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1机械设计方法总结机械设计基本6要素：1.材料2.加工工艺3.材料力学4.机架与机构5.零件之间的关系6.制图机械思想基本6要素：1.上料2.送料3.分料4.传料5.动作执行6.动作方式机械设计逻辑思路简图：机架与机构零件之间的关系制图材料，材料力学和加工工艺动作执行动作方式传料分料送料上料21.材料A.非金属材料：1．红（黑）电木———支架2．透明亚克力（有机玻璃）3．白（黑）塞钢———放置产品4．铁氟龙———放置产品，不伤产品5．硅胶———耐高温ABS（塑胶）POM———小齿轮聚胺脂———耐摩擦（压纸轮），弹力很小6．胶硅胶———耐摩擦，有一点弹性（腹膜架）橡胶———耐摩擦（有较大弹力）优力胶（弹力胶）———耐摩擦，有很大弹力（传墨棒）7．石棉———隔热隔热板8．尼龙———齿轮（降低噪音）9．PVC（管，接头，阀），PP，钢化玻璃10．三叉胶条（镶嵌有机玻璃），衬带（修饰），纤维布11．密封：A.生料带，密封胶（耐腐蚀），玻璃胶（防水），PVC胶（粘性）;B.氟橡胶,PEEK,PVDF,三元乙炳胶,OVA胶条例外:铁氟龙胶布(耐高温),喉箍,肘夹(快速夹),拉紧扣(快速夹)B.金属材料1．铁灰铸铁:HT200,HT250(机架,齿轮,摩擦滑块)技术要求：铸件表面无冷隔，裂纹，缩孔，穿透性缺陷和严重的残缺缺陷（如欠铸和机械损伤）球墨铸铁:QT600-3,QT700-2(抗拉强度高,耐磨),QT250(油棒限位套)可煅铸铁:KTB350-04S136H（不锈铁）冷扎板———镀锌板（SPGC）热扎板2．钢碳素结构钢：Q235A=A3（焊件，结构件）优质结构钢：10#（韧性高，可做支撑件），45#（齿轮，轴，蜗杆等），65Mn（弹簧）低合金高强度结构钢：Q295A合金结构钢：40Cr，45Cr（齿轮，轴，曲轴，摩擦滑块），镀铬棒型钢：冷拉圆钢（方钢，角钢，扁钢），屈服极限高，塑性差例外：角铁，角铝钢管：普通钢管，焊接钢管，无缝钢管不锈钢：SUS304，SUS316（板，块）3．铜锡青铜（铸造），非常耐磨黄铜（H62）34．铝及铝合金AL6061（块，板）铸造铝合金（机壳）2．加工工艺铣床（铣刀）镗孔，绞孔；钻床（钻头）；手电钻车床（车刀）；刨床；切割机————磨床线切割（慢走丝），火花机精雕加工；数控加工铸造（支架）滚板机；冲床；焊接表面处理：砂，擦，抛，磨铁（钢）：高频淬火，调质处理，热处理（HRC55-58度），冷处理，自然时效，人工时效，表面黑色，镀铬，电泳，烤漆（亮白，光滑电脑白漆，皱纹白，暖灰色，黑色）铝：氧化黑（白）色，电硬黑（白），喷砂氧化，茶色氧化自然时效：放在露天半年到一年或更长时间，消除内应力，减小变形，稳定尺寸，保持精度。人工时效：将工件加热（钢100-150℃，铸铁500-600℃）8-15H保温，然后缓慢冷却到室温。冷处理：淬火后，置于0℃以下的低温介质（-30℃-150℃），冷却，使奥氏体变为马氏体，提高硬度和耐磨性，稳定尺寸，提高钢的铁磁性。3.材料力学拉伸压缩强度计算：塑性材料：[б]=бs/ns(拉伸=压缩)脆性材料：[б]==бb/nb压缩=（4-5）x拉伸安全系数：ns=1.2-2.0nb=2.0-3.5бp___比例极限бe____弹性极限бs___屈服极限бb____强度极限强度条件：бmax=FN/A≦[б](校核强度，设计截面，确定许可载荷)虎克定律：1.[б]=E*ε(许用应力=弹性模量x应变)2.[б]=Fn/Aε=△L/L3.