减速器设计方法优化策略论文解读

第一篇：减速器设计方法优化策略论文解读

减速器设计方法优化策略论文

摘要：减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置。减速器设计的优劣直接影响机械设备的传动性能。本文通过对两种减速器主要优化设计方法的分析，提出了减速器设计中应考虑的约束条件、目标函数和变量等。关键词：减速器优化设计

传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计效果，但一般不是最佳的。为了使减速器发挥最佳性能，必须对减速器进行优化设计，减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行。除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积(重量)、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类目标。第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾，即体积(重量)与承载能力的矛盾。在一定体积下，减速器的承载能力是有限的；在承载能力一定时，减速器体积(重量)的减小是有限的。由此看来，这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积(重量)作为优化目标；后一类反之，把一定的体积(重量)作为设计条件，把承载能力作为优化目标。第三类目标的实现，将涉及相当多的因素，除减速器设计方案的合理性外，还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员素质和材料价格等因素。但对于设计人员而言，该目标最终还是归结为第一类或第二类目标，即减小减速器的体积或增大其承载能力。

一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计

单级主减速器可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比i0不能太大，一般i0≤7，进一步提高i0将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。单级圆柱齿轮减速器以体积最小为优化目标的优化设计问题，是一个具有16个不等式约束的6维优化问题，其数学模型可简记为： minf(x)x=[x1x2xj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)

3x

4x

5x

6]T∈R6S.t.g采用优化设计方法后，在满足强度要求的前提下，减速器的尺寸大大地降低，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量。优化设计法与传统设计密切相关，优化设计是以传统设计为基础，沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足，但该设计法仍有其局限性，因此可在优化设计中引入可靠性技术、模糊技术，形成可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法，使工程设计技术由“硬”向“软”发展。

二、混凝土搅拌运输车减速器的优化设计 1.主要参数

混凝土搅拌运输车搅拌筒(罐)的设计容积为8～10m3，最大安装角度12°，工作转速2～4r/min和10～12r/min(卸料时的反向转速)；减速器设计传动比131∶1，最大输出转矩60kN·m，要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。2.2结构设计主要包括前盖组件、被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机体中部组件和法兰盘组件6大部分。机体间采用螺栓和销钉连接与定位，机体与内齿圈之间采用弹性套销的均载机构。为便于用户在使用时装配与拆卸，减速器主轴线与安装面设计有15°的倾角，法兰盘轴线可以向X、Y和Z方向摆动±6°，并选用专用球面轴承作为支承。轴承装入行星轮中，弹簧挡圈装在轴承外侧且轴向间隙≤0.2mm，减速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，总质量(不含油)为290kg。2.传动系统设计

该减速器采用3级减速方案：第一级为高速圆柱齿轮传动，其余两级为NGW型行星齿轮传动。其中，第二、三级分别有3个和4个中空式行星轮，行星轮安装在单臂式行星架上，行星架浮动且采用滚动轴承作为支承；第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接，混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等要求十分苛刻，因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要。

三、减速器优化设计的数学模型 1.目标函数

对于C型问题，目标函数是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——减速器总中心距，即各级中心距之和；x——各设计变量(包括各级中心距、模数、螺旋角、齿数、齿宽和变位系数等)；n——设计变量的个数。对于P型问题，目标函数是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——减速器的许可承载功率；x——同C型；n——同C型。2.约束条件

约束条件是判断目标函数中设计变量的取值是否可行的一些规定，因此减速器优化设计过程中提出的每一个供选择的设计方案；都应当由满足全部约束条件的优化变量所构成。对于减速器来说，在列出优化设计的约束条件时，应当从各个方面细致周全的予以考虑。例如，设计变量本身的取值规则，齿轮与其它零件之间应有的关系等等。减速器优化设计应考虑以下约束条件：（1）设计变量取值的离散性约束 齿数：每个齿轮的齿数应当是整数；模数：齿轮模数应符合标准模数系列(GB1357-78)；中心距：为避免制造和维护中的各种麻烦，中心距以10mm为单位步长。

（2）设计变量取值的上下界约束

螺旋角：对直齿轮为零，斜齿轮按工程上的使用范围取8°~15°；总变位系数：由于总变位系数将影响齿轮的承载能力，常取为0~0.8。（3）齿轮的强度约束

齿轮强度约束是指齿轮的齿面接触疲劳强度与轮齿的弯曲疲劳强度，这两项计算根据国家标准GB3480-83中的方法进行。强度是否够，根据实际安全系数是否达到或超出预定的安全系数进行检验。（4）齿轮的根切约束

为避免发生根切，规定最小齿数，直齿轮为17，斜齿轮为14~16。（5）零件的干涉约束

要求中心距、齿顶圆和轴径这三者之间满足无干涉的几何关系。对于三级传动的减速器(如图1)，干涉约束相当于两个约束：第二级中心距应大于第一级大齿轮齿顶圆半径与第三级小齿轮顶圆半径之和；第三级中心距应大于第二级大齿轮顶圆半径与第4轴半径之和。而二级齿轮传动类推。

四、结语

机械优化设计是在常规机械设计的基础上发展和延伸的新设计方法，而减速器的优化就是其中之一，是以传统设计为基础、沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。在实际应用中已产生了较好的技术经济效果，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量，使减速器发挥了最佳性能。参考文献：

[1]孙元骁等著.圆柱齿轮减速器优化设计.机械工业出版社，1988.[2]胡新华.单级圆柱齿轮减速器的优化设计[J].组合机床与自动化加工技术，2006.[3]陈立平，张云清，任卫群等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程.清华大学出版社，2005.[4]梁晓光.优化设计方法在齿轮减速器设计中的应用[J].山西机械，2003.[5]范顺成，马治平，马洛刚.机械设计基础.机械工业出版社，2002.[6]马晓芸.混凝土搅拌车减速器制造专家[J].商用汽车杂志(CommercialVehicleMagazine)，2007，(8)：84-85

