第一章引言1.1 CAD/CAM 的发展现状CAD/CAM 技术作为电子信息技术的重要组成部分，其应用已遍及各个工程领域，是工程设计、产品制造业界的一场革命。经过四十多年的发展，CAD/CAM 技术有了长足的进步。以前CAD/CAM 技术大都是在工作站平台上运行和开发，随着计算机水平的大幅提高，目前CAD/CAM 软件均可以在微机上运行。微机平台为普及CAD 的应用创造了绝好的条件。在此基础上，CAD/CAM 软件厂商展开了新一轮的竞争。目前CAD/CAM 软件动态如下：一、AutoCAD AutoCAD 是Autodesk 公司的主导产品。Autodesk 公司是世界第四大PC 软件公司。目前在CAD/CAE/CAM 工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软件供应商，也是全球规模最大的基于PC 平台的CAD 和动画及可视化软件企业。Autodesk 公司的软件产品已被广泛地应用于机械设计、建筑设计、影视制作、视频游戏开发以及Web 网的数据开发等重大领域。AutoCAD 是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户。AutoCAD 有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。在许多实际应用领域如机械、建筑、电子中，一些软件开发商在AutoCAD 的基础上已开发出许多符合实际应用的软件。二、SOLIDEDGE SOLIDEDGE 是真正Windows 软件。它不是将工作站软件生硬地搬到Windows 平台上，而是充分利用Windows 基于组件对象模型COM的先进技术重写代码。SOLIDEDGE 与MicrosoftOffice 兼容，与Windows 的OLE 技术兼容，这使得设计师们在使用CAD 系统时，能够进行Windows 下字处理、电子报表、数据库操作等。SOLIDEDGE 具有友好的用户界面，它采用一种称为SmartRibbon的界面技术，用户只要按下一个命令按钮，既可以在SmartRibbon 上看到该命令的具体的内容和详细的步骤，同时在状态条上提示用户下一 步该做什么。SOLIDEDGE 是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD 系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。三、UnigraphicsUG、NX UG 是UnigraphicsSolutions 公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM 模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG 中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数CAD/CAM 软件厂商所采用。四、Pro/Engineer Pro/Engineer 系统是美国Parametric Technology PTCCorporation简称PTC的产品。公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM 领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM 产品Pro/Engineer 软件能将设计至生产全过活化钢
程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。本次毕业设计采用的是二维软件AutoCAD2007。AutoCAD 作为CAD 软件的根基，做二维图无疑是最好的。！1.2 非标准机械设计概论（一）非标准机械设计的特点：1. 单间或小批量生产；2. 设计难度大。缺少可以直接采用的设计计算方法、资料和实践数据；缺少加工工艺设备；缺少完整的试验及改进过程；材料的选择和热处理的选择受到制约。3. 普遍采用哪个焊接结构设计。4. 对设计可靠性有特殊要求。（二）非标准机械设计对工业企业发展的重要作用1. 推动新产品的开发和加快产品的更新换代。2. 填补市场空缺及开拓市场。3. 促进工业企业的技术改造。（三）非标准机械设计的新趋势1. 适应市场需要及满足用户
光纤电流互感器
