机械设计基础？

零件：独立的制造单元

构件：独立的运动单元体

机构：用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统

机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息

机械：机器和机构的总称

机构运动简图：用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定比例确定各运动副的相对位置，这种表示机构中各构件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图

运动副：由两个构件直接接触而组成的可动的连接

运动副元素：把两构件上能够参加接触而构成的运动副表面

运动副的自由度和约束数的关系f=6-s

运动链：构件通过运动副的连接而构成的可相对运动系统

高副：两构件通过点线接触而构成的运动副

低副：两构件通过面接触而构成的运动副

平面运动副的最大约束数为2，最小约束数为1；引入一个约束的运动副为高副，引入两个约束的运动副为平面低副

平面自由度计算公式：F=3n-2PL-PH

机构可动的条件：机构的自由度大于零

机构具有确定运动的条件：机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目

虚约束：对机构不起限制作用的约束

局部自由度：与输出机构运动无关的自由度

复合铰链：两个以上构件同时在一处用转动副相连接

速度瞬心：互作平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点。若绝对速度为零，则该瞬心称为绝对瞬心

相对速度瞬心与绝对速度瞬心的相同点：互作平面相对运动的两构件上瞬时相对速度为零的点；不同点：后者绝对速度为零，前者不是

三心定理：三个彼此作平面运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上

机构的瞬心数：N=K(K-1)/2

机械自锁：有些机械中，有些机械按其结构情况分析是可以运动的，但由于摩擦的存在却会出现无论如何增大驱动力也无法使其运动

曲柄：作整周定轴回转的构件；

连杆：作平面运动的构件；

摇杆：作定轴摆动的构件；

连架杆：与机架相联的构件；

周转副：能作360相对回转的运动副

摆转副：只能作有限角度摆动的运动副。

铰链四杆机构有曲柄的条件：

1最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和，称为杆长条件。

2连架杆或机架之一为最短杆。

当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副。

铰链四杆机构的三种基本形式：

1曲柄摇杆机构

取最短杆的邻边为机架

2双曲柄机构

取最短杆为机架

3双摇杆机构

取最短杆的对边为机架

在曲柄摇杆机构中改变摇杆长度为无穷大而形成曲柄滑块机构

在曲柄滑块机构中改变回转副半径而形成偏心轮机构

急回运动：当平面连杆机构的原动件（如曲柄摇杆机构的曲柄）等从动件（摇杆）空回行程的平均速度大于其工作行程的平均速度

极位夹角：机构在两个极位时原动件AB所在的两个位置之间的夹角θ

θ=180°（K-1）/(K+1)

行程速比系数：用从动件空回行程的平均速度V2与工作行程的平均速度V1的比值

K=V2/V1=（180°+θ）/(180°—θ)

平面四杆机构中有无急回特性取决于极为夹角的大小

θ越大，K就越大 急回运动的性质也越显著；θ=0，K=1时，无急回特性

具有急回特性的四杆机构：曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构

压力角：力F与C点速度v正向之间的夹角（锐角）α

传动角：与压力角互余的角（锐角）γ

曲柄摇杆机构中只有取摇杆为主动件时，才可能出现死点位置，处于死点位置时，机构的传动角γ为0

死点位置对传动虽然不利，但在工程实践中，有时也可以利用机构的死点位置来完成一些工作要求

刚性冲击：出现无穷大的加速度和惯性力，因而会使凸轮机构受到极大的冲击（如从动件为等速运动）

柔性冲击：加速度突变为有限值，因而引起的冲击较小（如从动件为简谐运动）

在凸轮机构机构的几种基本的从动件运动规律中等速运动规律使凸轮机构产生刚性冲击，等加速等减速，和余弦加速度运动规律产生柔性冲击，正弦加速度运动规律则没有冲击

在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中，等速只宜用于低速的情况；等加速等减速和余弦加速度宜用于中速，正弦加速度可在高速下运动

凸轮的基圆：以凸轮轮廓的最小向径r0为半径所绘的圆称为基圆

凸轮的基圆半径是从转动中心到凸轮轮廓的最短距离，凸轮的基圆的半径越小，则凸轮机构的压力角越大，而凸轮机构的尺寸越小

凸轮机构的压力角α：从动件运动方向v与力F之间所夹的锐角

偏距e：从动件导路偏离凸轮回转中心的距离

偏距圆：以e为半径，以凸轮回转中心为圆心所绘的圆

推程：从动件被凸轮轮廓推动，以一定运动规律由离回转中心最近位置到达最远位置的过程

升程h：推程从动件所走过的距离

回程：从动件在弹簧或重力作用下，以一定运动规律，由离回转中心最远位置回到起始位置的过程

运动角：凸轮运动时所转的角度

齿廓啮合的基本定律：相互啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线O1O2被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两线段长成反比

