簡明的介紹一下機(jī)械設(shè)計(jì)中關(guān)于材料、加工工藝、材料力學(xué)、機(jī)架與機(jī)構(gòu)、零件之間的關(guān)系和制圖這6個(gè)基本要素。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

1.材料

非金屬材料：

1． 紅（黑）電木———支架文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

2． 透明亞克力（有機(jī)玻璃）文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

3． 白（黑）塞鋼———放置產(chǎn)品文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

4． 鐵氟龍———放置產(chǎn)品，不傷產(chǎn)品文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

5． 硅膠———耐高溫文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

6．膠文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

• ABS（塑膠） POM———小齒輪
• 硅膠———耐摩擦，有一點(diǎn)彈性（腹膜架）
• 聚胺脂———耐摩擦（壓紙輪），彈力很小
• 橡膠———耐摩擦（有較大彈力）
• 優(yōu)力膠（彈力膠）———耐摩擦，有很大彈力（傳墨棒）

7．石棉———隔熱 隔熱板文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

8．尼龍———齒輪（降低噪音）文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

9．PVC（管，接頭，閥），PP，鋼化玻璃文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/1467.html

10．三叉膠條（鑲嵌有機(jī)玻璃），襯帶（修飾），纖維布

11．密封：

• 生料帶，密封膠（耐腐蝕），玻璃膠（防水），PVC 膠（粘性）;
• 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)

金屬材料

1．鐵

• 灰鑄鐵: HT200,HT250(機(jī)架,齒輪,摩擦滑塊)

技術(shù)要求：鑄件表面無冷隔，裂紋，縮孔，穿透 性缺陷和嚴(yán)重的殘缺缺陷（如欠鑄和機(jī)械損傷）

• 球墨鑄鐵: QT600-3,QT700-2(抗拉強(qiáng)度高,耐磨); QT250(油棒限位套)
• 可煅鑄鐵: KTB350-04
• S136H（不銹鐵）
• 冷扎板———鍍鋅板（SPGC）
• 熱扎板

2．鋼

• 碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q235A=A3（焊件，結(jié)構(gòu)件）
• 優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼：10#（韌性高，可做支撐件），45#（齒輪，軸，蝸桿等），65Mn（彈簧）
• 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：Q295A 合金結(jié)構(gòu)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 不銹鋼：SUS304，SUS316（板，塊）

3．銅

錫青銅（鑄造），非常耐磨 黃銅（H62）

4．鋁及鋁合金 AL6061（塊，板） 鑄造鋁合金（機(jī)殼）

2.加工工藝

銑床（銑刀）鏜孔，絞孔；鉆床（鉆頭）；手電鉆 車床（車刀）；刨床；切割機(jī)

磨床 線切割（慢走絲），火花機(jī) 精雕加工；數(shù)控加工 鑄造（支架） 滾板機(jī)；沖床；焊接

表面處理：砂，擦，拋，磨

鐵（鋼）：高頻淬火，調(diào)質(zhì)處理，熱處理（HRC55-58 度），冷處理，自然時(shí)效，人工時(shí)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(shí)效：放在露天半年到一年或更長時(shí)間，消除內(nèi)應(yīng)力，減小變形，穩(wěn)定尺寸，保持精度。

人工時(shí)效：將工件加熱（鋼 100-150℃，鑄鐵 500-600℃）8-15H 保溫，然后緩慢冷卻到室 溫。

冷處理：淬火后，置于 0℃以下的低溫介質(zhì)（-30℃-150℃），冷卻，使奧氏體變?yōu)轳R氏體， 提高硬度

和耐磨性，穩(wěn)定尺寸，提高鋼的鐵磁性。

3.材料力學(xué)

拉伸壓縮強(qiáng)度計(jì)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(shù)：

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(qiáng)度極限

• 強(qiáng)度條件：бmax=FN/A≦[б](校核強(qiáng)度，設(shè)計(jì)截面，確定許可載荷)
• 虎克定律：

1.[б]=E * ε(許用應(yīng)力=彈性模量 x 應(yīng)變)