雨污分流器要求已成为衡量非标准机械设计成败的主要标尺；2. 普遍采用商品化的标准零配件，提升设计、制造水平；1）提高了非标准机械的工作可靠性。2）降低了非标准机械的制造成本。3）提高了设计效率及缩短了制造周期。3. 设计工作范围日益扩大；4. 选用国际名牌零配件，与世界机械技术水平接轨；5. 非标准机械产业走向专业化；1）标志着非标准机械产业的发展已经达到了一个新的水品。2）提高了非标准机械的设计与制造水平。3）减少了单件生产带来的困难。（四）非标准机械零件的合理设计1.合理设计零件的结构形状和尺寸；2.设计零件要有良好的加工艺性和装配工艺性；3.合理确定加工精度、配合种类及表面加工质量；4.合理选择热处理及表面处理方法。1.3 本论文主要内容本论文根据已有的牵引机的结构图，认真研读牵引机的总装图，了解牵引机的结构组成，推敲其工作原理。并对牵引机中部分重要零件的结构设计过程进行推敲，写出设计过程。第二章牵引机简介2.1 牵引机的定义牵引机包括牵引电动机、牵引发电机、辅助电机等。牵引机是铁路干线电力机车、工矿电力机车、电力传动内燃机车和各种电动车辆（如蓄电池车、城市电车、地下铁道电动车辆）上用于牵引的电机。牵引电动机在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。2.2 牵引机的工作原理牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此牵引电动机在设计和结构上也有?多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“ 换向”条件以减少炭刷下的火花等。牵引电动机有两种悬挂方式。一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。采用这种悬挂方式时，动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直接传给牵引电动机。抱轴式悬挂适用于结构速度低于120 公里/小时的机车车辆。另一种是
架承式悬挂或称全悬挂。采用这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上，在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件，以减小冲击振动的影响。架承式悬挂适用于结构速度高于120 公里/小时的机车车辆。牵引发电机专用于电力传动内燃机车，以供给牵引电动机又牵电力的发电机，称主发电机。引发电机有直流和交流两种。直流牵引发电机直接向直流牵引电动机供电。交流牵引发电机发出的三相交流电经硅整流器整流后再向直流牵引电动机供电。交流整流电路是三相的，整流电压虽然有脉动，但脉动量比较小，因此牵引电动机还被认
脉动时空
为是一般的直流电动机。在用牵引变压器降压经硅整流器或大功率晶闸管整流后供电给直流串励牵引电动机时，加在牵引电动机上的电压为脉动电压，因此这种牵引电动机称为脉流牵引电动机。大功率脉流牵引电动机的“ 换向”条件更加困难。此外，电动机内部还有一些附加损耗，从而引起电动机温升，因此，脉流牵引电动机在设计和结构上还要采取一定的特殊措施，以解决“换向”和温升两个突出
的问题。辅助电机电力机车上的辅助电机可用直流电动机，也可用三相交流异步电动机。用直流电动机作为辅助电机时，须由专用的硅整流器供电。用三相交流异步辅助电动机时，须由静止变相、变频装置或专用的旋转电机供给三相电源。这种专用的旋转电机称为劈相机，可以把单相交流电变为三相交流电。
2.3 牵引电动机的历史60 年代，大功率晶闸管变频装置的发展使异步电动机能够实现变频调速。现在各国已有较多机车和动车采用三相交流异步变频牵引电动机。联邦德国和日本在试验的磁悬浮高速车辆上采用直线异步电动机。它的初级绕组敷设在地面导轨上，由地面的变频电源供电以产生行波磁场，调节供电电源频率就可改变磁悬浮高速车辆的速度。次级绕组就是反应板，装在车辆的构架上。初级行波磁场和次级感应电流的相互作用，不仅产生使车辆前进的推力，而且还产生磁拉力以悬浮车辆，并在制动工况时起着动力制动的作用。2.4 牵引电动机的发展趋势发展趋向为了解决直流和脉流牵引电动机的“ 转向”问题，有些国家已在使用晶闸管无换向器式牵引电动机和三相交流异步变频
给排水在线牵引电动机，并在试验以直线异步电动机为动力的磁悬浮高速车辆。晶闸管无换向器式牵引电动机是由一台同步电动机和一组晶闸管逆变器组成，用晶闸管和转子位置检测器来代替直流牵引电动机的换向器和炭刷结构。这种电动机具有直流电机的优点而没有困难的“ 换向”问题。但晶闸
管及其控制系统相当复杂，所以电子元件直接影响电动机的运行可靠性。三相交流异步变频牵引电动
机结构简单，工作可靠，成本低廉，是比较理想的牵引电动机。但由于需用变频调速，它的发展和应用一度受到限制。2.5 牵引电动机的特点牵引机主要与各种管材挤出生产线、焊管生产线配套，为整个机组提供夹持牵引力，并使生产线运行同步并保持平稳，应用范围广。①采用气动系统夹紧装置，夹紧压力可测、可调、可控、管材变形小；②采用履带橡胶块/皮带/金属夹块，适应各种不同材料、直径和壁厚的管材；③无级调速，变频控制，同步性好，运行平稳不打滑；④牵引机结构简单、操作方便、使用寿命长。第三章牵引机的结构从已有的牵引机的总装配图我们可以看出牵引机的主要结构零器件有很多。设计时我们必须认真的了解这些结构的功能，设计原理和目的。3.1 电动机如图3-1 发动机的机构图图3-1 发动机电动机（Motors）是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成，
