汽车同步带疲劳寿命试验机

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前 言

同步齿型带是一种兼有带传动、齿轮传动和链传动优点的新型高效传动带。随着汽车发动机结构更为紧凑、性能不断提高,对发动机中用来驱动凸轮轴的汽车同步带的质量提出了更高的要求。为使同步带能够在汽车一定行驶里程之内可靠地传递载荷而不损坏,必须对胶带的寿命进行比较准确的估计。疲劳寿命指标的准确检测可为胶带生产厂家控制产品质量、保证产品可靠性和稳定性提供有力的保障。因此,目前世界各国的汽车制造业和胶带生产厂家都十分重视汽车同步带的疲劳试验。

目前国内胶带生产企业对同步齿型带在综合使用性能、可靠性和疲劳寿命等方面还不能全面检测,尤其是疲劳试验。虽然相关国家标准已经颁布,但是除了引进的几台两轮试验机外,符合疲劳试验国家标准的汽车同步带三轮疲劳试验设备在国内还是空白。

针对目前在我国汽车同步带疲劳寿命试验方面存在的问题，本设计在原有的汽车同步带试验设备上做了进一步的完善和改进，本设计工作原理如图1.1所示，其主要技术参数为：

试验功率 20 kW 试验扭矩 35 N·m 主、从动试验轮中心距 125～2000 mm 试验带长 ≤6 m

驱动轴转速 (3900～6000) r·min1 机械传动试验机是对传动带进行综合性能测试的试验设备。通过试验来检验传动带的各方面性能。

国外较早地开始了这方面的研究，如美国Gleason公司在五十年代就设计出了用轮系作为加载系统的传动试验台的方案。比较著名的还有美国国家航空航天局（NASA)下属的Lewis研究中心、前苏联中央机械制造与设计研究院、美国通用动力公司、德国RENK公司、日本明电舍动力公司、日本丰田汽车公司、美国伊利诺斯大学机械工程系、法国Skoda公司等。从试验台方案的设计到最终的样品制造他们都进行了大量的研究工作，形成了系列化的设计模式。

与国外相比，国内对于传动试验台的研究起步相对较晚。研究工作始于八十年代初期。国内较早从事这方面研究工作的主要单位有重庆大学、郑州机械研究所、长春汽车研究所、西安重型机械研究所、西安理工大学、合肥工业大

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学、四川工业学院、西安减速机厂、西安公路交通大学等单位。他们先后建立起了各种形式的传动试验台，这些试验台的建立从理论上和实践上都取得了很大的进步，积累了丰富的经验，代表着我国机械传动试验设备的发展水平。

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第1章 设计方案

1．1 设计题目

汽车同步带疲劳寿命试验机。

1．2 设计原理

本设计的工作原理如图1.1所示。 图 1.1 汽车同步带疲劳寿命试验机工作原理示意

1—三相异步电动机；2—联轴器；3—扭矩传感器；4—轴承座；5—传动带； 6—主动增速带轮；7—从动增速带轮；8—主动试验带轮；9—从动试验带轮；

10—试验带；11—主动降速带轮；12—从动降速带轮；13—负载发电机。

本设计中以三相异步电动机为主动电机，联轴器实现电动机、扭矩传感器、轴承座、负载发电机之间的连接，增速机构提升转速满足试验带的要求，降速机构降低转速满足负载发电机的要求。

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1．3 工作方式的选择

目前汽车同步带疲劳寿命试验机的工作方式主要有两种，一种是机械封闭方式，另一种是电封闭方式。

汽车同步带三轮疲劳寿命试验机采用有扭矩法动态模拟汽车同步带的实际使用过程,试验功率传递方式为机械封闭式,其传动原理如图1.2所示。

图 1.2 同步带疲劳寿命试验机工作原理示意图 1—扭矩传感器；2—从动轮；3—传动带；4—主动轮； 5—行星轮系；6—力矩电机；7—系杆；8—主电机； 9—主动试验轮；10—试验带；11—从动试验轮。

该试验机中,从被试验带、扭矩传感器到传动带、减速器整个传动过程为封闭式。传动轮安装在行星齿轮减速器的外壳上,力矩电机通过多楔带与减速器的输入轴相连,主电机通过驱动传动轴与减速器的输出轴相连。主电机驱动传动轴运转时,传动轮的转速与主电机和力矩电机的转速有关。当电机的转速固定时,由力矩电机输入不同的转速来调节传动带轮的转速,从而使传动带与被试验带之间的传动比不同,由此对被试验带加上不同的载荷(扭矩)。试验时传动带同样承受扭矩,为确保试验数据准确,传动带不能有较大滑动,因此该试验机采用滑动较小、传递功率大的多楔带传动,同时加大传动带的包角。

疲劳试验机所有部件应具有足够的强度和刚度,并能满足连续运转的要求,

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该同步带疲劳试验机主要包括以下部分: (1)主动轮及其驱动装置

主动轮由主电机驱动,驱动轴两端分别与试验带轮和行星减速器相连接。同时为了便于试验带安装并减小同长度同步带因位置调整引起的试验误差,在试验带轮与主电机之间采用高速万向花键副连接。对于不同长度的同步带,位置由电机驱动做相应的调整。 (2)从动轮及其相连的加载装置

从动轮及其相连的加载装置包括加载力矩电机、传动带、扭矩传感器及行星减速器等。扭矩加载装置可充分发挥行星减速器的差动原理,能提供准确、稳定的试验扭矩,并用重锤进行扭矩校正。为模拟汽车发动机的工作环境,在从动轮附近设有加热装置。 (3)张紧轮(平轮)装置