第二篇：减速器优化设计论文

1.总体方案设计优化

结构优化的概念较早就已经提出。结构优化设计的任务在于对结构方式和外形尺寸等因素做参考进行优化设计。计算工作量较大，在计算机完全替代人工计算后，使这种方法的应用逐步变得广泛。我们把系统的设计限制来作为优化设计的束条件，将设计变量以及性能变量的一组不等式表示了出来，将可以反映设计要求的数值作为目标的函数，运用数学的方法和手段得到了满足全部条件且使目标函数为最佳的设计变量。这既是总体的设计优化方案思路也是该设计的精髓。

针对不同的设计问题，其最优设计程序通常是基本相同的，首先应当了解结构的技术以及使用的要求，完成基本布局。此后再用一组设计变量来表述结构的尺寸以及物理性能等变量，此后可以写出关于设计变量的荷载函数。并能够建立起结构分析的方法，最终形成设计变量的一种约束方程，也可以说对设计变量值进行限制。在完成最优化方案之前，应当用公式来给出一个判别指标，也就是目标函数作为设计变量的函数。使之最小的一组设计变量也将成为为最优方案。

2.减速器齿轮箱体的优化设计

本论文的优化目的在于在齿轮箱结构满足强度和刚度的基础上，进行减轻重量，并完成合理均匀分布应力的优化工作。我们提出的优化具体设计为：

第一步，针对结构确定设计方案，并通过CAD软件进行建模。

第二步，通过CAD软件和有限元分析软件的连接传递到有限元分析软件中，并获得相关的应力以及位移等参数。

第三步，据实际情况进一步确定优化目的，对设计进行计算结果分析和比较，明确能够修改的结构参数。

第四步，通过修改参数，重新进行分析，并通过这种方法获得结构参数以及相应的响应值。并完成最佳参数的选取，同时得到更加科学合理的结构和尺寸。

我们做出的优化主要是针对箱体的质量的。即在外载荷不变而且不改变结构布局的前提下，对齿轮箱进行优化。将重量当作优化的目标函数，采取结构优化设计技术能够在确保质量的情况下，有效节约成本，提高质量。实现安全性、可靠性、节约型等多个层面的兼顾。因为结构布局和材料是固定不变的，所以箱体结构也是不发生变化的，仅仅是把箱体的具体部位厚度作为设计变量，用箱体工作结构的最大位移作为状态变量，把结构的质量当作目标函数。也可以说是在原设计的基础上，不对其做大的调整和改变，仅仅是对结构最大允许最大范围进行调整，达到箱体最轻的优化设计效果。引入边界条件的方法，考虑边界条件。在边界条件发生改变时，场变量函数并不需要改变，这对于通用程序有大的简化。

3.减速器优化设计的数学模型

3.1目标函数

目标函数为A=min{f(x)} =min{f(x1, x2,…, xn)}其中： A为减速器总的中心距离，也就是各中心距的综合；x为设计变量(包含中心距和螺旋角以及齿数、模数等等)； n为变量的数目。

3.2约束条件

约束条件是用来判别目标函数当中变量的取值可行与否的规定，所以减速器优化设计中提出的任何一个方案都必须满足所有的约束条件的变量所构成。在给出优化设计的约束条件的情况下，需要从各个方面进行周密的考虑。比如设计变量本身的取值要求；齿轮和零件的紧密程度等等。一般来说要充分考虑到以下几个约束条件:

一是离散性约束。其中包括齿数，也就是每个齿轮的齿数需要是整数；模数：要求齿轮模数必须符合模数系列(GB1357-78)的要求；中心距：要以10mm为单位。

二是上下界约束。螺旋角：对于直齿轮应当为零，斜齿轮取8°~15°；总变位系数：因为总变位系数能够影响齿轮承载能力，通常取0~0.8。

三是强度约束。一般是指齿轮的齿面接触强度和轮齿的弯曲强度，依据GB3480-83标准进行。强度是否达标，需要根据实际安全系数进行实践检验。

四是根切约束。为规避根切现象，规定出最小的齿数，其中直齿轮是17，斜齿轮是14到16之间。

五是干涉约束。需要中心距和齿顶圆以及轴径满足没有干涉的关系。针对三级传动的减速器，干涉约束可以看作两个约束；第二级中心距需要比第一级大齿轮齿顶圆半径和三级小齿轮顶圆半径的总和；第三级中心距需要大于第二级大齿轮顶圆半径和第四轴半径的综合。二级齿轮传动以此类推。在完成优化设计后，能够可以获得响应，并直观地显示出参数的变化对函数的影响

4.结语

优化设计是在机械设计的发展和延伸，需要以传统设计为基础，考虑了传统设计所涉及的各个关键因素。目前，在实际应用当中已经发挥了很好的技术和经济成效，有效地减少了用材和成本，提升了设计质量以及效率，对于发挥减速器最佳性能足有重要的作用。

第三篇：减速器的设计说明书解读

减

速器的设计说明书

题目：设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式圆柱齿轮减速器

II轴：

1．初步确定轴的最小直径

d≥ ＝30mm 2．求作用在齿轮上的受力

Ft1= =899N

Fr1=Ft =175N

Fa1=Fttanβ=223N； Ft2=4494N

Fr2=1685N

Fa2=1115N 3．轴的结构设计

1）拟定轴上零件的装配方案

i.I-II段轴用于安装轴承30307，故取直径为35mm。

ii.II-III段轴肩用于固定轴承，查手册得到直径为44mm。

iii.III-IV段为小齿轮，外径90mm。

iv.IV-V段分隔两齿轮，直径为55mm。

v.V-VI段安装大齿轮，直径为40mm。

vi.VI-VIII段安装套筒和轴承，直径为35mm。

2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1.I-II段轴承宽度为22.75mm，所以长度为22.75mm。

