玻璃瓶印花机及其传动装置

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1、膇蒁螀螈肃蒀蒀羃罿肇薂螆袅肆蚄羂膄膅莄螄肀膄蒆羀羆膃虿螃羂膃螁蚅芀膂蒁袁膆膁薃蚄肂膀蚅衿羈腿莅蚂袄芈蒇袈膃芇蕿蚀聿芇螂袆肅芆蒁蝿羁芅薄羄袇芄蚆螇膆芃莆羂肂莂蒈螅羈莁薀羁袄莁蚃螄节莀蒂薆膈荿薅袂肄莈蚇蚅羀莇莇袀袆莆葿蚃膅蒅薁袈肁蒅蚃蚁羇蒄莃袇袃蒃薅蚀芁蒂蚈羅膇蒁螀螈肃蒀蒀羃罿肇薂螆袅肆蚄羂膄膅莄螄肀膄蒆羀羆膃虿螃羂膃螁蚅芀膂蒁袁膆膁薃蚄肂膀蚅衿羈腿莅蚂袄芈蒇袈膃芇蕿蚀聿芇螂袆肅芆蒁蝿羁芅薄羄袇芄蚆螇膆芃莆羂肂莂蒈螅羈莁薀羁袄莁蚃螄节莀蒂薆膈荿薅袂肄莈蚇蚅羀莇莇袀袆莆葿蚃膅蒅薁袈肁蒅蚃蚁羇蒄莃袇袃蒃薅蚀芁蒂蚈羅膇蒁螀螈肃蒀蒀羃罿肇薂螆袅肆蚄羂膄膅莄螄肀膄蒆羀羆膃虿螃羂膃螁蚅芀膂蒁袁膆膁薃蚄肂膀蚅衿

2、羈腿莅蚂袄芈蒇袈膃芇蕿蚀聿芇螂袆肅芆蒁蝿羁芅薄羄袇芄蚆螇膆芃莆羂肂莂蒈螅羈莁薀羁袄莁蚃螄节莀蒂薆膈荿薅袂肄莈蚇蚅羀莇莇袀袆莆葿蚃膅蒅薁袈肁蒅蚃蚁羇蒄莃袇袃蒃薅蚀芁蒂蚈羅膇蒁螀螈肃蒀蒀羃罿肇薂螆袅肆蚄羂膄膅莄螄肀膄蒆羀羆膃虿螃羂膃螁蚅芀膂蒁袁膆膁薃蚄肂膀蚅衿羈腿莅蚂袄芈蒇袈膃芇蕿蚀聿芇螂袆肅芆蒁蝿羁芅薄羄袇芄蚆螇膆芃莆羂肂莂蒈螅羈莁薀羁袄莁蚃螄节莀蒂薆膈荿薅袂肄莈蚇蚅羀莇莇袀袆莆葿蚃膅蒅薁袈肁蒅蚃蚁羇蒄莃袇袃蒃薅蚀芁蒂蚈羅膇蒁螀螈肃蒀蒀羃罿肇薂螆袅肆蚄羂膄膅莄螄肀膄蒆羀羆膃虿螃羂膃螁蚅芀膂蒁袁膆膁薃蚄肂膀蚅衿羈腿莅蚂袄芈蒇袈膃芇蕿蚀聿芇螂袆肅芆蒁蝿羁芅薄羄袇芄蚆螇膆芃莆羂肂莂蒈螅羈莁薀羁袄莁蚃螄