2.[б]=Fn/A ε=△L/L

3. △L=Fn*L/E*A(絕對變形=軸力*桿長/彈性模量*橫截面積)

ε’=-u*ε(橫向線應(yīng)變=-泊松比*彈性模量)

ε’=△d/d (橫向線應(yīng)變=橫向絕對變形*桿徑) 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(qiáng)度：

• 強(qiáng)度條件：τmax=Fn/A≦[τ](校核強(qiáng)度，設(shè)計(jì)截面，確定許可載荷)
• 塑性材料[τ]=（0.6-0.8）[б1]（許用拉應(yīng)力） 脆性材料[τ]=（0.8-1.0）[б1] (許用拉應(yīng)力）
• 擠壓強(qiáng)度：τ1max=FN/A≦[τ1]
• 塑性材料[τ1]=（1.5-2.5）[б1]（許用拉應(yīng)力）
• 脆性材料[τ1]=（0.9-1.5）[б1]（許用拉應(yīng)力）
• 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度：M=9550P/nM（外力偶矩）

P：功率（KW） n：轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） τmax=Mmax/Wp≦[τ]

• 塑性材料[τ]=（0.5-0.6）[б1]（許用拉應(yīng)力）
• 脆性材料[τ]=（0.8-1.0）[б1] (許用拉應(yīng)力）
• Wp（扭轉(zhuǎn)截面模量）=pi*D 三次方/16 (實(shí)心)
• Wp（扭轉(zhuǎn)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(shí)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(qiáng)度：

• 強(qiáng)度條件：τmax=Mmax/Wz(抗彎截面模量)≦[τ](校核強(qiáng)度，設(shè)計(jì)截面，確定許可載荷)

Wz:抗彎截面模量；Iz:軸慣性距

• 彎曲決定因素：強(qiáng)度，扭度，轉(zhuǎn)角
• 材料力學(xué)對設(shè)備影響：安全性，穩(wěn)定性，材料是否節(jié)省
• 設(shè)備不穩(wěn)定因素：

1.加工尺寸錯(cuò)誤

2.裝配有誤

3.材料內(nèi)力變化

4.強(qiáng)度大于許用應(yīng)力

4.機(jī)構(gòu)

1.動(dòng)力源:

A.汽缸:無桿,單桿,雙桿,旋轉(zhuǎn)汽缸,機(jī)械手

B.馬達(dá):普通馬達(dá),變速馬達(dá),電磁剎車馬達(dá), 步進(jìn)馬達(dá), 伺服馬達(dá) 吸風(fēng)機(jī),鼓風(fēng)機(jī),真空泵,抽油泵

伺服馬達(dá)，步進(jìn)馬達(dá)的計(jì)算公式:

1.自啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)(低速領(lǐng)域，大的加速轉(zhuǎn)矩)

運(yùn)轉(zhuǎn)派波速度：動(dòng)作派波數(shù)/定位時(shí)間（動(dòng)作派波數(shù)=(L/Lrev)*(360 度/θs）)（θs 為 step 角）

2. 加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：

• 加速時(shí)間=定位時(shí)間*0.25(s)
• 運(yùn)轉(zhuǎn)派波速度 f[HZ]

=（動(dòng)作派波數(shù)-啟動(dòng)派波數(shù)*加減速時(shí)間）/（定位時(shí)間-加減速時(shí)間）=(A-f1*t1)/(t0-t1)

• 運(yùn)轉(zhuǎn)速度=（運(yùn)轉(zhuǎn)派波速度*step 角*60）/360

3.計(jì)算加速轉(zhuǎn)矩：

3.1自啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：

Ta=[轉(zhuǎn)子慣性慣量+全慣性慣量）*pi*step 角*（運(yùn)轉(zhuǎn)派波數(shù)）平方/180 度*系數(shù)]

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

3.2加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：

• Ta=[轉(zhuǎn)子慣性慣量+全慣性慣量）*pi*step 角*（運(yùn)轉(zhuǎn)派波速度-啟動(dòng)派波速度）/180度*加減速時(shí)間]

=[(Jo/i 平方+Jl)*pi*θs*（f2-f1）/180 度*t1]

