棒料校直机传动装置课程设计

1. 机械设计课程设计的章节目录

?序言
前言
第一章 概述
第一节 课程设计的目的
第二节 课程设计的内容和步骤
第三节 机械设计课程设计任务书
第四节 课程设计应注意的问题
第二章 传动装置的总体设计
第一节 减速器的主要型式、特点及应用
第二节 初步确定减速器结构和零部件类型
第三节 拟定传动方案
第四节 电动机的选择
第五节 确定传动装置的总传动比和分配各级传动比
第六节 传动装置的运动参数和动力参数的计算
第三章 传动零件的设计
第一节 箱外传动件的设计要点
第二节 箱内传动件的设计要点
第三节 轴径初选
第四章 轴系部件设计
第一节 轴承类型的选择
第二节 轴的结构设计及轴、轴承、键的强度校核
第三节 滚动轴承的组合设计
第四节 齿轮结构设计
第五章 减速器的结构
第一节 标准减速器简介
第二节 通用减速器的结构
第三节 减速器箱体的结构设计
第四节 减速器附件设计
第六章 减速器的润滑及密封
第一节 减速器的润滑
第二节 减速器的密封
第七章 减速器的装配图设计
第一节 装配图的设计和绘制
第二节 装配图总成设计的完成
第八章 零件工作图绘制
第一节 概述
第二节 轴类零件
第三节 齿轮类零件
第四节 箱体
第九章 编制设计计算说明书及准备答辩
第一节 设计计算说明书的内容、要求
第二节 准备答辩
第十章 参考图例
一、典型减速器图例
二、零件工作图参考图例
第十一章 一般设计资料
一、常用数据
二、课程设计常用的一般性资料
第十二章 常用材料
第十三章 常用紧固件和联接件
一、螺栓、螺钉、螺柱
二、螺母、垫圈、挡圈
三、螺纹零件的结构要素
四、键联接和销联接
第十四章 滚动轴承
一、常用滚动轴承
二、滚动轴承的配合
第十五章 润滑和密封的标准和规范
一、润滑剂
二、油杯
三、标准密封件
第十六章 联轴器
第十七章 公差与配合
一、公差配合
二、形状和位置公差
三、表面粗糙度
四、渐开线圆柱齿轮精度（GB10095-88）
五、蜗杆传动精度
第十八章 电动机
主要参考文献

2. 机械设计-课程设计-带式运输机传动装置-二级齿轮减速器

一、 设计题目：二级直齿圆柱齿轮减速器
1． 要求：拟定传动关系：由电动机、V带、减速器、联轴器、工作机构成。
2． 工作条件：双班工作，有轻微振动，小批量生产，单向传动，使用5年，运输带允许误差5%。
3． 知条件：运输带卷筒转速 ，
减速箱输出轴功率 马力，
二、 传动装置总体设计：
1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。
2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。
3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。 其传动方案如下：

三、 选择电机
1. 计算电机所需功率 ： 查手册第3页表1-7：
－带传动效率：0.96
－每对轴承传动效率：0.99
－圆柱齿轮的传动效率：0.96
－联轴器的传动效率：0.993
—卷筒的传动效率：0.96
说明：
－电机至工作机之间的传动装置的总效率：

2确定电机转速：查指导书第7页表1：取V带传动比i=2 4
二级圆柱齿轮减速器传动比i=8 40所以电动机转速的可选范围是：

符合这一范围的转速有：750、1000、1500、3000
根据电动机所需功率和转速查手册第155页表12-1有4种适用的电动机型号，因此有4种传动比方案如下：
方案 电动机型号 额定功率 同步转速
r/min 额定转速
r/min 重量 总传动比
1 Y112M-2 4KW 3000 2890 45Kg 152.11
2 Y112M-4 4KW 1500 1440 43Kg 75.79
3 Y132M1-6 4KW 1000 960 73Kg 50.53
4 Y160M1-8 4KW 750 720 118Kg 37.89
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第3种方案比较合适，因此选用电动机型号为Y132M1-6，其主要参数如下：

额定功率kW 满载转速 同步转速 质量 A D E F G H L AB
4 960 1000 73 216 38 80 10 33 132 515 280
四 确定传动装置的总传动比和分配传动比：
总传动比：
分配传动比：取 则
取 经计算
注： 为带轮传动比， 为高速级传动比， 为低速级传动比。
五 计算传动装置的运动和动力参数：
将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴
——依次为电机与轴1，轴1与轴2，轴2与轴3，轴3与轴4之间的传动效率。
1. 各轴转速：

2各轴输入功率：

3各轴输入转矩：

运动和动力参数结果如下表：
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min
输入 输出 输入 输出
电动机轴 3.67 36.5 960
1轴 3.52 3.48 106.9 105.8 314.86
2轴 3.21 3.18 470.3 465.6 68
3轴 3.05 3.02 1591.5 1559.6 19.1
4轴 3 2.97 1575.6 1512.6 19.1
六 设计V带和带轮：
1.设计V带
①确定V带型号
查课本 表13-6得： 则
根据 =4.4, =960r/min,由课本 图13-5，选择A型V带，取 。
查课本第206页表13-7取 。
为带传动的滑动率 。
②验算带速： 带速在 范围内，合适。
③取V带基准长度 和中心距a：
初步选取中心距a： ，取 。
由课本第195页式（13-2）得： 查课本第202页表13-2取 。由课本第206页式13-6计算实际中心距： 。
④验算小带轮包角 ：由课本第195页式13-1得： 。
⑤求V带根数Z：由课本第204页式13-15得：
查课本第203页表13-3由内插值法得 。

EF=0.1
=1.37+0.1=1.38

EF=0.08

查课本第202页表13-2得 。
查课本第204页表13-5由内插值法得 。 =163.0 EF=0.009
=0.95+0.009=0.959

则
取 根。
⑥求作用在带轮轴上的压力 ：查课本201页表13-1得q=0.10kg/m，故由课本第197页式13-7得单根V带的初拉力：
作用在轴上压力：
。
七 齿轮的设计：
1高速级大小齿轮的设计：
①材料：高速级小齿轮选用 钢调质，齿面硬度为250HBS。高速级大齿轮选用 钢正火，齿面硬度为220HBS。
②查课本第166页表11-7得： 。
查课本第165页表11-4得： 。
故 。
查课本第168页表11-10C图得： 。
故 。
③按齿面接触强度设计：9级精度制造，查课本第164页表11-3得：载荷系数 ，取齿宽系数 计算中心距：由课本第165页式11-5得：
考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取
则 取
实际传动比：
传动比误差： 。
齿宽： 取
高速级大齿轮： 高速级小齿轮：
④验算轮齿弯曲强度：
查课本第167页表11-9得：
按最小齿宽 计算：
所以安全。
⑤齿轮的圆周速度：
查课本第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。
2低速级大小齿轮的设计：
①材料：低速级小齿轮选用 钢调质，齿面硬度为250HBS。
低速级大齿轮选用 钢正火，齿面硬度为220HBS。
②查课本第166页表11-7得： 。
查课本第165页表11-4得： 。
故 。
查课本第168页表11-10C图得： 。
故 。
③按齿面接触强度设计：9级精度制造，查课本第164页表11-3得：载荷系数 ，取齿宽系数
计算中心距： 由课本第165页式11-5得：

