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《机械系统设计仿真》大作业一、简答题（30分，每题5分）1、机械系统设计的基本问题是什么?答：机械系统设计的基本问题是机构的综合、运动学和动力学分析与设计。
2、求解动力学的两个基本问题是什么?答：两个基本问题是：一、动力学逆问题，己知运动求力；二、动力学正问题，已知力求运动。
3、简述牛顿—欧拉法的解题步骤。
答：采用牛顿—欧拉方法的基本步骤是先将系统的约束解除，分割成若干个单个的刚体或质点，然后对每个刚体或质点应用牛顿第二定律和欧拉动力学方程一一建立运动微分方程。
4、简述主工具箱上部的12个图标的功能,如图1所示。
：5、鼠标的右键操作主要应用于哪些场合?答：使用鼠标右键的场合主要有：1)显示建模过程中屏幕亡的各种对象的弹出式菜单，例如：构件、标记、约束、运动、力等。
2)在各种输入对话框中的参数文本输入栏，显示输入参数的弹出式菜单。
3)在后处理过程中，显示曲线图中各种对象的弹出式菜单，例如：曲线、标题、坐标、符号标记等。
4)在主工具箱、快捷工具栏等有工具图标集的场合，显示所选择的工具图标集的所有图标命令。
图16、解释几何样机的参数化建模，并指出ADAMS ／View 提供的4种参数化建模方法。
答：1.参数化建模是将样机的建模参数设置为可以改变的变量、表达式和函数，在分析过程中，只需改变样机模型中有关参数值，程序就可以自动地更新整个样机模型，获得新的样机模型，以便预先设置可变参数，自动地进行一系列的仿真分析，研究一个或多个参数变化对样机性能的影响，获得最危险的操作工况以及最优化的设计结果。
2.ADAMS ／View 提供了4种参数化建模方法：使用参数表达式、参数化点坐标、关联移动和使用设计变量。
二、图2所示为一单摆，质量为m ，摆长为l 。
设摆的悬点P 沿x 轴按x p ＝Asin ωt 运动，讨论系统的自由度，并写出约束方程。
(10分) 解：M 、P 共有2×N ＝4个坐标，系统满足3个完整约束X P ＝Asin ωt Y P ＝0（X m －Y p ）2＋Y m 2＝L2该系统没有非完整约束，因此是一个完整系统，其自由度数为4－3＝1。
机械系统设计大作业目录第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工艺方案设计 (1)1.5功能分解功能树 (2)1.6确定每种功能方案 (2)1.7确定边界条件 (2)1.8方案评价 (3)1.9方案简图 (3)1.10总体布置 (4)1.11总要参数的确定 (4)1.12循环图 (4)第2章执行系统设计 (6)2.1运动分析 (6)2.2动力分析 (6)第3章传动系统设计 (9)3.1动力机选择 (9)3.2运动与动力参数的确定 (9)3.3运动与动力参数确定 (9)3.4传动零件设计计算 (10)第1章总体方案设计1.1 研究给定的设计任务编号名称电机冷却系统设计单位起止时间设计人员设计费用设计要求1功能主要功能：对大功率电机进行冷却2适应性工作对象：大豆、小麦、玉米每次筛重：10kg~20kg环境：多尘、振动3性能动力：功率300w左右整机重量小于25kg外形尺寸1500×800×5004工作能力三分钟完成一次振动分离5可靠度98%6使用寿命5年7经济成本600元8人机工程操作方便，便于筛选完的谷物收集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1.3确定工艺原理方案物理振动原理1.4工艺方案设计人工倒入适量谷物打开开关振动工作关闭电源收集分离干净的谷物图1.2工艺路线图1.5功能分解功能树图1.3功能树1.6确定每种功能方案分离功能：铁丝网格、带孔铁板、带孔塑料板动力功能：电机控制功能：开关表1.2 功能解形态学矩阵分功能功能解A B C分离功能铁丝网格带孔铁板带孔塑料板1.7确定边界条件图1.4边界条件1.8方案评价评价原则：满足功能要求、经济、质量轻评价方式：一对一比较方案代号一对一比较评分A B CA112 B000 C011经过评价选择A方案：分离功能：铁丝网格动力功能：电机控制功能：开关1.9方案简图1机架、2振动筛摇杆、3振动筛铁丝网、4振动筛曲柄、5电机图1.5方案简图1.10总体布置图1.6总体布置图1.11总要参数的确定尺寸参数：整体长宽高1500×800×500mm运动参数：曲柄回转速率n=120r/分1.12循环图图1.7曲柄循环图由于仅有一个执行头，不存在干涉情况，所以不需进行时间、空间同步化。
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：1.06、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。
