简明的介绍一下机械设计中关于材料、加工工艺、材料力学、机架与机构、零件之间的关系和制图这6个基本要素。
1.材料
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
6．胶
- ABS（塑胶） POM———小齿轮
- 硅胶———耐摩擦，有一点弹性（腹膜架）
- 聚胺脂———耐摩擦（压纸轮），弹力很小
- 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：
- 生料带，密封胶（耐腐蚀），玻璃胶（防水），PVC 胶（粘性）;
- 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)
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）
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。
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=1.2-2.0
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/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
- 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
伺服马达，步进马达的计算公式:
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
3.计算加速转矩：
3.1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/θs
3.2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，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）
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/step
2． 派波数
3． 加减速时间=定位时间*0.25
4． 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<10
AC 减速马达，调速马达，电磁刹车马达等选用方法：
1． 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)]/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
3． 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*α I 为全惯性惯量
实际负载扭矩 Te=（Ti+Tf）*1.8 Tf 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：
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]
2．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 角力球轴承 推力球轴承 轴承的按装方法： 1.衬盖，衬套，端盖
2.单板承载——衬套，加内套调节
3．轴承夹紧
4．滚筒部件组装
5．气动离合器，弹簧离合器
6．磁粉制动器，电磁制动器
7．皮带打滑，零件打滑
8．轴承做滚子用
4．运动机构 凸轮（板形，柱形），偏心轮（重型利用惯性，一半大，一半小），曲轴 槽杆，撑杆，铰链四杆机构（自由度，急回特性） 丝杆，齿轮齿条（定距控制）
滑轮，皮带，链条（任意方向控制） 联轴器
离合器：插销离合器，齿合离合器，牙嵌式离合器，摩擦式离合器，电磁离合器，电气离合器 凸轮与齿轮多转离合，凸轮单转离合
弹簧：拉伸，压缩，扭转，涡漩，转角 齿轮，链轮，带轮
间歇机构：气动，滚珠，棘轮（棘爪，双棘爪，可调棘爪，摇摆棘爪），槽轮（外槽，内槽，空间 槽轮），部分齿轮（外齿，内齿），凸轮
5．夹具（圆盘上，边缘，产品夹具）
1．凸轮，偏心轮，曲轴（自身，自身+弹簧，凸轮压紧），连杆，齿轮齿条
2．弹簧+内六角螺丝；弹力胶
3．摆动+螺丝锁紧 摆动+弹簧+螺丝锁紧
摆动+涡轮涡杆（正向转动，防止震动）
4．直线+压紧轮 直线直接压紧
连接件：蝶形螺丝，梅花螺丝，旋扭螺丝，调位手柄，球头手柄，六角螺母
6．调节
滑块滑动（X，Y 方向同时调节），摆动，螺母调节，螺母左右调节 丝杆调节，丝杆+旋扭，丝杆+直线凸轮
偏心轮，凸轮，曲轴 齿轮齿条，蜗轮蜗杆 齿轮在两块调节板之间
调节件：蝶形螺丝，梅花螺丝，旋扭螺丝，调位手柄，球头手柄，六角螺母 摇手，表盘摇手等
调节尺度：直尺 千分尺 调节旋扭 调节直尺 百分表（千分表） 分度盘
5．零件之间的关系：
螺丝（平垫，弹垫，锁定），螺母（锁紧轴承），插销（定位，固定） 卡环，键+螺丝，（销钉，弹簧销），滑块+螺丝，滑块夹紧，齿形，四面阻挡，无形力（磁铁，吸 盘）
6．制图
三视图，剖视图，局部视图，辅助视图，深度剖视图，断裂视图 几何公差（基孔制，基轴制）（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（下偏差为 0，基本偏差代号“H”），基轴制（上偏差为 0，基本偏差代号“h”）：间隙配合， 过渡配合，过盈配合 配合优先用机孔制，但特殊情况用基轴制（冷拉钢，在同一基本尺寸的轴上，与某些标准件外购 件配合用）
间隙配合：最大间隙 L-最小间隙 d=配合公差 过渡配合：最大间隙 L-最大过盈 d=配合公差 过盈配合：最小过盈 c-最大过盈 d=配合公差 注意：过盈为绝对值的负号。
粗糙度 加工工艺：砂，擦，抛光，打磨
铁（钢）：高频淬火（35~38 度，调质处理（28~30 度，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。
Comments