渐开线：当直线BK沿一圆周作纯滚动时直线上任一一点K的轨迹AK

渐开线的性质：

1、 发生线上BK线段长度等于基圆上被滚过的弧长AB

2、 渐开线上任一一点的发线恒于其基圆相切

3、 渐开线越接近基圆部分的曲率半径越小，在基圆上其曲率半径为零

4、 渐开线的形状取决于基圆的大小

5、 基圆以内无渐开线

6、 同一基圆上任意弧长对应的任意两条公法线相等

渐开线齿廓的啮合特点：

1、能保证定传动比传动且具有可分性

传动比不仅与节圆半径成反比，也与其基圆半径成反比，还与分度圆半径成反比

I12=ω1/ω2=O2P/O1P=rb2/rb1

2、渐开线齿廓之间的正压力方向不变

渐开线齿轮的基本参数：模数、齿数、压力角、（齿顶高系数、顶隙系数）

模数：人为规定：m=p/π只能取某些简单值。

分度圆直径：d=mz， r = mz/2

齿顶高：ha=ham

齿根高：hf=(ha +c)m

齿顶圆直径：da=d+2ha=(z+2ha)m

齿根圆直径：df=d-2hf=(z-2ha-2c)m

基圆直径：db= dcosα= mzcosα

齿厚和齿槽宽： s=πm/2 e=πm/2

标准中心距：a=r1+ r2=m(z1+z2)/2

一对渐开线齿轮正确啮合的条件：两轮的模数和压力角分别相等

一对渐开线齿廓啮合传动时，他们的接触点在实际啮合线上，它的理论啮合线长度为两基圆的内公切线N1N2

渐开线齿廓上任意一点的压力角是指该点法线方向与速度方向间的夹角

渐开线齿廓上任意一点的法线与基圆相切

切齿方法按其原理可分为：成形法（仿形法）和范成法。

根切：采用范成法切制渐开线齿廓时发生根切的原因是刀具齿顶线超过啮合极限点N1（标准齿轮不发生根切的最少齿数直齿轮为17、斜齿轮为14）

重合度：B1B2与Pb的比值ε；

齿轮传动的连续条件：重合度ε大于等于1

变位齿轮：

以切削标准齿轮时的位置为基准，刀具的移动距离xm称为变位量，x称为变为系数，并规定刀具远离轮坯中心时x为正值，称正变位；刀具趋近轮坯时x为负值，称负变位。

变位齿轮的齿距、模数、压力角、基圆和分度圆保持不变，但分度线上的齿厚和齿槽宽不在相等

齿厚：s=πm/2+ 2xmtgα

齿槽宽：e=πm/2－2xmtgα

斜齿轮：

一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件：

mn1=mn2，αn1 =αn1外啮合: β1＝-β2

或mt1=mt2，αt1＝αt2外啮合: β1＝-β2

法面的参数取标准值，而几何尺寸计算是在端面上进行的

模数：mn=mtcosβ

分度圆直径： d=zmt=z mn / cosβ

斜齿轮当量齿轮定义：与斜齿轮法面齿形相当的假想的直齿圆柱齿轮称为斜齿轮当量齿轮

当量齿数：Zv=Z/cos3β

轮系：一系列齿轮组成的传动系统

定轴轮系：如果在轮系运转时其各个轮齿的轴线相对于机架的位置都是固定的

周转轮系：如果在连续运转时，其中至少有一个齿轮轴线的位置并不固定，而是绕着其它齿轮的固定轴线回转

复合轮系：定轴轮系+周转轮系

自由度为1的周转轮系称为行星轮系，自由度为2的周转轮系称为差动轮系

定轴轮系的传动比等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积的比值

i1m＝ (-1)m所有从动轮齿数的乘积/所有主动轮齿数的乘积

周转轮系传动比：

或

中介轮：不影响传动比的大小而仅起着中间过渡和改变从动轮转向的作用

复合轮系传动比的计算：

1 分清轮系：先找轴线位置不固定的齿轮即行星轮，其轴就是行星架，与该齿轮直接啮合且轴线位置固定的齿轮是中心轮，这就是一个基本周转轮系，把所有周转轮系分出后。剩下的就是定轴轮系

