方可呈交；
⑹认真做好设计准备，进行设计答辩。
2、课程设计计算说明书的内容
课程设计计算说明书是技术说明书的一种，每个学生毕业后都要接触实际的技术工作，都要会写技术报告、可行性论证报告、产品说明书等文件，因此学生在校期间应受到这方面
的训练，掌握这一必须的基本技能。
编写课程设计计算说明书，是学生对课程设计的总结，内容主要包括：
⑴设计题目（包括设计条件和要求）；
⑵设计方案的比较；
⑶机械系统的运动方案的拟定与比较；
⑷所选机械的运动分析、动力分析与设计；
⑸完成设计所用方法及其原理的简要说明；
⑹列出必要的计算公式及主要计算结果；
⑺写出自编的程序及程序框图，并对程序中的符号、变量作说明，并列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表；
⑻用表格列出计算结果，用计算机或人工画出主要的曲线图；
⑼对结果进行分析讨论；
⑽列出主要的参考资料并编号。
2课程设计题目
2.1带式运输机传动装置(直齿)
2.1.1设计要求
设计一带式运输机传动装置的直齿齿轮减速器，该运输机工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期8年，小批量生产，两班制工作，
运输带速度允许误差±5%。
表1 带式运输机传动装置原始数据
数据编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
运送带工作拉力F(N) 2750 2700 2650 2600 2550 2500 2450 2400 2350 2300
运输带工作速度
2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
V(m.s-1)
卷筒直径
255 265 275 245 255 265 255 265 285 305 D(mm)
设计者傅洋 夏文菁 陈元昊 潘照胜 高洁 杨力 钱威 王悦 刘易 张彦涵 数据编号11 12 13 14 15
运送带工作拉力F(N) 2750 2700 2650 2600 2550
运输带工作速度V(m.s-1) 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80
卷筒直径
285 295 285 295 305
D(mm)
设计者韩垚 张晗 郝世丰 刘景青 沈健
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图1 带式运输机传动装置原理图
设计任务包括：确定电动机型号、带传动、减速器设计及减速器输出轴的联轴器设计。设计计算说明书内容参见3.3中“设计计算说明书要求”。
2.1.2 提交材料
1、使用UG 完成减速器装配图爆炸图，提交减速器装配图爆炸图光盘一张；
2、总装配图 A0图纸1张
3、输出轴工程图1张 （A4号图纸）、小齿轮工程图1张（A4号图纸）
4、设计计算说明书（设计步骤、设计计算、结构选择），字数不少于5000字。
2.2带式运输机传动装置(斜齿)
2.2.1设计要求
设计一带式运输机传动装置的斜齿齿轮减速器，该运输机工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期8年，小批量生产，两班制工作，
运输带速度允许误差±5%。
表2 带式运输机传动装置原始数据
数据编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 运送带工作拉力F(N) 2750 2700 2650 2600 2550 2500 2450 2400 2350 2300 运输带工作速度V(m.s-1) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 卷筒直径D(mm) 255 265 275 245 255 265 255 265 285 305 设计者王振宇 邬广强 海浩 钟梦超 项楠 陈昊骏 高翔 秦瑜贲 王飞华 田由甲
数据编号11 12 13 14 15
运送带工作拉力F(N) 2750 2700 2650 2600 2550
运输带工作速度V(m.s-1) 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80
