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非標機械設計總結,非常實用、很全面

2019-10-09 23:02:11??????點擊:

機械設計基本 6 要素:

材料、.加工工藝、材料力學、機架與機構 、零件之間的關系、制圖

機械思想基本 6 要素:

上料、送料、分料、傳料、動作執行、動作方式

機械設計邏輯思路簡圖:

 

一. 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———放置產品

4. 鐵氟龍———放置產品,不傷產品

5. 硅膠———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 硅膠———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 隔熱板

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(不銹鐵)

冷扎板———鍍鋅板(SPGC)

熱扎板

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,蝸桿等),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(機殼)

二 . 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————磨床

線切割(慢走絲),火花機

精雕加工;數控加工

鑄造(支架)

滾板機;沖床;焊接

表面處理:砂,擦,拋,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,消除內應力,減小變形,穩定尺寸,保持精度。

人工時效: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(-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。

三、 材料力學

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,確定許可載荷)

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*桿長/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*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<>

剪切強度:

強度條件:τmax=Fn/A≦[τ](校核強度,設計截面,確定許可載荷)

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

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

設備不穩定因素:

1. 加工尺寸錯誤

2. 裝配有誤

3. 材料內力變化

4. 強度大于許用應力

四、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

1. 鑄造機體

局部機架:

1. 鋁型材,直立板+調節盤、加強筋、橋型、直立板、 傾斜板、水平板

2. 柱子 ,板+柱子, 板+柱子+板

3. 箱體,直立板+柱體

零件形狀構成:圓型,方型(兩邊形),三邊形,四邊形,五邊形,六變形坐標系

B . 機 構

1.動力源:

A.汽缸:無桿,單桿,雙桿,旋轉汽缸,機械手

B.馬達:普通馬達,變速馬達,電磁剎車馬達, 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/θs

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<>

負載轉矩:

絲桿驅動: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=為預壓螺帽內部摩擦系數(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=螺桿螺距

α=傾斜角

D=直徑

g=重力加速度(9.8)

伺服馬達 , 步進馬達選用方法 :

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

3. 加減速時間=定位時間*0.25

4. 派波速度=(A-f1*t1)/(t0-t1)

5. 運轉速度=(f2*θs*60/360)

6. 必要轉矩:必要轉矩=(負載轉矩+加速轉矩)*安全率=(Tl+Ta)*(1.5~2)

7.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)

8.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<>

AC 減速馬達 ,調速馬達,電磁剎車馬達等選用方法

1. 速度——轉數

2. 必要轉矩=負載轉矩*2

負載轉矩=絲桿驅動: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

3. 全慣性慣量≤永許慣量=J*i 的平方

電動機選型比較法:

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

分割器扭矩計算方法

分割數:S=8

驅動時間 1/3;定位時間 2/3

驅動角 θ=360*驅動時間/(驅動時間+定位時間)=120°

回轉數 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 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

實際負載扭矩 Te=(Ti+Tf)*1.8 Tf 為摩擦轉矩

入立軸轉矩:Tc=[360/(θ*S)]*Qm*Te

功率 P=(Tc*N)/(9750*η)

風扇選定公式 :

Po=η(Po+Pl)

Pl=[Po(1-η)/ η]=1071W

必要風速;

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)

直線運動物體慣性慣量:

J=m*(v/w)的平方

=m*(A/2pi)的平方[kg.平方米]

減小累計誤差方法:

1.模數減??;2 加工精度;3 增加傳動齒輪數。

傳動比=主傳動齒數比/從動齒數比=起始齒輪齒數*連軸末齒輪/最末齒輪齒數*連軸起齒數

直齒(徑向力):外直齒,內直齒(在同一軸上改變轉動方向)

參數:模數,齒數,壓力角

斜齒輪(軸向,徑向力):

參數:模數,齒數,壓力角,螺旋方向,螺旋角m=z/cosθ

參數:大端分度圓直徑,齒數,大端模數,分錐角 θ

蝸桿:模數,蝸桿頭數,齒形角,導程角,旋線方向,中心距

蝸輪:模數,蝸桿頭數,齒形角,中心距

同步輪:P 節距

絲桿:外徑,螺旋方向,螺距

鏈輪:節距 P,齒數 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:節距,內節內寬,滾子直徑,銷直徑,銷長,鏈高,鏈厚

3.軸,軸承運用

無內環針型滾柱軸承

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,加內套調節

3.軸承夾緊

4.滾筒部件組裝

5.氣動離合器,彈簧離合器

6.磁粉制動器,電磁制動器

7.皮帶打滑,零件打滑

8.軸承做滾子用

4.運動機構

凸輪(板形,柱形),偏心輪(重型利用慣性,一半大,一半?。?,曲軸

槽桿,撐桿,鉸鏈四桿機構(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,凸輪與齒輪多轉離合,凸輪單轉離合

