mechanical-design-toolkit

name mechanical-design-toolkit description 机械设计工具箱 - 17个功能模块，齿轮/螺栓/轴承/传动/材料/公差等，支持强度校核、参数选型、公差查询。符合GB、ISO标准。 description_zh 机械设计工具箱（齿轮、螺栓、轴承、传动、材料、公差等17个模块） description_en Mechanical Design Toolkit (17 modules: gear, bolt, bearing, drive, material, tolerance, etc.) version 2.0.0 allowed-tools Read,Write,Bash 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