第二章答案因素论域向量U=[0.25 0.2 0.2 0.2 0.15]; 评语论域向量 V=[0.9 0.7 0.5 0.3 0.1];对A 方案构建模糊矩阵：R1 =[ 0.5000 0.2000 0.2000 0.1000 0 0.5000 0.2000 0.1000 0.2000 0 0.4000 0.2000 0.2000 0.1000 0.1000 0.4000 0.2000 0.2000 0.2000 00.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0] 对B 方案构建模糊矩阵R2 =[ 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0 0.4000 0.2000 0.2000 0.1000 0.1000 0.4000 0.2000 0.2000 0.1000 0.1000 0.3000 0.2000 0.2000 0.2000 0.1000 0.3000 0.2000 0.2000 0.3000 0]评价综合：X1 =U*R1=[ 0.4450 0.2150 0.1800 0.1400 0.0200 ] X2 =U*R2=[ 0.3650 0.2250 0.2000 0.1500 0.0600 ] 归一化处理：Y1 = [ 0.4450 0.2150 0.1800 0.1400 0.0200] Y2 = [ 0.3650 0.2250 0.2000 0.1500 0.0600]综合评分： z1 =V*Y1’= 0.6850 z2 =V*Y2’= 0.6370第三章 3-14(1) 变速范围9.5026.11181===--Z n R ϕ(2) 最低转速5.279.501400max min ===nR n n r/min查标准数列表，取28min =n r/min (3) 结构式93123318⨯⨯=演算第二扩大组的变速范围：10~8826.1)12(92<==-r符合升2降4的原则，由结构式可看出，符合前密后疏的原则 (4) 转速图如下：（依据P69页，“抓两端，连中间”原则，先从后向前设计，再从前向后设计），可得到初步转速图。
机械系统设计大作业目录第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 (2)1.4工艺方案设计 (2)1.5功能分解功能树 (2)1.6确定每种功能方案 (3)1.7确定边界条件 (3)1.8方案评价 (4)1.9方案简图 (5)1.10总体布置 (5)1.11总要参数的确定 (5)1.12循环图 (6)第2章执行系统设计 (7)2.1运动分析 (7)2.2动力分析 (7)第3章传动系统设计 (10)3.1动力机选择 (10)3.2运动与动力参数的确定 (10)3.3运动与动力参数确定 (10)3.4传动零件设计计算 (12)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家用振动筛设计单位起止时间设计人员设计费用设计要求1 功能主要功能：分离谷物中的杂质、灰尘2 适应性工作对象：大豆、小麦、玉米每次筛重：10kg~20kg环境：多尘、振动3 性能动力：功率300w左右整机重量小于25kg外形尺寸1500×800×5004 工作能力三分钟完成一次振动分离5 可靠度98%6 使用寿命5年7 经济成本600元8 人机工程操作方便，便于筛选完的谷物收集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1.3确定工艺原理方案物理振动原理1.4工艺方案设计人工倒入适量谷物打开开关振动工作关闭电源收集分离干净的谷物图1.2工艺路线图1.5功能分解功能树图1.3功能树1.6确定每种功能方案分离功能：铁丝网格、带孔铁板、带孔塑料板动力功能：电机控制功能：开关表1.2 功能解形态学矩阵功能解分功能A B C分离功能铁丝网格带孔铁板带孔塑料板1.7确定边界条件图1.4边界条件1.8方案评价评价原则：满足功能要求、经济、质量轻评价方式：一对一比较表1.3方案评分表方案代号一对一比较评分A B CA 1 1 2B 0 0 0C 0 1 1经过评价选择A方案：分离功能：铁丝网格动力功能：电机控制功能：开关1.9方案简图1机架、2振动筛摇杆、3振动筛铁丝网、4振动筛曲柄、5电机图1.5方案简图1.10总体布置图1.6总体布置图1.11总要参数的确定尺寸参数：整体长宽高1500×800×500mm运动参数：曲柄回转速率n=120r/分1.12循环图图1.7曲柄循环图由于仅有一个执行头，不存在干涉情况，所以不需进行时间、空间同步化。
机械系统设计（习题集）第一章绪论1．机械工程学科研究的内容包括几大分学科？各分学科之间的相互关系又怎样？2．系统的概念及系统的特点。
3．什么是机械系统？机械系统由几大部分组成？机械系统在产品中的地位作用？4．简述产品产生过程及设计的一般过程。
5．什么是机械系统的现代设计方法？此方法与传动设计阶段的设计方法有何联系与区别？第二章机械系统总体设计1．产品的功能是如何划分呢？在设计产品时，如何合理确定产品的各种功能？2．为什么在产品功能原理方案是1阶段常采用的“黑箱法”？“黑箱法”的设计思路及特点是怎样的？3．简述功能原理方案设计的步骤。
