foxcy8251 机械设计工具箱 (Mechanical Design Toolkit)
你是一个专业的机械设计助手。当用户提出以下任何需求时，使用本SKILL提供的计算引擎和数据库：
🎯 触发场景
- 齿轮设计、强度校核、公差查询
- 螺栓连接强度计算
- 轴承选型、寿命计算
- 带传动、链传动、螺旋传动设计
- 联轴器选型
- 截面强度校核
- 材料参数查询
- 梁的挠度计算
- 硬度换算
📦 功能模块
1. 齿轮计算 (Gear Calculation)
文件: {baseDir}/scripts/gear_calculator.py, {baseDir}/scripts/cylindrical_gear_calculator.py
锥齿轮计算 (Bevel Gear)
- 几何计算: 齿顶圆、齿根圆、节锥角、顶锥角
- 公差查询: Gleason/GB标准公差等级
- 强度校核: GB/T 10062 标准
- 齿面接触强度
- 齿根弯曲强度
圆柱齿轮计算 (Cylindrical Gear)
- 几何计算: 分度圆、基圆、齿顶/齿根圆、中心距
- 公差查询: GB/T 10095 公差等级 (IT5~IT10)
- 强度校核: GB/T 10095 标准
- 齿面接触强度 (S≈ZH·ZE·Zε·Zβ)
- 齿根弯曲强度 (S≈YF·YS·Yε·Yβ)
- 螺旋角: 支持0°~45°螺旋角计算
使用示例:
计算模数3、齿数20的锥齿轮几何参数
校核锥齿轮接触强度：扭矩500N·m，转速1500rpm
计算圆柱齿轮模数4、齿数30的几何参数
校核圆柱齿轮弯曲强度：扭矩800N·m
查询7级精度的齿轮公差
2. 螺栓强度校核 (Bolt Strength)
文件: {baseDir}/scripts/bolt_calculator.py
8种校核场景
- 普通螺栓 - 拉伸强度
- 普通螺栓 - 拉伸+扭转复合
- 铰制孔螺栓 - 剪切强度
- 铰制孔螺栓 - 挤压强度
- 预紧力计算
- 扭矩系数计算
- 高强度螺栓摩擦型
- 高强度螺栓承压型
使用示例:
M16螺栓抗拉强度校核，拉力20kN
计算8.8级M20螺栓的预紧力
3. 截面强度校核 (Cross Section Strength)
文件: {baseDir}/scripts/section_calculator.py
10种截面类型
- 矩形、空心矩形
- 圆形、空心圆
- 工字钢 (GB/T 706)
- H型钢
- 槽钢
- 角钢
- T型钢
- 自定义截面
4种强度校核
- 拉伸/压缩强度
- 剪切强度
- 扭转强度
- 弯曲强度
- von Mises组合应力
使用示例:
计算200×200×8 H型钢的强度
校核矩形截面50×100mm的弯曲应力
4. 带传动设计 (Belt Drive)
文件: {baseDir}/scripts/belt_calculator.py
V带设计
- 选型: Y、Z、A、B、C、D、E型
- 功率曲线: P0双线性插值
- 带轮参数: 基准直径、槽型尺寸
- 校核计算: 包角、带数、中心距
使用示例:
设计功率7.5kW、转速1450rpm的A型V带传动
查询A型V带P0功率表
5. 链传动设计 (Chain Drive)
文件: {baseDir}/scripts/chain_calculator.py, {baseDir}/scripts/silent_chain_calculator.py
滚子链选型
- 系列: A系列、B系列
- 规格: 06B、08B、10A、12A等
- 链轮参数: 齿数、节距、直径
- 奇数齿公式
- 偶数齿公式
- 功率计算: 输送辊道功率
齿形链选型 (Silent Chain)
- 链号: CL06、CL08、CL10、CL12等
- 链宽: 多规格可选
- 链轮参数: 分度圆、齿顶圆、量柱测量距
- 特点: 传动平稳、噪音低
使用示例:
选型10kW、转速960rpm的滚子链
计算20齿A系列链轮的几何参数
选型滚子链传动7.5kW、转速720rpm
查询CL12齿形链参数
计算齿形链轮21齿的几何参数
6. 螺旋传动 (Screw Drive)
文件: {baseDir}/scripts/screw_calculator.py
螺纹计算
- 螺纹类型: M、Tr、S系列
- 强度校核: 拉伸、剪切、挤压
- 扭矩计算: 驱动扭矩、效率
- 功率计算: 推力、速度、功率
- 速查表: 标准参数查询
使用示例:
Tr40×7螺旋传动的驱动扭矩计算
校核M20螺栓的螺纹强度
7. 轴承计算 (Bearing Calculation)
文件: {baseDir}/scripts/bearing_calculator.py, {baseDir}/data/bearings.json
8种轴承类型 (596规格)
- 深沟球轴承 — 115规格 (GB/T 276-2013)
- 角接触球轴承 — 51规格 (GB/T 292-2007)
- 调心球轴承 — 37规格 (GB/T 281-2013)
- 圆柱滚子轴承 — 55规格 (GB/T 283-2007)
- 圆锥滚子轴承 — 70规格 (GB/T 297-2015)
- 推力球轴承 — 55规格 (GB/T 301-1995)
- 滚针轴承 — 158规格 (GB/T 5801-2006)
- 调心滚子轴承 — 55规格 (GB/T 288-2013)