• 必要轉(zhuǎn)矩： 必要轉(zhuǎn)矩=（負(fù)載轉(zhuǎn)矩+加速轉(zhuǎn)矩）*安全率=（Tl+Ta）*（1.5~2） 加減速斜率：
• 加減速斜率=(加減速時(shí)間/運(yùn)轉(zhuǎn)派波速度-啟動(dòng)派波速度) = (t1/f2-f1) >20 或 30（部分伺服步進(jìn) 條件）
• 慣性慣量比=（機(jī)器全慣性慣量/馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）=Jl/J0*減速比的平方<10
• 負(fù)載轉(zhuǎn)矩：

絲桿驅(qū)動(dòng)：Tl=[（F*P1/2*pi*η）+(μoFoP1/2pi)]/i F=F1+mg(sinα+μcosα)

皮帶輪驅(qū)動(dòng)：Tl=[（μF1+mg）*D/2*pi*η）/2*i

齒輪，齒條傳動(dòng)：Tl=（F*pi*D /2*pi*η*i）=（ F*D /2*η*i） F=F1+mg(sinα+μcosα)

實(shí)測：Tl=F1*D/2

Tl=負(fù)載轉(zhuǎn)矩 F=軸向載重 F1=外力 m=總質(zhì)量（kg） Fo=預(yù)壓載重=1/3 F

μo=為預(yù)壓螺帽內(nèi)部摩擦系數(shù)（0.1~0.3）

μ=滑動(dòng)面摩擦系數(shù)（0.05）

η=效率（0.85~0.95）

i=減速比 P1=螺桿螺距

α=傾斜角

D=直徑

g=重力加速度（9.8）

伺服馬達(dá)，步進(jìn)馬達(dá)選用方法：

1． 必要解析度 θs= [360*要求解析度（ΔL）/絲桿螺距] ΔL 為 0.03mm/step

2． 派波數(shù)

3． 加減速時(shí)間=定位時(shí)間*0.25

4． 派波速度=(A-f1*t1)/(t0-t1)

5． 運(yùn)轉(zhuǎn)速度=（f2*θs*60/360）

6． 必要轉(zhuǎn)矩： 必要轉(zhuǎn)矩=（負(fù)載轉(zhuǎn)矩+加速轉(zhuǎn)矩）*安全率=（Tl+Ta）*（1.5~2） 7．加減速斜率：

加減速斜率=(加減速時(shí)間/運(yùn)轉(zhuǎn)派波速度-啟動(dòng)派波速度) = (t1/f2-f1) >20 或 30（部分伺服步進(jìn) 條件）

8．慣性慣量比=（機(jī)器全慣性慣量/馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）=Jl/J0*減速比的平方<10

AC 減速馬達(dá)，調(diào)速馬達(dá)，電磁剎車馬達(dá)等選用方法：
1． 速度——轉(zhuǎn)數(shù)

2． 必要轉(zhuǎn)矩=負(fù)載轉(zhuǎn)矩*2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩=絲桿驅(qū)動(dòng)：Tl=[（F*P1/2*pi*η）+(μoFoP1/2pi)]/i F

=F1+mg(sinα+μcosα)

皮帶輪驅(qū)動(dòng)：

Tl=[（μF1+mg）*D/2*pi*η）/2*i

齒輪，小齒條傳動(dòng)：

Tl=（F*pi*D /2*pi*η*i）=（ F*D /2*η*i） F=F1+mg(sinα+μcosα)

實(shí)測：Tl=F1*D/2

3． 全慣性慣量≤永許慣量=J*i 的平方

電動(dòng)機(jī)選型比較法：

鉗形電流表測量比較低于額定電流 70%為大馬拉小車 鉗形電流表測量比較高于額定電流 40%為小馬拉

大車

分割器扭矩計(jì)算方法

分割數(shù)：S=8

驅(qū)動(dòng)時(shí)間 1/3；定位時(shí)間 2/3

驅(qū)動(dòng)角 θ=360*驅(qū)動(dòng)時(shí)間/（驅(qū)動(dòng)時(shí)間+定位時(shí)間）=120° 回轉(zhuǎn)數(shù) N：N=60rpm

