1,螺钉/螺栓计算与校核

(1)对于受拉力的螺钉/螺栓应校核抗拉屈服强度σs

(2)对于受剪切力的螺钉/螺栓应校核抗剪强度(许用剪切强度=抗拉屈服强度σs/许用剪切安全系数Kτ)

(3)螺钉/螺栓强度等级含义,小数点前数字x100代表抗拉强度σb,小数点后数字x0.1xσb=σs。比如10.8级螺栓,σb=10x100=1000MPa,σs=0.8x1000=800MPa

2,轴的计算与校核

轴的校核分为扭转强度校核刚度校核,对于受弯曲的轴做弯扭合成强度校核,

(1)扭转强度校核公式:

其中τ的量纲Mpa(N/mm²);T为转矩,量纲N.mm,Wt为扭转截面系数,量纲mm³,

实心轴:; 空心轴:

(2)刚度校核校核公式:

其中G*Ip为扭转刚度,G为切变模量,量纲为GPa的常量,碳钢均为79GPa(79KN/mm²),Ip为极惯性矩,通过CAD或SW草图模块画出截面可以查询到,量纲为mm^4,也可通过公式计算

实心轴:;空心轴:

(3)转矩计算常用公式:

T=9550P/n; T=J*α(转动惯量*角加速度); T=F*L

3,轴承的计算与校核

轴承的计算准则:对一般运转的轴承,主要失效形式是疲劳点蚀,应按基本额定动载荷进行寿命计算。(对于不转,摆动或转速极低(n≤10 r/min)的轴承,主要失效形式是塑性变形,故应按额定静负荷进行强度计算)

径向球滚针,轴向用推力;

若为双向力,角锥3/7系;

圆锥推力大,角接ABC;

4,齿轮的计算与校核

(1)开式齿轮传动:失效多为齿面磨损轮齿折断,按齿根弯曲疲劳强度设计公式作齿轮的设计计算,不按齿面接触疲劳强度设计公式计算和校核。将计算所得模数加大10%-15%(考虑磨损影响。传递动力的齿轮模数一般不小于1.5-2mm(以防意外断齿).

(2)闭式齿轮传动:

软齿面(<350HB/38HRC)闭式齿轮传动传动,接触疲劳点蚀是主要失效形式。

硬齿面(>350HB/38HRC)闭式齿轮传动传动,齿根疲劳断裂是主要失效形式。

不论软硬齿面都分别按弯曲疲劳强度设计公式求出模数m, 按接触疲劳强度设计公式求出小齿轮分度圆直径d1,再按d1=mZ1调整齿数Z1。既刚好满足接触疲劳强度,又刚好满足弯曲疲劳强度,所以结构紧凑,避免浪费

5,涡轮蜗杆的计算与校核

由于材料与结构原因,蜗杆强度总是高于蜗轮强度,所有失效经常发生在蜗轮上,一般只校核计算蜗轮

校核计算的一般顺序:按齿面接触疲劳强度计算——以齿根弯曲疲劳强度校核——校核蜗杆刚度——热平衡核算。

(1)开式蜗杆传动:失效多为齿面磨损轮齿折断,以齿根弯曲疲劳强度作为主要设计基准。(实际也先按齿面接触疲劳强度计算——参数选取——以齿根弯曲疲劳强度校核)

(2)闭式齿轮传动:失效多为齿面胶合齿面点蚀,以齿面接触疲劳强度作为设计基准,按照齿根弯曲疲劳强度校核,还应做热平衡核算

此外,还应校核蜗杆刚度

7,V带的选型与计算

选型依据:转速(小带轮) 功率

(1)带速不宜过高或过低,推荐5~25m/s,最高带速<30m/s,由表5可知,大部分情况下,V带的额定功率随带速增加而增加,所以在多级传动中,一般将带传动设置在高速级(电机输出级)。

(2)带轮的材料,常用HT150或HT200;转速高是可采用铸钢或钢板冲压焊接;小功率时可采用铸铝或塑料。

(3)小轮包角一般应≥120°,否则可加大中心距或增加张紧轮。

(4)V带型号:Y,Z,A,B,C,D,E。窄V带型号:SPZ,SPA,SPB,SPC

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(1)

7,同步带的选型与计算

选型依据:转速(小带轮) 计算功率

(1)常用梯形又称传统梯形带MXH~XXL

(2)同步带轮材料的选择:以45#钢、硬质铝合金为最常见,其它还可选用铸铁、铜、尼龙等其它适合加工的材料

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(2)

8,滚子链的选型与计算

选型依据:转速(小链轮) 计算功率。

链传动特点:无打滑,平均传动比准确,瞬时传动比不准确,传动效率高,轴向压力小,相对齿轮传动制造和安装精度要求低成本低,能在恶劣环境工作,有噪音。不宜用在载荷变化很大、高速、极速换向等场合。滚子链用于低速级传动,传动功率≤100kw,链速≤15m/s,传动比≤8

总结:V带、同步带、滚子链的选型依据均为转速(小轮) 计算功率

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(3)

9,气缸的选型与计算

选型依据:缸径(受力) 行程

(1)缸径计算:由F=P*A算出缸径(力F量纲N,压力P量纲MPa,面积A量纲mm^2,一般工厂气压为0.3~0.8MPa,多为0.5MPa左右)

(2)行程由设计者定

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(4)