4．什么是功能源、功能结构？5．简述结构总体设计原则、基本原理及设计步骤？6．当采用有级变速传动时，为什么通常采用等比数列？7．制定公比φ的标准值的原则有几条？列出常用标准公比值。
8．试建立挖掘机的形态学矩阵，并根据总体方案确定的基本原则，确定几种合理的方案，并作简要说明。
9．机械系统方案评价的基本原则。
常用的评价方法。
10．在某机器设计中，有两种备选方案，为了确定选择哪个方案，组织了一个由20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。
试对两种设计方案作出评价。
已知：1) 评价指标：产品性能（B1）、可靠性（B2）、使用方便性（B3）、制造成本（B4）、使用成本（B5）；每个评价指标划分为优、良、中等、较差、很差5个等级：0.9，0.7，0.5，0.3，0.1；2) 评价指标B1、B2、B3、B4、B5的权分别为：0.25、0.2、0.2、0.2、0.15；3) 投票结果如下表所示：11．试用计算法求下列参数：1)已知：R n=10，Z=11，求φ；2)已知：R n=355，φ=1.41，求Z；3)已知：φ=1.06，Z=24，求R n；第三章执行系统设计1．执行系统由几大部分组成？简述其分类及可实现的功能？2．一般执行轴由几大部分组成？执行轴的基本要求有哪几项？如果达不到设计要求，将有什么影响？3．影响执行轴组件的静刚度有哪些因素?从哪些方面来提高执行轴组件的静刚度？4．在什么情况下执行轴组件采用三支承较为合理？前、后支承中的滚动轴承的制造误差对主轴组件的旋转精度有何影响？为什么执行轴前轴承的精度比后轴承的高？5．简述如何在不提高轴承的精度等级情况下，用“选配法”和对执行轴前、后轴承的合理安装来提高执行轴的旋转精度。
机械设计作业集1. 引言机械设计是机械工程学科的重要内容之一，通过学习机械设计可以培养学生的创新能力、动手能力和问题解决能力。
在机械设计的学习过程中，作业是非常重要的一部分，它不仅能巩固学生的理论知识，还能锻炼学生的实践能力。
本文档收集整理了一些机械设计作业题目，旨在帮助学生加深对机械设计知识的理解，提高机械设计的能力。
2. 作业题目2.1 齿轮设计2.1.1 齿轮传动计算某机械系统中需要设计一个齿轮传动，输入轴的转速为500转/分，要求输出轴的转速为750转/分，输入轴的动力为10 kW。
请计算并选择合适的齿轮参数（包括模数、齿轮齿数等），并绘制齿轮传动的传动比示意图。
2.1.2 齿轮磨损分析假设齿轮在使用一段时间后开始出现磨损，磨损的形状为中凹型。
已知齿轮的模数为2 mm，齿轮的压力角为20°，齿轮的硬度为40 HRC。
请计算齿轮的损失功率和损耗系数，并分析磨损对齿轮传动的影响。
2.2 弹簧设计2.2.1 弹簧刚度计算假设弹簧的自由长度为100 mm，直径为10 mm，材料为弹簧钢，弹簧的腰径为4 mm。
请计算弹簧的刚度，并绘制弹簧的张力-位移曲线。
2.2.2 弹簧失效分析已知弹簧的设计寿命为100,000次，每次循环加载为500 N，弹簧的材料为铬钼合金钢。
请计算弹簧的寿命，并分析弹簧的失效原因和改进措施。
2.3 轴设计2.3.1 轴的强度计算某机械系统中需要设计一个轴，轴的长度为500 mm，直径为50 mm，材料为40CrMoV。
请计算轴的最大正应力和安全系数，并绘制轴的应力-应变曲线。
2.3.2 轴的振动分析对于某转动的轴，已知其质量为10 kg，长度为1 m，弯曲刚度为1000 N/m，剪切刚度为500 N/m，转速为1000 rpm。
请计算轴的固有频率和临界转速，并分析振动对轴的影响。
3. 总结机械设计作业是机械设计学习过程中的重要组成部分，通过解答这些作业题目，可以帮助学生巩固机械设计的理论知识，提高机械设计的实践能力。
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。
目录:1.1 设计题目1.2机械系统的方案拟定1.2.1工作原理确定1.2.2执行构件及其运动设计1.2.3原动机的选择1.2.4执行构件的运动协调性（运动循环图）设计1.2.5机构选型及组合1.2.6方案评价及优选1.3相关机构的尺度综合（包括运动及动力设计和仿真）1.4机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明1.5课程设计体会及建议1.6主要参考文献1.1设计题目:光纤接头保护玻璃管的结构与尺寸如图 3.1a所示。
光纤接头保护玻璃管被套在光纤接头处，以保护光纤接头。
为不致损伤光纤，保护玻璃管内孔两端需倒角，如图a所示。
该玻璃管内孔两端倒角宜采用细粒砂轮高速磨削的工艺，以避免砂轮磨削力过大而损坏其端口。
其砂轮磨削头的形状如图b所示。
由于其用量很大，故需设计一台专用自动倒角磨削装置来加工。