卷筒直径D(mm) 285 295 285 295 305
设计者王雁群 陆佶鹏 吕飞 李亮 李浩亮
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图2 带式运输机传动装置原理图
设计任务包括：确定电动机型号、带传动设计、减速器设计及减速器输出轴的联轴器设计。设计计算说明书内容参见3.3中“设计计算说明书要求”。
2.2.2 提交材料
1、使用UG 完成减速器装配图爆炸图，提交减速器装配图爆炸图光盘一张
2、总装配图 A0图纸1张
3、输出轴工程图1张 （A4号图纸）、小齿轮工程图1张（A4号图纸）
4、设计计算说明书（设计步骤、设计计算、结构选择），字数不少于5000字。
2.3螺旋输送机传动装置(直齿)
2.3.1设计任务
设计螺旋输送机传动装置的直齿齿轮减速器，该运输机工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期8年，小批量生产，两班制工作，
输送机工作轴转速允许误差±5%。
表3 螺旋输送机传动装置原始数据
数据编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 输送机工作轴转矩
250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 T(N·m)
输送机工作轴转速
157 154 151 163 167 153 127 133 117 193 n(r/min)
设计者李婧 马周 齐宇轩 胡小海 刘昊旻 周扬 叶腾达 苏明 赵未玙 武恺 数据编号11 12 13 14 15
输送机工作轴转矩
300 305 310 315 320
T(N·m)
输送机工作轴转速
197 137 147 153 171
n(r/min)
设计者周郑川 杨巍巍 刘武 王锦颖 卫佳毅
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图3 螺旋输送机传动装置原理图
设计任务包括：确定电动机型号、带传动设计、直齿齿轮减速器设计及减速器输出轴的联轴器设计。设计计算说明书内容参见3.3中“设计计算说明书要求”。
2.3.2 提交材料
1、使用UG 完成减速器装配图爆炸图，提交减速器装配图爆炸图光盘一张
2、总装配图 A0图纸1张
3、输出轴工程图1张 （A4号图纸）、小齿轮工程图1张（A4号图纸）
4、设计计算说明书（设计步骤、设计计算、结构选择），字数不少于5000字。
2.4螺旋输送机传动装置(斜齿)
2.4.1设计要求
设计螺旋输送机传动装置的斜齿齿轮减速器，该运输机工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期8年，小批量生产，两班制工作，
输送机工作轴转速允许误差±5%。
数据编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 输送机工作轴转
250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 矩T(N·m)
输送机工作轴转
157 154 151 163 167 153 127 133 117 193 速n(r/min)
设计者王锦 赵航笙 卫泽满 朱晓来 张湘朦 王磊 吴迪 施阳 杨夏恒 吴昊
数据编号 11 12 13 14 15
输送机工作轴转
300 305 310 315 320
矩T(N·m)
输送机工作轴转
197 137 147 153 171
速n(r/min)
设计者陆文俊 赵勇 刘晓非
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图4 螺旋输送机传动装置原理图
设计任务包括：确定电动机型号、带传动设计、斜齿齿轮减速器设计及减速器输出轴的联轴器设计。设计计算说明书内容参见3.3中“设计计算说明书要求”。
2.4.2 提交材料
1、使用UG 完成减速器装配图爆炸图，提交减速器装配图爆炸图光盘一张
2、总装配图 A0图纸1张
3、输出轴工程图1张 （A4号图纸）、小齿轮工程图1张（A4号图纸）
4、设计计算说明书（设计步骤、设计计算、结构选择），字数不少于5000字。