张紧轮装置能使张紧轮沿张紧力的作用方向自由运动,以使试验所需的张紧力准确地作用到被试同步带上。该张紧装置在有一定轴向偏角时可实现高速旋转。 (4)控制系统

控制系统采用工业控制计算机系统为核心处理系统,配以光栅高速计数器、扭矩传感器控制,采用行星齿轮减速器加载,实现了数据设定后的自动计算、显示和实时记录并打印整个试验过程的实时曲线与历史曲线及报表,避免了复杂的按钮操作,整个试验过程实现远程网络控制。该试验机与同类进口设备相比,增加了实际加载扭矩、滑差率、主动轮和从动轮转速的计算分析,可以真实地反映整个试验过程中数据的变化,数据分析形象直观,同时系统采用实时打印和历史打印,便于数据的获取和备案。

汽车同步带疲劳寿命试验机采用电封闭工作方式，变频器控制三项异步电动机驱动主动轮在给定转速下工作，试验带安装在主动轮、从动轮和张紧轮之间，从动轮、扭矩传感器、转速传感器、减速器、直流发电机串联安装。负载（采用直流发电机）通过减速器作用在扭矩传感器上，扭矩传感器与从动轮通过联轴器连接，直流发电机输出直接进入有源逆变器输入端，有源逆变器输出与驱动发电机变频器电源输入并联，实现能源回馈，达到节能目的。负载的调节通过计算机D/A转换卡，输出-10V—+10V电压来控制，通过扭矩传感器检测负载的变化，实现负载加载闭环控制。试验带的滑动率由主动轮转速传感器，从动轮转速传感器检测，通过计算机计算求得。

该方案优点：

（1）定转速以下（直至零转速）恒扭矩特性，额定转速以上恒功率特性。

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可实现正反转向同样的加载特性。

（2）节能：采用电力回馈，大大节约能源消耗。一般可以节能70%以上（主要取决被测系统损耗），这对于疲劳工作试验系统，节能效益就非常可观了。 （3）正向加载（发电机运转）、反转倒托（电动机运转），无环流任意切换。 （4）全数字化调节，精度高，稳定性好，可靠性好。

（5）使用方便：无需水冷油冷装置；调节方便；设备简单，占地少。 （6）响应快。

现代的机械传动试验机正朝着电封闭功率流式的方向深入发展。采用电封闭功率流的试验机易于控制，易于设计制造，各组成部分之间逐渐模块化、单元化，以便于使用和维护。在其组成上，原动机采用电动机，负载装置采用发电机。由于直流电动机具有易于控制、运行平稳和机械特性硬等优点，因此在电封闭试验台中处于主导地位，作为负载的发电机也多采用直流发电机，直流发电机发出的电能可以直接回馈给电动机，不需要逆变环节。这样就可以大大地简化试验台的组成，降低系统的复杂程度。

在控制系统上，早期建立的试验台没有专门的控制系统，仅靠机构组合及传动零件间的啮合作用来实现特定的加载功能。随着加载技术的不断发展，逐渐开始采用继电器控制来完成简单的控制操作。现代传动试验机已经广泛地应用电子技术和现代控制理论来实现试验过程的自动控制，如电动机的启动、转速调节、力矩调节以及试验过程的自动监测、保护等功能。

在数据测量系统上，大多采用计算机自动测量技术来实现数据的自动采集，如湘仪动力测试仪器厂生产的以Z80计算机为核心的JXW-1型机械效率仪，其它还有用Apple计算机、单板机、单片机为核心的数据采集系统。

1．4 结构概述

本设计选择电封闭工作方式，该系统由计算机控制管理试验全过程，可以完成不同型号的汽车同步带试验。

驱动电机采用变频调速控制技术。

主动轮与从动轮的位置调整底座其下安装直线导轨，其为滚动摩擦、调整方便，更主要是减少对从动轮的张紧力的影响，提高加力系统的精度。

扭矩传感器1完成驱动电机输出扭矩、转速的测试，计算机根据该测试可以准确的调节电机的输出功率和转速，满足试验带的要求。

扭矩传感器2完成实验装置负载扭矩的测试。模拟负载用于模拟传动功率，其采用发电机模拟吸收负载方案。采用电力回馈，大大节约能源消耗。一般可以节能70～80%以上。

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加力装置用于同步带试验机结构施加规定的预紧力，其力值由力传感器测量并反馈在计算机中显示。

加力砝码为有级组件，按规定的预紧力级别有级组合，以适应不同型号的同步带。

温控箱控制试验带的温度。

试验带轮两侧安装有防护网，以防止工作人员在试验带断裂时受到伤害。 工作台采用高刚度设计。

试验系统配置多套带轮工装以适应不同型号规格的传动带试验用。

1．4 方案特点

本设计可以对传动带以及常规的机械传动装置进行多方面的试验测试。这些测试既可以是开发性产品测试，又可以是系列产品性能的测试，通常进行的试验项目主要有以下几个方面: （1）空运转试验

通过空运转试验来验证某些参数及功能是否符合设计指标，检查加工、装配的质量，从而找出设计、加工、安装中存在的问题，以便采取相应措施加以改进。 （2）负载试验

通过承载性能试验，可以检验其在承载时的工作性能，这样可以对被试传动带或传动装置的真实工作性能加以检验。 （3）疲劳寿命试验

用来考核被试传动带或传动装置各传动元件的疲劳强度以及整机的使用寿命。

（4）噪声、温升和振动试验

通过试验来判定被试装置的安装调试精度及其内部各零件之间的摩擦、磨损情况，检验其结构设计、加工安装等环节的合理与否。 （5）超负荷试验

用来确定被试装置在过载情况下是否能正常工作以及过载解除后的性能是否仍符合技术要求。

在生产实际中，还有许多其它的试验项目须根据需要进行，限于篇幅本文不再介绍。

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第2章 汽车同步带疲劳寿命试验机的技术参数及计算

2.1 电机的选择

试验带技术规格：

① 转速范围：3900～6000r/min ② 传动功率：20kw ③ 最大张紧力：930N ④ 模拟负载功率：12kw ⑤ 高温：45℃

根据试验带技术规格本设计中选择三项异步电动机，初步选择电机型号为Y180-2，为全封闭自扇冷电动机。

技术参数为p=22kw；n=2940r/min；T=2.0nm；Tmax=2.2 n·m

m=180kg；

p：电机额定功率；

n ：满载转速；

T ：额定转矩； Tmax ：最大转矩；

m ：电机质量。

电机容量的选择

电机容量<工作要求：不能正常工作或因长期过载而过早损坏。 电机容量>工作要求：价格高，能力不能充分利用，功率效率低，浪费。

ppd=w(kw)