2.II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm，轴承和箱体的间隙4mm，所以长度为16mm。

3.III-IV段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度90mm。

4.IV-V段用于隔开两个齿轮，长度为120mm。

5.V-VI段用于安装大齿轮，长度略小于齿轮的宽度，为83mm。

6.VI-VIII长度为44mm。

4． 求轴上的载荷

Fr1=1418.5N

Fr2=603.5N 查得轴承30307的Y值为1.6

Fd1=443N

Fd2=189N 因为两个齿轮旋向都是左旋。

故：

Fa1=638N

Fa2=189N 5．精确校核轴的疲劳强度

1）判断危险截面

由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面

2）截面IV右侧的

截面上的转切应力为

由于轴选用40cr，调质处理。

a)综合系数的计算

故有效应力集中系数为

查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，（[2]P37附图3-2）（[2]P39附图3-3）

轴采用磨削加工，表面质量系数为，（[2]P40附图3-4）

轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为

b)碳钢系数的确定

碳钢的特性系数取为，c)安全系数的计算

轴的疲劳安全系数为

，故轴的选用安全。

3）轴承寿命的校核

键连接的选择及校核计算

键宽b 键高h 8

键长L

22-110 由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。

4)连轴器的选择

由于弹性联轴器的诸多优点，所以考虑选用它。

二、高速轴用联轴器的设计计算

由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为

所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4（GB4323-84），但由于联轴器一端与电动机相连，其孔径受电动机外伸轴径限制，所以选用TL5（GB4323-84）

其主要参数如下：

减速器附件的选择

通气器

d= M16×1.5

由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.5 油面指示器

A200

JB/T 7941.4 选用游标尺M16

起吊装置

采用箱盖吊耳、箱座吊耳 R=（1-1。2）d

e=(0.8-1)d 放油活塞

M18×1.5 选用外六角油塞及垫片

M16×1.5 润滑与密封

一、齿轮的润滑

采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。

二、滚动轴承的润滑

由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。

三、润滑油的选择

齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。

四、密封方法的选取

选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。

密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。

轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。

设计小结

由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷，我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。

第四篇：减速器测绘实例解读

机械零部件测绘指导

（减速器）

一、部件测绘的目的和任务

1、目的：

生产实际中，维修机器或技术技术改造在没有现成技术资料的情况下，常需要对现有机器或部件进行测绘，以获得相关资料。学习中，进行零部件测绘是实训和检验绘制机械图样基本能力的重要实践性环节。

2、任务：

部件测绘的主要任务是：（1）分析拆卸部件，画出主要零件的零件图；（2）根据零件草图、部件实物画出装配图；（3）根据零件草图和装配图整理、画出主要零件的零件图，并装订成册。

要搞好零部件测绘，首先要认真阅读测绘任务书，明确测绘内容、任务和要求；再认真阅读测绘指导书，弄清测绘方法步骤和注意事项，在老师指导下全身心地投入工作。

二、部件测绘对象（减速器）简介

1、减速器的功用、类型和结构特点

（1）功用：减速器是位于原动机和工作机之间，用以改变转速和转矩的机械传动装置。常用的减速器已经标准化和规格化，用户可根据各自的工作条件进行选择。对于单级齿轮减速器，传动比i=n1/n2=z2/z1。测绘齿轮啮合，应作必要的计算，以获得准确的齿轮部分的相关尺寸。（2）类型：减速器种类很多，一般按传动件可分为圆柱齿轮减速器（轮齿有直齿、斜齿或人字齿等）、圆锥齿轮减速器（轮齿有直齿、斜齿、螺旋齿等）、蜗杆蜗轮减速器（蜗杆上置式或下置式）和行星齿轮减速器等；按传动的级数不同，可分为单级、双级和多级减速器；按轴在空间的相对位置不同，可分为卧式和立式减速器。

本次测绘为单级直齿圆柱齿轮减速器，是减速器中最简单的一种。

（3）箱体结构型式：箱体是减速器的主要零件，它用来支承和固定轴系零件以及在其上装设其它附件，保证传动零件齿轮的正确啮合，使传动零件具有良好的润滑和密封。箱体可采用铸造或钢板焊接。箱体结构型式可有剖分式和整体式。剖分式结构的剖分面常与轴线平面重合。蜗杆减速器为使结构紧凑，常采用整体箱体，但拆装、调整不方便；剖分式箱体便于制造和安装。单级圆柱齿轮减速器采用剖分式箱体，分上、下箱体（或称箱盖和箱座）。见参考图

（一）中的件23和件2。

2、箱体上的结构

（1）加强肋：铸造箱体，在箱盖和箱座的轴承座处，因对轴和轴承起支承作用，故此处应有足够的刚度，一般要有加强肋。加强肋可分为内肋、外肋两种形式，内肋刚度大，但阻碍润滑油滚动，且铸造工艺复杂，故一般采用外肋。

（2）箱体凸缘：为保证箱盖和箱座的联接刚度，其联接部分应有较厚的联接凸缘，上面钻有螺栓孔和定位销孔。

（3）凸台或凹坑：为减少加工面，螺栓联接处，螺栓孔都制成凸台或凹坑。箱座高度应保证拧动螺母所需的足够扳手空间。

（4）箱体内腔空间：箱体的内尺寸由轴系零件排布空间来决定。为保证润滑和散热的需要，箱内应有足够的润滑油量和深度。为避免油搅动时沉渣泛起，一般大齿轮齿顶到油池底面的距离不得小于30～35mm。