2.5轴承摩擦力矩测试仪
2.5.1设计任务
本测试仪用于检测H/AJK-02中KT-8自由陀螺使用的框架轴承摩擦力矩的测量，其主要的技术要求为：被测轴承范围内径φ5mm，摩擦力矩测量范围0~100μN·mm，摩擦力矩显示精度为0.1μN·mm，主轴转速为0~10r/min，旋转方向正反可控。
由于H/AJK-02中KT-8自由陀螺的框架轴承摩擦力矩很小，不能用扭矩传感器直接测量摩擦力矩值，通过测量加在被测轴承外圈上的摆针的偏转角大小来间接测量其摩擦力矩值。测试原理：
将被测轴承安装在水平的旋转轴上，在轴承外圈加一个摆针，摆针的质量长度是固定值，当轴承的内圈随着旋转轴匀速转动时，由于轴承内圈和外圈存在摩擦力矩，该摩擦力矩就会带动外圈和摆针转动一个角度。如果摩擦力矩大，摆针转动的角度就大，如摩擦力矩小，摆针的转动角度就小，这样通过图像传感器检测摆针转角的大小，通过软件计算处理，就能间接测量轴承摩擦力矩的大小值。
测试系统原理图见图5。
A向
1、摄像头距离调节机构
2、摄像头支架
3、摄像头
4、摆杆及配重
5、被测轴承
6、齿轮
7、直流伺服电动机
8、底座
图5 轴承摩擦力矩测试原理图
课程设计任务：完成该测试系统机械结构总体设计，画出该测试系统的装配图和零件图，进行必要的设计计算(平衡摆针质量设计计算)。
2.5.2提交材料
1、使用UG完成减速器装配图爆炸图，提交减速器装配图爆炸图光盘一张
2、轴承摩擦力矩测试仪总装配图
3、轴承摩擦力矩测试仪零件图
4、轴承摩擦力矩测试仪设计计算说明书
2.6CKT-25RW磁、力综合测试仪设计
2.6.1设计任务
本测试仪主要用于某型号中KT-8自由陀螺在装配调试过程中，用于测量自由陀螺各零部件的剩磁和内部结合部件之间的接触压力。该综合测试仪能检测各零部件的剩磁量，又能检测内部结合部件之间的接触压力。其主要技术性能：测磁部分量程为1mT、2mT，灵敏度0.02mT；测力计部分量程为0~100g，读数精度0.1g。
在某型号中KT-8自由陀螺的装配调试过程中，对自由陀螺各零部件的剩磁量进行检测，由于各零部件本身的剩磁比较小，以往是通过直接吸细铁尘粒的方法来检查是否有剩磁。这种方法比较直接，但不能定量测定。设计的测磁仪部分采用高灵敏度的测磁传感器来实现定量检测。原来检测内部结合部件之间的接触压力是采用指针式拉力表，在测试时操作者同时要观察触点分离状态，又要读指针式拉力表，难于准确读数，从而会影响产品的装配质量。新设计的综合测试仪选用高精度的拉力传感器并将触点分离和拉力测量做成一体自动完成测试，操作方便，而且读数准确，不仅减少劳动强度，同时提高产品的装配质量。为提高测量精度和效率，采用工业控制计算机来测量和控制，提高综合测试仪的可靠性，并能把测试数据保存下来，以便以后检查分析，从而提高管理水平和质量监控能力。
弹簧片拉力测量装置的原理图见图6。
1、支架
2、直流伺服电动机
3、电机安装法兰盘
4、限位开关
5、导杆
6、螺杆
7、螺母板
8、力传感器
9、弹簧触点10、加速度计11、底座
图6 弹簧片拉力测量装置示意图
课程设计任务：完成该测试系统机械结构总体设计，画出该测试系统的装配图和零件图，进行必要的设计计算。
2.6.2提交材料
1、使用UG绘制弹簧片拉力测量装置爆炸图，提交弹簧片拉力测量装置爆炸图光盘一
张
2、CKT-25RW磁、力综合测试仪总装配图
3、CKT-25RW磁、力综合测试仪零件图
4、CKT-25RW磁、力综合测试仪计算说明书
2.6.3设计人员
束逾、瞿成
2.7微动工作平台设计
2.7.1设计任务
微动工作平台可以完成Ｘ、Ｙ两个自由度的工作位移，采用“大位移＋微量位移”相结合的方法来同Ｘ、Ｙ平台在工作面的位移要求。
设计要求：
1、工作台面面积为：50mm×50mm；
2、X方向上的粗调位移为：10mm 微位移量为：0.5mm精度：0.5μmm
3、Ｙ方向上的粗调位移为：10mm 微位移量为：0.5mm 精度：0.5μmm
4、要求可作台在Ｘ、Ｙ方向上的任意位置可以实现自锁
5、调节方便、重复精度高
。
2.7.2提交材料
1、使用UG绘制微动工作平台爆炸图，提交微动工作平台爆炸图光盘一张
2、总装配图A0图纸1张
2、主要部件零件图A4图纸2张
3、设计计算说明书（设计步骤、设计计算、结构选择），字数5000～8000
