电动卷扬机_课程设计

机械设计基础 课程设计说明书

2011-2012学年第二学期

学 院 南通职业大学机械工程学院

专 业 机电一体化（自动化生产设备） 姓 名 蔡国庆 学 号 100101608 课程设计题目 带式输送装置的减速器 指 导 老 师 张 佳 兴 设计起止时间 2012-02-27至2011-03-17

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目 录

一 课 程 设 计 任 务 书。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 二 设计步骤

1．传动装置总体设计方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 2．电动机的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 3．确定传动装置的总体传动比和分配传动比。。。。。。。 4．计算传动装置的运动和动力参数。。。。。。。。。。。。。。。 5．齿轮的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 6．轴承、联轴器和键的选择及其参数设计。。。。。。。。。 7．箱体的结构设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 8．润滑油的选择及密封设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 9．制动器的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 三 画减速器装配图及零件图设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 四 技术参数和相关说明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 1．技术参数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 2．相关说明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 3．安全操作。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 4．操作注意事项。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 5．维护与修理说明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 五 参考文献 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

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已知条件 1. 工作轴输入功率：P=11KW，工作轴转速n(r/min):55; 2. 卷扬机的最大重量为Q=10000N，提升的线速度为v=0.5m/s 3. 卷筒直径D=250mm,钢丝绳直径D=11mm,卷筒长度L=400mm; 4. 卷筒效率η=0.96（包括卷筒与轴承的效率损失）； 5. 工作情况 两班制，连续单向运转，载荷较平稳； 6. 使用折旧期 8年；

7. 工作环境 室内，灰尘较大，环境最高温度35度； 8. 动力来源 电力，三相交流电，电压380/220v；

9. 检验间隔期 四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修；

10. 制造条件及生产批量 一般机械厂制造，小批量生产，提升容许误差为+/-5%

一．电动机的选择

1、类型的选择

卷扬机为一般用途机械，根据工作和电源条件，选用Y系列三相异步电动机

2、容量选择

电机计算功率： ，其中起重量F=10KN,绳速v=0.5m/s (按满载时算)。 由电动机到滚筒传动总效率为：η其中η

1

总

=η1η2η3η4η5η6η7η8η

9

9

η2η3 η 4η5η6η7η8η

1.2.3=

分别为联轴器、轴承、齿轮传动和滚筒的传

4.5.6 =

动效率，由［４］η算）,η

7 =

0.99（联轴器），η0.99（稀油润滑，均按球轴承计

0.97（脂油润滑，均按滑动轴承计算）η8=0.96（8级精度的一般齿轮传动，

脂润滑）, η

9 =

0.97（8级精度的一般齿轮传动，稀油润滑）

3

η总=η1η2η3η4η5η6η7η8η

9

=0.99*0.99*0.99*0.99*0.99*0.99*0.97*0.97*0.96 =0.85

PW=11kw

P电=1.3Pd= PW/η总*1.3=11/0.85*1.3=16.8233

选额定功率

P额=18.5kW( ——间隙两班工作制)。

3、确定电动机转速

由［3］表１推荐的传动比合理范围，且由简图知其经过两对内圆柱齿轮减速传动，再经一对外圆柱齿轮传动（在满载时，制动器A放松，B制动）,故总传动比的合理范围是：

i=（4～6）×(3～4) =12～24

滚筒轴的工作转速为（滚筒直径为250mm）55r/min： 则电动机转速的可选范围是：n =(12~24) ×55=660～1320r/min

由容量和电机转速，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和价格等，根据[7]选定电

动机为YB系列,方案比较见表-1：

表-1

型号 额定功率(kW) Y180L-6 Y200L1-6 Y200L2-6 额定转速(r/min) 重量 (kg) 效率(%) 堵转转速/额定转矩 最大转矩/额定转矩 15 18.5 22 970 970 970 1.8 1.8 1.8 2.0 2.0 2.0

4

经比较，选电动机型号为YB200L1-6，其主要外形和安装尺寸见表-2：

表-2

参数 尺寸 A 254 AB 330 B 254 C 108 E 110 H 350 N 275 P 325 HD 530 AD 240 AC 325 L 695