彈簧:拉伸,壓縮,扭轉,渦漩,轉角

齒輪,鏈輪,帶輪

間歇機構:氣動,滾珠,棘輪(棘爪,雙棘爪,可調棘爪,搖擺棘爪),槽輪(外槽,內槽,空間

槽輪),部分齒輪(外齒,內齒),凸輪

5.夾具(圓盤上,邊緣,產品夾具)

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+內六角螺絲;彈力膠

3.擺動+螺絲鎖緊

擺動+彈簧+螺絲鎖緊

擺動+渦輪渦桿(正向轉動,防止震動)

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,調位手柄,球頭手柄,六角螺母

6.調節

滑塊滑動(X,Y 方向同時調節),擺動,螺母調節,螺母左右調節

絲桿調節,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

齒輪在兩塊調節板之間

調節件:蝶形螺絲,梅花螺絲,旋扭螺絲,調位手柄,球頭手柄,六角螺母

搖手,表盤搖手等

調節尺度:直尺 千分尺

調節旋扭 調節直尺

百分表(千分表) 分度盤

五、零件之間的關系 :

螺絲(平墊,彈墊,鎖定),螺母(鎖緊軸承),插銷(定位,固定)

卡環,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)

六、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

配合優先用機孔制,但特殊情況用基軸制(冷拉鋼,在同一基本尺寸的軸上,與某些標準件外購件配合用)

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:過盈為絕對值的負號。

粗糙度

加工工藝:砂,擦,拋光,打磨

鐵(鋼):高頻淬火(35~38 度,調質處理(28~30 度,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,消除內應力,減小變形,穩定尺寸,保持精度。

人工時效: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(-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。

附:

1. 上料

升降臺,鏈條

2. 送料

1.靜止料斗

2.震動盤

3.推板式料斗,往復式料斗,直齒往復料斗

4.扇形板式料斗,齒形擺動料斗

5.轉筒滑槽式料斗,鉤式定向料斗,轉盤孔式料斗,齒形旋轉料斗,絲桿

圓盤帶成型缺口料斗(星輪),摩擦盤式料斗,噴油(吹氣)攪拌料斗

二次定向:

缺口法

轉角法

擠壓法

3. 分料 , 裝料

1.轉(齒輪)

2.擺

3,直線運動(上下左右)

4.絲桿

5.頂鋼珠

裝料:星輪進,星輪出

4. 傳料

1.管式螺紋

2.豎直槽式

3.斜槽式

4.水平式

5.摩擦式(皮帶擠壓)

6.曲線槽式

7.蛇形

8.之字型

9.分層式傳料

10.夾具來回運動

11.夾具式運動(上下左右均可動)

11.圓盤

12.皮帶

13.鏈條(水平)

14.雙曲柄機構

15.絲桿

16.齒型(上,側邊),柱形連續送料(星輪進料,摩擦出料)

17.雙聯機械手(直線,圓周)

5. 動作執行

1.柱形支撐

2.調節

3.滑軌,導柱(承受力與力矩)

4.定位柱

5.夾具(銷,磁鐵,柱,塊定位)

6.緩沖器

6. 動作方式

1.滾(星輪送料)

2.抓

3.推

4.拉

5.機械手

6.吸

7.磁

8.吹

9.重力

10.直線

11.圓周

12.夾具

13.機架

零件與零件的關系,是否好裝配,是否干涉

零件是否好加工(做更多的零件)

其它 方法總結 :

定位方法 :

1.小孔定位

2.光纖[正極耳,滾筒旋轉間歇運動(用旋轉夾具實現)]

3.攝相頭

夾具合并分開方法:距離變化

氮氣彈簧(門上用件)

在凸輪上滑動的滾子直徑 ≤0.8 理論曲線直徑的最小值

毛刷材料:尼龍,碳纖維

鈑金:折彎系數≤1:

Q235:0.84

不銹鋼:0.82

錳鋼:0.98

熱塑性塑料 :

1.無定型————外殼,不易彎曲

2.半結晶型———機械強度高

填料和增加材料:

玻璃纖維增加強度,堅固度,提高應用溫度

礦物和玻璃體主要用于減少翹曲。

產品成本的計算方法 :

1. 品種法

2. 分批法

3. 分步法

沖裁間隙 ( 沖孔 , 落料) ) :

Z=(D-d)/2

分 4 個部分:

1.毛頭 2.斷裂帶 3.剪切面 4.模棍面

合適,間隙大,間隙小

電氣用件 :

開關:

SB:按扭 SSR:固態繼電器(低壓控制高壓)

保護:

KM:接觸器 KA:中間繼電器(2,5,12,220V)

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