取 则 取
计算传动比误差： 合适
齿宽： 则取
低速级大齿轮：
低速级小齿轮：
④验算轮齿弯曲强度：查课本第167页表11-9得：
按最小齿宽 计算：
安全。
⑤齿轮的圆周速度：
查课本第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。
八 减速器机体结构尺寸如下：
名称 符号 计算公式 结果
箱座厚度

10
箱盖厚度

9
箱盖凸缘厚度

12
箱座凸缘厚度

15
箱座底凸缘厚度

25
地脚螺钉直径

M24
地脚螺钉数目
查手册 6
轴承旁联结螺栓直径

M12
盖与座联结螺栓直径
=（0.5 0.6）
M10
轴承端盖螺钉直径
=（0.4 0.5）

10
视孔盖螺钉直径
=（0.3 0.4）
8
定位销直径
=（0.7 0.8）
8
， ， 至外箱壁的距离
查手册表11—2 34
22
18
， 至凸缘边缘距离
查手册表11—2 28
16
外箱壁至轴承端面距离
= + +（5 10）
50
大齿轮顶圆与内箱壁距离
>1.2
15
齿轮端面与内箱壁距离
>
10
箱盖，箱座肋厚

9
8.5
轴承端盖外径
+（5 5.5）
120（1轴）
125（2轴）
150（3轴）
轴承旁联结螺栓距离

120（1轴）
125（2轴）
150（3轴）
九 轴的设计：
1高速轴设计：
①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取 C=100。
②各轴段直径的确定：根据课本第230页式14-2得： 又因为装小带轮的电动机轴径 ，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，且 所以查手册第9页表1-16取 。L1=1.75d1-3=60。
因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册85页表7-12取 ，L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。
段装配轴承且 ，所以查手册62页表6-1取 。选用6009轴承。
L3=B+ +2=16+10+2=28。
段主要是定位轴承，取 。L4根据箱体内壁线确定后在确定。
装配齿轮段直径：判断是不是作成齿轮轴：
查手册51页表4-1得：
得：e=5.9＜6.25。
段装配轴承所以 L6= L3=28。
2 校核该轴和轴承：L1=73 L2=211 L3=96
作用在齿轮上的圆周力为：
径向力为
作用在轴1带轮上的外力：
求垂直面的支反力：

求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：

求水平面的支承力：
由 得
N
N
求并绘制水平面弯矩图：

求F在支点产生的反力：

求并绘制F力产生的弯矩图：

F在a处产生的弯矩：

求合成弯矩图：
考虑最不利的情况，把 与 直接相加。

求危险截面当量弯矩：
从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ）

计算危险截面处轴的直径：
因为材料选择 调质，查课本225页表14-1得 ，查课本231页表14-3得许用弯曲应力 ，则：

因为 ，所以该轴是安全的。
3轴承寿命校核：
轴承寿命可由式 进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以 ，查课本259页表16-9，10取 取
按最不利考虑，则有：

则 因此所该轴承符合要求。
4弯矩及轴的受力分析图如下：

5键的设计与校核:
根据 ，确定V带轮选铸铁HT200，参考教材表10-9,由于 在 范围内，故 轴段上采用键 ： ,
采用A型普通键:
键校核.为L1=1.75d1-3=60综合考虑取 =50得 查课本155页表10-10 所选键为：
中间轴的设计：
①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取 C=100。
②根据课本第230页式14-2得：
段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取 ，查手册62页表6-1选用6208轴承，L1=B+ + + =18+10+10+2=40。
装配低速级小齿轮，且 取 ，L2=128，因为要比齿轮孔长度少 。
段主要是定位高速级大齿轮，所以取 ，L3= =10。
装配高速级大齿轮，取 L4=84-2=82。
段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取 ，查手册62页表6-1选用6208轴承，L1=B+ + +3+ =18+10+10+2=43。
③校核该轴和轴承：L1=74 L2=117 L3=94
作用在2、3齿轮上的圆周力：
N
径向力：

求垂直面的支反力

计算垂直弯矩：

求水平面的支承力：

计算、绘制水平面弯矩图：

求合成弯矩图，按最不利情况考虑：

求危险截面当量弯矩：
从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ）

计算危险截面处轴的直径：
n-n截面:
m-m截面:
由于 ，所以该轴是安全的。
轴承寿命校核：
轴承寿命可由式 进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以 ，查课本259页表16-9，10取 取

则 ，轴承使用寿命在 年范围内，因此所该轴承符合要求。
④弯矩及轴的受力分析图如下：
⑤键的设计与校核：
已知 参考教材表10-11，由于 所以取
因为齿轮材料为45钢。查课本155页表10-10得
L=128-18=110取键长为110. L=82-12=70取键长为70
根据挤压强度条件，键的校核为：

所以所选键为:
从动轴的设计：
⑴确定各轴段直径
①计算最小轴段直径。
因为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算，由式14-2得：
考虑到该轴段上开有键槽，因此取
查手册9页表1-16圆整成标准值，取
②为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段轴径 。查手册85页表7-2，此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值，因此取 。
③设计轴段 ，为使轴承装拆方便，查手册62页，表6-1，取 ，采用挡油环给轴承定位。选轴承6215: 。
④设计轴段 ，考虑到挡油环轴向定位，故取
⑤设计另一端轴颈 ，取 ，轴承由挡油环定位，挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。
⑥ 轮装拆方便，设计轴头 ，取 ，查手册9页表1-16取 。
⑦设计轴环 及宽度b
使齿轮轴向定位，故取 取
,
⑵确定各轴段长度。
有联轴器的尺寸决定 (后面将会讲到).

因为 ,所以
轴头长度 因为此段要比此轮孔的长度短

其它各轴段长度由结构决定。
（4）．校核该轴和轴承：L1=97.5 L2=204.5 L3=116
求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩。
作用在齿轮上的圆周力：

径向力：

求垂直面的支反力：

计算垂直弯矩：

.m
求水平面的支承力。

计算、绘制水平面弯矩图。

求F在支点产生的反力

求F力产生的弯矩图。

F在a处产生的弯矩：

求合成弯矩图。
考虑最不利的情况，把 与 直接相加。

求危险截面当量弯矩。
从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ）

计算危险截面处轴的直径。
因为材料选择 调质，查课本225页表14-1得 ，查课本231页表14-3得许用弯曲应力 ，则：

考虑到键槽的影响，取
因为 ，所以该轴是安全的。
（5）．轴承寿命校核。
轴承寿命可由式 进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以 ，查课本259页表16-9，10取 取
按最不利考虑，则有：
则 ,
该轴承寿命为64.8年,所以轴上的轴承是适合要求的。
（6）弯矩及轴的受力分析图如下：
（7）键的设计与校核：
因为d1=63装联轴器查课本153页表10-9选键为 查课本155页表10-10得
因为L1=107初选键长为100,校核 所以所选键为:
装齿轮查课本153页表10-9选键为 查课本155页表10-10得
因为L6=122初选键长为100,校核
所以所选键为: .
十 高速轴大齿轮的设计
因 采用腹板式结构
代号 结构尺寸和计算公式 结果
轮毂处直径