清肺排毒颗粒的功效与作用分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。用途应用各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机电动机。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大（见同步电机）小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽
范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20 世纪70 年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。3-2 工作台工作台在牵引机工作的过程中其固定个零部件之间的位置，其固定支撑的作用。同时工作台还有防振作用，好的工作台对于加些加工和产品生产线的好坏有很大关系。3-3 通气塞如图3-2 通气塞的结构图。图3-2 通气塞通气塞在牵引机中起了很重要的作用，有了通气塞牵引机工作过程中箱体内部就可以很好的与外界进行气体交换，同时可以把箱体内部产生的热量通过通气塞排出，通气塞还可以有效地过滤去空气中较大的杂志。3-4 牵引轮牵引轮的机构如图3-3 所示：图3-3 牵引轮牵引轮是本次毕业设计的重点和核心内容，他在牵引机中的作用是很明显的。牵引轮的设计的好坏在很大程度上决定了牵引机的工作是否能够达到设计要求。3-5 牵引机的其它组成牵引机的机构组成中还包括了一系列其它的零部件，如：轴承、检查孔盖、蜗轮、轴、皮带轮、箱盖、联轴器、螺母、螺栓、键、销等等在牵引机的结构组成中
它们的作用是不容忽视的，它们在整个机械中也是很重要的。它们对整个牵引机的正常工作中的地位是无法取代的。第四章牵引轮的设计4.1 牵引轮的设计思路4.1.1 牵引轮的设计要求根据目前我们所学的机械设计知识---带传动。在机械设计中牵引轮是非标准件，它的设计自然是非标准件的设计。对于非标准件的设计比较复杂，设计要求也多。因此我们想要从已学的机械设计知识来解决这一问题。根据带传动对于轮的设计我们已经学过的有V 带的设计，而带轮的设计又包括：V 带轮的设计和平带轮的设计。牵引轮的传动设计就是介于V 带轮的传动和平带轮传动之间的一种传动类型。这样我们就可以利用现有的丰富的有关带传动设计的资料来对牵引轮进行设计。本次毕业设计我利用的是《非标机械设计手册》中带传动的设计思路来指导我们对牵引轮进行设计。4.2 牵引轮材料的选择牵引轮材料的选择与他所传递的速度有很大的关系。工程设计中轮的材料常用铸铁、钢、铝和工程塑料，灰铸铁应用最广。此设计中选用的是45 钢。4.3 牵引轮
设计根据已有的牵引机装配图我们假定电动机为J02-71-4 交流异步电动机，额定功率为22KW，转速n11470r/min 中心距约为3000mm。按照宽V 带轮的设计可以对牵引轮的结构进行很好的设计并满足设计要求。4.3.1 牵引轮轮缘设计1.
设计功率由由图4-1 与图4-2 中的几何约束有：d a 600 mm 结论根据老师的设计任务书进行添加致谢从开学到现在，已经过去几个月了。在这几个月里，我得到了指导老师和同学的极大帮助。由于目前市面上关于牵引机方面的书籍很少，他们不仅帮我们到相关书籍资料，还为我们提供了一个良好的
做毕业设计环境。在做毕业设计的这几个月里，我学到了不少东西，不仅有与毕业设计相关的，还有一些其他专业知识。在此，我要衷心地对他们说一声：” “您辛苦了，谢谢您！在此之前，我对AutoCAD2007 这个软件并不是很了解，通过这次学习，我初步了解了软件绘图的知识，掌握了AutoCAD 的相关功能及各种绘图方法。在设计期间，我还通过互联网了解了AutoCAD 方面的市场前景。目前AutoCAD 在中国应用广泛，许多公司均采用AutoCAD 进行二维绘图。特别是在深圳、上海等发达城市，应用更为广泛。最后，再次感谢指导老师给予我的帮助。参考文献〔1〕岑军健，赵菊初，南文海编著. 非标准机械设计手册M. 国防工业出版社2008.〔2〕纪名刚等.机械设计M.北京.高等教育出版社.〔3〕周良德，朱泗芳等编著M．长沙.现代工程图学．湖南科学技术出版社.2000.8〔4〕席伟光.机械设计课程设计M.北京.高等教育出版社.2002.9〔5〕濮良贵，纪名刚. 《机械设计》M. 北京：高等教育出版社，2007.〔6〕孙恒，陈作模，葛文杰．《机械原理》M. 北京：高等教育出版社2007. 《机械设计手册》M. 北京：化学工业出版社2005.〔7〕成大先．〔8〕罗迎社.材料力学M.武汉.武汉理工出版社.2000.10〔9〕罗洪田.机械原理课程设计指导书M.北京. 高等教育出版社.1986〔10〕吴宗泽. 《机械零件设计手册》M. 北京：机械工业出版社2006.11 唐增宝等.机械设计课程设计.M.武汉. 华中理工大学出版
社.1998 12 辉航，王德成等.弹簧手册M.北京：机械工业出版社，1997.
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