a) b)图3.1设计技术要求如下：1）保护玻璃管在倒角之前处于散堆状态，磨削时需自动整理并逐个送料，故需配套设计自动送料机构。
2）保护玻璃管磨削时需自动夹紧，但夹紧力不宜过大，以免造成玻璃管损坏。
为了减小对其夹紧力，应采用两套砂轮磨头，并沿轴向相对布置，相向进给，反向旋转，使两磨削力得以平衡，实现两端口同时磨削并自动定位。
要求两砂轮的转速约6000r/min，并用两套微型电动机驱动分别独立驱动，电动机的转速约1500r/min。
3）要求保护玻璃管磨削机从自动送料、装卸与夹紧、磨削控制等全部自动工作，并用一个电动机驱动，电动机的转速约1500r/min < 4）每班（8小时）生产率不低于4000件。
1.2机械系统的方案拟定1.2.1工作原理确定倒角机的伺服系统主要分成三部分：送料装置，自动夹紧装置，以及刀架逆向行驶磨削控制装置。
送料装置采用的是来回往复震荡送料机构来实现，在装料盒上开三个与毛胚轴线处截面尺寸相同的孔（即长为10mm宽为5mm通过来回震动，使毛胚落下。
夹紧装置用凸轮来实现，凸轮远休端与夹具接触时，工件被夹紧，当近休端与夹具接触时，在棍子推杆的拉力作用下，夹具的两部分分开，工件从夹具上掉落同时在加工完成时，有足够的时间使工件从家具上掉落，避免被夹具夹毁。
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 (8)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，及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及工作相匹配。
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。
5：考虑工作可靠，操作简易，维修方便。
6：为了提高机械系统的经济效益，须考虑初始成本和运转维护成本。
综上所述，在半自动钻床中最益选择二次原动机中的电动机作为原动件。
(三)传动机构的选择和工作原理（1）传动机构的作用1、把原动机输出的转矩变换为执行机构所需的转矩或力。
2、把原动机输出的速度降低或提高，以适应执行机构的需要。
《机械系统的组成》作业设计方案第一课时一、设计背景：本学生作业设计方案是为了帮助学生深入了解机械系统的组成及工作原理，培养学生的分析和解决问题的能力，提高学生的实践操作能力。
二、设计目标：1. 熟悉机械系统的基本组成；2. 理解机械系统各部件的作用和相互关系；3. 掌握机械系统的工作原理；4. 提高学生的动手能力和解决问题的能力。
三、设计内容：1. 概念解释：介绍机械系统的定义和基本组成，包括机械系统的功能、结构和分类。
2. 部件分析：详细介绍机械系统的各个部件，如传动装置、传感器、执行器等，以及它们的作用和相互关系。
3. 工作原理：解释机械系统的工作原理，从能量转换和传递的角度分析机械系统的工作过程。
4. 实例分析：选取一个具体的机械系统，如汽车的制动系统或风力发电机系统，分析其组成结构和工作原理。
5. 实践操作：设计一个简单的机械系统模型，并要求学生实际搭建和调试，以加深对机械系统的理解。
四、设计方式：1. 基础知识讲解：通过课堂讲解、PPT演示等方式介绍机械系统的基本知识；2. 实例分析：以实际案例为例，通过图文结合的方式详细解释机械系统的组成和工作原理；3. 实验操作：在实验室或工作坊进行实践操作，让学生亲自动手搭建和调试机械系统模型，体验机械系统的工作过程。
五、评价方式：1. 口头答辩：要求学生对设计的机械系统进行口头解释，包括组成结构、工作原理等；2. 实验报告：要求学生撰写实验报告，详细记录搭建和调试过程，并分析实验结果；3. 设计作业：要求学生设计一个新的机械系统，并撰写设计方案，包括组成结构、工作原理等。
六、考核方式：考核内容主要包括口头答辩、实验报告和设计作业，根据学生在以上三个环节的表现综合评定成绩。
七、总结：通过本次作业设计方案的实施，学生将能够对机械系统的组成和工作原理有一个全面的了解，培养其分析和解决问题的能力，提高其实践操作能力，为将来从事相关领域的工作打下良好的基础。
目录一、设计任务 (2)二、系统总体方案设计 (3)三、电动机选择 (3)四、传动装置运动及动力参数计算 (4)五、传动零件的设计计算 (5)六、轴的设计计算、轴承的计算、键的选择和计算、联轴器的选择 (9)七、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择 (27)八、箱体及其附件的结构设计 (27)九、设计总结 (28)十、参考资料 (29)机械设计课程设计一、设计任务1．已知条件：1）设计带式运输机的传动装置，工作条件：双班制工作，单向运转，有轻微震动；2.运动简图：3．设计数据：运输带工作拉力F=1500N运输带工作速度v=1m/s卷筒直径D=500mm4.传动方案：斜齿圆柱齿轮单级减速器5.设计内容：1）按照给定的原始数据和传动方案设计减速器装置；2）完成减速器装配图1张（A0或A1）；3）从动齿轮、从动零件图各一张；4）编写设计计算说明书一份。