二．确定传动装置的总体传动比及传动比初步分配

1、计算总传动比

电动机满载转速ne970rminn

电

970r/min,滚筒轴工作转速n2=55r/min

总传动比：i总= n1/ n2=970/55=17.6364

2、分配传动装置的传动比

i总=ii2

1

其中i1、i2 分别为一对内齿轮、一对外齿轮的传动比。高速级齿轮传动的传动比i1=5.902 ,

低速级齿轮传动的传动比为：i2 = 4.54，卷筒轴传动比i3=0.82

三．初步计算传动装置运动学和动力学参数

1、电动机轴输出参数

pe15KW ne970rmin T9550pe955018.5182.14Nm

ene9702、高速轴的参数

n1970rmin

176.675Nmp1pe318.50.9717.945KWT19550p1n1955017.945970

5

3、低速轴的参数

n2n1i19705.902164.351rmin

p2p11217.9450.990.9717.233.KW T29550p2n2955017.233164.3511001.364Nm

4、卷筒轴的参数

n3n2i2164.3514.5436.2rmin

p3p21417.2330.990.9416.04kwT39550P3n3955016.0436.24231.547Nm

运动和动力参数计算结果见表-3。

表-3

轴号 功率(kW) 转矩(N/m) 转速(r/min) 传动比i 电动机 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 Ⅳ轴 Ⅴ轴 滚筒 1460 4 4.11 15 2.2 1460 88.2% 效率 η 输入 转矩 输出 转矩 输入 功率 输出 功率 2.18 8.37 32.13 31.50 121.83 118.18 2.16 8.28 14.85 14.70 14.26 14.12 365 91.25 91.25 22.196 31.82 13.69 13.56 30.55 13.42 13.02 118.18 117.00 12.63 12.25 12.25 12.13

6

四、齿轮传动设计

1、选择齿轮类型、精度等级

按图所示的传动方案，可选用支持圆柱齿轮传动 运输极为一般工作机器，

速度不高，根据表9—2初选8级精度齿轮

2、选择材料及热处理方法

根据工作条件采用硬齿面齿轮啮合，大小齿轮均选45钢，热处理为表面淬火

二者硬度相同

3、确定齿轮材料的许用接触应力

由表9—1查得HLim11120Mpa HLi2m1120Mpa，查表9—5取SH1.1

则[H1][H2]11201.11018.1Mpa

由表9—1查得FLim1680Mpa，FLim2680Mpa，由表9—5查得SF1.4，则

[][F1]F26801.4485.7Mpa

说明：由于是硬齿面齿轮传动，故用齿根弯曲疲劳强度设计，然后按齿面接触疲

劳强度公式进行校核

4、按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动

输送机工作平稳，查表9—3，取载荷系数K=1.2，查表9—6取齿宽系数d0.8；小齿轮轮上的转矩T1176675Nmm，查表9—4，取弹性系数ZE189.8Mpa，

标准直齿轮传动区域系数ZH2.5 初选 Z131 Z2Z1i1183

查图9-10得

YFa12.59 YFa22.19 YSa21.84

YSa11.63因为

YFa1YSa10.0087YFa2YSa2F10.0083

YFa1YSa1F2故对小齿轮进行弯曲强度计算，即将

F10.00974代入公式

m2KT1YFa1YSa1dz122.18

F1 7

查表6-1

取m=2mm

实际分度圆直径 d1mZ123162mm d2mZ22183366mm

中心距 ad1d22214mm

齿宽 bdd10.86249.6mm 取整数bb250mm b155mm 说明：齿轮的模数和压力角必须选标准值

5、验算齿面接触强度

H2KT11bd2H]