72
轮毂轴向长度

84
倒角尺寸

1
齿根圆处的厚度

10
腹板最大直径

321.25
板孔直径

62.5
腹板厚度

25.2
电动机带轮的设计

代号 结构尺寸和计算公式 结果

手册157页 38mm

68.4mm

取60mm

81mm

74.7mm

10mm

15mm

5mm
十一.联轴器的选择：
计算联轴器所需的转矩： 查课本269表17-1取 查手册94页表8-7选用型号为HL6的弹性柱销联轴器。
十二润滑方式的确定：
因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于 ，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。
十三.其他有关数据见装配图的明细表和手册中的有关数据。
十四.参考资料：
《机械设计课程设计手册》(第二版)——清华大学 吴宗泽，北京科技大学 罗圣国主编。
《机械设计课程设计指导书》（第二版）——罗圣国，李平林等主编。
《机械课程设计》（重庆大学出版社）——周元康等主编。
《机械设计基础》（第四版）课本——杨可桢 程光蕴 主编。

3. 谁能提供一下，锅炉燃烧控制系统不同负荷下，惰性区和导前区的传递函数，最好是有原理框图，和结构图。

锅炉过热器和再热器出口蒸汽温度是单元机组运行中必须保持在一定范围的重要参数。随着机组容量的增大，过热器和再热器管道也随之加长，这就使得其热惯性和调节滞后都大大增加，从而造成汽温控制系统投自动困难，或被调参数的动、静态品质指标差。锅炉过热器是回收锅炉烟气能量的，使锅炉出来的蒸汽可以获得加热，变为干蒸汽，有利于提高锅炉热效率，也有利于蒸汽轮机避免水击 回热器是从蒸汽轮机的乏蒸汽中回收能量，加热进入锅炉的循环水 此外还有回热器，可以将高压级排出的蒸汽再热，回收锅炉的能量，这些装置都是大型锅炉蒸汽系统的辅助集热装置，都有利于提高锅炉系统的能量效率，只不过过热器、再热器是回收烟气能量，回热器是回收蒸汽能量。

采用自适应控制技术需要对被控对象的动态特性进行辨识，目前通用的计算机分散控制系统（ DCS ）中还没有提供一套对被控对象进行实时动态地系统辨识的软件工具，其次在应用领域真正能够掌握和运用自适应控制技术的人才也很缺乏。DCS控制系统（DISTributed Control System，分散控制系统）是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，是完成过程控制、过程管理的现代化设备，具有广阔的应用前景。

现场实时控制的应用效果展示了该项技术的先进性和实用性。状态观测器根据系统的外部变量（输入变量和输出变量）的实测值得出状态变量估计值的一类动态系统，也称为状态重构器。60年代初期，为了对控制系统实现状态反馈或其他需要，D.G.吕恩伯格、R.W.巴斯和J.E.贝特朗等人提出状态观测器的概念和构造方法，通过重构的途径解决了状态的不能直接量测的问题。状态观测器的出现，不但为状态反馈的技术实现提供了实际可能性，而且在控制工程的许多方面也得到了实际应用，例如复制扰动以实现对扰动的完全补偿等。工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。

2. 状态反馈系统的基本概念及几个主要结论

状态反馈的基本特点是采用对状态向量的线性反馈律来构成闭环控制系统，由于控制作用是系统状态的函数，可使控制效果得到很大地改善，从而比输出反馈具有一系列更好的控制特性。

自动控制原理指是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。控制系统的各种特性，或其各种品质指标，很大程度上是由系统的极点位置所决定的。而所谓极点配置问题，就是通过反馈阵的选择，使闭环系统的极点，恰好处于所希望的一组极点的位置上。

极点配置定理回答了在怎样的条件下，仅仅通过状态反馈，就能任意配置极点的问题。它可简述为：若动态方程 可控，则利用状态反馈式 可以任意配置闭环系统的特征值，若特征值中有复数，必共轭成对地出现。

3. 运用观测器理论解决蒸汽温度调节对象的状态重构问题

对于完全能控的线性定常系统，可以通过线性状态反馈任意配置极点，以使系统实现其在Ляпунов意义下是渐进稳定的，亦即是能镇定的。但是，通常并不是全部状态变量都能直接量测的，从而给状态反馈的物理实现造成了障碍。

3.1 状态观测器的定义及其实现问题

状态观测器有如下定义 : 设线性定常系统 ∑ o ＝（ A ， B ， C ）的状态 X 是不能直接测量的， 称动态系统∑ g 是∑ o 的一个状态观测器，如果

（ 1 ）∑ g 以∑ o 的输入 u 和输出 y 作为输入量；

（ 2 ）∑ g 的输出 W （ t ）满足如下的等价性指标

（4）

观测器的存在性：状态观测器存在的充分必要条件是∑ o 的不能观测部分渐近稳定。如果对给定的一个传递函数阵 W （ s ），能找到一个状态方程（ A,B,C ）并使之成立

C （ sI - A ） - 1 B = W （ s ） （5） 则称（ A,B,C ）为具有传递特性 W （ s ）的系统的一个实现。实现就其本质而言，是在状态空间法的领域内寻找一个假想结构，使之与真实系统具有相同的传递特性。并不是任意给定的 W （ s ）都可找到其实现的，通常，它必须满足物理可实现条件。

实现的不唯一性：与给定的 W （ s ）具有相同的传递特性的实现不是唯一的。对于给定的 W （ s ），一定存在一类维数最低的实现，称为最小实现，它反映了具有给定传递函数特性 W （ s ）的假想结构的最简形式。最小实现也不是唯一的，但它们的维数必是相等的，且必是代数等价的。

3.2 锅炉蒸汽温度被控对象的动态特性及其状态观测器的一种实现

锅炉蒸汽温度被控对象包括过热器出口主蒸汽温度和再热器出口的再热蒸汽温度。集总参数模型则是将单相受热管的介质状态参数看成是均一的，并在空间位置上选定一个有代表性的点，就用这一点介质的参数作为环节的集总参数。进一步还可推断出单相受热管的多段集总参数模型，通常把整个管段均分成若干小段，每个分段内集总参数的选择要一致。因此每个分段模型的形式与整个管段模型的形式是相同的，整个管段的模型则由各个分段（设共有 n 段）模型串联而成，也就是分段模型的 n 次幂。这时，对每个分段来说，须将总热流量、总金属量、总容积等分别除以分段数 n 。关于进出口温度之间的传递函数。

这个公式含有近十个参数，对于实际应用并不方便。它的意义在于提供了一个十分有用的概念，即可以把过热器和再热器等单相受热管理解成由若干个分段所组成，各分段传递函数的形式相同，段数 n 越大，每段传递函数表达式中的时间常数就成比例地减少。再热器实质上是一种把作过功的低压蒸汽再进行加热并达到一定温度的蒸汽过热器，再热器的作用进一步提高了电厂循环的热效率，并使汽轮机末级叶片的蒸汽温度控制在允许的范围内。

实际工程问题中往往把解析法和系统辨识方法结合起来，通过对系统基本结构及工作原理的了解，初步推断出系统模型的结构，或估计出系统模型的结构形式，然后再用辨识方法确定模型中的参数。

图 1 所示为过热器的状态观测器，整个过热器划分为四段，对每一分段又可简化为一阶惯性环节，整个过热器就是四阶惯性环节。至于时间常数 T 通常是单元机组负荷的函数，可作为状态反馈控制系统中的一个待定因变量，在运行过程中通过观测试验进行参数整定。