效率：η 凸輪系改良之正玄曲線 最大非向性速度 Vm=1.76 最大非向性加速度 Am=5.53 凸輪軸最大扭

力系數(shù) Qm=0.99

出力軸最大角加速度 α=Am*（2PI/S）*[（360/θ）*（N/60）]的平方 慣性扭矩 Ti=I*α I 為全慣性慣量

實(shí)際負(fù)載扭矩 Te=（Ti+Tf）*1.8 Tf 為摩擦轉(zhuǎn)矩 入立軸轉(zhuǎn)矩：

Tc=[360/（θ*S）]*Qm*Te 功率 P=（Tc*N）/（9750*η）

風(fēng)扇選定公式：

Po=η(Po+Pl)

Pl=[Po(1-η)/ η]=1071W

必要風(fēng)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] 最大風(fēng)速為 V1=V*（1.5~2） 空氣密度 ρ=1.1

空氣比熱 cp =1000

慣性慣量計(jì)算公式：
圓柱體：

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）] 偏心圓柱體：

JX= Jx+m*L 的平方 中空圓柱體：

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）}

立方體：

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） 不通過重心的轉(zhuǎn)軸之慣性慣量：

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） 直線運(yùn)動(dòng)物體慣性慣量：

J=m*(v/w)的平方

=m*(A/2pi)的平方[kg.平方米]

2．齒輪，鏈輪，帶輪 減小累計(jì)誤差方法：
1．模數(shù)減小；2 加工精度；3 增加傳動(dòng)齒輪數(shù)。 傳動(dòng)比=主傳動(dòng)齒數(shù)比/從動(dòng)齒數(shù)比=起始齒輪齒數(shù)*連軸末齒輪/最末齒輪齒數(shù)*連軸起齒數(shù) 直齒（徑向力）：外直齒，內(nèi)直齒（在同一軸上改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向） 參數(shù)：模數(shù)，齒數(shù)，壓力角
斜齒輪(軸向，徑向力)： 參數(shù)：模數(shù)，齒數(shù)，壓力角，螺旋方向，螺旋角 m=z/cosθ
錐齒輪： 參數(shù)：大端分度圓直徑，齒數(shù)，大端模數(shù)，分錐角 θ
蝸桿：模數(shù)，蝸桿頭數(shù)，齒形角，導(dǎo)程角，旋線方向，中心距 蝸輪：模數(shù)，蝸桿頭數(shù)，齒形角，中心距
同步輪：P 節(jié)距 絲桿：外徑，螺旋方向，螺距 鏈輪：
節(jié)距 P，齒數(shù) Z，滾子直徑 d，鏈高 H2 分度圓直徑：d=P/sin(180/Z) 齒頂圓：dmax=d+1.25*p-d1 齒根圓：dmin=d-d1 凸緣直徑：dt=p*cot(180/z)-1.04H2-0.76
鏈條:節(jié)距，內(nèi)節(jié)內(nèi)寬，滾子直徑，銷直徑，銷長，鏈高，鏈厚
3．軸，軸承運(yùn)用 無內(nèi)環(huán)針型滾柱軸承 角力球軸承 推力球軸承 軸承的按裝方法： 1.襯蓋，襯套，端蓋
2.單板承載——襯套，加內(nèi)套調(diào)節(jié)
3．軸承夾緊
4．滾筒部件組裝
5．氣動(dòng)離合器，彈簧離合器
6．磁粉制動(dòng)器，電磁制動(dòng)器
7．皮帶打滑，零件打滑
8．軸承做滾子用

4．運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 凸輪（板形，柱形），偏心輪（重型利用慣性，一半大，一半小），曲軸 槽桿，撐桿，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（自由度，急回特性） 絲桿，齒輪齒條（定距控制）
滑輪，皮帶，鏈條（任意方向控制） 聯(lián)軸器
離合器：插銷離合器，齒合離合器，牙嵌式離合器，摩擦式離合器，電磁離合器，電氣離合器 凸輪與齒輪多轉(zhuǎn)離合，凸輪單轉(zhuǎn)離合