10,回转气缸的选型与计算

选型依据:转矩T 负载最大动能E,之后还需校核最大负载

(1)计算力矩T=K*J*α其中安全系数K取5,转动惯量查表(实心圆柱1/2mr²),(启动)角加速度α=△w/△t(但是启动时间△t不好确定,可以按厂家经验公式α= 2θ/t²,其中θ是转过的角度,t是转过θ所需时间注意不是启动时间△t)

(2)计算负载最大动能E=J*Wmax²/2,Wmax为最大角速度,可按厂家经验公式Wmax=2θ/t

注:旋转气缸允许最大负载重量查厂家手册。

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(5)

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(6)

11,滑台气缸的选型与计算

选型依据:转矩T 负载最大动能E,之后还需校核最大负载F

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(7)

12,精密滑台气缸的选型与计算

选型依据:最大负载F 负载最大动能E,之后还需校核转矩T

总结:精密/普通滑台气缸选型依据:转矩T 负载F 负载动能E

13,气动手指的选型与计算

选型依据:负载所需最小夹持力F。(各材料摩擦系数见我的表)

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(8)

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(9)

(1)电磁阀/节流阀选型依据:耗气量Q(或 流通能力Cv/有效流通面积S=18Cv)

减压阀选型依据:流量L

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(10)

(2)电磁阀选型步骤:确定几位几通——确定单控还是双控(单控失电复位,双控失电可保持,单控更便宜,占用控制器IO口更少应用更多)——确定直动式还是先导式(先导式应用更多)——计算耗气量Q或流通能力Cv/有效流通面积S=18Cv,此外还应考虑电磁阀动作频率是否满足要求。

2位2通:控制真空吸盘

2位3通:控制真空吸盘,单作用气缸

2位4通,2位5通,3位5通可以控制 所有的执行元件,其中2位5通最常用。

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(11)

补充:直动电磁阀相比较先导的启动速度快,如果用于快速切断的话,建议用直动式的,此外先导的相比于直动的流通能力要大些,一般Cv至可以达到3以上,而直动的一般Cv至都小于1。直动电磁阀是0压启动,而先导的必须有先导压力,一般在2bar左右。直动的功率要比先导的大,先导的对压缩空气的纯净度要求较高,直动的就没有那么严格了。先导式流通能力大、换向冲击小、寿命长,应用更广泛;

(3)一个电磁阀控制一个气缸可以只通过气管管径选用,一个电磁阀控制多个气缸需要算Cv和S;

(4)最大耗气量用于选定控制阀、空气处理元件及配管尺寸,平均耗气量用于选用空压机、计算运行成本,平均耗气量与最大耗气量之差用于选定气罐容积;

(5)进气节流回路是把节流阀放在空气压缩机与气缸之间,排气节流回路更常用是把节流阀放在气缸出口处,通过改变排气量的大小来实现调速。排气节流调速回路因为有一定的背压,所以运动相对平稳,但是启动时有前冲现象。

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(12)

15,真空吸盘与真空发生器选型与计算

选型依据:要求真空度(≤88,多取80kpa),最大吸入流量Qe

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(13)

16,油压缓冲器(多用于气缸缓冲)选型与计算

选型依据:最大吸收能量E(动能 势能 驱动能)

17,液压缸选型与计算

选型依据:缸径(受力F=P*A) 行程

缓冲设置的原则为:

液压缸活塞全行程运行,

其往返动行速度大于100mm/s

的应选择两端缓冲。

液压缸活塞单向往(返)速度

大于100mm/s且运行至行程端位的工况,应选择一端或两端缓冲。

非标机械设计选型及计算(非标机械中最常见计算选型公式)(14)

18,液压马达选型与计算

选型依据:所需转矩T,所需转速n。必要时校核所需流量Q。

(1)转速n=Q/q(流量/每转排量);转矩T=△P*q /2π(压力差*排量/2π)

输出功率=△P*Q=2π*T*n

(2)液压马达可分为高速马达(>500rpm)和低速马达(<500rpm)。

高速马达:齿轮马达、叶片马达、螺杆马达、轴向柱塞马达,

高速马达具有转动惯量小,便于起动、制动,输出扭矩不大。

低速马达:径向柱塞马达。

其特点是排量大,体积大,转速低,输出扭矩大称低速大扭矩马达。

18,液压泵选型与计算

选型依据:所需流量 工作压力

常见液压泵:齿轮泵,叶片泵,轴向柱塞泵,径向柱塞泵,螺杆泵

19,直线轴承/导轨滑块选型与计算

选型依据:额定动载荷(或额定寿命)

注:直线轴承/导轨单根摩擦系数约0.01,考虑到安装误差。单根安装取0.02~0.05,多根安装取0.05~0.1

19,滚珠丝杆选型与计算

选型依据:定位精度、转速、游隙、拉力,必要是做螺母寿命校核

选型步骤:由定位精度选择精密丝杆or轧制丝杆——由传输速度和转速,由游隙(即无效行程)初选丝杆——校核拉力和转速——计算螺母寿命(原配螺母一般无需计算)

20,步进/伺服电机选型与计算

选型依据:转动惯量 转矩

注:转动惯量J≠惯性矩I。惯性矩是轴/型材截面参数,用于计算轴/型材的刚度,量纲m^4,转动惯量是物体沿某轴旋转的惯性参数,用于计算(启动)转矩,量纲kg.m²。例如圆柱截面相对于圆心的极惯性矩Ip=π*d^4/32,圆柱相对于轴线转动的转动惯量J=1/2*mr²。

21,凸轮分割器选型与计算

选型依据:分度时间、分度角、转矩

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