图 1 过热器的状态观测器及其状态反馈示图

为了更好地反映被控对象的动态特性，故将过热器的状态观测器设计为“增量形式”，即将过热器入口温度偏差和出口温度偏差引入状态观测器，这样观测到的状态变量更明确地反映了温度的变化方向，同时过热器入口温度偏差的引入使状态观测器具有了预测控制的某些特点。为适应过热器参数的变化，入口温度设定值，出口温度设定值及时间常数 T 均为锅炉负荷的函数。

设过热器导前区传递函数为 ，惰性区传递函数为

则

状态观测器的反馈矩阵 Kc=[K c1 ， K c2 ， K c3 ， K c4 ] ；状态反馈矩阵 K=[K 1 ， K 2 ， K 3 ， K 4 ， K 5 ] ，其中 K 1 为过热器导前区的反馈增益。

惰性区传递函数的增益 K 2 可以查阅锅炉的热力计算书，取不同工况的平均值。而过热器惰性区时间常数 T 2 的辨识则可以利用状态观测器来完成。首先，令状态反馈控制开环 , 状态反馈矩阵 Kc=[0 ， 0 ， 0 ， 0] ；然后，调节观测器时间常数，使观测器输出值和过热器出口值的变化基本保持一致，此时的观测器时间常数即可认为是惰性区传递函数的时间常数。

4 状态观测器、状态反馈控制与常规 PID 调节相结合的工程应用实例

4.1 状态反馈－ PID 控制的结构与特点

状态反馈— PID 控制的原理框图见图 2 。

图 2. 状态反馈— PID 控制的原理框图

与传统的 PID 控制相比，采用状态反馈控制能方便的通过配置闭环极点的方法，改变系统的特性，达到提高控制精度的目的。这对控制具有迟延环节的工业对象来说，无疑是一种较好的控制方案。但是，由于单相受热管的动态特性与热流量有关，单靠状态反馈配置极点还难以保证在不同的工况下使锅炉蒸汽温度控制系统的指标均达到理想的要求，而 PID 控制恰好具有鲁棒性好和抗高频干扰能力强的优点，二者的优势可以互补。动态特性：当被测量随时间迅速变化时，输出量与输入量之间的关系称为动态特性，可以用微分方程表示。热流量是一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。通过物体的热流量与两侧温度差成正比，与厚度成反比，并与材料的导热性能有关。单位面积的热流量为热流通量。稳态导热通过物体热流通量不随时间改变，其内部不存在热量的蓄积；不稳态导热通过物体的热流通量与内部温度分布随时间而变化。

利用状态反馈改善系统的闭环特性，提高系统响应速度。这是控制的第一个层次。然后，将这个品质比较好的广义被控对象交由 PID 控制，改善系统的鲁棒性，使系统的适应性提高。这是控制的第二个层次。

4.2 状态反馈－ PID 控制的仿真研究

设 ， ，令观测器为 ， Kc=[188.8458 ， 329.2705 ， 159.7069,22.8667] ， K=[0.06659 ， 3.6134 ， 4.8962 ， 2.9486 ， 0.6659]

第一级调节器参数为： K p =0.08 ， I=50s

第二级调节器参数为： K p =1.0 ， I=0.0s

4.2.1 状态反馈－ PID 控制与 PID 串级控制系统的比较

PID 串级控制系统第一级调节器参数为： Kp=1 ， I=25s

第二级调节器参数为： Kp=1.0 ， I=0.0s

图 3 是定值在发生单位阶跃扰动时的响应曲线。

由图 3 可以看出，状态反馈－ PID 控制系统的控制效果明显优于传统的 PID 串级控制系统

图 3 状态反馈— PID 控制与 PID 串级控制的响应特性比较

4.2.2 改变观测器的时间常数 T 0 （其它参 数不变）

令 T 0 =5 ， 8 ， 10 ， 15 时，系统的设定值扰动响应见图 4 。由图 4 可以看出在模型失配时，状态反馈－ PID 控制系统的表现。当观测器的时间常数 T0 小于惰性区时间常数 T2 （10s） 时，系统响应加快，但 T0 越小出现的超调越大。当 T0 大于 T2 时，系统响应变慢。应该注意到，当 T0 与 T2 相差较大时，系统响应变差。因此，在实际应用中可以令观测器的时间常数 T0 是负荷的函数，以适应惰性区时间常数 T2 的变化。

图 4. 在不同的观测器时间常数下系统的响应曲线

4.2.3 改变观测器的增益 K0 （其它参数不变）

令 K0= 1.0 ， 1.1 ， 1.2 ， 1.5 时，系统的设定值扰动响应见图 5 。由图 5 可见，系统对 K0 的变化不敏感；而实际系统的惰性区增益的变化范围也基本在 1.1-1.5 之间。

图 5. 在不同的观测器增益下系统的响应曲线

改变状态反馈矩阵 K （其它参数不变）

系统的设定值扰动响应见图 6 。

理论上讲， T 0 ， K0 ， KC 和 K 的变化均会导致系统闭环极点位置的变化。但是，如果 T 0 和 K0 的变化范围已知，就可以找到一蔟满足设计期望的 KC 和 K 。由图 4 ， 5 ， 6 ， 7 不难看出，状态反馈－ PID 控制系统中参数的变化范围是比较大的，而系统的控制指标仍旧很好，说明系统具有比较强的鲁棒性。

图 6. 在不同的状态反馈矩阵下系统的响应曲线

4.3 状态反馈－ PID 控制的工程应用

陕西宝鸡第二发电厂新建工程 1 号 300MW 单元机组，锅炉为亚临界、自然循环中间再热汽包炉。主蒸汽温度为三级喷水调节，其中二级和三级过热器分为 A 、 B 两侧，再热汽温度以燃烧器摆动火嘴调节为主，加微量喷水及事故工况喷水调节。燃烧器是使燃料和空气以一定方式喷出混合（或混合喷出）燃烧的装置统称。热工控制系统硬件为引进美国西屋公司的 WDPF-II 型分散控制系统，应用软件的设计组态以及工程服务由国电智深承担。在机组 168 小时考核试运期间，过（再）热汽温度控制系统一直处于连续的自动控制状态。计算机统计的结果表明，蒸汽温度的偏差不超过± 2 ℃ 。图 8 为三级过热器 A 侧 24 小时运行曲线。

5 结论

为了实现对大滞后复杂对象的高质量控制，本文将状态反馈控制与 PID 控制相综合，提出了状态反馈 -PID 控制方案。对汽温控制进行的仿真研究和现场调试结果表明，本方案具有优良的控制性能，并具有较强的鲁棒性。

与其它现代控制方法相比，状态反馈 -PID 控制的算法简单，计算量小，且容易理解，可直接利用 DCS 系统中标准控制算法实现，有很好的推广应用价值。

之二：基于自抗扰控制器的蒸汽温度控制系统

1. 汽温调节对象的动态特性

过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围之内，并保护过热器使其管壁温度不超过允许的工作温度。为了提高机组热循环的经济性，减小汽轮机末级叶片中蒸汽湿度，而采用中间再热循环系统。

