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機械設計中如何算各種力

發布時間:2025-01-20 05:10:16

❶ 在機械設計中預緊力怎麼求 如題 請盡量詳細

T=F*D*K
T為擰緊力矩
F為軸向預緊力
D為螺栓公稱直徑
K為系數,通常取0.1~0.25

❷ 機械設計常用計算公式錦集

一、直線運動

基本公式:(距離、速度、加速度和時間之間的關系)

1)路程 = 初速度 x 時間+

2)平均速度 = 路程 / 時間;

3)末速度 - 初速度 = 2x 加速度 x 路程;

4)加速度 = (末速度 - 初速度)/ 時間

5)中間時刻速度 =(初速度 + 末速度)

6)力與運動之間的聯系:牛頓第二定律:F = ma,[合外力(N)= 物體質量(kg)x 加速度(m/s^2)] (註:重力加速度 g=9.8或 g=9.8N/kg)

二、旋轉運動

單位對比:

圓的弧長計算公式:弧長 s = rθ = 圓弧的半徑 x 圓弧角度(角位移)

周長 C = 2πr = πd,即:圓的周長 = 2x3.14x 圓弧的半徑 = 3.14x 圓弧的直徑

旋轉運動中角位移、弧度(rad)和公轉(r)之間的關系。

1)1r(公轉)= 2π(弧度)= 360°(角位移)

2)1rad = 57.3°

3)1° = 0.01745rad

4)1rad = 0.16r

5)1° = 0.003r

6)1r/min = 6.28rad/min

7) 1r/min = 360°/min

三、旋轉運動與直線運動的聯系:

1)弧長計算公式(s = rθ):弧長=圓弧的半徑 x 圓心角(圓弧角度或角位移)

2)角速度(角速度是角度(角位移)的時間變化率)(ω = θ / t):角速度=圓弧角度 / 時間

註:結合上式可推倒出角速度與圓周速度(即:s / t 也稱切線速度)之間的關系。

3)圓周速度 = 角速度 x 半徑,(即:v = ωr)

註:角度度ω的單位一般為 rad/s,實際應用中,旋轉速度的單位大多表示為 r/min(每分鍾多少轉)。可通過下式換算:

1rad/s = 955r/min

例如:電機的轉速為 100rad/s 的速度運行,將其角速度ω=100rad/s 換算成 r/min 單位,則為:

ω = 100rad/s = 955r/min

四、轉矩計算公式:

(1)普通轉矩:T = Fr

即:普通轉矩(N*m)= 力(N)x 半徑(m);

(2)加速轉矩:T = Jα

即:加速轉矩(N*m)= 角加速度α(rad/s^2)x 轉動慣量 J(kg*m^2)

五、摩擦阻力相關公式:

(1)動摩擦力= 兩接觸面上的正壓力 x 動摩擦系數;

註:摩擦系數查相關設計手冊(靜摩擦系數大於滑動摩擦系數);

(2)靜摩擦力:其大小取決於產生相對運動的趨勢的力,其值可為零到最大靜摩擦力之間的任意值。

最大靜摩擦力計算公式:

最大靜摩擦力 = 兩接觸面上的正壓力 x 靜摩擦系數;

註:最大靜摩擦力總是會比動摩擦力大;動摩擦力與接觸面積無關;靜摩擦系數永遠大於動摩擦系數。

(3)黏滯摩擦力:黏滯摩擦力會在一些具有黏性的東西上出現,其摩擦力與速度成正比。

黏滯摩擦力 = 黏滯摩擦系數 x 速度

六、轉動慣量篇:

常用單位介紹:

密度一般為 g/cm^3 或 kg/m^3;g=9.8m/s^2;轉動慣量 J 的單位一般為 kg*m^2; 力矩的單位為 N*m; 角加速度α的單位為 rad/s

1)圓柱體或圓盤,圍繞對稱軸旋轉:J = ...

2)圓環,圍繞其對稱軸旋轉:J = ...

3)實心球:J = ...

4)條棒,圍繞中心點旋轉:J = ...

5)實心圓柱體圍繞著直徑旋轉:J = ...

6)圓環圍繞著直徑旋轉:J = ...

7)薄球殼:J = ...

8)條棒圍繞著末端旋轉:J = ...

註:公式變形方式,將質量 m 用重量 W 或密度ρ替代,即:m = W / g = ρV。

七、電機相關:

1、普通電機:電動機功率(kW)= 轉矩(N*m)x 轉速(r/min)/ 9550;

(1)同步帶選型的設計功率:設計功率(kW)= 電動機功率 x 過載系數(過載系數一般取 1.5~2.5)(具體參數可參考相關設計手冊)。

(2)鏈傳動選型功率計算:設計功率(kW)= 電動機功率 x 使用系數 / 多列系數(使用系數根據不同工況確定,一般取 1.0~1.7,多列系數查相關設計手冊)。

2、伺服電機:伺服電機驅動滾珠絲杠:電機輸出轉矩 = 勻速運動時的驅動轉矩 + 預壓引起的摩擦轉矩 + 加速運動時的加速轉矩;

(1)勻速運動時的驅動轉矩:勻速運動時的驅動轉矩(N*cm)= 勻速運動時的外部載荷(N)x 絲桿導程(cm)/(絲桿效率 x3.14);註:絲桿效率一般取 0.9;

(2)預壓引起的摩擦轉矩:預壓引起的摩擦轉矩(N*cm)= 內部摩擦系數 x 預壓載荷(N)x 絲桿導程(cm) / 2x3.14;

註:無預壓時,載荷為 0;預壓載荷大小查相關產品手冊;

(3)加速運動時的加速轉矩:加速轉矩(N*m)= 總慣量(kg*m^2)x 電動機軸角加速度(rad/s^2);

加速度(rad/s)= 轉速(r/min)x60/(2x3.14)。

以上內容提供機械設計中常用計算公式,涉及直線運動、旋轉運動、轉矩計算、摩擦阻力、轉動慣量及電機相關參數計算。在實際應用中,這些公式和參數的選擇需根據具體工況和設計要求進行調整和優化。

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