3、节莀蒂薆膈荿薅袂肄莈蚇蚅羀莇莇袀袆莆葿蚃膅蒅薁袈肁蒅蚃蚁羇蒄莃袇袃蒃薅蚀芁蒂蚈羅膇蒁螀螈肃蒀蒀羃罿肇薂螆袅肆蚄羂膄膅莄螄肀膄蒆羀羆膃虿螃羂膃螁蚅芀膂蒁袁膆膁薃蚄肂膀蚅衿羈腿莅蚂袄芈蒇袈膃芇蕿蚀聿芇螂袆肅芆蒁蝿羁芅薄羄袇芄蚆螇膆芃莆羂肂莂蒈螅羈莁薀羁袄莁蚃螄节莀蒂薆膈荿薅袂肄莈蚇蚅羀莇莇袀袆莆葿蚃膅蒅薁袈肁蒅蚃蚁羇蒄莃袇袃蒃薅蚀芁蒂蚈羅膇蒁螀螈肃蒀蒀羃罿肇薂螆袅肆蚄羂膄膅莄螄肀膄蒆羀羆膃虿螃羂膃螁蚅芀膂蒁袁膆膁薃蚄肂膀蚅衿羈腿莅蚂袄芈蒇袈膃芇蕿蚀聿芇螂袆肅芆蒁蝿羁芅薄羄袇芄蚆螇膆芃莆羂肂莂蒈螅羈莁薀羁袄莁蚃螄节莀蒂薆膈荿薅袂肄莈蚇蚅羀莇莇袀袆莆葿蚃膅蒅薁袈肁蒅蚃蚁羇蒄莃袇袃蒃薅蚀芁蒂蚈羅膇蒁螀螈

4、肃蒀蒀羃罿肇薂螆袅肆蚄羂膄膅莄螄肀膄蒆羀羆膃虿螃羂膃螁蚅芀膂蒁袁膆膁薃蚄肂膀蚅衿羈腿莅蚂袄芈蒇袈膃芇蕿蚀聿芇螂袆肅芆蒁蝿羁芅薄羄袇芄蚆螇膆芃莆羂肂莂蒈螅羈莁薀羁袄莁蚃螄节莀蒂薆膈荿薅袂肄莈蚇蚅羀莇莇 机械原理课程设计设计计算说明书设计题目:玻璃瓶印花机构及传动装置设 计 者: 唐继托 学 号: 20080066 专业班级:机械工程及自动化 2班指导教师: 完成日期: 2010 年 12 月 20 日天津理工大学机械工程学院25目 录一 设计题目 1.1 设计目的21.2 设计题目21.3 设计条件及设计要求3二 执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解32.2 方案选择与分析42.3执

5、行机构设计112.4 机械系统方案设计运动简图15三 传动系统方案设计3.1传动方案设计163.2电动机的选择173.3传动装置的总传动比和各级传动比分配183.4传动装置的运动和动力参数计算19四 设计小结21五 参考文献24一 设计题目1.1设计目的机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练,是一个重要的实践性教学环节。设计的目的在于,进一步巩固并灵活运用所学相关知识;培养应用所学过的知识,独立解决工程实际问题的能力,使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念,并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力,提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计

6、算机和技术资料诸方面的能力,以及利用现代设计方法解决工程问题的能力,以得到一次较完整的设计方法的基本训练。机械原理课程设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个构件的尺寸等进行构思、分析和计算,是机械产品设计的第一步,是决定机械产品性能的最主要环节,整个过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识,分析和解决与本课程有关的实际问题,使所学知识进一步巩固和加深,我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2设计题目:玻璃瓶印花机构及传动装置玻璃瓶印花机需要完成三个执行动作:置瓶座(玻璃瓶用人工依顺序装放于座中)作单向间歇(向左)直线移动;定位压块作水平方向

7、的往复移动,以便压紧瓶颈端面或松开;下端装有上墨系统的印花弧形图章上下往复移动。通过三个执行动作的配合完成玻璃瓶印花工作。印花过程的工作要求是:当置瓶座中的玻璃瓶由输送链(或带)移进工作位置后,停止前进,压瓶定位压块开始左移,并压紧瓶颈,使得玻璃瓶固定。此时,上方的印花弧形图章已向下移动,并压在瓶子柱面上,停止片刻后,印花完毕。然后,图章上移,定位压块右移松开,输送链带着瓶移开工作位置,后一个瓶又进入工作位置,开始第二次的印花循环过程。印花后的瓶经烘干后,自动装入专用包装箱内。1.3设计条件及设计要求分配轴转速n(r/min)10分配轴转矩M(Nmm)2850玻璃瓶单程移距(mm)110印花图