pd:工作机实际所需电动机的输出功率kw； pw：工作机所需输入功率kw；

 ：电动机至工作机之间传动装置的总效率。

按照设计要求，pw=20kw；试验带所需最高转速为6000120r/min。

=123

1：同步带效率，取98%；

2：球轴承效率，取99%（稀油润滑）

pd=20.8kw

所选电机满足要求。

电机的安装尺寸如图2.1所示。

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A=279 B=241 C=121 D=48 E=110 H=180 AB=360 AC=355 AD=285 HD=430 BB=311 L=670

图 2.1 电机安装尺寸

2.2 同步带轮的设计

本设计中选用的传动带为同步带。

根据设计要求，试验带所需转速为n1=6000120r/min，电机转速为

n2=2980r/min，由结构简图可知小带轮转速为电机转速，大带轮转速为实验带轮转速，增速传动比为

i=

i=2.041

n1 n2初步选择带轮型号为H

小带轮：节圆直径为97.02mm；外径为95.65mm；齿数为24 小带轮：节圆直径为194.04mm；外径为192.67mm；齿数为48 经查表验证满足最小需用齿数要求。 校核传动比

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i=

194.04=2 满足要求。 97.02同步带轮一般由齿圈、轮毂和挡圈组成。带轮型号与带相同，按节距分为7种型号。

同步带轮直线尺廓尺寸及公差如表2.1所示,直线齿廓如图2.2所示。

表 2.1同步带轮直线齿廓尺寸及公差

型 号 齿槽低宽bw 齿槽深hg 齿槽半角1.5 齿根圆角半径rb 齿顶圆角半径rt 两倍节顶距2

L 3.050.10 2.6700.10 20 1.19 0.131.170 H 4.190.13 3.0500.13 20 1.60 0.131.60 0.762 1.372  



hg rb

rt

d

d0

图 2.2同步带的直线齿廓

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带轮挡圈结构可以自行设计。标准结构尺寸见图2.3和表2.2。图4-2中，

d'=d0+（0.380.25）（mm）

d''=d'+2k(mm)

d0为带的外径。

80250

d''

d'

d0

图 2.3 带轮挡圈

表 2.2 挡圈尺寸

型 号 挡圈 最小高度（K） 挡圈厚度t L 1.5 1.0～2.0 H 2.0 1.5～2.5 共 37 页 第 11 页

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大带轮： d'=193.3mm d''=197.3mm 小带轮： d'=96.28mm d''=100.28mm

带轮宽度如表2.3所示，本设计中选择的轮宽代号为300。

表 2.3 带轮宽度尺寸

型 号 L 轮宽基 双边挡圈带轮 轮宽代号 本尺寸 最小宽度bf 050 075 100 075 100 12.7 19.1 25.4 19.1 25.4 38.1 50.8 76.2 14.0 20.3 26.7 20.3 26.7 39.4 52.8 79.0 无挡圈带轮 最小宽度b''f 17.0 23.3 29.7 24.8 31.2 43.9 57.3 83.5 单边挡圈带轮 最小宽度b'f 15.5 21.8 28.2 22.6 29.0 42.7 55.1 81.3 H 150 200 300

2.3 同步带的设计

1.设计功率pd

（1+k3）pm pd=k1（1+k2）

pm：名义功率 20kw；

k1：考虑载荷性质和运转的工况修正系数； k2：考虑增速的修正系数； k3：考虑张紧轮配置的修正系数。 经查表得 k1=1.7 k2=0.3 k3=0.2

pd=53kw

本设计中选择同步带的型号为H型。

2. 同步带传动速度v

d1n1（m/s） v=

601000小带轮节圆直径 d1pbz1/（mm） 大带轮节圆直径 d2d1i（mm） 经计算的v=29.85m/s

带速限制如下：MXL-L型，vmax=40～50m/s；H 型，vmax=30～40m/s。 速度满足要求。

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3.同步带的节线长度Lp、齿数zb及转动中心距C 节线长度Lp计算如下：

Lp=3Ccos(d2d1)(d2d1)2180

：传动中心距，初步可按下列范围选取

0.7(d1d2)C2(d1d2)

角按下式计算：

90sin1(取C=300，计算得=9.306

d2d1) 2CLp=1360.86mm,经查表圆整标准节线长度为：长度代号 540，节线长1371.6mm 同步带齿数zb可根据确定的标准节线长度Lp计算如下：

zbLp/pb

H型取pb=12.70，计算得zb=108。 此时传动中心距C为

CC=300mm

d2d1pb(z2z1) 2sin2cos4.校核带于小带轮的啮合齿数 zm

zm按下式计算：

pzzzm=ent1b21z2z16

22cz1=24 z2=48 zm=116,满足要求

5.确定实际所需同步带宽度b

（1）计算所选型号同步带在基准宽度下所允许传递的额定功率p0

p0按下式计算：

p0Tamv2v/103（kw）

，查表4-4； Ta：各种型号同步带在基准宽度下的许用圆周力（N），查表4-4； m：各种型号同步带的单位长度质量（kg/m）。 v： 同步带传动速度（m/s）

经查表2.4节距制同步带的基准宽度下的许用圆周力和单位长度质量

Ta=2100.85N m=0.448kg/m 取v=40m/s 计算的p0=55.36kw

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（2）计算啮合系数Kz

当Zm6,Kz1。

表 2.4 节距制同步带的基准宽度下的许用圆周力和单位长度质量

带 型 号 L H 基准宽度bs0（mm） 许用圆周力Ta（N） 单位长度质量 m（kg/m） 25.4 76.2 244.46 2100.85 0.095 0.448