（5）油沟：当滚动轴承采用脂润滑时，为了提高箱体的密封性，有时在箱体的剖分面上制出回油沟，以使飞溅的润滑油能通过回油沟和回油道流回油池。

（6）箱体结构工艺性：箱体壁厚应尽量均匀，壁厚变化处应有过渡斜度，应有拔模斜度和铸造圆角。

（7）箱体机加工结构工艺性：箱体的轴承座外端面、窥视孔、通气塞、吊环螺钉、油标和放油塞等结合处为加工面,均应有凸台或凹坑,以减少加工面,增大接触面。

3、减速器的附件及其结构

（1）窥视孔和窥视孔盖：窥视孔是为了观察传动件齿轮的啮合情况，润滑状态而设置的，也可由此注入润滑油。一般将窥视孔开在箱盖顶部（为减少油中杂质可在孔口装一滤油网）。为

了减少加工面，窥视孔口处应设置凸台（上表面为加工面）。窥视孔平时用窥视孔盖盖住，下面垫有纸质封油垫，以防漏油。窥视孔盖常用钢板或铸件制成，用一组螺钉与箱盖联接。见参考图

（一）中的件28。

（2）通气塞：由于传动件工作时产生热量使箱体内温度升高，压力增大，所以必须采用通气塞沟通箱体内外的气流，以平衡内外气压。故通气塞内一般制成轴向和径向垂直贯通的孔，既保证内外通气，又不致使灰尘进入箱内。见参考图

（一）中的件29。

（3）起吊装置或结构：起吊装置通常有吊环螺钉、吊耳和吊钩，用于减速器的拆卸和搬运。为保证吊运安全，吊环螺钉拧入螺孔的旋合长度不能太短。本次测绘的减速器采用的就是吊环螺钉；参考图

（一）中采用的是吊耳，即在箱盖上直接铸出吊耳（弯钩形结构）。吊环螺钉或吊耳，一般只限吊装箱盖用，为了吊运整台减速器，一般应在箱座两端凸缘下面铸出吊钩。仍见参考图

（一）中箱座上的吊钩。（4）油标：油标用来指示油面高度，设置在便于检查及油面较稳定之处。油标结构形式多样，其中以油标尺为最简单，其上有刻线，用以测知油面，看是否在最高、最低油面限度之内。见参考图

（一）中的件35。

（5）油塞和排油孔：为将箱内的废油排出，在箱座底面的最低处设置有排油孔，箱座的内底面也常做成向排油孔方向倾斜的平面，以使废油能排除彻底。平时排油孔用油塞加密封垫拧紧封住。为保证密封性，油塞一般采用牙螺纹。见参考图

（一）中的件36。

（6）定位销：为保证箱体轴承座孔在合箱后镗孔加工精度和装配精度，在上下箱体联接凸缘处，安置两个圆锥销定位，并尽量放在不对称的位置，以确保定位精度。

（7）起盖螺钉：为保证上下箱体剖分面的密封性，剖分面上允许涂密封胶或水玻璃，不允许塞入任何垫片或填料，以免影响轴承座孔与轴承的配合精度。为便于起盖（即使不涂密封材料），可在箱盖侧边的凸缘上装1～2个起盖螺钉，起盖时先拧动此螺钉顶起箱盖。（8）上下箱体联接用螺栓：螺栓应有足够长度；箱体结构应确保螺栓拆装时板手的活动空间。

4、轴系零件（1）主动轴系零件

① 主动齿轮轴：因齿轮径向尺寸较小，为便于加工制造，可将其与轴制成一体。齿轮轴上轮齿部分应按传动比要求作精确计算。齿轮轴的各段轴径和长度由轴上零件形状、尺寸和相对位置来决定。轴上常有倒角、圆角、轴肩、退刀槽、键槽等结构。这些标准化结构，测出尺寸后应查相应标准，复核后标注，并正确图示。见参考图

（一）中的件16。

②滚动轴承：直齿圆柱齿轮啮合传动，无轴向力作用，一般采用一对向心球轴承。在装配图上可采用规定画法，通用画法或特征画法。滚动轴承内圈与轴颈采用基孔制，外圈与轴承座孔采用基轴制。见参考图

（一）中的件15。

③挡油环：因大齿轮采用浸油润滑，通过大齿轮激溅作用使与小齿轮啮合得到润滑；而滚动轴承通常采用脂润滑，为避免油池中的润滑油被溅至滚动轴承内稀释润滑脂，降低润滑效果，故在轴承内侧加一挡油环。挡油环在轴向定位下，与主动齿轮轴及轴承内圈一起旋转。见参考图

（一）中的件18。

④调整环：为轴上零件的轴向定位和调整滚动轴承的轴向间隙而设置。调整环的一端面与轴承端盖凸缘接触，另一端面与轴承外圈端面应有合适间隙。可通过加减调整垫片，调整轴承的轴向间隙。

⑤透盖：主动齿轮轴的动力输入端应伸出箱外，以便与原动机相接（一般通过带传动），故此处的轴承端盖应制成透盖，透盖加调整垫片后用一组螺钉连接在上、下箱体上。为保证滚动轴承的轴向定位，透盖的内侧凸缘应与调整环端面接触，调整环端面与滚动轴承外圈端面应有合适间隙。透盖的环槽内用毡圈（浸油后装入）密封，以防灰尘侵入磨损轴承。亦可加密封盖，在密封盖与透盖间制槽装入毡圈来密封。见参考图

（一）中的件19、20、21。⑥闷盖：主动齿轮轴的末端设置的轴承端盖为闷盖，闷盖与箱体接触处也设有调整垫片，用一组螺钉连接在上、下箱体上。见参考图

（一）中的件14、17。

（2）从动轴系零件

①大齿轮：大齿轮的结构形式可分为实体式、辐板式、辐条式等。闭式传动，多采用辐板式，常在辐板上设有均布的减轻孔。齿轮在轮毂处有轴向贯通的键槽，用键与从动轴实现周向联接，从而将运动和动力传给从动轴。见参考图

