非标機械設計方法總結（一）

機械設計基本6要素：

1.材料 2.加工工藝 3.材料力學

4.機架與機構 5.零件之間的關系 6.制圖

機械思想基本6要素：

1.上料 2.送料 3.分料

4.傳料 5.動作執行 6.動作方式

機械設計邏輯思路簡圖：

1.材料

A.非金屬材料：

1． 紅（黑）電木———支架

2． 透明亞克力（有機玻璃）

3． 白（黑）塞鋼———放置産品

4． 鐵氟龍———放置産品，不傷産品

5． 矽膠———耐高溫

ABS（塑膠）

POM———小齒輪

聚胺脂———耐摩擦（壓紙輪），彈力很小

6．膠 矽膠———耐摩擦，有一點彈性（腹膜架）

橡膠———耐摩擦（有較大彈力）

優力膠（彈力膠）———耐摩擦，有很大彈力（傳墨棒）

7．石棉———隔熱 隔熱闆

8．尼龍———齒輪（降低噪音）

9．PVC（管，接頭，閥），PP，鋼化玻璃

10．三叉膠條（鑲嵌有機玻璃），襯帶（修飾），纖維布

11．密封：A.生料帶，密封膠（耐腐蝕），玻璃膠（防水），PVC 膠（粘性）;

B.氟橡膠, PEEK,PVDF,三元乙炳膠, OVA 膠條

例外:鐵氟龍膠布(耐高溫),喉箍,肘夾(快速夾) ,拉緊扣(快速夾)

B.金屬材料

1．鐵

灰鑄鐵:HT200,HT250(機架,齒輪,摩擦滑塊)技術要求：鑄件表面無冷隔，裂紋，縮孔，穿透

性缺陷和嚴重的殘缺缺陷（如欠鑄和機械損傷）

球墨鑄鐵:QT600-3,QT700-2(抗拉強度高,耐磨),QT250(油棒限位套)

可煅鑄鐵:KTB350-04

S136H（不鏽鐵）

冷紮闆———鍍鋅闆（SPGC）

熱紮闆

2．鋼

碳素結構鋼：Q235A=A3（焊件，結構件）

優質結構鋼：10#（韌性高，可做支撐件），45#（齒輪，軸，蝸杆等），65Mn（彈簧）

低合金高強度結構鋼：Q295A

合金結構鋼：40Cr，45Cr（齒輪，軸，曲軸，摩擦滑塊），鍍鉻棒

型鋼：冷拉圓鋼（方鋼，角鋼，扁鋼），屈服極限高，塑性差

例外：角鐵，角鋁

鋼管：普通鋼管，焊接鋼管，無縫鋼管

不鏽鋼：SUS304，SUS316（闆，塊）

3．銅

錫青銅（鑄造），非常耐磨

黃銅（H62）3

4．鋁及鋁合金

AL6061（塊，闆）

鑄造鋁合金（機殼）

2．加工工藝

銑床（銑刀）镗孔，絞孔；鑽床（鑽頭）；手電鑽

車床（車刀）；刨床；切割機————

磨床

線切割（慢走絲），火花機

精雕加工；數控加工

鑄造（支架）

滾闆機；沖床；焊接

表面處理：砂，擦，抛，磨

鐵（鋼）：高頻淬火，調質處理，熱處理（HRC55-58 度），冷處理，自然時效，人工時效，

表面黑色，鍍鉻，電泳，烤漆（亮白，光滑電腦白漆，皺紋白，暖灰色，黑色）

鋁：氧化黑（白）色，電硬黑（白），噴砂氧化，茶色氧化

自然時效：放在露天半年到一年或更長時間，消除内應力，減小變形，穩定尺寸，保持精度。

人工時效：将工件加熱（鋼 100-150℃，鑄鐵 500-600℃）8-15H 保溫，然後緩慢冷卻到室

溫。

冷處理：淬火後，置于 0℃以下的低溫介質（-30℃-150℃），冷卻，使奧氏體變為馬氏體，

提高硬度和耐磨性，穩定尺寸，提高鋼的鐵磁性。

拉伸壓縮強度計算：

塑性材料：[б]= бs/ns (拉伸=壓縮)

脆性材料：[б]== бb/nb 壓縮=（4-5）x 拉伸

安全系數：

ns=1.2-2.0 nb=2.0-3.5

бp___比例極限 бe____彈性極限 бs___屈服極限 бb____強度極限

強度條件：бmax=FN/A≦[б](校核強度，設計截面，确定許可載荷)

虎克定律：

1.[б]=E * ε(許用應力=彈性模量 x 應變)

2.[б]=Fn/A ε=△L/L

3. △L=Fn*L/E*A(絕對變形=軸力*杆長/彈性模量*橫截面積)

ε’=-u*ε(橫向線應變=-泊松比*彈性模量)