8、章上下移距(mm)50定位压块左右移距(mm)20(1)工作条件:2班制,工作环境良好,有轻微振动;(2)使用期限十年,大修期三年;(3)生产批量:小批量生产(20台);(4)带传动比i 3;(5)采用Y型电动机驱动。(6)分配轴 :与减速器输出轴相连接(各执行机构的输入轴)二、执行机构运动方案设计 2.1功能分解与工艺动作分解1)功能分解 为了实现玻璃瓶印花的总功能,将功能分解为:玻璃瓶输送功能、玻璃瓶定位功能、印花功能。 2)工艺动作过程 要实现上述分功能,有下列工艺动作过程: (1)利用间歇机构带动传送链(带)将玻璃瓶输送到指定位置,玻璃瓶到位后,间歇机构停歇等待下一循环。 (2)玻璃瓶

9、定位机构向左移动,压紧瓶颈,使得玻璃瓶固定。 (3)印花机构向下移动,压在瓶子柱面上,停止片刻后,印花机构上移。 (4)玻璃瓶定位机构向右移动,松开瓶颈。(5)间歇机构带动传送链(带)将玻璃瓶移开工作位置,开始第二次印花循环过程。2.2 方案选择与分析1. 概念设计根据以上功能分析,应用概念设计的方法,经过机构系统搜索,可得“形态学矩阵”的组合分类表,如表1所示。表1 组合分类表玻璃瓶输送功能间歇机构组合机构玻璃瓶定位功能凸轮机构组合机构曲柄滑块机构印花功能组合机构凸轮机构曲柄滑块机构可满足机构总功能的机械系统运动方案有N个,即N233个18。运用确定机械系统运动方案的原则与方法,来进行方案分

10、析与讨论。2. 方案选择1) 印花机构 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五表2印花机构部分运动方案定性分析方 案 号 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 质 量 经 济 适 用 性 运动变换 印花 时间工作平稳性 磨损与变形 效率 复杂性 加工装配难度 成本 运动尺寸 满足 较长 平稳一般 高简单易低较大 满足 较长较平稳 较强较高较复杂较难较高较大 满足 较短 较平稳较强 中等较复杂较难较高较大 满足 短较差一般 低 较简单易最低较小 满足 长平稳 较强 高复杂 最难较高较大综上分析:考虑到印花过程要求工作平稳,避免机构与玻璃瓶之间的刚性冲击。且印花时间太短会导致印花不充分。方案1、

11、2和5较符合,但2和5的缺点是机构复杂,磨损大,成本高,加工装配难度大。这里初选方案1。2) 玻璃瓶定位机构 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五表3玻璃瓶定位机构部分运动方案定性分析方 案 号 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 质 量 经 济 适 用 性 运动变换 增力 固定时间 工作平稳性 磨损与变形 效率 复杂性 加工装配难度 成本 运动尺寸 满足 较强 较长 一般 一般较高 简单易低较小 满足 强长平稳较大 高 复杂 较难较高 较大 满足 强 短 有冲击 一般 高 简单 易 低 较大 满足 较强 长 平稳 大较高 复杂 较难 较高较小 满足 弱较短较平稳大高 最复杂难 较高最大

12、综上分析:方案二具有较好的综合性能,方案一、三、四尚可行。方案五综合性能较差。这里初选方案二。3)玻璃瓶输送机构 方案一 方案二 方案三表4玻璃瓶输送机构部分运动方案定性分析方案号功能经 济 适 用 性间歇送进工作平稳性磨损与变形效率复杂性加工装配难度成本运动尺寸1有平稳一般较高较复杂较难较高较大2有平稳强较高较复杂较难较高较大3有平稳一般较低复杂最难高较小综合分析:由表中不难看出,方案三性能较差,方案一、二综合性能较好。3. 执行机构运动方案的确定机器中各工作机构都可按前述方法构思出来,并进行评价,从中选出最佳的方案。将这些机构有机地组合起来,形成一个运动和动作协调配合的机构系统。通过论证分