（3）计算齿宽系数Kw

Kw(bs/bs0)1.14

（4）确定实际所需同步带宽度bs 带的设计功率Pd应不大于带的额定功率：

PdKsKwP0

将以上各式带入上式，可得实际宽度bs：

bsbsoPd/Kzbs73.34mm

11.14

经验算取：带轮为H型，轮宽代号300，带宽基本尺寸76.2mm双边挡圈最小宽度为79mm 大带轮：48H300 小带轮：24H300

2.4轴的结构设计

轴的结构设计主要取决于：

（1）轴在机器中的安装位置及形式；

（2）轴上安装的重要零件类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法； （3）载荷的性质、大小、方向及分布情况。 轴没有标准的结构形式。 初步设计轴的直径d=48mm。

根据表2.5零件倒角C和圆角半径R的推荐值。 取 d30～50 C=1.2 R=1.6 有配合要求的轴段，尽量采用标准直径。

为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合的轴段长度一般比轮毂长度短2～3mm。

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表 2.5 零件倒角C和圆角半径R的推荐值

直径 C或R 〉18～30 1.0 1.2 〉30～50 1.6 〉50～80 2.0

为了减少轴所受的弯矩，传动件尽量靠近轴承。较大的过度圆角半径R会降低应力集中。

轴的结构工艺性要求：一般来说轴的结构越简单工艺性越好，轴端有45倒角。 1. 按扭转强度条件计算：

TTWT95500000.2d3pn

Tt：扭转切应力，单位为MPa；

T：轴所受的扭矩，单位为Nmm；

WT：轴的弯扭截面系数，单位为mm3；

n：轴的转速，单位为r/min；

P：轴传递的功率，单位为kw；

d：计算界面处轴的直径，单位为mm；

T：许用扭转切应力，单位为MPa，见表2.6。

表 2.6 轴常用几种材料的T及A0

轴的材料 Q235-A、20 15～25 149～126 Q275、35 20～35 135～112

45 25～45 126～103 40Cr、35SiMn 35～55 112-97 T/MPa A0 取P20kw d24mm t11.74MPaT。 轴的直径d：

dd16mm

根据表4-6取 A0=103

39550000PPA03

0.2Tnn轴的直径d100mm，轴上有两个键槽，轴的直径扩大10%-15%，轴上有一个键槽时扩大5%～7%，本设计中扩大15%，轴的直径为18.4mm。取轴端直径为24mm满足要求。

根据圆柱型轴伸和轴肩轴环尺寸设计，取d30mm，长系列 80mm，

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a(0.07～0.1) d b1.4a

初步选择轴承型号为 7207C，油封型号为 J型无骨架橡胶油封。 为了满足轴的设计要求，轴各段初步设计如图2.4所示。

图 2.4 轴的结构尺寸

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2．轴的受力分析

带与带轮的安装方法如图2.5所示，轴的受力分析如图2.6所示。设增速装置在左端的带轮与右端的试验带轮型号相同（取极限），同步带松边近似平行于工作台。



图 2.5 带轮安装方法

T1

T1' FNH1 FNH2

T2 FNV1 FNV2

T2'

图 2.6 受力图

由经验公式的T1=2T2。

在V面列平衡方程，受力如图2.7：

T1sinFNV1FNV2T1'sin0205T1sin120FNV185Tsin0dT1=T1' T2=T2' T1=2T2 =9.306 T=(T1T2)

2'1

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TP9550 98% n5880r/min P20kw n计算得 FNV1534.1N

FNV2534.1N

T1sin

T1'sinV

FNV1 FNV2

图 2.7 V面受力图

在H面列平衡方程，受力如图2.8：

T1cosT2FNH1FNH2T2'T1'cos0

205T2205T1cos120FNH185T2'85T1'cos0

计算得 FNH14910.7N

FNH24910.7N

T1cos

T2 T2'

T1'cos

H FNH1 FNH2

图 2.8 H面受力图

3.作出弯矩图

轴在V面所受弯矩如图2.9所示： M1=M2=18785.4Nmm

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M1 M2

MV

图 2.9 V面弯矩图

轴在H面所受弯矩如图4-10所示： M1=M2=172721.1Nmm

M1 M2

MH

图 2.10 H面弯矩图

4.作出扭矩图

轴所受扭矩如图2.11所示：

T33148.9 N·mm

T

图 2.11 扭矩图

5.校核轴的强度

已知轴的弯矩和扭矩，轴承处为危险截面，应力计算：

ca24224()2 ca：轴的计算应力，单位为MPa；

：折合系数，扭转应力为静应力，取0.3。

对于直径为d的圆轴，弯曲应力MTT,扭转切应力，将和代WWT2W入上式，则轴的弯扭合成强度条件为

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M：轴所受的弯矩，单位为N·mm； T：轴所受的扭矩，单位为N·mm；

W：轴的抗弯截面系数，单位为mm3；

1：对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，经查表取1=55MPa。 计算得 ca41.36MPa1，满足要求。

按疲劳强度条件进行精准校核

安全系数S，本设计中轴的材料均匀，载荷与应力计算精准，取S=1.4。 只考虑弯矩和轴向力时的安全系数SS：

SSS

MmaxFamaxWA根据查表的S=295MPa，本设计中轴向力Fa=0。

SS=7.14S

只考虑扭矩时的安全系数SS：

SSSTmax/WT

S0.550.62S171.1MPa WTSS=43.43S 故可知轴安全。

d3168414.2 mm3

4.5 轴承的选择与校核

根据工作条件决定在轴的两端正装两个角接触球轴承。由设计轴的数据可知，带轮传递转矩为33148.9N·mm，所受圆周力为T1=2T2=1366.7N，带轮直径为99.02mm，轴的转速为5880r/min，轴承的预期寿命为1000h，初步选择轴承为7207C。