1873.089MPa[

6、计算齿轮的圆周速度

Vd1n1.146297060100036010003.15m/s

查表9—2可知选8级精度正确。

五、主要传动轴的设计

1.低速轴的设计

（1）已经确定的运动学和动力学参数

n2164.351r/min P217.233kw T21001.364Nm

（2）轴的材料选择并确定许用弯曲应力

由表13—10选用45钢，调制处理，硬度为217~255HBS，许用弯曲应力

[1]60Mpa

（3）按钮转强度概略计算轴的最小直径 由表5—1可得 A=107~118

由于高速轴受到的弯矩较小，故取A=115

8

d13p2n229.6mm

由于最小轴段直径小于30㎜，其截面上开有1个键槽，故将轴径增大5%

dmin(10.07)d1.0728.130.061mm

故可取30mm

（4）设计轴的结构并绘制轴的结构草图 轴结构分析

为便于轴上零件的安装，把轴设计成为阶梯轴，后端转轴的直径大于前端转轴的

直径，高速轴的具体设计如下：

轴段1安装联轴器，用健周向固定

轴段2高于轴段1形成轴肩，用来定位联轴器 轴段3高于轴段2，方便安装轴承

轴段4高于轴段3，方便安装齿轮，齿轮在轴段4上用键周向固定 轴段5高于轴段4形成轴环，用来定位齿轮

轴段7直径应和轴段3直径相同，以使左右两端轴承型号一致，轴段6高于轴段

7形成轴肩，用来定位轴承，轴段6高于轴段7的方法取决于轴承标准 轴段5与轴段6的高低没有什么直接影响，只是一般的轴身连接。

各轴段的直径

轴段1的直径为d130mm

轴段2的直径d2应在d1的基础上加上两倍的定位轴肩高度h120.1d13mm,即考虑该轴段安装密封圈，故直径d2还应符合密d2d12h12202336mm，封圈的标准，取d237mm

轴段3的直径d3应在d2的基础上曾加两倍的非定位轴肩高度，但因该轴段安装滚动轴承，故其直径与滚动轴承内径相符合，预选轴承6208轴承（深沟球轴承），

这里取d340mm

同一根轴上的两个轴承在一般情况下应取相同型号，故安装滚动轴承处的直径相

同，即d7d340mm

轴段4上安装齿轮，为安装齿轮方便取d443mm

轴段5的直径d5d42h45，h45及定位轴环的高度，取h454mm，即

d543851mm

9

轴段6的直径d6应根据使用的轴承类型及型号查轴承标准取d636㎜-

各轴段的长度

轴段4安装齿轮，为保证齿轮固定可靠，轴段4的长度应低于齿轮毂轮宽度2

㎜，取L430228mm

轴段3的长度有三部分L3B232 B为滚动轴承宽度 ，6208轴承B=18mm 3为滚动轴承内端面至减速器内壁的距离，轴承的润滑方式不同，

3的取值也不同，润滑方式为油润滑，取3=5mm.2为齿轮端面至箱体内壁的

距离2=15mm L35151838mm.

轴段2的长度为时部分 L2l1em l1部分为联轴器内端面至轴承端面的距

离， e为轴承端盖的厚度，查表6208的轴承D=80mm，

d36mme1.2810mm m0.158012mm L215101237mm.

轴段1的长度与联轴器的长度有关，选用HL1，查得L=38mm，考虑到联轴器的

联接和固定的需要，使L1略小于联轴器，取L130mm.

轴段5的长度L5即b1.4h451.446mm. 轴段6的长度L623L5515614mm. 轴段7的长度应等于或略大于滚动轴承L720mm

l总L1L2L3L4L5L6L73037382861420173mm

（5）按扭转和弯曲组合进行强度校核

绘制轴的计算简图

为计算轴的强度，应将载荷简化处理，支持圆柱齿轮，棋手李可分解为圆周力Ft、径向力Fr。两端轴承可简化为一端活动铰链一端固定铰链。为计算方便选择危险截面c-c，c-c危险截面选择安装齿轮的轴段的中心位置，位于两支点的中间，支承点之间的距离l282202986mm,c距离A与B一样为29mm

