非标机械设计手册（非标机械设计方法总结）

非标机械设计方法总结（一）

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：

1.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:KTB350-04

S136H（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）3

4．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。

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=1.2-2.0 nb=2.0-3.5

бp___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/A ε=△L/L

3. △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)/A

δ>5％为塑性材料 δ<5％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)。

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/n

M（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)]/i

F=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/2

Tl=负载转矩

F=轴向载重

F1=外力

m=总质量（kg）

Fo=预压载重=1/3 F

μo=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）

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