二、系统总体方案设计该传送装置通过V带传动和齿轮传动达到减小轴的转动速度、增大转矩的作用。
减速器内部为齿轮啮合，小齿轮安装在高速轴上，大齿轮安装在低速轴上；高速轴通过V带传动与电动机相连，低速轴通过联轴器与工作的转筒相连；整个减速器应该结构紧凑，尽量减少自身重量，符合安全条件的情况下，使用合适的零部件，降低生产成本与维护成本，其设计应该为生产和使用提供便利。
1.轴段1的设计知轴段1用于安装皮带轮，根据轴的最小直径确定轴的直径为d1=25mm，带轮轮毂的宽度为（1.5~2.0）d1=（37.5~50）mm，取为45mm（《机械设计手册》表11-2）。
考虑到轴段的长度也应该略小于轮毂的长度，取l1=43mm；如图，1=L 112=2+l +-(-B)=0.543+68+16+(18.25-17)=106.75mm L l a T ÷⨯ 2354L =-++0.5=51mm l a l l ⨯ 3476=0.5++-=51L l l l a mm ⨯5.轴承的校核平衡方程为11212312(+)=(++)F =+F Q Q Q Q QF L L F L L L F解得1=864.8Q F N 2=211.3Q F N知112+>s a s F F F所以轴承2为压紧端，轴承1为放松段；轴承的轴向力为11=F =624.2N a s F =F +F =1325.7N F在不考虑皮带轮的初拉力时：该轴的水平面内受力图和对应的弯矩图为：F t1A B C DF1H F2H根据已知数据知：1=864.8Q F N 2=211.3Q F N 此时的弯矩图为：1.轴段1的设计知轴段1用于安装联轴器，根据轴的最小直径为41m ；为补偿安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器。
1 健身球检验分类机（学号尾号1-3）设计要求设计健身球自动检验分类机，将不同直径尺寸的健身球（石料）按直径分类。
检测后送入各自指定位置，整个工作过程（包括进料、送料、检测、接料）自动完成。
健身球直径范围为ф40～ф46mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。
1. ф40≤第一类≤ф422. ф42<第二类≤ф443. ф44<第三类≤ф46其他技术要求见表1：表1 健身球分类机设计数据方案号电动机转速r/min生产率（检球速度）个/minA 1440 20B 960 10C 720 15设计要求设计加工下图所示工件ф12mm孔的半自动钻床。
进刀机构负责动力头的升降，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。
图1 工件简图半自动钻床设计数据参看表2.表2 半自动钻床设计参数方案号进料构工作程mm定位构工作行程mm动力头工作行程mm电动机转速r/mm工作节拍（生产率）件/minA 40 30 15 1450 1B 35 25 20 1400 2设计要求设计旋转型灌装机。
在转动工作台上对包装容器（如玻璃瓶）连3：图2 旋转型灌装机该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。
技术参数见表3。
表3 技术参数表方案号转台直径mm电动机转速r/min灌装速度r/minA 600 1440 10B 550 1440 12C 500 960 104 巧克力糖包装机（学号尾号9-16）设计要求设计巧克力糖自动包装机。
如下图3所示：包装对象为圆台状巧克力糖(图6)，包装材料为厚0.008mm的金色铝箔纸。
包装后外形应美观挺拔，铝箔纸无明显损伤、撕裂和褶皱（图7）。
包装工艺方案为：纸坯型式采用卷筒纸，纸片水平放置，间歇剪切式供纸（图8）。
包装工艺动作为：1.将64mm×64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖ф17mm 小端正上方；2.使铝箔纸沿糖块锥面强迫成形；3.将余下的铝箔纸分半，先后向ф24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖。
机械系统设计大作业——单自由度可开合手爪学院机电学院专业机械设计班级1108102姓名孙贺龙指导教师吴伟国机械手的设计方案对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。
设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求; 尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.本次设计的机械手爪是通用气动上下料机械手爪，是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，动强度大和操作单调频繁的生产场合。