2.7.3设计人员
顾炜昱、张华山、赵灿、成亮
2.8自主选题
设计者可以结合兴趣爱好或与今后工作相关的题目，自行拟定设计题目，并与指导教师充分讨论，指导教师认真衡量设计的难度与工作量，经指导教师同意后，设计者可以根据自行拟定题目进行设计。
3其它注意事项
3.1课程设计方式
课程设计方式采取指导教师指导为辅、设计者独立完成为主的设计方式。每周一下午第6～第10节、周五下午第6～第10节课为指导教师指导时间，设计者可以集中在此时间与指导教师讨论。
其余时间可以在寝室、教室或实验室独立完成设计，设计者在设计过程中遇到任何问题，可随时通过邮件、电话或其它方式与指导教师进行讨论。
3.2课程设计时间计划
本次课程设计总学时数为81学时，设计者可以根据自己的实际情况灵活掌握，但必须在规定时间完成设计任务。根据以往经验，建议课程设计时间分配参照下表。
表5 课程设计时间计划
进度学时
任务分析、确定总设计方案、理论计算 10学时
三维模型设计 22学时
总装配图设计 30学时
零件图设计6学时
编写说明书 12学时
答辩1学时
3.3设计计算说明书要求
设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文件之一，编写设计计算说明书是课程设计的一个重要的组成部分。
设计计算说明书应按指导规定：统一用A4纸撰写，为保证课程设计质量，设计计算说明书必须采用手写格式。设计计算说明书的注意事项如下：
1、设计计算说明书内容
说明书内容主要包括：
⑴目录(标题及页次)；
⑵设计任务书；
⑶传动方案的分析与撰写(简要说明并附传动方案的简图)；
⑷电动机的选择计算；
⑸传动装置的运动及动力参数的选择和计算；
⑹传动零件的设计计算；
⑺轴的计算(输入轴、中间轴及输出轴都必须进行设计计算)；
⑻滚动轴承的选择和计算(任选一对轴承进行设计计算)；
⑼键联接的选择和计算(任选一只键进行校核)；
⑽联轴器的选择；
⑾减速器的润滑方式和密封类型的选择；
⑿设计小结(对课程设计的体会，设计的优缺点和改进意见等)；
⒀参考资料(资料编号、作者、出版单位和出版年份)。
2、设计计算说明书封面
为便于统一整理和保存，设计计算说明书统一采用A4纸撰写，规定设计计算说明书的封面采用如下。设计计算说明书装订统一采用订书钉简装方式，请勿采用塑封胶皮或其它装订方式，设计计算说明书封面格式见图7。
《机电一体化课程设计》
设计说明书
设计题目：
设计者：
学号：
班级：
指导教师：
完成时间：
上海交通大学电子信息与电气工程学院
仪器科学与工程系
图7 设计计算说明书封面
3、设计计算说明书格式
设计计算说明书要求计算正确、论述清楚、方案精炼、插图简明，要撰写设计计算说明书时应注意下列事项：
⑴计算内容的书写：只需列出计算公式，代入有关数据，最后写下计算结果并标明单位，写出简短的结论或说明，不必列出运算的过程。
⑵所引用的计算公式和数据应注明来源，主要参数、尺寸和规格以及主要的计算结果，可写在右侧留出的宽25mm的长框中(详细内容可见文献[1])。
⑶为了清楚地说明计算内容，说明书中应附有必要的简图(如传动方案简图、轴的结构简图、受力图、弯矩图和转矩图等)；
⑷对每一自成单元的内容，都应列出大小标题，使之突出醒目。
为规范设计计算说明书格式，规定设计计算说明书的正文格式按图8规定格式撰写。
25
图8 设计计算说明书格式
4考核方式
详见《机电一体化课程设计》考核要求。
5参考资料
设计过程中需要使用参考资料有很多，设计者可以根据需要自行选择，常见的参考资料：
[1]. 王大康，卢颂峰，《机械设计课程设计》，北京：机械工业出版社，2000年
[2]. 陆玉，何在洲，《机械设计课程设计(第3版)》，北京：机械工业出版社，1999年
[3]. 熊文修，《机械设计课程设计》，北京：机械工业出版社，1996年
[4]. 张培金，《机械设计课程设计》，上海：上海交通大学出版社，1996年
[5]. 刘俊龙，何在洲，《机械设计课程设计》，北京：机械工业出版社，1993年
[6]. 吴宗泽，《机械设计师手册》上、下，北京：机械工业出版社，2002年
[7]. 庞振基，黄其圣等，《机电一体化课程设计》，北京：机械工业出版社，2001年
[8]. 沈春根，李海东，周丽萍，《UG NX 三维造型与自动编程案例精选》，北京：化学工业出版社，2007