△L=Fn*L/E*A(绝对变形=轴力*杆长/弹性模量*横截面积)ε’=-u*ε(横向线应变=-泊松比*弹性模量)ε’=△d/d(横向线应变=横向绝对变形*杆径)ε=△L/L伸长率：δ=(L1-L)/L断面收缩率：(A1-A)/Aδ5％为塑性材料δ5％为脆性材料剪切强度：强度条件：τmax=Fn/A≦[τ](校核强度，设计截面，确定许可载荷)4塑性材料[τ]=（0.6-0.8）[б1]（许用拉应力）脆性材料[τ]=（0.8-1.0）[б1](许用拉应力）挤压强度：τ1max=FN/A≦[τ1]塑性材料[τ1]=（1.5-2.5）[б1]（许用拉应力）脆性材料[τ1]=（0.9-1.5）[б1]（许用拉应力）扭转强度：M=9550P/nM（外力偶矩）P：功率（KW）n：转数（r/min）τmax=Mmax/Wp≦[τ]塑性材料[τ]=（0.5-0.6）[б1]（许用拉应力）脆性材料[τ]=（0.8-1.0）[б1](许用拉应力）Wp（扭转截面模量）=pi*D三次方/16(实心)Wp（扭转截面模量）=pi*D三次方/16*（1-α四次方）（空心）Ip（极惯性矩）=pi*D四次方/32(实心)Ip（极惯性矩）=pi*D四次方/32*（1-α四次方）（空心）α=d/D弯曲强度：强度条件：τmax=Mmax/Wz(抗弯截面模量)≦[τ](校核强度，设计截面，确定许可载荷)Wz:抗弯截面模量Iz:轴惯性距弯曲决定因素：强度，扭度，转角材料力学对设备影响：安全性，稳定性，材料是否节省5设备不稳定因素：1．加工尺寸错误2．装配有误3．材料内力变化4．强度大于许用应力4.机架与机构A．机架整体机架：1.SB横梁，C形槽，角铁，圆形管，方形管，长方形管,铝型材2.铸造机体局部机架:1.铝型材,直立板+调节盘,加强筋,桥型直立板,倾斜板,水平板2.柱子,板+柱子,板+柱子+板3.箱体,直立板+柱体零件形状构成：圆型，方型（两边形），三边形，四边形，五边形，六变形…………………坐标系B．机构1.动力源:A.汽缸:无杆,单杆,双杆,旋转汽缸,机械手B.马达:普通马达,变速马达,电磁刹车马达,步进马达,伺服马达吸风机,鼓风机,真空泵,抽油泵各种马达计算公式:A．伺服马达，步进马达1．自启动运转(低速领域，大的加速转矩)运转派波速度：动作派波数/定位时间（动作派波数=(L/Lrev)*(360度/θs）)（θs为step角）2．加速运转时：加速时间=定位时间*0.25(s)运转派波速度f[HZ]=（动作派波数-启动派波数*加减速时间）/（定位时间-加减速时间）=(A-f1*t1)/(t0-t1)运转速度=（运转派波速度*step角*60）/360计算加速转矩：自启动运转时：Ta=[转子惯性惯量+全惯性惯量）*pi*step角*（运转派波数）平方/180度*系数]=[(Jo*i平方+Jl)*pi*θs*f2平方/180度*n]n=3.6度/θs6加速运转时：Ta=[转子惯性惯量+全惯性惯量）*pi*step角*（运转派波速度-启动派波速度）/180度*加减速时间]=[(Jo/i平方+Jl)*pi*θs*（f2-f1）/180度*t1]必要转矩：必要转矩=（负载转矩+加速转矩）*安全率=（Tl+Ta）*（1.5~2）加减速斜率：加减速斜率=(加减速时间/运转派波速度-启动派波速度)=(t1/f2-f1)20或30（部分伺服步进条件）惯性惯量比=（机器全惯性惯量/马达转子转动惯量）=Jl/J0*减速比的平方10负载转矩：丝杆驱动：Tl=[（F*P1/2*pi*η）+(μoFoP1/2pi)]/iF=F1+mg(sinα+μcosα)皮带轮驱动：Tl=[（μF1+mg）*D/2*pi*η）/2*i齿轮，小齿条传动：Tl=（F*pi*D/2*pi*η*i）=（F*D/2*η*i）F=F1+mg(sinα+μcosα)实测：Tl=F1*D/2Tl=负载转矩F=轴向载重F1=外力m=总质量（kg）Fo=预压载重=1/3Fμo=为预压螺帽内部摩擦系数（0.1~0.3）μ=滑动面摩擦系数（0.05）η=效率（0.85~0.95）i=减速比P1=螺杆螺距α=倾斜角D=直径g=重力加速度（9.8）伺服马达，步进马达选用方法：1．必要解析度θs=[360*要求解析度（ΔL）/丝杆螺距]ΔL为0.03mm/step2．派波数3．加减速时间=定位时间*0.254．