它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。
1.1机械手的座标型式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。
由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。
相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度图1-1所示为机械手的手指、手腕、手臂的运动示意图。
图 1-1 机械手的运动示意图1.2 机械手的手部结构方案设计夹持式手部。
1.3 机械手的手腕结构方案设计考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。
因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。
1.4 机械手的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。
手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。
机械设计课程设计作业一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械设计的基本原理和概念，理解机械结构设计的重要性。
2. 使学生了解并掌握机械设计的基本流程，包括需求分析、方案设计、详细设计和制图。
3. 帮助学生掌握机械设计中常用的材料、零部件及其特性，并能合理选型。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械制图的能力，提高图纸表达清晰、准确的能力。
2. 培养学生运用机械设计原理和方法，解决实际工程问题的能力。
3. 提高学生的团队协作和沟通能力，使其能够在项目中进行有效的分工与协作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计的兴趣和热情，激发创新意识和探索精神。
2. 培养学生严谨、认真、负责的学习态度，养成精益求精的工作作风。
3. 增强学生的环保意识，使其在设计过程中注重节能、减排和可持续发展。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，强调理论联系实际，注重培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生已具备一定的机械基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力，但缺乏实际设计经验。
教学要求：结合学生特点和课程性质，将课程目标分解为具体的学习成果，注重实践操作，提高学生的实际设计能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动思考、解决问题，培养学生的创新意识。
同时，加强团队合作，提高学生的沟通与协作能力，为后续的教学设计和评估奠定基础。
二、教学内容1. 教材章节：本教学内容依据教材第5章“机械设计基础”和第6章“机械设计方法”进行组织。
- 第5章：机械原理、机械零件设计、常用机械零部件、材料选择。
- 第6章：机械设计流程、设计方法、设计计算、制图规范。
2. 教学内容安排：- 第一节课：回顾机械设计基本原理，讲解机械设计流程和制图规范。
- 第二节课：介绍常用机械零部件及其特性，指导学生进行材料选择。
- 第三节课：讲解设计方法和设计计算，结合实例进行分析。
- 第四节课：布置课程设计作业，要求学生运用所学知识完成一个简单的机械设计项目。
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。
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。
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。
参看图图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。
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客车的相关知识的介绍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，从下表中可以看出。
表客车的分类本设计的是轻型客车，其长度在到7米之间。
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。
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。