大型锅炉的过热器一般布置在炉膛上部和高温烟道中，过热器往往分成多段，中间设置喷水减温器，减温水由锅炉给水系统提供。喷水减温器按冷却水喷入调温水蒸气的结构不同，可分为文丘里式、旋涡式和多孔喷管式等型式。喷水减温器一般布置在两级过热器之间。因喷水直接与水蒸气混合，故对水质要求较高。对给水品质好的凝汽式电厂，可直接用给水作喷水。对给水品质较差的中、高压电厂，还可采用自制冷凝水的喷水减温系统。其原理是将部分饱和水蒸气用给水冷却成冷凝水喷入减温器中调温。水的喷射依靠冷凝器和减温器之间的压差来实现，不需专门的减温水泵。喷水减温器的特点是结构简单，调温幅度大（可达50℃--65'C），调节温度灵敏，易于实现自动化，因此，锅炉中普遍采用。缺点为对喷水品质要求高。

影响过热器出口汽温的因素很多，主要是以下三种扰动。

A. 蒸汽流量扰动

B. 烟气侧传热量的扰动

C. 减温喷水量扰动

其中 1 和 2 的扰动响应曲线类似，因为两者的扰动是沿整个过热器长度方向上同时发生的，响应具有自平衡特性，而且惯性和迟延都比较小。

对于第 3 种扰动考虑到使控制系统结构简单，易于实现，目前大多采用喷水量作为调节量，因此喷水量扰动就是基本扰动。

2 、通常的汽温控制系统

通常采用两种方法对汽温系统进行控制即带有导前微分信号的双信号汽温控制系统和汽温串级控制系统，另外还可以增加相位补偿回路或前馈控制回路，提高控制系统的品质。

3 、自抗扰控制器介绍

自抗扰控制器自PID控制器演变过来，采取了PID误差反馈控制的核心理念。传统PID控制直接引取输出于参考输入做差作为控制信号，导致出现响应快速性与超调性的矛盾出现。自抗扰控制器主要由三部分组成：跟踪微分器（tracking differentiator），扩展状态观测器 （extended state observer） 和非线性状态误差反馈控制律（nONlinear state error feedback law）。跟踪微分器的作用是安排过渡过程，给出合理的控制信号，解决了响应速度与超调性之间的矛盾。扩展状态观测器用来解决模型未知部分和外部未知扰动综合对控制对象的影响。虽然叫做扩展状态观测器，但与普通的状态观测器不同。扩展状态观测器设计了一个扩展的状态量来跟踪模型未知部分和外部未知扰动的影响。然后给出控制量补偿这些扰动。将控制对象变为普通的积分串联型控制对象。设计扩展状态观测器的目的就是观测扩展出来的状态变量，用来估计未知扰动和控制对象未建模部分，实现动态系统的反馈线性化，将控制对象变为积分串联型。非线性误差反馈控制律给出被控对象的控制策略。

自抗扰控制器 （ADRC） 基本结构是由如下三种功能组合而成 :

用一个跟踪微分器 （TD） 来安排过渡过程并提取其微分信号；

用扩张状态观测器 （ESO） 来估计对象的状态变量和未知扰动的实时作用量；

安排的过渡过程与对象状态估计量之间误差的适当非线性组合和未知扰动估计量的补偿来生成控制信号。

下面以二阶 ADRC 为例：

（1） 跟踪微分器

跟踪微分器是这样的非线性环节：对它输入一个信号 , 它给出这个信号的跟踪信号 及其微分信号 . 是安排的过渡过程 , 而 是这个过渡过程的微分信号 . 跟踪微分器的动态方程为

其中 , 为如下方式定义的非线性函数：

；

；

；

；

；

；

当 为控制目标 - 设定值时， 给出 0 到设定值的无超调的过渡过程曲线，而 是此过渡过程的微分信号。过渡过程的快慢就取决于参数 的选取， 大，过渡过程快， 小，过渡过程慢。

（2）扩张状态观测器

扩张状态观测器 （ESO） 的动态方程为

其中 , 非线性函数 为

是对象的输入 , 是对象的输出 , 它们都是 ESO 的输入量 . 变量 将估计出产生信号 的对象的状态变量 , 而 将估计出产生信号 的对象的模型作用 （ 内扰 ） 和外扰作用的实时总和作用 . 是 ESO 的可调参数 . 调好了参数 , 这个 ESO 能给出很满意的估计结果 . 这是独立于产生信号 的对象模型和外扰作用的观测器 .

（3） 控制信号的生成

控制信号 将由安排的过渡过程 、 ESO 给出的估计 共同生成。

设对象描述为

把系统的输入 和输出 一同输入到 ESO 中， ESO 的 分别估计出对象的 ， 及 。

现在把控制量 分解成两个分量：

并把控制分量 取成

那么被控对象近似地变成

-- 纯粹的积分器串联形对象

把对象的“内扰”和“外扰”作用全部补偿掉了 . 这是 ADRC 具有抗扰能力的根本原因 .

至于控制量的另一分量 的构造方法如下：

由安排的过渡过程 与 ESO 给出的状态估计 来形成两个误差量

；

然后用误差 和 的适当非线性函数 来产生 ，具体可取

一般 , . 如果 , 那么这种反馈符合“小误差大增益 , 大误差小增益”的规律。

（4）自抗扰控制器的结构

自抗扰控制器的方块图 （Block Diagram of ADRC） 为

ADRC 的结构图

（5） 自抗扰控制器的特点与应用前景

自抗扰控制器是由过渡过程安排、扩张状态观测器、扰动补偿、状态误差的非线性反馈等特殊形式非线性结构所组成 .

自抗扰控制器能够自动检测并补偿对象的 " 内扰 （ 模型 ）" 和 " 外扰 " 作用，从而在各种恶劣环境之下也能保证很高的控制精度。利用自抗扰控制器进行控制系统设计时，可以把系统中的许多不同因素归类为对系统的这种，或那种“扰动”，然后用扩张状态观测器来分别进行估计、补偿。动检测就是在测量和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工干预而自动进行并完成的。实现自动检测可以提高自动化水平和程度，减少人为干扰因素和人为差错，可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。自动检测的任务主要有两种，一是将被测参数直接测量并显示出来，以告诉人们或其他系统有关被测对象的变化情况，即通常而言的自动检测或自动测试；二是用作自动控制系统的前端系统，以便根据参数的变化情况做出相应的控制决策，实施自动控制。

自抗扰控制器的算法简单，容易实现，而且其参数适应范围广，是一种理想的实用数字控制器。

自抗扰控制器具有如下优特点：

A. 独立于对象数学模型的固定结构；

B. 能实现快速、无超调、无静差控制；

C. 被调参数物理意义明确，易整定参数；

D. 算法简单，能实现高速、高精度控制的理想数字控制器；

E. 无需量测外扰而能消除其影响；

F. 不用区分线性、非线性，时变、时不变对象；

G. 对象模型已知更好，未知也无妨；

H. 易实现大时滞对象控制；

I. 解耦控制特别简单；所谓解耦控制系统，就是采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统种各控制回路之间的相互耦合关系，使每一个输入只控制相应的一个输出，每一个输出又只受到一个控制的作用。 解耦控制是一个既古老又极富生命力的话题，不确定性是工程实际中普遍存在的棘手现象。解耦控制是多变量系统控制的有效手段。

目前，绝大部分工业控制器都以数字控制器形式出现，旧的模拟式控制器也被数字式控制器所取代。数字控制器，Digital Controller ，电子控制器的一类，计算机控制系统的核心部分，一般与系统中反馈部分的元件、设备相连，该系统中的其他部分可能是数字的也可能是模拟的。数字控制器通常是利用计算机软件编程，完成特定的控制算法。通常数字控制器应具备： A/D转换、D/A转换、一个完成输入信号到输出信号换算的程序。

自抗扰控制器为适应这个新时代的要求而诞生，它将以更高的效率和精度去替代过程控制中广泛采用的 PID 和现行各种形式“先进控制器”。

自抗扰控制器的结构已经成型，对不同类型对象 ，只需调整相应参数就可实用 .