查滚动轴承样本（或设计手册）可知7027C轴承的C=30500N，C0=20000N。 两轴承所受到的径向载荷为Fr1和Fr2，

Fr1V=-534.1N Fr2V=534.1N

Fr1H=-4910.7N Fr2H=4910.7N

Fr1Fr1V2Fr2H24939.7N Fr2Fr2V2Fr2H24939.7N

轴承所受的轴向力忽略不计。

对于70000C型轴承，按表2.7，轴承派生轴向力FdeFr，e为判断系数，先初

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取e0.4，Fea0。

表 2.7 约有半数滚动体接触时派生轴向力Fd的计算公式

角接触球轴承 圆锥滚子轴承 70000C15 70000AC25 70000B40 FdFr/2Y

Fd10.4Fr11975.9N

FdeFr Fd0.68Fr Fd1.14Fr Fd20.4Fr21975.9N

FaFeaFd

Fa11975.9N Fa21975.9N 由表2.8确定载荷系数fP，取fP1.0

表 2.8 载荷系数fP

载 荷 性 质 无冲击或轻微冲击 中等冲击或中等惯性力 强大冲击 fP 1.0～1.2 1.2～1.8 1.8～3.0 举 例 电机、汽轮机、通风机、水泵等 车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、卷扬机、机床等 粉碎机、轧钢机、钻探机、震动筛等 P1fpXFr1YFa1 P2fpXFr2YFa2

FaC00.152

FaFre

取 e=0.47，X1，Y0 P1P24939.7N 验算轴承寿命

Lh取=3.3

Lh1274h 满足要求

10C 60nP16

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4.6 滚珠丝杠副的选择

根据本设计要求，实验带轮中心距约为2000mm，所以电机的移动范围应该接近1800mm，故选择丝杠螺纹全长为1750mm，丝杠全长为2020mm。在本设计中丝杠的功能是为了实现电机在工作台上简单的位移，横向载荷很小，可以忽略，精度要求很低，根据经验（数控立铣机床：工作台重量为250 kg，）选择丝杠的公称直径d020mm，确定滚珠丝杠副的型号为 CMD205-3-2/20201750，本丝杠副为插管埋入式，法兰直管组合双螺母垫片预紧，基本导程Ph为5mm，负荷滚珠总圈数为3圈，精度等级为2级。

滚珠丝杠的支承结构形式：滚珠丝杠副的支承，主要是约束丝杠的轴向窜动，其次才是径向约束。

本设计中选择的是两端支承形式的两端均为单向推力（单推——单推，J——J） 如图2.11所示。

图 2.11 单推——单推支承组合

4.7 箱体的选择

首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为\"结构包容法\"，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和

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强度，或用模型和实物进行应力或应变的测定，直接取得数据或作为计算结果的校核手段。如车床按两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题：

（1）满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。

（2）散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。

（3）结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。

（4）工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 （5）造型好、质量小。 箱体内腔的设计：

在本设计中，带轮的转速较高，所以采用稀油对带轮轴轴承进润滑，为了更好的实现散热，采用润滑油循环冷却的方法散热。初步设计箱体的内腔为0.18m3。

箱体的热平衡计算：

11000P1

1:单位时间内的发热量，单位为W；

P：带轮轴传递功率，单位为kw；

：同步带传递的总效率。

123

1：同步带传动效率；

2：轴承效率；

3：搅油效率，通常230.940.98。

2KSt0ta

2：热流量，单位为W；

K：油传热系数，取116～175W/( m2·C)；

S：箱体内表面积，单位为m2；

t0：油的工作温度，一般限制在60-70C，最高不应超过80C； ta：周围空气的温度，常温情况可取20C。

按照热平衡条件12，可求出正常工作下箱体所需的散热面积S为

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S1000P1

Kt0taP=22kw =0.970.99 K=160 t0=65C ta=20C

S=0.1213 m2

满主要求。

4.8 转速传感器的选择

当汽车传动带疲劳试验机对传动带做寿命试验时，可用光轴将扭矩传感器换下，以提高扭矩传感器的寿命。这时利用转速传感器测量试验带所需的输入与输出转速，当试验带出现打滑现象时，输入输出转速有所变化，提示试验结束。

转速测量通常有以下几种传感器可选：电涡流转速传感器、无源磁电转速传感器、有源磁电转速传感器等。具体需要选择哪类传感器，则要根据转速测量的要求而定。如:低速测量是否需要检测零转速，高速测量的最高转速，转速发生的装置情况。转速发生装置有以下几种：用标准的渐开线齿轮（M1～M5）作转速发生信号、在转轴上开一键槽、在转轴上开孔眼、在转轴上开凸键等转速发生信号装置。

一、FS8000系列电涡流转速传感器：

FS8000系列电涡流转速传感器，适合于测量从零转速以上的任何一转速，对于被测体转轴的转速发生装置要求也很低，被测体齿轮模数可以很小,被测体也可以是一个很小的孔眼，一个小凸键、一个小的凹槽。

1.电涡流传感器测转速，通常选用φ3mm、φ4mm、φ5 mm、φ8 mm、φ10mm的探头。转速测量为0～10KHZ。

2.电涡流传感器测转速，传感器输出的信号幅值较高（在低速和高速整个范围内）。

3.作转速测量的电涡流传感器有一体化和分体两种。一体化电涡流转速传感器 取消前置器放大器、安装方便、适用于工作温度在–20℃～100℃的环境下， 带前置器放大器的电涡流传感器适合在–50℃～250℃的工作环境中。 二、磁电式转速传感器测量技术要求：