2 对周转轮系和定轴轮系分别列传动比计算公式及周转轮系与定轴轮系的联系方程式

3 联立上述公式求解

间歇运动机构：

止回棘爪作用：防止棘轮反转

槽轮机构运动特性系数：

为了保证槽轮运动，槽轮机构的槽数应大于等于3

机械运转速度波动的调节：

机械运转速度波动的调节目的：是使机械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作。

调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯量很大的回转件—飞轮。

装在主轴上飞轮的转动惯量：

机械运转速度不均匀系数：

由于J≠∞，而Amax和ωm又为有限值，故δ不可能

为“0”，即使安装飞轮，机械运转速度总是有波动的。

非周期性速度波动的调节，不能依靠飞轮进行调节，而用调节器进行调节。

回转件的平衡：

平衡的目的：研究惯性力分布及其变化规律，并采取相应的措施对惯性力进行平衡，从而减小或消除所产生的附加动压力、减轻振动、改善机械的工作性能和提高使用寿命。

静平衡：回转件可在任何位置保持静止，不会自行转动。

静平衡条件：回转件上各个质量的离心力的合力等于零。

动平衡：静止和运动状态回转件都平衡。

动平衡条件：回转件上各个质量离心力的合力等于零且离心力所引起的力偶距的合离偶距等于零。

需要指出的是动平衡回转件一定也是静平衡的，但静平衡的回转件却不一定是动平衡的。

对于圆盘形回转件，当D/b＞5（或b/D≤02）时通常经静平衡试验校正后，可不必进行动平衡。当D/b＜5（或b/D≥02）时或有特殊要求的回转件，一般都要进行动平衡。

D—圆盘直径 b—圆盘厚度

步进电机

是一种作为控制用的特种电机它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的其特点是没有积累误差(精度为百分之100)所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动这种装置就是步进电机驱动器它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移或者说控制系统每发一个脉冲信号通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。虽然步进电机已被广泛地应用但步进电机并不能象普通的直流电机交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

根据要求选型：

1、 步进电机转矩的选择 

步进电机的保持转矩，近似于传统电机所称的“功率”。当然有着本质的区别。步进电动机的物理结构，完全不同于交流、直流电机，电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小(即所要带动物体的扭力大小)来选择哪种型号的电机。大致说来扭力在08Nm以下选择20、28、35、39、42(电机的机身直径或方度，单位mm);扭力在1Nm左右的，选择57电机较为合适。扭力在几个Nm或更大的情况下，就要选择86、110、130等规格的步进电机。

2、 步过电机转速的选择 

对于电机的转速也要特别考虑。因为电机的输出转矩与转速成反比。就是说步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大)，在高速旋转状态的转矩(1000转/分--9000转)就很小了。当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。选择电感稍小一些的电机作为高速电机，能够获得较大输出转矩。反之要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。 

3、 步进电机空载起动频率的选择 

步进电机空载起动频率通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要的一项指标。如果要求在瞬间频繁启动、停止并且转速在1000转/分钟左右(或更高)通常需要“加速启动”。如果需要直接启动达到高速运转最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。 

4、 步进电机的相数选择 

步进电机的相数选择这项内容，很多客户几乎没有什么重视大多是随便购买。其实不同相数的电机工作效果是不同的。相数越多步距角就能够做的比较小工作时的振动就相对小一些。大多数场合使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。 

5、 针对步进电机使用环境来选择 

特种步进电机能够防水、防油用于某些特殊场合。例如水下机器人就需要放水电机。对于特种用途的电机就要针对性选择了。 

6、 根据您的实际情况可否需要特殊规格定制 

特殊规格的步进电机，请和我们沟通在技术允许的范围内，加工订货。例如出轴的直径、长短、伸出方向等。 

7、 如有必要最好与厂家的技术工程师进一步沟通与确认型号 

如有必要最好与厂家的技术工程师进一步沟通，以便于确认你要选择的步进机电能否满足你所要求各方面的指标。

选型原则

1 首先确定步进电机拖动负载所需要的扭矩。首先确定客户需要什么扭矩或者需要带动多大的负载。由于步进电机是控制类电机所以目前常用步进电机的最大力矩不超过 45Nm 力矩越大成本越高，如果您所选择的电机力矩较大或超过此范围可以考虑加配减速装置。

2 确定步进电机的最高运行转速。转速指标在步进电机的选取时至关重要步进电机的特性是随着电机转速的升高扭矩下降其下降的快慢和很多参数有关如 : 驱动器的驱动电压、电机的相电流、电机的相电感、电机大小等等一般的规律是驱动电压越高力矩下降越慢电机的相电流越大力矩下降越慢。在设计方案时应使电机的转速控制在 1500 转 / 分或 1000 转 / 分当然这样说很不规范可以参考〈矩 - 频特性〉

3 根据负载最大力矩和最高转速这两个重要指标再参考〈矩 - 频特性〉，给客户推荐合适的电机。如果您认为自己选出的电机太大可以考虑加配减速装置这样可以节约成本也可以使您的设计更灵活。要选择好合适的减速比要综合考虑力矩和速度的关系选择出最佳方案。