自抗扰控制器已在机械人的高速、高精度控制；力学持久机群控；炉温控制；发电机励磁控制；磁悬浮浮距控制；四液压缸协调控制；传动装置的运动控制；异步电机变频调速控制；高速高精度加工车床控制等不同装置的实物实验中均取得了很理想的控制效果。

在过程控制领域，一种新型的非线性数字控制器 -- “自抗扰控制器”以更好的控制能力和更高的控制精度，将会取代 PID 而发挥它应有的作用。

4 、利用自抗扰控制器的汽温控制系统

汽温控制对象一般为减温器和过热器，减温器可看成一个一阶惯性环节，过热器通常是 4-6 阶惯性环节。通常我们可以将对象简化为一个二阶惯性环节加迟延的控制对象，我们可以利用二阶（或三阶） ADRC 来控制。如上图，被控对象就是过热器和减温器对象。将其控制思想于 DCS 常规算法于自定义算法相结合，取得了较好的控制效果。

4. 机械设计基础课程设计指导书——设计输送机传动装置课程设计

给你做个参考
一、前言
(一)
设计目的：
通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。
(二)
传动方案的分析
机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。
减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
二、传动系统的参数设计
原始数据：运输带的工作拉力F=0.2 KN；带速V=2.0m/s；滚筒直径D=400mm（滚筒效率为0.96）。
工作条件：预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。
动力来源：电力，三相交流380/220伏。
1
、电动机选择
（1）、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
（2）、电动机功率选择：
①传动装置的总效率：
=0.98×0.99 ×0.96×0.99×0.96
②工作机所需的输入功率：
因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
=FV/1000η
=1908×2/1000×0.96
=3.975KW
③电动机的输出功率：
=3.975/0.87=4.488KW
使电动机的额定功率P ＝（1～1.3）P ，由查表得电动机的额定功率P ＝ 5.5KW 。
⑶、确定电动机转速：
计算滚筒工作转速：
=（60×v）/（2π×D/2）
=（60×2）/（2π×0.2）
=96r/min
由推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’ =3~6。取V带传动比I’ =2~4，则总传动比理时范围为I’ =6~24。故电动机转速的可选范围为n’ =（6~24）×96=576~2304r/min
⑷、确定电动机型号
根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有1000r/min和1500r/min，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y132S-4 ，满载转速 1440r/min 。
其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速1440r/min，额定转矩2.2，质量68kg。
2
、计算总传动比及分配各级的传动比
（1）、总传动比：i =1440/96=15
（2）、分配各级传动比：
根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
=15/5=3
3
、运动参数及动力参数计算
⑴、计算各轴转速（r/min）
=960r/min
=1440/3=480(r/min)
=480/5=96(r/min)
⑵计算各轴的功率（KW）
电动机的额定功率Pm=5.5KW
所以
P =5.5×0.98×0.99=4.354KW
=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
=4.138×0.99×0.99=4.056KW
⑶计算各轴扭矩（N•mm）
TI=9550×PI/nI=9550×4.354/480=86.63N•m
=9550×4.138/96 =411.645N•m
=9550×4.056/96 =403.486N•m
三、传动零件的设计计算
（一）齿轮传动的设计计算
（1）选择齿轮材料及精度等级
考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45#钢，调质，齿面硬度220HBS；根据指导书选7级精度。齿面精糙度R ≤1.6~3.2μm
（2）确定有关参数和系数如下：
传动比i
取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
=5×20=100
，所以取Z
实际传动比
i =101/20=5.05
传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
齿数比：
u=i
取模数：m=3 ；齿顶高系数h =1；径向间隙系数c =0.25；压力角 =20°；
则
h *m=3，h ）m=3.75
h=（2 h ）m=6.75，c= c
分度圆直径：d =×20mm=60mm
d =3×101mm=303mm
由指导书取
φ
齿宽：
b=φ =0.9×60mm=54mm
=60mm ，
b
齿顶圆直径：d ）=66，
d
齿根圆直径：d ）=52.5，
d ）=295.5
基圆直径：
d cos =56.38，
d cos =284.73
(3)计算齿轮传动的中心矩a：
a=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
（二）轴的设计计算
1
、输入轴的设计计算
⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质，硬度217~255HBS
根据指导书并查表，取c=110
所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
d=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
∴选d=25mm
⑵、轴的结构设计
①轴上零件的定位，固定和装配
单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定
②确定轴各段直径和长度
Ⅰ段：d =25mm
， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
∵h=2c
c=1.5mm
+2h=25+2×2×1.5=31mm
考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：
L =（2+20+55）=77mm
III段直径：
初选用30207型角接触球轴承，其内径d为35mm,外径D为72mm，宽度T为18.25mm.
=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
Ⅳ段直径：
由手册得：c=1.5
h=2c=2×1.5=3mm
此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：d =（35+3×2）=41mm
因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
+2h=35+2×3=41mm
长度与右面的套筒相同，即L
Ⅴ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
取L
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=80mm
Ⅵ段直径：d =41mm， L
Ⅶ段直径：d =35mm， L ＜L3，取L
2
、输出轴的设计计算
⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）
根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
=110× (2.168/76.4) =38.57mm
考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
∴取d=42mm
⑵、轴的结构设计
①轴的零件定位，固定和装配
单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。
②确定轴的各段直径和长度
初选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长42.755mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
则
d =42mm
L
= 50mm
L
= 55mm
L
= 60mm
L
= 68mm
L
=55mm
L
四、滚动轴承的选择
1
、计算输入轴承
选用30207型角接触球轴承，其内径d为35mm,外径D为72mm，宽度T为18.25mm.
2
、计算输出轴承
选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm
五、键联接的选择
1
、输出轴与带轮联接采用平键联接
键的类型及其尺寸选择：
带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择C型平键联接。
根据轴径d =42mm ，L =65mm
查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
装配图中22号零件选用GB1096-79系列的键12×56
则查得：键宽b=12，键高h=8，因轴长L ＝65，故取键长L=56
2
、输出轴与齿轮联接用平键联接
=60mm,L
查手册得，选用C型平键，得：
装配图中 赫格隆36号零件选用GB1096-79系列的键18×45
则查得：键宽b=18，键高h=11，因轴长L ＝53，故取键长L=45
3
、输入轴与带轮联接采用平键联接
=25mm
L
查手册
选A型平键，得：
装配图中29号零件选用GB1096-79系列的键8×50
则查得：键宽b=8，键高h=7，因轴长L ＝62，故取键长L=50
4
、输出轴与齿轮联接用平键联接
=50mm
L
查手册
选A型平键，得：
装配图中26号零件选用GB1096-79系列的键14×49
则查得：键宽b=14，键高h=9，因轴长L ＝60，故取键长L=49
六、箱体、箱盖主要尺寸计算
箱体采用水平剖分式结构，采用HT200灰铸铁铸造而成。箱体主要尺寸计算如下：
七、轴承端盖
主要尺寸计算
轴承端盖：HT150 d3=8
n=6 b=10
八、减速器的
减速器的附件的设计
1
、挡圈 ：GB886-86
查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
2
、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
3
、角螺塞
M18
×
1.5 ：JB/ZQ4450-86
九、
设计参考资料目录
1、吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，1999.6
2、解兰昌等编著.紧密仪器仪表机构设计.杭州：浙江大学出版社，1997.11

5. 有哪位高人知道冲压双向送料是怎么回事

这是三层冲压模,并不少见.