如果选用凸块型（齿型），那么尺顶的表面A（部分）应做成同心圆的柱面，而不要做成平面。

输出信号幅值：30r/min>500mV（P-P）（测试条件：发讯齿轮，齿数为6， 材料为电工钢，模数为2，传感器端面距齿顶1mm）。信号幅值大小，与转速成 正比，与端面和齿顶间隙的大小成反比。

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探头直径 A B C D 安装间隙 推荐 (mm) φ3（φ4） ≥3 ≥3 ≥1.5 ≥6 0.70 φ5 ≥5 ≥5 ≥2.5 ≥10 1.50 φ8 ≥7 ≥7 ≥2.5 ≥15 1.50 φ10 ≥8.5 ≥8.5 ≥3 ≥17 1.50 φ11 ≥10 ≥10 ≥4 ≥20 4.0 靶块尺寸 推荐 （mm） 输出电压波形: 渐开线齿轮近似正弦波，若齿轮略有偏心则为调幅正弦波；孔近似方波。

齿轮材料：应采用高导磁材料。

齿形：渐开线齿形是最合适的齿形。用大模数的齿轮或用其它的齿形将会产生巨大的波形畸变，这将会妨碍精确的检测。如果主轴在轴向有移动，则应注意磁极的中心不要处在齿轮的位置上。 选择传感器型号：

FS8001-1 M16×1.0 适用于模数为2～4的渐开线齿轮测试，壳体无螺纹

长2mm，壳体总长78mm, 电缆5m整体连接，温度范围-20℃～100℃。

4.8 扭矩传感器的选择

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本设计选用的是动态扭矩传感器，动态扭矩传感器电阻应变式原理，结合电子技术，实现非接触电源供电与信号输出，精度高，性能稳定可靠，量程范围广。动态扭矩传感器基本原理采用应变电测技术和环形变压器非接触传递能源和频率信号，有效的避免了集流环和电刷产生的摩擦，解决了动态测量中能源供应的不稳定和信号传输干扰的问题。动态扭矩传感器采用霍尔效应或光电码盘对转速进行测量，60个脉冲/转。高转速时用测频的方式测量转速。如果转速低于60转，则采用测量两个脉冲之间的周期进行转速测量。动态扭矩传感器的原理，是采用应变电测技术和用环形变压器非接触传递能源和信号所制成的一种，可以检测静止扭矩和旋转扭矩与转速的检测仪器,旋转测量时与转速和方向无关。本系列动态扭矩传感器有效克服了因集流环和电刷的摩擦而引起的信号不稳定。利用霍尔效应或光电码盘测量转速。 动态扭矩传感器特点

1.体积小,重量轻,可任意方向安装；

2.没有集流环和电刷的磨擦,能长时间高速运转； 3.可以检测静态(静止)扭矩,也可检测动态(旋转)扭矩； 4.无须反复调零,可连续检测正反向扭矩输出； 5.精度高,稳定性好,可承受100%过载量；

6.抗干扰能力强,有多种信号输出(4-20mA.1-5V)(5-10-15kHz)。 动态扭矩传感器应用领域

1.电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩和功率的检测； 2.铁路机车、汽车、飞机、船舶等机械的扭矩和功率的检测； 3.压缩机、水泵、搅拌机、变速器等工作时所需扭矩的检测； 4.机床加工,钻井设备的转速扭矩检测和扭矩控制； 5.可用于制做粘度计和扭力扳手； 6.各种扭矩功率检测设备和实验室使用。

本设计中选择的是DN系列非接触式扭矩传感器，具有紧凑的外形和多种可

选择的安装方式。不仅适用于实验室，也适用于工业环境中。DN的供电和测量信号都采用非接触式传输方式，使其适用于长时间使用而低磨损，并且无需任何维护。针对不同的应用，还可以在传感器中增加转速和角度测试选项。供电电压12V DC，内置放大器输出0„±10V的模拟量信号。 DN-2型动态扭矩传感器的技术参数如下： 主要技术指标 共 37 页 第 26 页

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测量范围 输出信号：扭矩 0- 5 ～ 5000 0±5 60脉冲／转（转速≤5000 转速： 转／分） 30脉冲／转（ 转速：5000 ～ 10000转／分 直线度L 滞 后H 重复性R 工作温度 温度补偿范围 零点温度影响 激励电压 绝缘电阻 安全过负荷率 安装尺寸如下图：

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±0.1； ±0.3；±0.5 ±0.1；±0.3； ±0.5 ±0.1；±0.3；±0.5 -10 ～ +60 室温 ～ +60 ±0.1 ±15 2000 120 %F.S %F.S %F.S ℃ ℃ %F.S/10 ℃ VDC MΩ/100VDC %F.S Nm kHz ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

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本设计中扭矩传感器1选择的是量程为10～100 Nm，扭矩传感器2选择的量程为200～800 Nm。 电气连接方式如下表：

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连接方式 输入（电源）正端 地 输入（电源）负端 转速信号输出 扭矩信号输出 插头座号 1 2 3 4 5 导线颜色 红 白 蓝 黑 黄 若插头座号、导线颜色发生颜色变化时，请以传感器检定合格证书为准。

4.9 发电机的选择

本设计采用发电机模拟吸收负载方案，采用电力回馈，大大节约能源消耗。初步选择Z4系列的直流发电机。

Z4

系列直流电机是我国公司最新产品，广泛用作各类机械的传动愿，诸如

冶金工业轧机转动、金属切削机床、造纸、印刷、纺织、印染、水泥、塑料挤出机械等等。Z4系列电机的外形安装尺寸除了两底脚孔间轴向尺寸‘B’之外，符合IEC72国际标准。 Z4系列电机的性能及技术要求可按照国际电工委员会标准，IEC34-1或西德国家标准DIN57530的要求考核。