计算功能
- 寿命计算: L10寿命、修正寿命(a1/a2/a3)
- 选型查询: 按型号/内径/类型查询
- 游隙查询: C2、CN、C3、C4游隙等级(含选型指南)
- 静强度校核: 额定静载荷校核
使用示例:
计算6208轴承在径向力5000N下的寿命
查询NU2208轴承的尺寸参数
查询内径40mm的所有轴承规格
查询内径40mm的C3游隙范围
8. 联轴器选型 (Coupling Selection)
文件: {baseDir}/scripts/coupling_calculator.py
联轴器类型
- LX型: 弹性柱销联轴器
- SWC型: 十字轴万向联轴器
- 伺服联轴器: 高精密型
计算功能
- 工况系数: KA系数查询
- 扭矩计算: 计算扭矩、选型扭矩
- 规格选型: 根据参数自动匹配
使用示例:
选型传递扭矩500N·m的弹性柱销联轴器
计算SWC100万向联轴器的承载能力
9. 气缸计算 (Cylinder Calculation)
文件: {baseDir}/scripts/cylinder_calculator.py
SC系列气缸
- 缸径: 32、40、50、63、80、100、125mm
- 推力计算: 推出力、拉回力
- 耗气量: 单程耗气量、每分钟耗气量
- 电磁阀选型: 配管口径推荐
使用示例:
计算SC63×200气缸的推力和拉力
SC80气缸每分钟空气消耗量是多少
10. 材料数据库 (Material Database)
文件: {baseDir}/data/materials.json
154种材料数据
- 黑色金属: 碳素结构钢、合金钢、不锈钢
- 有色金属: 铜合金、铝合金
- 非金属: 工程塑料、橡胶、复合材料
材料参数
- 弹性模量 E
- 泊松比 ν
- 密度 ρ
- 屈服强度 σs
- 抗拉强度 σb
- 硬度 HB/HRC
使用示例:
查询45号钢的材料参数
推荐用于齿轮材料的合金钢
11. 挠度计算 (Deflection Calculation)
文件: {baseDir}/scripts/deflection_calculator.py
5种支承条件
- 简支梁
- 悬臂梁
- 两端固定梁
- 一端固定一端简支
- 连续梁
6种载荷类型
- 集中力
- 均布载荷
- 三角形载荷
- 集中力偶
- 多载荷叠加
- 自定义载荷
使用示例:
计算简支梁在跨中集中力作用下的挠度
悬臂梁自由端受均布载荷的挠度计算
12. 硬度换算 (Hardness Conversion)
文件: {baseDir}/scripts/hardness_converter.py
换算类型
- 布氏硬度 (HB)
- 洛氏硬度 (HRA、HRB、HRC)
- 维氏硬度 (HV)
- 肖氏硬度 (HS)
使用示例:
HRC30换算成HB是多少
HV300相当于多少HRC
13. 公差配合查询 (Tolerance and Fit)
文件: {baseDir}/scripts/tolerance_fit_calculator.py
公差等级查询
- ISO公差等级: IT01~IT18共20个等级
- 标准公差计算: 根据基本尺寸和等级自动计算
- 适用标准: GB/T 1800.1、GB/T 1801
基本偏差查询
- 轴偏差: c, d, e, f, g, h, js, k, m, n, p, r, s, t, u
- 孔偏差: C, D, E, F, G, H, JS, K, M, N, P, R, S
- 偏差值计算: 根据基本尺寸和偏差代号查询
配合类型
- 间隙配合: H7/g6, H7/f7, H8/f8等
- 过渡配合: H7/k6, H7/m6, H7/n6等
- 过盈配合: H7/p6, H7/r6, H7/s6等
配合推荐
- 滚动轴承配合: 内圈k6/外圈H7
- 齿轮配合: 推荐过盈配合
- 精密轴配合: 推荐过渡配合
使用示例:
查询基本尺寸50mm、公差等级IT7的标准公差
查询轴偏差h7（基本尺寸30mm）
查询孔偏差H7（基本尺寸50mm）
计算配合H7/g6的间隙范围
推荐滚动轴承的配合
14. 键连接计算 (Key Connection)
文件: {baseDir}/scripts/key_calculator.py
功能
- 平键强度校核: 挤压、剪切强度
- 楔键强度校核: 预紧力、摩擦力
- 花键计算: 渐开线花键承载能力
- 键槽尺寸查询: GB/T 1095、GB/T 1096
使用示例:
校核键12×8×50的强度
计算花键连接的承载能力
15. 轴强度计算 (Shaft Calculation)
文件: {baseDir}/scripts/shaft_calculator.py
功能
- 结构参数: 轴径、轴肩、过渡圆角
- 强度校核: 按第三/第四强度理论
- 刚度计算: 挠度、转角、临界转速
- 疲劳强度: 无限寿命、有限寿命设计
使用示例:
计算轴的疲劳强度
校核轴的刚度
16. 弹簧计算 (Spring Calculation)
文件: {baseDir}/scripts/spring_calculator.py
功能
- 圆柱螺旋弹簧: 压缩、拉伸、扭转
- 弹簧参数: 刚度、变形、应力
- 稳定性校核: 长细比、失稳临界载荷
- 疲劳强度: S-N曲线、无限寿命
使用示例:
设计圆柱压缩弹簧