主要是为了提高生产效率.

6. 机械设计课程设计任务书

目 录
设计计划任务书 ﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎1
传动方案说明﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎2
电动机的选择﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎3
传动装置的运动和动力参数﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎5
传动件的设计计算﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎6
轴的设计计算﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎8
联轴器的选择﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎10
滚动轴承的选择及计算﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎13
键联接的选择及校核计算﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎14
减速器附件的选择﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎15
润滑与密封﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎16
设计小结﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎16
参考资料﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎17

1.拟定传动方案
为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和传动方案，可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速nw,即
v=1.1m/s;D=350mm;
nw=60*1000*v/(∏*D)=60*1000*1.1/(3.14*350)
一般常选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为17或25。
2.选择电动机
1）电动机类型和结构形式
按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。
2）电动机容量
（1）卷筒轴的输出功率Pw
F=2800r/min;
Pw=F*v/1000=2800*1.1/1000
(2)电动机输出功率Pd
Pd=Pw/t
传动装置的总效率 t=t1*t2^2*t3*t4*t5
式中，t1,t2,…为从电动机到卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。由表2－4查得：
弹性联轴器 1个
t4=0.99;
滚动轴承 2对
t2=0.99;
圆柱齿轮闭式 1对
t3=0.97;
V带开式传动 1幅
t1=0.95;
卷筒轴滑动轴承润滑良好 1对
t5=0.98;
则
t=t1*t2^2*t3*t4*t5=0.95*0.99^2*0.97*0.99*0.98＝0.8762
故
Pd=Pw/t=3.08/0.8762
（3）电动机额定功率Ped
由第二十章表20－1选取电动机额定功率ped=4KW。
3）电动机的转速
为了便于选择电动事，先推算电动机转速的可选范围。由表2－1查得V带传动常用传动比范围2~4，单级圆柱齿轮传动比范围3~6，
可选电动机的最小转速
Nmin=nw*6=60.0241*6=360.1449r/min
可选电动机的最大转速
Nmin=nw*24=60.0241*24=1440.6 r/min
同步转速为960r/min
选定电动机型号为Y132M1－6。
4）电动机的技术数据和外形、安装尺寸
由表20－1、表20－2查出Y132M1－6型电动机的方根技术数据和
外形、安装尺寸，并列表刻录备用。

电机型号 额定功率 同步转速 满载转速 电机质量 轴径mm
Y132M1-6 4Kw 1000 960 73 28

大齿轮数比小齿轮数=101/19=5.3158
3．计算传动装置总传动比和分配各级传动比
1）传动装置总传动比
nm=960r/min;
i=nm/nw=960/60.0241=15.9936
2）分配各级传动比
取V带传动比为
i1=3;
则单级圆柱齿轮减速器比为
i2=i/i1=15.9936/3=5.3312
所得i2值符合一般圆柱齿轮和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。
4．计算传动装置的运动和动力参数
1）各轴转速
电动机轴为0轴，减速器高速轴为Ⅰ轴，低速轴为Ⅱ轴，各轴转速为
n0=nm;
n1=n0/i1=60.0241/3=320r/min
n2=n1/i2=320/5.3312=60.0241r/min

2）各轴输入功率
按机器的输出功率Pd计算各轴输入功率，即
P0=Ped=4kw
轴I 的功率
P1=P0*t1=4*0.95=3.8kw
轴II功率
P2=P1*t2*t3=3.8*0.99*0.97=3.6491kw
3）各轴转矩
T0=9550*P0/n0=9550*4/960=39.7917 Nm
T1=9550*P1/n1=9550*3.8/320=113.4063 Nm
T2=9550*P2/n2=9550*3.6491/60.0241=580.5878 Nm
二、设计带轮
1、计算功率
P=Ped=4Kw
一班制，工作8小时，载荷平稳，原动机为笼型交流电动机
查课本表8－10，得KA=1.1;
计算功率
Pc=KA*P=1.1*4＝4.4kw
2选择普通V带型号
n0 =960r/min
根据Pc=4.4Kw，n0=960r/min,由图13-15（205页）查得坐标点位于A型
d1=80~100
3、确定带轮基准直径
表8－11及推荐标准值
小轮直径
d1=100mm;
大轮直径
d2=d1*3.5=100*3.5=350mm
取标准件
d2=355mm;
4、验算带速
验算带速
v=∏*d1*n0/60000=3.14*100*960/60000=5.0265m/s
在5~25m/s范围内
从动轮转速
n22=n0*d1/d2=960*100/355=270.4225m/s
n21=n0/3.5=960/3.5=274.2857m/s
从动轮转速误差=(n22-n21)/n21=270.4225-274.2857/274.2857
=-0.0141
5、V带基准长度和中心距
初定中心距
中心距的范围
amin=0.75*(d1+d2)=0.75*(100+355)=341.2500mm
amax=0.8*(d1+d2)=0.8*(100+355)=364mm
a0=350mm;
初算带长
Lc=2*a0+pi*(d1+d2)/2+(d2-d1)^2/4/a0
Lc = 1461.2mm
选定基准长度
表8-7,表8-8查得
Ld=1600mm;
定中心距
a0+(Ld-Lc)/2=(1600-1461.3)/2=419.4206mm
a=420mm;
amin=a-0.015*Ld=420-0.015*1600=396mm
amax=a+0.03*Ld=420+0.03*1600=468mm
6、验算小带轮包角
验算包角
＝180-(d2-d1)*57.3/a=180-(355-100)*57.3/a
145.2107 >120度 故合格
7、求V带根数Z
由式（13-15）得
查得 n1=960r/min , d1=120mm
查表13-3 P0=0.95
由式13-9得传动比
i=d2/(d1(1+0.0141)=350/(100*(1+0.0141)=3.5
查表（13-4）得

由包角145.21度
查表13-5得Ka=0.92
KL=0.99
z=4.4/((0.95+0.05)*0.92*0.99)=3
8、作用在带上的压力F
查表13-1得q=0.10
故由13-17得单根V带初拉力