13、析,确定了曲柄弹簧滑块印花机构,圆柱凸轮定位机构,槽轮输送机构所构成的执行机构。 如图1所示,印花机构是由曲柄-弹簧滑块机构组成的。弹簧的作用是减小玻璃瓶和印花机构的刚性冲击。输送机构由槽轮机构完成。定位机构圆柱凸轮机构组成,为防止刚性冲击,采用等加速等减速原理。 图12.3执行机构设计1.执行机构设计执行机构分别为: 曲柄-弹簧滑块印花机构 槽轮输送机构 圆柱凸轮定位机构印花机构的设计:曲柄-弹簧滑块机构的设计定位机构的设计:圆柱凸轮机构的设计;输送机构的设计:槽轮机构的设计;1)印花机构设计摇杆-弹簧滑块机构设计(F=3n-2P5-P4=3X3-2X4=1)作图法:其2角取120。 图二

14、2)定位机构设计 圆柱凸轮机构设计 凸轮各项参数如下:行程:50mm,推程运动角:150,远休角:30,回程运动角:150,近休止角:30。采用等加速等减速运动规律,防止出现刚性冲击。 图三3)输送机构设计槽轮机构设计其1角取90。 图四2*R=20mmR=3.18mm2. 机构运动循环说明主动件旋转15 o,印章开始离开玻璃瓶,向上方移动。主动件旋转120 o,定位压块向右移动,离开玻璃瓶。主动件旋转135 o,传送带带动玻璃瓶向左移动。主动件旋转165 o,印章停止移动。主动件旋转180o,定位压块开始向左移动。主动件旋转195 o,印章开始向下方移动。主动件旋转225 o,传送带停止运转

15、。主动件旋转240 o,定位压块压紧玻璃瓶,并停止移动。主动件旋转345 o,印花图章接触玻璃瓶,停止移动,开始印花过程。开始下一个循环。2.4 机械系统方案设计运动简图 图五三、传动系统方案设计3.1传动方案设计传动系统位于原动机和执行系统之间,将原动机的运动和动力传递给执行系统。除进行功率传递,使执行机构能克服阻力作功外,它还起着如下重要作用:实现增速、减速或变速传动;变换运动形式;进行运动的合成和分解;实现分路传动和较远距离传动。传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后,即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数,

16、进行传动系统的方案设计。在保证实现机器的预期功能的条件下,传动环节应尽量简短,这样可使机构和零件数目少,满足结构简单,尺寸紧凑,降低制造和装配费用,提高机器的效率和传动精度。根据设计任务书中所规定的功能要求,执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性,选择合适的传动装置类型。根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件,合理拟定传动路线,安排各传动机构的先后顺序,完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。机械系统的组成为:原动机 传动系统(装置) 工作机(执行机构)原动机:Y系列三相异步电动机;传动系统(机构):常用的减速机构有齿轮传动、行星齿

17、轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等,根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点,选用二级减速。第一级采用皮带减速,皮带传动为柔性传动,具有过载保护、噪音低、且适用于中心距较大的场合;第二级采用齿轮减速,因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳,承载能力高等优点,故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距,再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。故传动系统由“V带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。原始数据:已知工作机(执行机构原动件)主轴:转速:nW=10 (r/min)转矩:Mb =3000 (N.m)3.2电动机的选择1) 选择

18、电动机类型按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。2) 选择电动机容量a工作轴输出功率 : PW=M/1000 (KW) =nW /30=10/30=1.047196 (rad/s)PW=M/1000=3000*1.047196/1000=3.14159 KW注:工作轴执行机构原动件轴。b所需电动机的功率:Pd= PW /aa-由电动机至工作轴的传动总效率a =带轴承3齿轮2联 查表可得:对于V带传动: 带 =0.96 对于8级精度的一般齿轮传动:齿轮=0.97对于一对滚动轴承:轴承 =0.99对于弹性联轴器:联轴器=0.99则 a =带轴承3齿轮2联=0.96