4 最后还要考虑留有一定的(如百分之30 )力矩余量和转速余量。

5 尽量选择混合式步进电机，它的性能高于反映式步进电机。

6 尽量选取细分驱动器，且使驱动器工作在细分状态。

机械臂是一种可以进行多自由度运动的机器人，它的原理是基于机械学、控制理论、电子技术等多个学科的交叉应用。机械臂的原理可以简单概括为以下几点：

机械结构原理：机械臂的机械结构原理是基础，它是机械臂能够进行自由度运动的基础。机械臂通常由多个关节、连杆等组成，各个部分通过电机、减速器等驱动系统配合运动，实现机械臂的自由度运动。

控制原理：机械臂的控制原理是机械臂能够精确地运动和执行任务的关键。机械臂的控制涉及到运动控制、力控制、姿态控制、路径规划等多个方面，需要通过控制器实现。控制器通过传感器检测机械臂的状态和环境信息，计算出机械臂的运动轨迹和控制指令，使机械臂能够精确地执行任务。

传感器原理：机械臂的传感器原理是机械臂能够感知外部环境和物体的基础。机械臂通常配备多种传感器，如视觉传感器、力传感器、位置传感器等。这些传感器可以检测机械臂的位置、速度、力度等物理量，从而提供给控制器反馈信息，使机械臂能够自适应环境和任务。

总的来说，机械臂的原理是基于机械结构、控制原理和传感器原理的交叉应用，通过各个部分的协作实现机械臂的自由度运动和精确执行任务。

钢筋重量的计算方法为：

直径（mm）直径（mm）000617钢筋长度（m）=钢筋重量（kg）

W=(1/4)078πD^2（D为钢筋直径厘米结果是公斤/米 ）

钢筋的公称直径为8-50毫米，推荐采用的直径为8、12、16、20、25、32、40毫米。钢种：20MnSi、20MnV、25MnSi、BS20MnSi。

钢筋在混凝土中主要承受拉应力。变形钢筋由于肋的作用，和混凝土有较大的粘结能力，因而能更好地承受外力的作用。钢筋广泛用于各种建筑结构。特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。

扩展资料：

钢筋的检验

钢筋的检验与钢筋接头的工艺检验：

钢筋的检验首先要检查钢筋的标牌号及质量证明书；其次要做外观检查，从每批钢筋中抽取5% ，检查其表面不得有裂纹、创伤和叠层，钢筋表面的凸块不得超过横肋的高度，缺陷的深度和高度不得大于所在部位的允许和偏差，钢筋每一米弯曲度不应大于四毫米；

接下来力学性能试验，每批若小于60吨则从中抽取2根，每根截取两段，分别做拉伸和冷弯试验。在截取试件时应除去钢筋两端100－500MM，在截取试件大于60吨还需在取相应的钢筋。如果一项试验结果不符合要求，则从同一批中另取双倍数量的试样做各项试验。如仍有一个试样不合格则该批钢筋为不合格，热轧钢筋在加工过程中发生脆断、焊接性能不良或机械性能显著不正常等现象，应进行化学成分分析和其它专项检验。

-钢筋

机械结构件的结构要素和设计方法

1结构件的几何要素

机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。　

零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。

2结构件之间的联接

在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。　

零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。

多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面质量等。同时还必须考虑满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度计算等。一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；零件的间接相关零件愈多，其精度要求愈高。例如，轴毂联接见图51。

33 结构设计据结构件的材料及热处理不同应注意的问题

机械设计中可以选择的材料众多，不同的材料具有不同的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料，又要根据材料的种类确定适当的加工工艺，并根据加工工艺的要求确定适当的结构，只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势。

设计者要做到正确地选择材料就必须充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。

如：钢材受拉和受压时的力学特性基本相同，因此钢梁结构多为

对称结构。铸铁材料的抗压强度远大于抗拉强度，因此承受弯矩的铸铁结构截面多为非对称形状，以使承载时最大压应力大于最大拉应力，图示52为两种铸铁支架比较。钢结构设计中通常通过加大截面尺寸的方法增大结构的强度和刚度，但是铸造结构中如果壁厚过大则很难保证铸造质量，所以铸造结构通常通过加筋板和隔板的方法加强结构的刚度和强度。塑料材料由于刚度差，成型后的冷却不均匀造成的内应力极易引起结构的翘曲，所以塑料结构的筋板与壁厚相近并均匀对称。

对于需要热处理加工的零件，在进行结构设计时的要求有如下几点：（1）零件的几何形状应力求简单、对称，理想的形状为球形。（2）具有不等截面的零件，其大小截面的变化必须平缓，避免突变。如果相邻部分的变化过大，大小截面冷却不均，必然形成内应力。（3）避免锐边尖角结构，为了防止锐边尖角处熔化或过热，一般在槽或孔的边缘上切出2～3mm的倒角。（4）避免厚薄悬殊的截面，厚薄悬殊的截面在淬火冷却时易变形，开裂的倾向较大。