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计算轴上的作用力

转矩 T21001364Nmm

齿轮的圆周力 Ft2Td210013641451.25N138

齿轮的径向力 FrFttan20N5746.1N 计算支反力及弯矩 计算平面内的支反力

A、求支反力：对称布置，只受一个力，故

FAVFBVFr22873.05N

B、求垂直面的弯矩

c-c截面：MV2873.0543123541.15N㎜

计算水平面内的支反力及弯矩

A、求支反力：对称布置，只受一个力，故

FAHFBHFt27256.25N

B、求水平面的弯矩

c-c截面：MH7256.2547341043.75N㎜

④求各截面的合成弯矩

1-1截面

McmV2mH2123541.152341043.752105668.6N㎜

⑤计算转矩

T15536.4Nmm

⑥确定危险截面及校核其强度

按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环环境变化考虑，取0.6，危险截面c面

的应力

cM2c(T)320.1d151519.8(0.615536.4)0.14332213.4MPa

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查表知[1]60Mpa c小于[1]所以轴满足要求。

2.高速轴的设计

高速轴的设计主要是设计各轴段的直径为设计俯视图做准备。有些轴段的长 度可以根据轴上的零件来确定；有些轴段的长度要在确定低速轴处的箱体后，取

箱体内壁为一条直线就可以确定。

经设计，高速轴设计为齿轮轴，共分五段

d120mm d223mm

d325mm（取轴承型号为6205）

d429mm

d525mm

六、主要轴承的选择

1、低速轴滚动轴承

（1）作用在轴承上的载荷

FrFAH2FBV27256.2522873.0527800N

（2）选择滚动轴承的型号

前面已经选择滚动轴承6208，主要承受径向载荷，。由于工作温度不太高，支点

跨距较短，轴拟采用两段单向固定式支撑结构。

Cr22.8KN Cor15.8KN

(3)计算轴承的当量动载荷 因为

FaFr0e，则

PXFr11198.1N1198.1N

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（4）校核滚动轴承的寿命

根据轴承的当量动载荷，由表10—5和表10—6可分别查得fp1.4，ft1，球

轴承3，轴承工作寿命按四年计算，则Lh12300414400h。

C'fpftpB360nLh1061.411198.1360175.309144001068941.2N

因为7419.16小于Cr

所以低速轴承工作寿命足够。

七、键的选择和强度校核

1. 选择键的尺寸

低速轴上在轴段1和轴段4两处各安装一个键，按一般情况选择采用Ａ型普通平

键，查表１４－２９

轴一 d30mm bh10mm8mm l165 轴四 d43mm bh14mm9mm l240

2.校核键的强度

轴段一上安装联轴器，材料为钢，载荷性质为轻微冲击，查教材表１２－９

[p]100120MPa

轴段四上安装齿轮，材料为钢，载荷性质为轻微冲击，查教材１２－９

[p]100120MPa

静连接校核挤压强度：

轴一：轴四：p14Tdhl4Tdhl415530010865415530014940116.5MPa113.2.9MPa

p2故键的强度符合。

八.减速器的润滑

齿轮传动的润滑

高速轴和低速轴的齿轮的速度均小于12m/s，因此齿轮传动油浴润滑，选用工业

闭式齿轮油L-CK68，齿轮进油的深度以低速级齿轮的1/6半径为宜

深沟球轴承的润滑

高速轴、低速轴、中速轴的直径与速度积较小，所以其轴承均采用润滑脂润滑，

参考附表选用钠基润滑脂3号L-XACMGA3

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九.箱体结构的设计

减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，

大端盖分机体采用

1. 机体有足够的刚度

在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度

2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。

因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，

齿顶到油池底面的距离H为40mm

为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为6.3

3. 机体结构有良好的工艺性.

铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.

4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔

在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械

加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固 B 油螺塞：

放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部

的支承面，并加封油圈加以密封。

C 油标：

油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。 油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.

D 通气孔：

由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥

视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.

E 盖螺钉：

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H7is6配合.

启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。

钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.

F 位销：

为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各

安装一圆锥定位销，以提高定位精度.

G 吊钩：

在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.

减速器机体结构尺寸如下：

符号 名称 箱座壁厚 箱盖壁厚 尺寸  0.025a1mm5.5mm取10mm 10.02a3mm6.6mm取1 1 8mm b 箱座凸缘厚度 箱盖凸缘厚度 箱底座凸缘厚度 b1.515mm b1 b2 dfnb11.5112mm b22.525mm df0.036a12mm18.48mm取df地脚螺栓的 直径和数目 20mm n6 d1 轴承旁连接螺栓的直径 d10.75df15mm 取d116mm d2 箱座和箱盖连接螺栓的直径 d20.5df10mm 15

d3 n' m 轴承端盖固定螺钉的直径 轴承端盖固定螺钉的数目 箱座加强筋厚度 d30.4df8mm n'6 m8mm m1 d4 C1 箱盖加强筋厚度 检视孔盖螺钉的直径 箱体外壁至螺钉的距离 m18mm d40.4df8mm df20mm，C1min20mmd116mm C2min20mm d20.5df10mm C3min18mm

第二节 相关说明

一、装配说明、

1.对于各轴承和定位零件，要将其装到规定的位置上；各轴承推荐热装（在柴油中加热，温度在120℃-140℃之间）。装前在结合面上涂以适量的机油，在各轴承内填入2/3容积的黄油，滚筒体内的小齿轮中，以及行星传动的大内齿轮中填入黄油（机体内的黄油均采用钙基润滑脂）。

2.电机和轴承支架中心高应保持一致，偏差不可大于0.1毫米。

3.滚筒上的各固定螺钉和油堵，不得高出滚筒外表面。螺钉和地脚螺栓等紧固装置必须可靠。 4.刹车带要平稳地与刹车毂接触；刹车带的松紧程度可由铰链螺栓来调整，要保证刹车把及