19、0.9930.9720.99= 0.868Pd= PW /a=3.14159/0.868=3.619 KW查各种传动的合理传动比范围值得:V带传动常用传动比范围为 i带=24,单级圆柱齿轮传动比范围为i齿=35,则电动机转速可选范围为nd=i带 i齿2nW=(24)( 35)2 nW =(18 100 )nW=(18100)10=1801000 r/min符合这一转速范围的同步转速有750 r/min和1000 r/min,根据容量和转速,由有关手册查出两种适用的电动机型号,因此有两种传动比方案。方案电动机型号额定功率ped/kw电动机转速/ r/min电动机质量/kg传动装置的传动比同步满载

20、总传动比V带传动比齿轮传动3Y132M1-64100096073322.512.84Y160M1-84750720118242.59.6对于电动机来说,在额定功率相同的情况下,额定转速越高的电动机尺寸越小,重量和价格也低,即高速电动机反而经济。若原动机的转速选得过高,势必增加传动系统的传动比,从而导致传动系统的结构复杂。由表中两种方案,综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速器的传动比,认为方案1的传动比较合适,所以选定电动机的型号为Y132M1-6。Y112M-4电动机数据如下: 额定功率:4 Kw满载转速:n满=960 r/min同步转速:1000 r/min3.3传动装置的总传

21、动比和各级传动比分配1传动装置的总传动比i总= n满/ nW =960/10= 962 分配各级传动比根据机械设计课程设计表2.2选取,对于三角v带传动,为避免大带轮直径过大,取i12=2.5;则减速器的总传动比为 i减=i总/2.5=32/2.5=12.8。对于两级圆柱斜齿轮减速器,按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传动比,取 ig=1.3idi减= igid = 1.3i2d =12.8i2d =12.8/1.3=9.8462id =3.14ig=1.3id=1.33.14=4.082 注:ig -高速级齿轮传动比;id 低速级齿轮传动比;3.4传动装置的运动和动力参数计算计算各轴的转速:

22、电机轴:n电= 960 r/min轴 n= n电/i带=960/2.5=384 r/min轴 n= n/ ig=384/4.082=94.07 r/min轴 n=n/ id =94.07/3.63=29.96 r/min 计算各轴的输入和输出功率:轴: 输入功率 P= Pd带=3.6190.96=3.474 kw 输出功率 P= 3.474轴承=3.4740.99=3.44 kw轴: 输入功率 P=3.44齿轮=3.440.97=3.34 kw 输出功率 P= 3.34轴承=3.340.99=3.30 kw轴 输入功率 P=3.30齿轮=3.300.97=3.20 kw 输出功率 P= 3.2

23、0轴承=3.200.99=3.17 kw计算各轴的输入和输出转矩:电动机的输出转矩 Td=9.55106Pd /n电=9.551063.619/960=36103 Nmm轴: 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.474/384=86.4103 Nmm 输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.44/384=85.6103 Nmm轴: 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.34/94.07=339103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.30/94.07=335103 Nmm轴 输入转矩 T=9.55106P

24、 / n=9.551063.20/29.96=1020103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.17/29.96=1010.5103 Nmm 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表:轴名功率p/kw转矩T ( Nmm)转速n/rmin-1传动比i效率输入输出输入输出电机轴3.6193610314402.5轴3.4743.4486.410385.6103514.294.082轴3.343.30339103335103108.963.14轴3.203.1710201031010.510330四、设计小结 这次课程设计,我拿到的题目是玻璃瓶印花机构及传动装置设计。其