ε’=△d/d (橫向線應變=橫向絕對變形*杆徑) ε=△L/L

伸長率：δ=(L1-L)/L 斷面收縮率：(A1-A)/A

δ>5％為塑性材料 δ<5％為脆性材料

剪切強度：

強度條件：τmax=Fn/A≦[τ](校核強度，設計截面，确定許可載荷)。

塑性材料[τ]=（0.6-0.8）[б1]（許用拉應力）

脆性材料[τ]=（0.8-1.0）[б1] (許用拉應力）

擠壓強度：τ1max=FN/A≦[τ1]

塑性材料[τ1]=（1.5-2.5）[б1]（許用拉應力）

脆性材料[τ1]=（0.9-1.5）[б1]（許用拉應力）

扭轉強度：

M=9550P/n

M（外力偶矩） P：功率（KW） n：轉數（r/min）

τmax=Mmax/Wp≦[τ]

塑性材料[τ]=（0.5-0.6）[б1]（許用拉應力）

脆性材料[τ]=（0.8-1.0）[б1] (許用拉應力）

Wp（扭轉截面模量）=pi*D 三次方/16 (實心)

Wp（扭轉截面模量）=pi*D 三次方/16*（1-α 四次方） （空心）

Ip（極慣性矩）=pi*D 四次方/32 (實心)

Ip（極慣性矩）=pi*D 四次方/32*（1-α 四次方） （空心）

α= d/D

彎曲強度：

強度條件：τmax=Mmax/Wz(抗彎截面模量)≦[τ](校核強度，設計截面，确定許可載荷)

Wz:抗彎截面模量 Iz:軸慣性距

彎曲決定因素：強度，扭度，轉角

材料力學對設備影響：安全性，穩定性，材料是否節省5

設備不穩定因素：

1． 加工尺寸錯誤

2． 裝配有誤

3． 材料内力變化

4． 強度大于許用應力

4.機架與機構

A．機架

整體機架：1. SB 橫梁，C 形槽，角鐵，圓形管，方形管，長方形管,鋁型材

2. 鑄造機體

局部機架: 1. 鋁型材,直立闆 調節盤,加強筋,橋型

直立闆, 傾斜闆,水平闆

2. 柱子 ,闆 柱子, 闆 柱子 闆

3. 箱體,直立闆 柱體

零件形狀構成：圓型，方型（兩邊形），三邊形，四邊形，五邊形，六變形…………………

坐标系

B．機構

1.動力源:

A.汽缸:無杆,單杆,雙杆,旋轉汽缸,機械手

B.馬達:普通馬達,變速馬達,電磁刹車馬達, 步進馬達, 伺服馬達

吸風機,鼓風機,真空泵,抽油泵

各種馬達計算公式:

A．伺服馬達，步進馬達

1．自啟動運轉(低速領域，大的加速轉矩)

運轉派波速度：動作派波數/定位時間（動作派波數=(L/Lrev)*(360 度/θs）)

（θs 為 step 角）

2．加速運轉時：

加速時間=定位時間*0.25(s)

運轉派波速度 f[HZ]=（動作派波數-啟動派波數*加減速時間）/（定位時間-加減速時間）

=(A-F1*t1)/(t0-t1)

運轉速度=（運轉派波速度*step 角*60）/360

計算加速轉矩：

自啟動運轉時：Ta=[轉子慣性慣量 全慣性慣量）*pi*step 角*（運轉派波數）平方/180 度*系數]

=[(Jo*i 平方 Jl)*pi*θs*f2 平方/180 度*n] n=3.6 度/θs6

加速運轉時：Ta=[轉子慣性慣量 全慣性慣量）*pi*step 角*（運轉派波速度-啟動派波速度）/180

度*加減速時間]=[(Jo/i 平方 Jl)*pi*θs*（f2-f1）/180 度*t1]

必要轉矩：

必要轉矩=（負載轉矩 加速轉矩）*安全率=（Tl Ta）*（1.5~2）

加減速斜率：

加減速斜率=(加減速時間/運轉派波速度-啟動派波速度) = (t1/f2-f1) >20 或 30（部分伺服步進

條件）

慣性慣量比=（機器全慣性慣量/馬達轉子轉動慣量）=Jl/J0*減速比的平方<10

負載轉矩：

絲杆驅動：Tl=[（F*P1/2*pi*η） (μoFoP1/2pi)]/i

F=F1 mg(sinα μcosα)

皮帶輪驅動：

Tl=[（μF1 mg）*D/2*pi*η）/2*i

齒輪，小齒條傳動：

Tl=（F*pi*D /2*pi*η*i）=（ F*D /2*η*i）

F=F1 mg(sinα μcosα)

實測：Tl=F1*D/2

Tl=負載轉矩

F=軸向載重

F1=外力

m=總質量（kg）

Fo=預壓載重=1/3 F

μo=為預壓螺帽内部摩擦系數（0.1~0.3）

μ=滑動面摩擦系數（0.05）

η=效率（0.85~0.95）

i=減速比

P1=螺杆螺距

α=傾斜角

D=直徑

g=重力加速度（9.8）

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