三、轴
初做轴直径：
轴I和轴II选用45#钢 c=110
d1=110*（3.8/320）^(1/3)=25.096mm
取d1=28mm
d2=110*(3.65/60)^（1/3）=43.262mm
由于d2与联轴器联接，且联轴器为标准件，由轴II扭矩，查162页表
取YL10YLd10联轴器
Tn=630>580.5878Nm 轴II直径与联轴器内孔一致
取d2=45mm
四、齿轮
1、齿轮强度
由n2=320r/min,P=3.8Kw,i=3
采用软齿面，小齿轮40MnB调质，齿面硬度为260HBS，大齿轮用ZG35SiMn调质齿面硬度为225HBS。
因 ，
SH1=1.1， SH2=1.1
，
，
因： ， ，SF=1.3
所以

2、按齿面接触强度设计
设齿轮按9级精度制造。取载荷系数K=1.5，齿宽系数
小齿轮上的转矩
按 计算中心距
u=i=5.333
mm
齿数z1=19,则z2=z1*5.333=101
模数m=2a/(z1+z2)=2.0667 取模数m＝2.5
确定中心矩a=m(z1+z1)/2=150mm
齿宽b=
b1=70mm,b2=60mm
3、验算弯曲强度
齿形系数YF1=2.57，YF2=2.18
按式（11-8）轮齿弯曲强度

4、齿轮圆周速度

按162页表11-2应选9做精度。与初选一致。

五、轴校核：

圆周力Ft=2T/d1
径向力Fr=Ft*tan =20度 标准压力角
d=mz=2.5*101=252.5mm
Ft=2T/d1=2*104.79/252.5=5852.5N
Fr=5852.5*tan20=2031.9N
1、求垂直面的支承压力Fr1,Fr2
由Fr2*L-Fr*L/2=0
得Fr2=Fr/2=1015.9N

2、求水平平面的支承力
FH1=FH2=Ft/2=2791.2N

3、画垂直面弯矩图
L=40/2+40/2+90＋10=140mm
Mav＝Fr2*L/2＝1015.9*140/2=71.113Nm

4、画水平面弯矩图
MaH=FH*L/2=2791.2*140/2=195.384Nm

5、求合成弯矩图

6、求轴传递转矩
T=Ft*d2/2=2791.2*2.5*101/2=352.389Nm

7、求危险截面的当量弯矩
从图可见a-a截面是最危险截面，其当量弯矩为
轴的扭切应力是脉动循环应力
取折合系数a=0.6代入上式可得

8、计算危险截面处轴的直径
轴的材料，用45#钢，调质处理，由表14-1查得
由表13-3查得许用弯曲应力 ，
所以
考虑到键槽对轴的削弱，将轴的最小危险直径d加4%。
故d=1.04*25.4=26.42mm
由实际最小直径d=40mm,大于危险直径
所以此轴选d=40mm,安全
六、轴承的选择
由于无轴向载荷，所以应选深沟球轴承6000系列
径向载荷Fr=2031.9N，两个轴承支撑，Fr1=2031.9/2＝1015.9N
工作时间Lh＝3*365*8=8760（小时）
因为大修期三年，可更换一次轴承
所以取三年
由公式
式中 fp=1.1,P=Fr1=1015.9N,ft=1 (工作环境温度不高)
（深沟球轴承系列）

由附表选6207型轴承
七、键的选择
选普通平键A型
由表10-9按最小直径计算，最薄的齿轮计算
b=14mm,h=9mm,L=80mm,d=40mm
由公式
所以
选变通平键，铸铁键

所以齿轮与轴的联接中可采用此平键。
八、减速器附件的选择
1、通气器：
由于在外界使用，有粉尘，选用通气室采用M18 1.5
2、油面指示器：
选用油标尺，规格M16
3、起吊装置：采用箱盖吊耳，箱座吊耳
4、放油螺塞：选用外六角细牙螺塞及垫片M16 1.5
5、窥视孔及视孔盖
选用板结构的视孔盖
九、润滑与密封：
1、齿轮的润滑：采用浸油润滑，由于低速级大齿轮的速度为：

查《课程设计》P19表3-3大齿轮浸油深度为六分之一大齿轮半径，所以取浸油深度为30mm。
2、滚动轴承的润滑
采用飞溅润滑在箱座凸缘面上开设导油沟，并设挡油盘，以防止轴承旁齿轮啮合时，所挤出的热油溅入轴承内部，增加轴承的阻力。
3、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
4、密封方式选取：
选用凸缘式端盖，易于调整轴承间隙，采用端盖安装毡圈油封实现密封。
轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定。
设计小结：
二、课程设计总结
设计中运用了Matlab科学工程计算软件，用notebook命令调用MS—Word来完成设计说明书及设计总结，在设计过程中用了机械设计手册2.0 软件版辅助进行设计，翻阅了学过的各种关于力学，制图，公差方面的书籍，综合运用了这些知识，感觉提高许多，当然尤其是在计算机软件CAD 方面的运用，深切感到计算机辅助设计给设计人员带来的方便，各种设计，计算，制图全套完成。
由于没有经验，第一次做整个设计工作，在设计过程中出现了一些错误比如线形，制图规格，零件设计中的微小计算错误等都没有更正，设计说明书的排版也比较混乱等等。对图层，线形不熟悉甚至就不确定自己画出的线，在出图到图纸上时实际上是什么样子都不知道 ，对于各种线宽度，没有实际的概念。再比如标注较混乱，还是因为第一次做整个设计工作，没有经验，不熟悉。

这次设计的目的是掌握机械设计规律，综合运用学过的知识，通过设计计算，绘图以及运用技术标准，规范设计手册等有关设计资料进行全面的机械设计技能训练。目的已经达到，有许多要求、标准心中虽然明确理解掌握但是要全力，全面的应用在实际中，还有待于提高水平。

特别感谢—程莉老师。

参考资料目录
[1]《机械设计基础》，机械工业出版社，任成高主编，2006年2月第一版；
[2]《简明机械零件设计实用手册》，机械工业出版社，胡家秀主编，2006年1月第一版；
[3]《机械设计-课程设计图册》，高等教育出版社，龚桂义主编，1989年5月第三版；
[3]《设计手册软件》，网络上下载；
[4] 湖南工院学生论坛----机械制图专栏---bbs.yeux.cn

Nw=60.0241r/min

Pw=3.08Kw

效率t=0.8762

Pd = 3.5150

Ped=4Kw

i=15.9936

i1=3

i2=5.3312

n0=960r/min
n1=320r/min
n2=60.0241r/min

P0=4Kw

P1=3.8Kw

P2=3.6491Kw

T0=39.7917Nm
T1=113.4063Nm
T2=589.5878Nm

KA=1.1

Pc=4.4Kw

d1=100mm

d2=355mm

初定中心距
a0=350mm

Lc=1461.3mm

Ld=1600mm

中心距
a=420mm

z=3根

预紧力
FQ＝274.3N

d1=28mm

d2=45mm

YL10YLd10

T1=113.4063Nm

m=2.5
a=150mm

=20度

Ft=5582.5N
Fr=2031.9N

FH1=FH2=2791.2N

Mav=71.113Nm

MaH=195.38Nm

Ma＝216.16Nm

Me=457.15Nm

Fr1=1015.9N

Lh=8760小时

6207型

b h L=14 9 80

输送带拉力 F=2800 N
输送带速度 V=1.1 m/s
滚筒直径 D=350 mm

7. 求一份机械原理相关的课程设计

已发去机械原理相关的课程设计4份，供参考。