25、实,它就是运用机械原理课程上学的连杆机构,曲柄滑块机构,凸轮机构,间歇运动机构,参考机械设计课程中的带传动,链传动,齿轮传动等内容,通过正确的啮合传动完成的。 一开始拿到这个题目,我也是一头雾水,不知从哪下手。通过老师的悉心讲解,到图书馆查阅相关资料,加上自己的CAD和Pro-E制图基础。我渐渐找到了思路,将该装置要实现的功能细化,即玻璃瓶印花功能、玻璃瓶输送功能、玻璃瓶定位功能。然后通过课上所学,每个功能都设计了35个传动方案。需要指出的是,此设计的关键点在于间歇机构的设计与运用。而相关内容我们并没有在课堂上学习过。这就需要我们通过查阅资料和自学,并在老师的指导下完成。在机械原理课上所学的知

26、识是理论抽象的,通过这些理论我了解了一些机构的运动方案与运动轨迹,至于这些构件、机构真正能派上什么用场,在我脑中的概念还是挺模糊的。通过这次课程设计,我开始对传授机械原理这门课的真正意义所在有了初步了解。换句话说,因这次课程设计我把理论学习与实践运用结合起来,达到了学以致用的目的。 通过这次实践,我知道了要做一项课程设计并不简单,要把它做好就更不易了。从中我也深深感到自己知识面的狭隘,在理论知识的贯穿和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高,可以说这次的课程设计就像一面镜子,照出了我的不足之处。但也因此而小小地锻炼了一下自己,为大四的毕业设计做了一个准备。在为课程设计写说明书时,为了让说明书内容

27、更充实,使自己的书面语言更趋向于专业化,我们组去图书馆翻阅了大量书籍。在查找资料、阅读资料的同时,我了解了更多以前课本上没有学到过的知识。比如间歇运动机构的设计及应用,CAD生成机构运动简图,Pro-E生成机构装配图并进行机构运动仿真分析等。几周机械原理设计的学习及研究,我明白了许多在课堂上不懂的知识,也让我深刻的体会到实践学习的重要性。课堂上所学的那些理论知识是局限的,跟不上时代步伐的。此次课程设计使我有了很大的收获,锻炼了我解决实际问题的能力,使我学会了勇于创新,扩展思路解决问题的方法,还加强了和同学之间的团队协作精神。每个人都会遇到不同的困难,而对一个又一个的困难大家一起努力共同克服。最

28、终有了今天的成绩,足以令我们每一个人欣慰。没有团队合作就没有今天。总之,这次的课程设计,巩固了我的理论知识,培养了我的应用能力。这对我以后的学习和工作是很重要的。我一定会更加努力,争做一名优秀的应用型人才。执行机构装配图 玻璃瓶输送机构(马耳他槽轮机构) 印花机构(曲柄弹簧滑块机构) 玻璃瓶定位机构(圆柱凸轮机构) 五、参考文献【1】申永胜.机械原理教程.北京:清华大学出版社.1999【2】丘宣怀.机械设计教程.北京:高等教育出版社.1997【3】张春林 取继方.张美麟.机械创新设计.北京:机械工业出版社.2001【4】卢子馨.平面四杆机构运动综合.山东:石油大学出版社.1991【5】黄茂林.

29、机械原理.北京:机械工业出版社.2002【6】赵明生.机械工程手册.北京:机械工业出版社.1996【7】李秀珍 曲玉峰.机械设计基础.北京:机械工业出版社.2000【8】王之栋 王大康.机械设计综合课程设计.北京:机械工业出版社.2003【9】黄荣.多杆直线导向机构的设计方法与轨迹图谱.北京:机械工业出版社.1994 【10】洛克.机械原理.德国:机械工业出版社.2003【11】刘政昆.间歇运动机构.大连:大连理工大学出版社,1991【12】刘会英 杨志强.机械原理.北京:机械工业出版社.2003【13】 黄凯等.Pro/E参数化设计高级应用教程.化学工业出版社.2007 膆膂螂螅罿薁螂羇芄蒇

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