彈簧：拉伸，壓縮，扭轉(zhuǎn)，渦漩，轉(zhuǎn)角 齒輪，鏈輪，帶輪
間歇機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)，滾珠，棘輪（棘爪，雙棘爪，可調(diào)棘爪，搖擺棘爪），槽輪（外槽，內(nèi)槽，空間 槽輪），部分齒輪（外齒，內(nèi)齒），凸輪
5．夾具（圓盤上，邊緣，產(chǎn)品夾具）
1．凸輪，偏心輪，曲軸（自身，自身+彈簧，凸輪壓緊），連桿，齒輪齒條
2．彈簧+內(nèi)六角螺絲；彈力膠
3．?dāng)[動(dòng)+螺絲鎖緊 擺動(dòng)+彈簧+螺絲鎖緊
擺動(dòng)+渦輪渦桿（正向轉(zhuǎn)動(dòng)，防止震動(dòng)）
4．直線+壓緊輪 直線直接壓緊
連接件：蝶形螺絲，梅花螺絲，旋扭螺絲，調(diào)位手柄，球頭手柄，六角螺母

6．調(diào)節(jié)
滑塊滑動(dòng)（X，Y 方向同時(shí)調(diào)節(jié)），擺動(dòng)，螺母調(diào)節(jié)，螺母左右調(diào)節(jié) 絲桿調(diào)節(jié)，絲桿+旋扭，絲桿+直線凸輪
偏心輪，凸輪，曲軸 齒輪齒條，蝸輪蝸桿 齒輪在兩塊調(diào)節(jié)板之間
調(diào)節(jié)件：蝶形螺絲，梅花螺絲，旋扭螺絲，調(diào)位手柄，球頭手柄，六角螺母 搖手，表盤搖手等
調(diào)節(jié)尺度：直尺 千分尺 調(diào)節(jié)旋扭 調(diào)節(jié)直尺 百分表（千分表） 分度盤
5．零件之間的關(guān)系：
螺絲（平墊，彈墊，鎖定），螺母（鎖緊軸承），插銷（定位，固定） 卡環(huán)，鍵+螺絲，（銷釘，彈簧銷），滑塊+螺絲，滑塊夾緊，齒形，四面阻擋，無形力（磁鐵，吸 盤）
6．制圖
三視圖，剖視圖，局部視圖，輔助視圖，深度剖視圖，斷裂視圖 幾何公差（基孔制，基軸制）（配合，定位）（GB/T 1800.3-2005 IT8） 形位公差（配合，定位）（GB/T 1184-2005）
基孔制（下偏差為 0，基本偏差代號“H”），基軸制（上偏差為 0，基本偏差代號“h”）：間隙配合， 過渡配合，過盈配合 配合優(yōu)先用機(jī)孔制，但特殊情況用基軸制（冷拉鋼，在同一基本尺寸的軸上，與某些標(biāo)準(zhǔn)件外購 件配合用）
間隙配合：最大間隙 L-最小間隙 d=配合公差 過渡配合：最大間隙 L-最大過盈 d=配合公差 過盈配合：最小過盈 c-最大過盈 d=配合公差 注意：過盈為絕對值的負(fù)號。

粗糙度 加工工藝：砂，擦，拋光，打磨
鐵（鋼）：高頻淬火（35~38 度，調(diào)質(zhì)處理（28~30 度，熱處理（HRC55-58 度），冷處理， 自然時(shí)效，人工時(shí)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(shí)效：放在露天半年到一年或更長時(shí)間，消除內(nèi)應(yīng)力，減小變形，穩(wěn)定尺寸，保持精度。 人工時(shí)效：將工件加熱（鋼 100-150℃，鑄鐵 500-600℃）8-15H 保溫，然后緩慢冷卻到室 溫。
冷處理：淬火后，置于 0℃以下的低溫介質(zhì)（-30℃-150℃），冷卻，使奧氏體變?yōu)轳R氏體， 提高硬度和耐磨性，穩(wěn)定尺寸，提高鋼的鐵磁性。