（一）中的件3。

②从动轴：从动轴的各段直径及其轴向长度，根据轴上零件的结构形状大小和相对位置来决定。其上常有倒角、圆角、轴环、轴肩、退刀槽、键槽、中心孔等结构。见参考图

（一）中的件11。

③滚动轴承：采用一对深沟球轴承。配合基准制，同主动轴系的滚动轴承。如系斜齿圆柱齿轮传动，应采用圆锥滚子轴承，并且两轴承的锥向应按反向安装。见参考图

（一）中的件15。

④定位套筒：由于轴向定位和拆装的需要，大齿轮端面一侧以轴环定位，另一侧则以套筒定位，定位套筒的一侧与滚动轴承内圈接触。见参考图

（一）中的件5。

⑤调整环：为轴向定位和调整轴承轴向间隙所设，调整环的一端面与轴承外圈端面留有合适间隙，调整环的另一端面与轴承端盖凸缘接触；可通过加减调整垫片，调整轴承的轴向间隙。

⑥透盖与闷盖：其结构、联接、密封、定位均与主动轴系的透盖、闷盖相同，只是尺寸大小不同。

三、部件测绘的方法步骤（重点）

（一）了解分析和拆卸部件

对测绘对象全面了解和分析是测绘的第一步。前面对测绘对象减速器的介绍，为了解和分析减速器提供了认知条件。

1、拆前的了解与分析

（1）分析减速器的功用、性能、特点和工作原理（如前述）。

（2）分析减速器的构造、组成零件的位置、作用以及两轴系零件的相互关系和定位特点。（3）分析各零件间的装配关系或联接关系，认知主要配合的基准制特点。

（4）分析减速器的拆装顺序、外廓尺寸、主要零件间的相对位置（如两轴中心距等），以便在拆卸前测量并记下外廓尺寸和主要相对位置尺寸，为画装配图提供依据。

2、拆卸部件

拆卸时应注意以下几点：

（1）要周密制订拆卸顺序，划分部件的组成部分，以便按组成部分，分类、分组列零件清单（明细表）。如减速器，应按上下箱体及其附件、上下箱体联接件、两轴系零件这三大部分划分。（2）要合理选用拆卸工具和拆卸方法按一定顺序拆卸，严防乱敲打，硬撬拉，避免损坏零件。（3）对精度较高的配合，在不致影响画图和确定尺寸、技术要求的前提下，应尽量不拆或少拆（如大齿轮与从动轴的键联接处可不拆），以免降低精度或损伤零件。（4）拆下的零件要分类、分组，并对零件进行编号登记，列出的零件明细表应注明零件序号、名称、类别、数量、材料，如系标准件应及时测主要尺寸查有关标准定标记；并注明国标号；如系齿轮应注明模数m、齿数z。

（5）拆下的零件，应指定专人负责保管。一般零件、常用件是测绘对象，标准件定标记后应妥善保管，防止丢失。避免零件间的碰撞受损或生锈。（6）记下拆卸顺序，以便按相反顺序复装。

（7）仔细查点和复核零件种类和数量。单级齿轮减速器零件种类数，一般在30～40种件，应在老师指导下对零件统一命名、以免造成混乱。

（8）拆卸中要认真研究每个零件的作用、结构特点及零件间装配关系或联接关系，正确判断配合性质、尺寸精度和加工要求，为画零件图、装配图创造条件。

（二）、画装配示意图 ※

装配示意图是以简单的线条和国标规定的简图符号，以示意方法表示每个零件位置、装配关系和部件工作情况的记录性图样。画装配示意图应注意以下几点：（1）、对零件的表达通常不受前后层次的限制，尽可能将所有零件集中在一个视图上表达。如仅仅用一个视图难以表达清楚时，也可补充其他视图。（2）、图形画好后，应将零件编号或写出零件名称，凡是标准件应定准标志。（3）、测绘较复杂的部件时，必须画装配示意图。此次测绘，如经指导老师统一批准，也可不画装配示意图，而以装配草图取代。单级齿轮减速器装配示意图，见参考图

（二）。

（三）、测绘零件画零件草图 ※

由于测绘时间所限，只要求画主要零件的零件草图和零件图。测绘减速器，应画下列零件：箱盖、箱座、主动齿轮轴、大齿轮、从动齿轮轴、两种透盖、两种闷盖等零件。

先画或后画哪个零件，不强求同组每人一致，可交叉进行。

1、画零件草图（1）、对零件草图的要求

① 要内容具全

即应有完整表达方案的一组图形，齐全的尺寸，技术要求标注和标题栏。② 要目测徒手

即只凭目测实际零件形状大小，采用大致比例，用铅笔徒手画出图形（不使用绘图工具，可少量借助绘图工具画底稿，但必须徒手加深）。要先画后测注尺寸，切不可边画边测边注。

③ 要清晰工整

零件草图与零件图的区别仅在于前者徒手画，后者用绘图工具画，其字体、图线、尺寸注法、技术要求、标题栏等项内容均应符合基本要求。（2）、画零件草图的步骤 1）、了解分析零件：①在拆前、拆中初步了解分析零件基础上，具体画某一零件时，应进一步认清零件的名称、功用以及它在部件中的位置和装配、联接关系；②明确零件的材料、牌号；③对零件进行结构分析，凡属标准结构要素应测后查有关标准，取标准尺寸；④对零件进行工艺分析，分析具体制造方法和加工要求，以便综合设计要求和工艺要求，较合理地确定尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和热处理等一系列技术要求。其中最主要的是要会区分加工面与非加工面；接触面与非接触面；配合面与非配合面以及配合的基准制、配合种类和公差等级的高、低取向，表面粗糙度参数值的高、低取向。2）、确定零件表达方案