派波速度=(A-f1*t1)/(t0-t1)5．运转速度=（f2*θs*60/360）6．必要转矩：必要转矩=（负载转矩+加速转矩）*安全率=（Tl+Ta）*（1.5~2）7．加减速斜率：加减速斜率=(加减速时间/运转派波速度-启动派波速度)=(t1/f2-f1)20或30（部分伺服步进条件）8．惯性惯量比=（机器全惯性惯量/马达转子转动惯量）=Jl/J0*减速比的平方10AC减速马达，调速马达，电磁刹车马达等选用方法：71．速度——转数2．必要转矩=负载转矩*2负载转矩=丝杆驱动：Tl=[（F*P1/2*pi*η）+(μoFoP1/2pi)]/iF=F1+mg(sinα+μcosα)皮带轮驱动：Tl=[（μF1+mg）*D/2*pi*η）/2*i齿轮，小齿条传动：Tl=（F*pi*D/2*pi*η*i）=（F*D/2*η*i）F=F1+mg(sinα+μcosα)实测：Tl=F1*D/23．全惯性惯量≤永许惯量=J*i的平方电动机选型比较法：钳形电流表测量比较低于额定电流70%为大马拉小车钳形电流表测量比较高于额定电流40%为小马拉大车分割器扭矩计算方法分割数：S=8驱动时间1/3；定位时间2/3驱动角θ=360*驱动时间/（驱动时间+定位时间）=120°回转数N：N=60rpm效率：η凸轮系改良之正玄曲线最大非向性速度Vm=1.76最大非向性加速度Am=5.53凸轮轴最大扭力系数Qm=0.99出力轴最大角加速度α=Am*（2PI/S）*[（360/θ）*（N/60）]的平方惯性扭矩Ti=I*αI为全惯性惯量实际负载扭矩Te=（Ti+Tf）*1.8Tf为摩擦转矩入立轴转矩：Tc=[360/（θ*S）]*Qm*Te功率P=（Tc*N）/（9750*η）风扇选定公式：Po=η(Po+Pl)Pl=[Po(1-η)/η]=1071W必要风速；Q=m*cp*(T-Ta)=ρv*cp*(T-Ta)V=Q/ρ*cp*(T-Ta)=[1071/1.1*1000*(60-30)]=0.032[米立方/s]=1.92[米立方/min]最大风速为V1=V*（1.5~2）空气密度ρ=1.1空气比热cp=1000惯性惯量计算公式：8圆柱体：Jx=1/8*m*D的平方=pi*ρ*L*D的四次方Jy=1/4*m[（D的平方/4）+（L的平方/3）]偏心圆柱体：JX=Jx+m*L的平方中空圆柱体：Jx=1/8*m*（D1的平方+D2的平方）=[pi*ρ*L*（D1的四次方-D2的四次方）/32]Jy=1/4*m{[（D1的平方+D2的平方）/4]+（L的平方/3）}立方体：Jx=1/12*m*（A的平方+B的平方）=1/12*ρ*A*B*C*（A的平方+B的平方）Jy=1/12*m*（B的平方+C的平方）=1/12*ρ*A*B*C*（B的平方+C的平方）不通过重心的转轴之惯性惯量：JX=Jxo+m*L的平方=1/12*ρ*A*B*C*（A的平方+B的平方+12L的平方）直线运动物体惯性惯量：J=m*(v/w)的平方=m*(A/2pi)的平方[kg.平方米]92．齿轮，链轮，带轮减小累计误差方法：1．模数减小；2加工精度；3增加传动齿轮数。传动比=主传动齿数比/从动齿数比=起始齿轮齿数*连轴末齿轮/最末齿轮齿数*连轴起齿数直齿（径向力）：外直齿，内直齿（在同一轴上改变转动方向）参数：模数，齿数，压力角斜齿轮(轴向，径向力)：参数：模数，齿数，压力角，螺旋方向，螺旋角m=z/cosθ锥齿轮：参数：大端分度圆直径，齿数，大端模数，分锥角θ蜗杆：模数，蜗杆头数，齿形角，导程角，旋线方向，中心距蜗轮：模数，蜗杆头数，齿形角，中心距同步轮：P节距丝杆：外径，螺旋方向，螺距链轮：节距P，齿数Z，滚子直径d，链高H2分度圆直径：d=P/sin(180/Z)齿顶圆：dmax=d+1.25*p-d1齿根圆：dmin=d-d1凸缘直径：dt=p*cot(180/z)-1.04H2-0.76链条:节距，内节内宽，滚子直径，销直径，销长，链高，链厚3．轴，轴承运用无内环针型滚柱轴承