杠杆系统动作灵活可靠。

二、安全操作说明

1.起重负荷不得超过1000公斤，而且不可运送人员。

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本绞车操作人员必须了解本绞车的性能，熟悉操作方法，才能单独操作。

2.防爆电器设备的检查和维修应符合有关安全生产试行规程；非防爆电器设备也应符合有关

电器设备的安全操作规程。

3.工作前的注意事项：

（1）检查钢丝绳接头是否牢固，绳卡和轴承支架及电机地脚的连接螺栓固紧完好，车安装

是否牢靠。

（2）检查绞车部件制动性能是否良好，使用是否灵活，刹车把之顶丝、销轴的紧固，如果

有折曲损伤或松动现象，应及时更换与紧固。

（3）电器部分不得有漏电现象，电动机和开关盒应接地良好。

（4）检查钢丝绳，不允许有结节、扭绕现象，如果在一个节距内断丝超过10%时，应以予

更换。

（5）清理行车轨道，并检查钢丝绳经过处有无障碍物，以防工作过程中发生事故。 （6）开始工作前应盘转滚筒一圈，然后刹紧滚筒，松开大内齿轮刹车带，启动电机试运行。

4.操作注意事项：

（1）开动滚筒时，须将滚筒上的刹车带完全松开，而将大内齿轮上的刹车带刹紧。 （2）在绞车作业过程中，如要使绞车暂时停止运转，应将大内齿轮上的刹车带松开，而将滚筒上的刹车带刹紧；如果要微程调度负载物的位置时，只需交替提上或下压左、右刹车把，

使滚筒时转时停即可。

（3）如停车时间较长，应将电动机关闭；此时如果钢丝绳处于拉紧状态，为防止其坠滑，

必须将滚筒上的刹车带牢牢刹紧，工作人员不得离开绞车。

（4）当下放重物滚筒反转时，应松开大内齿轮上的刹车带并放松滚筒上的刹车带，滚筒在重物自重的驱动下正常反转；下放的速度可以借助刹车带对滚筒的半制动加以控制调整。若电机为可逆型，在下放重物时，应先刹住滚筒，松开大内齿轮，使电机进入反转状态，然后

松开滚筒上的刹车带紧刹大内齿轮上的刹车带，滚筒将在电机驱动下反转。

（5）滚筒在起动或停止时，速度须逐渐增加或减少，不允许作急剧的开车、停车，以防损

坏传动部分。

（6）在电动机开动时，严禁两个刹车装置同时刹车，以防电机烧毁和主机内部受损，或其

他意外事故。

（7）操作过程中，如果发现声响不正常，制动不灵，绞车的滚筒、刹车带及轴承等温度剧

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烈上升等异常情况时，必须停车检查，及时排除。

（8）钢丝绳在滚筒上要排列整齐，工作时不可全部放完，在滚筒上至少要保留三圈。 （9）预定任务完成后，应使刹车带置于松刹状态，切断电源，封闭开关；清除绞车上、电

机上堆积的尘土；加工表面涂以保护油，以防锈蚀。

三、维护与修理说明

1.绞车应注意日常维护保养工作，在使用1-2个月后，应把钢丝绳拆除，用油枪通过两油堵孔向滚筒体内挤入半千克左右黄油；拆下挡盘和大内齿轮联接的螺钉，并通过螺孔挤入一定数量的黄油。加油时，必须仔细清除油孔处的灰尘、污垢，勿使其随油进入绞车内部；注油完毕后将油堵拧紧。新绞车或大修理后更换了齿轮的绞车在运转三个月后，必须更换滚筒体内的润滑油，更换时应将零件清洗干净。绞车如果较长时间搁置不用，应通风防潮，其裸露

部分应涂保护油，防止锈蚀。

2.在检修时，发现绞车零件出现以下情况应予以更换：石棉带磨损厚度大于2毫米时，应更换（相应的铆钉也应更换）；因齿轮严重磨损而影响绞车正常运转时应予更换；发现轴承在弹道和滚珠上有金属剥落斑点时，或因轴承磨损后在运转过程中发生不正常的噪音及使温升

不正常时，应更换。

参考文献

[1]李业农主编。机械设计基础。北京高等教育出版社。2010.9。

[2]游文明，李业农主编。机械设计基础课程设计。北京高等教育出

版社。2011.2。

[3]柴鹏飞，王晨兴主编。北京机械工业出版社。2008.1.

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