① 选择主视图，应遵循不同典型零件主视图选择的原则，根据零件的具体结构形状特点来确定。

② 选择其他视图，要依照既要表达充分，又要避免重复为前提，综合确定表达方案。3）、画零件草图的具体步骤

① 根据零件的总体尺寸和大致比例，确定图幅；画边框线和标题栏；布置图形，定出各视图的位置，画主要轴线、中心线或作图基准线。布置图形还要考虑各视图间应留有足够位置标注尺寸。

②目测徒手画图形。先画零件主要轮廓，再画次要轮廓和细节，每一部分都应几个视图对应起来画，以对正投影关系，逐步画出零件的全部结构形状。

③仔细检查，擦去多余线；再按规定线型加深；画剖面线；确定尺寸基准，依次画出所有的尺寸界线，尺寸线和箭头。

④测量尺寸，协调联系尺寸，查有关标准核对标准结构尺寸，这时才能依次填写尺寸数值和技术要求；填写标题栏，完成零件草图的全部工作。

零件草图和零件图，见参考图

（三）2、零件尺寸的测量

常见的尺寸测量，如测量直线尺寸，回转面内外直径、壁厚、孔间距、中心高、角度、曲线曲面半径等所用方法，见制图教材P323~326。

注意有装配关系的配合尺寸或结合面尺寸，测出尺寸后应及时填写在各自的零件草图中，避免发生矛盾。

四、画装配草图和装配图 ※

画装配草图和装配图方法步骤基本相同，不同的只是前者徒手画，后者用绘图工具画。画装配图时，对照装配草图和零件草图可对装配图作必要的修改，不强求装配图与装配草图的表达方案完全一致。

画装配草图或装配图的方法步骤大致如下：

1、拟定表达方案

拟定表达方案的原则是：能正确、完整、清晰和简便地表达部件的工作原理、零件间的装配关系和零件的主要结构形状。其中应注意：（1）、基本原则

①

主视图的投射方向、安放方位应与部件的工作位置（或安装位置）相一致。主视图或与其他视图联系起来要能明显反映部件的上述表达原则与目的。

②

部件的表达方法包括：一般表达方法、规定画法、各种特殊画法和简化画法。选择表达方法时，应尽量采用特殊画法和简化画法，以简化绘图工作。（2）、案例分析

参考图

（一）是单级斜齿圆柱齿轮减速器，可供本次测绘单级直齿圆柱齿轮减速器，画装配图的参考。

参考图

（一）减速器装配图的表达方案，选用了“主、俯、左”三个基本视图，具体分析如下：

① 主视图：大部分反映减速器正面外形，用五处局部剖视反映了箱壁壁厚、上下箱体联接、排油孔和油塞、油标尺、窥视孔和窥视孔盖、通气塞以及定位销、吊钩孔和起盖螺钉的位置等情况。符合上述主视图选择的原则与目的。

其中，上下箱体的螺栓联接采用了拆卸画法；轴承端盖螺钉采用了简化画法；相同零件组采用了公共指引线标注序号。画主视图提醒注意以下几点：

a)上、下箱体结合面按接触一条线画至轴承端盖为止，防止超越或漏画此线（粗实线）。b)主动齿轮轴和从动轴的伸出端部都有键槽和键，主视图中，凡在投射方向上可见，都应如实示出（一般两轴的伸出端应各在一侧，以方便各联原动机、工作机）。c)五处剖视，应处理好所剖的范围和波浪线画法。

d)应按液体的剖面符号示出油池的液面高度(以大齿轮的齿根浸入定为液面高限)。

②俯视图：是反映减速器工作原理、轴系零件及其相对位置的主要视图，它采用沿箱体结合面剖切的表达方法，以较大的局部剖视清楚反映了两齿轮啮合传动和两轴系零件的相依关系及其轴向定位、滚动轴承密封以及下箱体凸缘上面的油沟等情况，只保留了一小部分的上箱体外形，用以反映带吊钩壁板的宽度、起盖螺钉的位置以及螺栓上箱体这个位置的结构特点。画俯视图提醒注意以下几点：

a)由于沿结合面剖切,螺栓和定位销被横向剖切,故应照画剖面线,螺栓杆部与螺栓孔按不接触画两条线(圆)；圆锥销与销孔是配合关系，应画一条线（圆）。

b)当幅面受限时，两轴伸出端，可采用折断画法，但要注原实际尺寸。c)两轴系零件的轴向定位关系，应正确表示，避免发生矛盾。

d)两齿轮啮合区按规定画法，主动齿轮轴此处应按局部剖画出波浪线和剖面线。

③左视图：补充表达了主视图未尽表达的减速器左端面外形。对上、下箱体表面的过渡线作了正确图示。用两处局部剖视分别反映了起盖螺钉和定位销的位置和联接情况。两轴在左视图上都采用了折断画法。窥视孔盖及其通气塞由于在左视图上不反映实形，均按投影关系作了正确图示。

2、画装配图的具体步骤

画装配图的具体步骤，常因部件的类型和结构型式不同而有所差异。一般先画主体零件或核心零件，可“先里后外”地逐渐扩展；再画次要零件，最后画结构细节。画某个零件的

相邻零件时，要几个视图联系起来画，以对准投影关系和正确反映装配关系。

画单级齿轮减速器装配图，建议按如下步骤进行：（1）、先画主视图：在主视图中，应以底面为基准先画下箱体；再画上箱体及其附件、上下箱体联接件；然后对几处作必要的局部剖视。（2）、画俯视图：沿箱体结合面剖切，按投影关系定准两轴中心距，画下箱体的轴承座孔、内壁和周边凸缘、螺栓孔、螺栓断面，定位销断面和油沟等结构；再将两轴，座落在下箱体的轴承座孔上，依次画出两轴系零件及其轴承端盖，注意轴上零件的轴向定位关系和画法。俯视图亦可沿结合面作全剖视，即不保留上箱体的局部外形。