本系列电机采用多角形结构，空间利用率高。定子磁轭为叠片式，实用整流器供电，能承受脉动电流与电流急剧变化（负载变化）之工况，磁极安装有精确定位，因而换向良好。电机绝缘等级为F级，采用可靠绝缘结构浸渍工序，保证绝缘性能稳定和良好散热。Z4系列电机具有体积小、性能好、重量轻、输出功率大、效率高及可靠性高的特点，可以与当今国际先进水平的电机教量。电动机可用三相全控桥式整流电源以及不外接平波电抗器而长期工作。额定电压为160V的电机由单相桥式电源供电，此时电枢回路须接入电抗器以抑制脉动电流。 电机性能：

1．技术数据表中的数据应按下列使用条件工作 a. 海拔不超过1000m； b. 周围空气温度不大于40℃；

c. 工作环境不应有酸性、碱性或其他对绝缘有腐蚀作用的气体； d. 电机为连续工作制（SI）；

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e. 电动机电枢回路和励磁回路可由静止整流电源供电，也适应由直流发电机供电；

f. 本系列电机性能均符合国际GB755《旋转电机基本技术要求》。 2．电动机标准额定电压为160V、440V。也可根据具体情况派生出220V、400V和660V 或其他电压。

3．电动机额定转速有3000、1500、1000、750、600、500、400、300、200 r/min共九档。减小电枢电压为恒转矩调速，减小励磁电压为恒功率调速。在额定电压以下用调压调速时为恒转矩。其最低转速均规定为不低于20 r/min，此时仍能维持额定转矩，转速平稳。

4．电动机的基本励磁方式为他励，标准励磁电压为180V，其他励磁电压亦可协 商。电动机允许强行励，强励电压不得超过500V。电动机正常运行时励磁电流不得超过额定励磁电流。为确保励磁系统绝缘的可靠性，在断开励磁回路时，需在励磁绕组两端并联一个释放电阻以防止自感电势。在标准励磁电压时其值约为七倍励磁绕组电阻（冷态）。励磁电压高于标准电压时，并接释放电阻值可小于七倍，反之大于七倍。

5．Z4-315、Z4-355、Z4-400、和Z4-450四个机座带有补偿绕组。在Z4-250和Z4-280两个机座号中派生带有补偿绕组的电机也是可能的。 6．电机提供有接地标注的接线柱。

7．技术数据表内的功率值为额定功率，额定电压和转速时的效率，它包括励磁损耗，不包括鼓风机损耗。

本设计中选择的电机型号为Z4-225-11，电机中心高为225mm，电枢铁心长度代号为11，发电机主要技术参数如下表： 弱磁 额定型号 Type 功率Rated Output PN KW 99 110 Z4-225-11 67 75 49 55 680 750 900 1000 转速额定转速 Speed Rated Speed with Field Weaking 400V、440V nF r/min 1360 1500 r/min 3000 电枢 电枢回路电枢回路磁场电感电流励磁电阻 电感 Field Arm 功率Arm Arm InductancCurr Arm Circuit Circuit e Curr Resistance Inductance 1N PF R LA LF A 276 W Ω(20℃) 0.0664 mH 2.1 H 4.45 惯量矩重量效率Eff. Moment Wt. of Inertia % 87.9 89.4 84.4 86.5 81.2 84 5 680 Kg-㎡ Kg 2000 193 2300 0.1406 4.9 4.28 1300 146 0.2433 8.7 5.77 共 37 页 第 30 页

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40 45 33 37 49 Z4-225-21 55 40 45 119 1360 2400 132 Z4-225-31 81 90 67 75 12 Z4-250- 11 144 1360 160 99 110 167 1360 2200 Z4-250-21 185 81 90 180 1360 2400 200 119 900 2000 Z4-250-31 132 67 75 49 55 450 500 540 600 1500 152 0.305 7.3 5.1 1000 2000 204 334 2850 0.202 4.0 4.0 0.0668 1.7 5.46 89.1 80.8 84.6 78.5 82.4 11.2 1070 1500 493 0.0281 0.87 5.32 91.5 87.4 680 2250 750 234 0.1306 3.9 5.41 85.2 90.4 1500 2750 83.2 459 0.0325 0.91 4.28 90.5 10 970 900 2000 1000 281 1500 2100 399 2500 0.0911 2.4 4.55 88.1 89.8 0.0444 1.3 4.29 680 2250 750 197 0.167 5.1 4.55 85.1 88.8 89.9 86.2 8.8 890 900 2000 1000 227 2580 0.093 3.4 5.3 88 82.5 1500 327 0.0454 1.5 5.33 90.5 86.9 6.2 800 450 1000 500 125 540 600 2470 0.397 13.7 5.41 78.9 89.3 450 500 1000 148 0.2648 9.5 4.14 540 600 1200 123 0.356 9.5 6.38 78.2 80.8 76.5 78.8 79.3 82.4 76.6 5.6 740 1000 103 0.476 15.2 6.10 共 37 页 第 31 页

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发电机安装尺寸如下：

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安装尺寸 Mounting Dimensions 型号 TYPE A Z4-225-11 B 701 C D E F GA DA EA FA GC H K L L1 AB AC AD HD h1 1141600 5 1201660 5 1191650 5 1251710 5 1251710 5 1311770 5 外型尺寸 Outline Dimensions Z4-225-12 781 Z4-225-21 385 Z4-225-22 751 149 75 140 20 811 79.1479.2275 20 19 5 0 5 5 48474 398 981 20 0 Z4-225-31 811 Z4-225-32 871