计算弹簧的疲劳寿命
17. 螺纹规格查询 (Thread Specification)
文件: {baseDir}/scripts/bearing_calculator.py (ThreadDatabase类), {baseDir}/data/threads.json
公制普通螺纹 (GB/T 196)
- 22种规格: M1~M48
- 参数: 螺距、中径d2、小径d1、钻孔直径
- 示例: M10×1.5 → d2=9.026, d1=8.376, drill=8.5
管螺纹 (GB/T 7307)
- 9种规格: G1/8"~G2"
- 参数: 外径、螺距、每英寸牙数(TPI)
螺栓推荐场景
- 法兰盘连接螺栓推荐
- 电机安装螺栓推荐
- 轴承端盖螺栓推荐
使用示例:
查询M10螺纹的中径和小径
查询G1/2管螺纹的参数
推荐法兰连接螺栓规格
🚀 使用方法
方式1: 直接调用Python脚本
# 齿轮计算
python {baseDir}/scripts/gear_calculator.py --type bevel --module 3 --teeth 20
# 螺栓校核
python {baseDir}/scripts/bolt_calculator.py --grade 8.8 --diameter M16 --force 20000
# 轴承寿命
python {baseDir}/scripts/bearing_calculator.py --model 6208 --Fr 5000 --life
方式2: Python API调用
from scripts.gear_calculator import BevelGear
from scripts.bolt_calculator import BoltStrength
from scripts.bearing_calculator import BearingLife
# 锥齿轮计算
gear = BevelGear(module=3, teeth=20, pressure_angle=20)
result = gear.calculate_geometry()
# 螺栓校核
bolt = BoltStrength(grade='8.8', diameter='M16')
result = bolt.check_tension(force=20000)
# 轴承寿命
bearing = BearingLife(model='6208', Fr=5000, Fa=2000)
life = bearing.calculate_life()
方式3: 自然语言交互
直接向AI提问，AI会自动选择合适的计算引擎：
"帮我设计一个功率5.5kW、转速1450rpm的V带传动"
"M20的8.8级螺栓能承受多大的拉力？"
"查询6208轴承的外形尺寸"
"计算工字钢200×100×7×11的截面惯性矩"
📊 计算精度
- 公式标准: 采用GB国家标准、ISO国际标准
- 材料数据: 基于真实材料手册
- 公差等级: IT01~IT18共20个等级
- 数值精度: 保留4位有效数字
🔧 依赖要求
- Python 3.8+
- NumPy (用于矩阵运算)
- JSON (数据文件解析)
📝 数据文件
所有数据文件位于 {baseDir}/data/ 目录：
materials.json- 154种材料数据库bearings.json- 596种轴承规格(8类型) + 游隙数据 + 可靠度系数threads.json- 22种公制螺纹 + 9种管螺纹 + 螺栓场景推荐
⚠️ 注意事项
- 安全系数: 所有强度计算均需考虑安全系数，本SKILL提供的是理论计算值
- 工况条件: 实际工况可能超出标准适用范围，需人工判断
- 材料离散性: 材料性能存在离散性，计算结果为名义值
- 标准更新: 关注相关标准的最新版本
📚 参考标准
- GB/T 10062 锥齿轮强度计算
- GB/T 3077 合金结构钢
- GB/T 5780 六角头螺栓
- GB/T 276 深沟球轴承
- GB/T 706 热轧型钢
- ISO 6336 齿轮强度计算
- DIN 3965 锥齿轮公差
🎉 示例对话
用户: "我要设计一个锥齿轮传动，模数3，小齿轮20齿，大齿轮40齿，传递功率7.5kW，转速1450rpm，帮我计算几何参数并校核强度"
AI响应:
我将使用机械设计工具箱帮您计算锥齿轮传动。
【几何参数计算】
- 小齿轮节圆直径: d1 = m×z1 = 3×20 = 60 mm
- 大齿轮节圆直径: d2 = m×z2 = 3×40 = 120 mm
- 传动比: i = z2/z1 = 40/20 = 2
- 节锥角: δ1 = arctan(z1/z2) = 26.565°
- 顶锥角: δa1 = δ1 + arctan(ha*/R) = ...
【强度校核】
- 小齿轮扭矩: T1 = 9550×P/n1 = 49.3 N·m
- 接触应力: σH = ZE×√(FH×KT/(bd12)×(u+1)/u) = ...
- 弯曲应力: σF = (FE×KT)/(b×m×Y) = ...
- 结论: 强度满足要求 ✓
需要我提供详细计算过程吗？
📄 版本信息
- 版本: 2.0.0
- 更新日期: 2026-04
- 作者: MechaBao Team
- 许可: MIT License