（3）画左视图：按投影关系，处理好左视图上应反映的外部结构形状及其位置，注意过渡线画法。下箱体底缘上的安装孔，如不在主视图上作局部剖视，亦可改在左视图上作此处局部剖视。

3、标注装配图上的尺寸和技术要求

（1）尺寸：装配图中需标注五类尺寸：①性能（规格）尺寸；②装配尺寸（配合尺寸和相对位置尺寸）；③安装尺寸；④外形尺寸；⑤其他重要尺寸。这五类尺寸在某一具体部件装配图中不一定都有，且有时同一尺寸可能有几个含义，分属几类尺寸，因此要具体情况分析，凡属上述五类尺寸有多少个，注多少个，既不必多注，也不能漏注，以保证装配工作的需要。如参考图

（一）所示单级齿轮减速器，共注出21个尺寸，从中可以分析出它们所分属的尺寸种类。

（2）技术要求：装配图中的技术要求包括配合要求，性能、装配、检验、调整要求，验收条件，试验与使用、维修规则等。其中，配合要求是用配合代号注在图中，其余用文字或符号列条写在明细栏上方或左方。确定部件装配图中技术要求时，可参阅同类产品的图样，根据具体情况而定。参考图

（一）中，共列出了7条技术要求，可供参考。

4、编写零件序号和明细栏

参照教材P340~342所述零件序号编注的规定，形式和画法，编写序号；并与之对应地编写明细栏（标准件要写明标记代号，齿轮应注明m、z）。

五、画零件图 ※

根据装配图和零件草图，整理绘制出本次测绘指定必画的主要零件工作图（零件图）——上箱体（箱盖）、下箱体（箱座）、主动齿轮轴、从动齿轮、从动轴，透盖、闷盖各两个，共9个零件图。注意：

1、画零件图时，其视图选择不强求与零件草图或在装配图上该零件的表达完全一致，可进一步改进表达方案。

2、经画装配图后发现已画过零件草图中的问题，应在画零件图时加以纠正。

3、注意配合尺寸或相关尺寸应协调一致。

4、零件的技术要求（表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、热处理等）可参照同类产品或相近产品图样，查阅相关资料后确定，其标注形式应规范。

参考图

（三）列出了单级圆柱齿轮减速器全套零件图，可供参考。

六、审查、整理、装订、交图 ※

审查、整理后，按A4图纸竖装为基准幅面，大于A4幅面的图纸依次折叠。装订先后顺序为：装配图——零件图——装配草图——零件草图，并加统一封面，封底，装订成册。

七、减速器测绘参考指导书

第五篇：单级齿轮减速器机械优化设计范文

青岛理工大学琴岛学院

机械优化设计

课题名称：单级齿轮减速器的优化设计 学院：机电工程系

专业班级：机械设计及其自动化143 学号 学生： 指导老师：

青岛理工大学教务处 2016年11月27日

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

摘要

机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。常用的机械优化设计方法包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主要性能指标。

机械优化设计的目的是以最低的成本获得最好的效益,是设计工作者一直追求的目标,从数学的观点看,工程中的优化问题,就是求解极大值或极小值问题,亦即极值问题。本文从优化设计的基本理论、优化设计与产品开发、优化设计特点及优化设计应用等方面阐述优化设计的基本方法理论。

关键词： 机械优化设计；优化方法；优化应用。

II

目录

摘要.........................................................II 1设计任务.....................................................1 2 齿轮的传统设计..............................................2 3优化设计的数学模型...........................................7

3.1确定设计变量和目标函数................................................7 3.2确定约束条件..........................................................7 Matlab计算机程序............................................9 5结果分析....................................................11 参考文献.....................................................12

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

1设计任务

设计如图2-40所示的单级直齿圆柱齿轮减速器，其齿数比u3.2，工作寿命要求10年两班制，原动机采用电动机，工作载荷均匀平稳，小齿轮材料为40Cr,调质后表面淬火，齿面硬度HB=235~275，[H]1531MPa,[F]1297.5MPa,大齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度为HB=217~255，[H]2513MPa，[F]2251.4MPa，载荷系数k=1.3，P=28KN，n=1440rad/min要求在满足工作要求的前提下使两齿轮的重量最轻。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书 齿轮的传统设计

一、按齿面接触疲劳强度设计(1)由式子试算小齿轮分度圆直径，即

d131）

2KH1T1d*u1ZHZEZ2*()[H] u[H]确定公式中的各参数值

1.试选KH11.3

2.计算小齿轮传递的转矩。

T19.55106P/n9.5510628/1440Nmm18.569104Nmm

3.查表并查图选取齿宽系数d1，区域系数ZH2.5，材料的弹性影响系数ZE189.8MPa，4.计算接触疲劳强度用重合度系数Z*a1arccos[z1cos/(z12ha)]arccos[24cos20/(2421)]29.841*a1arccos[z2cos/(z22ha)]arccos[77cos20/(7721)]23.666

[z1(tana1tan`)z1(tana2tan`)]/2

[24(tan29.841tan20)77(tan23.666tan20)]/21.711Z441.7110.873 335.计算接触疲劳强度许用应力[H]

查图得小齿轮和大齿轮测接触疲劳极限分别为[Hlm1]590MPa、[Hlm2]540MPa

计算应力循环次数：

N160n1jLh6014401(2830010）4.1472109

N 2N1/u4.147210/(77/24)1.29310查图取接触疲劳寿命系数KHN10.90、KHN20.95。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