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总 结

充实、紧张、忙碌的毕业设计接近尾声了，看着自己电脑里的一张张图纸和一页页说明书，真的感到很欣慰，昨天的我辛勤耕耘，而今天的我喜获丰收了。

总结一下自己本次的设计“汽车同步带疲劳寿命试验机”，我对原有的试验机做了进一步的改进和完善。本设计体现了很多创新和优点，当然了也存在不足之处。创新和优点在于：第一，本设计新增加了扭矩传感器1，从而可以准确的调节驱动电机的输出转速和转矩。第二，在做试验带寿命检测的时，将扭矩传感器用光轴替代，延长了扭矩传感器的寿命，节约了设计成本。第三，整体张紧轮机构的设计有利于温控箱的放置。第四，重砣滑轮装置中大轮直径为小轮直径的二倍，减轻了重砣的质量，可以更为合理的施加试验带的张紧力。第五，试验带轮两侧装有防护罩，保证试验带突然断裂时试验人员不受到伤害。本设计的不足之处在于：在试验过程中各机构的位置调节都要由试验人员来完成，缺少自动化功能。在未来的设计当中可以效仿重砣滑轮装置，使需要在工作台上有位移的部件双向受力，同时滑道设有自锁功能。如果能够实现，哪么将大大减少试验人员的工作量。

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致 谢

感谢李老师，说心里话我还是喜欢称呼您为校长，感谢校长在毕业设计中给予我的教导和帮助，更加感谢校长为长春大学所作的一切，校长您辛苦了。在大学生活接近尾声的时候，我真的感觉自己非常幸运，因为我遇到了李校长，校长给人的感觉很和蔼很亲切，不仅关心我们的毕业设计而且还关心我们的学习、生活和家庭。校长让我们明确自己的人生目标，给我们讲解了做人的生存之道和发展之道，使我们能够更好的实现自己的人生价值。

校长每天有很多公务要处理，所以在整个设计过程中我与校长见面的次数不是很多，也正是由于这样，我在毕业设计过程中大大提高了自己独立完成任务的能力。校长的知识很渊博，真的希望能够成为校长真正的学生，进一步向校长学习，但是我现是应该面对现实生活的时候了，我会永远记得校长对我说过的话，谢谢您李校长！每次校长指导我之后，我都会对自己的设计内容有了新的了解，我会站在一条新的起跑线上重新思考问题，感觉非常有挑战性。在紧张的设计过程中也感觉过累，但是回过头来，自己在查阅资料、网络利用、零件选择、零件校核计算、结构设计、运用绘图软件等方面的能力都有了很大的提升，这为我能够更好的报效祖国打下了坚实的基础。

再一次衷心的向校长表示感谢，祝校长身体健康、工作顺利。 祝愿明天的长春大学更加美好，祝愿明天祖国更加繁荣昌盛！

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参考文献

1 于骏一.邹青主编.机械制造技术基础（第一版）,北京:机械工业出版社,2004 2 章跃主编.机械制造专业外语,北京:机械工业出版社,2004 3 王振华主编.实用轴承手册,上海:上海科学技术文献出版社,1991 4 刘鸿文主编.材料力学（第四版）,北京:高等教育出版社,2004

5 温建民,于广滨主编.Pro/E中文野火版产品设计应用范例,北京:清华大学出版社，2006 6詹友刚主编.Pro/E中文野火版2.0快速入门教程,北京:机械工业出版社，2006

7 金鑫,贾长治,陈雪梅编.Pro/E Wildfire3.0中文版机械设计专家指导教程,北京:机械工业出 版社,2006

8 朱家诚主编.机械设计课程设计,合肥:合肥工业大学出版社,2005 9 冯世金.我国切边式汽车V带的质量水平分析[J].胶带工业，2002,(2):56 10 秦书安.带传动技术现状和发展前景[J].机构传动，2002,(6):41 11 叶鼎铨.玻璃纤维在汽车中的应用增长[J]建材工业信息, 2002,(3):23 12 吴贻珍.氢化丁腈橡胶及其在汽车传动带中的应用[J].橡胶工业，2002,(5):16

13 Janssen H.著，刘秋莲译.有关聚酯和芳纶与EPDM,及/HNBR粘合的界面形态[J]橡胶参

考 资料,1997,27(1)

14 大连理工大学工程画教研室编.机械制图,北京:高等教育出版社,2003 15 赵松年,张奇鹏主编.机电一体化机械系统设计,北京：机械工业出版社，1996 16 张建民主编.机电一体化系统设计（第二版）,北京:高等教育出版社,2001 17 冯辛安主编.机械制造装备设计（第二版）,北京:机械工业出版社,2005

18 许锦乱,谭建荣主编.实用系列化零件建模方法机电一体化,北京:机械工业出版社,2000 19 李福生主编.机械零件设计手册,北京:高等教育出版社 ,2000 20 孙恒，陈作模主编.机械原理（第六版）,北京:高等教育出版社,2001 21 濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第七版),北京:高等教育出版社,2001 22 雷天觉主编.液压工程手册.北京:机械工业出版社,1990

23 张展主编.非标准设备设计手册（第一册）,北京:兵器工业出版社,1993 24 王晓明主编.电动机的单片机控制,北京:航空航天大学出版社,2002

25 煤炭工业部,煤炭科学研究院上海研究所编.液压传动设计手册,上海:上海科学技术出版社,1981

26 龚溎义主编.课程设计图册, 北京:高等教育出版社,2004

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27《机械设计手册》联合编写组编.机械设计手册/上册,北京:化学工业出版社,1979 28中国纺织大学工程图学教研室等编.画法几何及工程制图,上海:上海科学技术出版社,2001.3

29东北工学院《机械零件设计手册》编写组编.机械零件设计手册(第二版)/中册,北京:冶金工业出版社，1982.1

30 A I Llewelyn. review of CAD/CAM[M]. Computer_ aided design, 1989, 23（5）．

31 S.Y Poon Objected_ oriented technology [J]in TRAANSMISSION DESIGN Automotive Engineer 1995,20(5):24-25．

32江耕华,胡来瑢,陈启松主编.机械传动设计手册(修订本)/上册,北京:煤炭工业出版社,1990.10

33孔庆华,刘传绍主编.极限配合与测量技术基础,上海:同济大学出版社,2002.2

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