取失效概率为1%、安全系数S=1，由式子得[H]1KHN1Hlim10.90590MPa531MPaS1KHN2Hlim20.95540MPa513MPa

S1[H]2取[H]1和[H]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即

[H]1[H]2513MPa

2）试算小齿轮分度圆直径

d132KH1T1d*u1ZHZEZ2*()u[]74.466mm421.39.94810（77/24）12.5189.80.87323()mm

1（77/24）513

（2）调整小齿轮分度圆直径 1）计算实际载荷系数前的数据准备。

1、圆周速度v。

vd1tn160100074.4661440601000m/s5.6m/s

2、齿宽b.bdd1t174.466mm74.466mm2)计算实际载荷系数Ku。

1、查表取使用系数KA1。

2、根据v5.6m/s、7级精度，查图得动载荷系数Kv1.2。

3、齿轮的圆周力。

F t12T1/d1t29.948104/74.466N4.987103NKF t1b13.32910/74.466N/m66.9N/mm100N/mm查表得齿间载荷分配系数KH1.2

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

4、查表用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷分布系数KH1.421。由此，得到实际载荷系数

KHKAKvKHK H11.21.21.4212.0513)由式子得，可得按实际载荷系数算得的分度圆直径d1d13KH2.05174.46686.675mm KHt1.3 及相应的齿轮模数

md1/z186.675/24mm3.611mm

二、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由式子试算模数，即

m132KF1T1YYFaYSA*()[F]dz121)确定公式中的各参数值

1、试选KF11.3。

2、由式子计算弯曲疲劳强度用重合度系数。

Y0.250.750.250.750.688 1.7113、计算YFaYsa。[F]查图得YFa12.65、YFa22.23。应力修正系数Ysa11.58、Ysa21.76。小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为Flim1490MPa、Flim2400MPa。弯曲疲劳寿命系数 KFN10.85、KFN20.88。取弯曲疲劳安全系数S=1.4。由式子得

[F]1KFN1Flim10.85490MPa297.5MPa S1.4KFN2Flim20.88400MPa251.4MPa S1.4[F]2 4

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

YFa1Ysa12.651.580.0141 [F]1297.5YFa2Ysa22.231.760.0156 [F]2251.4因为大齿轮的YFaYsa大于小齿轮，所以取 [F]YFaYsaYFa2Ysa20.0156 [F][F]22）试算模数

m132KF1T1YYFaYSA21.39.9481040.6883*()0.015622[F]dz1124

2.080mm

（2）调整齿轮模数

1）计算实际载荷系数前的数据准备。

1、圆周速度v。

dmtz12.08024mm49.92mm

vd1tn160100049..921440601000m/s3.76m/s

2、齿宽b。

bdd1149.92mm49.92mm3、宽高比b/h

**h(2hac)m1(210.25)2.080mm4.68mmd

b/h49.92/4.6810.672)计算实际载荷系数KF

1、根据v.3.76m/s，7级精度，查图得动载荷系数Kv1.08

2、由F t12T1/d1t29.948104/49.92N7.44103N，查表得齿间KAF t1/b17.44103/49.92N/mm149N/m100N/mm载荷分配系数KF1.0。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

3、查表用插值法查得KH1.417，结合b/h10.67查图得KF1.34。则载荷系数为

KFKAKvKFK F11.171.421.42.333)由式子，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数

mm13KF2.332.0802.527mm KFt1.3对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.527mm并就近圆整为标准值m3mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径d186.675mm，算出小齿轮齿数z1d1/m86.675/328.89。取z129，则大齿轮齿数z2uz13.22992.4，取z292，z1与z2互为质数。

这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

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3优化设计的数学模型

3.1确定设计变量和目标函数

取设计变量和目标函数x[x1,x2,x3]T[m,z1,d]T，其中m为齿轮模数，z1为小齿轮齿数，d为齿宽系数。

设小齿轮分度圆直径为d1，大齿轮分度圆直径为d2，齿轮宽度为b，要求圆柱齿轮的重量最轻，也就要求体积最小，因此可建立目标函数：

f(x)（d1d22)b

4由齿数比ud2b，齿宽系数d，目标函数转化为：

d1d1f(x)（1u2（）mz1)3d48.8279x1x2x3

3.2确定约束条件

（1）边界约束条件

模数限制：2x110； 齿数限制：20x240； 齿宽系数限制：0.8x31.4；

（2）性能约束

（接触疲劳强度的限制：g1x)H-[H]ZHZE2KT1u1*[H]0 3udd1式中：H为齿面接触疲劳强度；K为载荷系数，K=1.3；ZH为节点区域系数，ZH=2.5；ZE为弹性影响系数，ZE=189.8，代入以上参数得g(x)377717.238xxx333125500

2KT1YFYS[F]0 32mz1d弯曲疲劳强度的限制：F-[F]

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式中，为齿根弯曲疲劳强度； 为齿形系数； 为齿根应力校正系数。YF112.518612.51862.063，YF22.063

uz13.01794z13.0179422.70422.704Y1.97，F1

z134.6uz134.6YF11.97代入以上参数得：

g（（2x)48279412.518622.70422.063)(1.97)/(x13x2x3)2900

x23.01794x234.612.518622.70422.063)(1.97)/(x13x2x3)21003.2x23.017943.2x234.6g（（3x)48279

4《单级齿轮减速器的优化设计》说明书 Matlab计算机程序

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5结果分析

(1)对比分析发现：在齿轮可靠性得到保证的前提下，优化后的目标值比原设计目标值减少24%；

(2)优化结果表明：优化方案比给定方案节省材料，降低成本，效益明显，对减速设计具有良好的参考价值。

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参考文献

【1】《机械设计基础》（主编 李国斌）机械工业出版社

【2】《机械制图与公差》（主编：王志泉、项仁昌；主审：金潇明）清华大学出版社

【3】《机械设计、机械设计基础课程设计》（华中理工大学 王昆;主编：重庆大学 何小柏；同济大学 汪信远）高等教育出版社