机架结构设计

机架设计概论机架设计概论何谓机架？何谓机架？•在机器（或仪器）中支承或容纳零、部件的零件称之为机架。•机架是底座、机体、床身、立柱、壳体、箱体、以及基础平台等零件的统称。机架设计一般要求机架设计一般要求•一.机架设计准则•机架的设计主要应保证刚度、强度及稳定性．•１．刚度•评定大多数机架工作能力的主要准则是刚度。在机床中刚度决定着机床生产效率和产品精度；在齿轮减速器中，箱体的刚度决定了齿轮的啮合情况和它的工作性能；薄板轧机的机架刚度直接影响钢板的质量和精度。•２．强度•强度是评定重载机架工作性能的基本准则。•机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度。此外还要校核其疲劳强度。•机架的强度和刚度都需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗震能力的指标，而提高机架抗振能力应从提高机架构件的静刚度，控制固有频率，加大阻尼等方面着手。•３．稳定性•机架受压结构及受压弯结构都存在失稳问题。有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。稳定性是保证机架正常工作的基本条件。必须加以校核。•４．对于机床、仪器等精密机械还应考虑热变形。•热变形将直接影响机架原有精度，从而使产品精度下降。•二.机架设计的一般要求•1.在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低。•2.抗振性好。•3.噪声小。•4.温度场分布合理，热变形对精度的影响小。•5.结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。•6.结构便于安装、调整及修理。•7.导轨面受力合理、耐磨性良好。•8.造型好。•三.设计步骤•1.初步确定机架的形状和尺寸•2.常规计算•利用材料力学、弹性力学等固体力学理论和计算公式，对机架进行强度、刚度和稳定性等方面的校核。•3.有限元静动态分析、模型试验（或实物试验）和优化设计。•4.制造工艺性和经济性分析。机架的常用材料机架的常用材料•材料的选用，主要是根据机架的使用要求。多数机架形状较复杂，故一般采用铸造。由于铸铁的铸造性能好、价廉和吸振能力强，所以应用最广。焊接机架具有制造周期短、重量轻和成本低等优点，故在机器制造业中，焊接机架日益增多。•一.铸造机架常用材料•1.铸铁•铸铁流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。铸铁的内摩擦大、阻尼作用强，故动态刚性好。另外还有切削性能好、价格便宜和易于大量生产等优点。铸铁主要有灰铸铁、球墨铸铁。•2.铸造碳钢•铸钢的弹性模量大，强度也比铸铁高，故用于受力较大的机架。由于钢水流动性差，在铸型中凝固冷却时体收缩和线收缩都较大，故不宜设计复杂形状的铸件。•3.铸造铝合金•铝合金密度小、重量轻，通过热处理强化，具有足够高的强度、较好的塑性，良好的韧性。机架的热处理机架的热处理•一.铸钢机架的热处理•铸钢件一般都要经过热处理。热处理的目的是为了消除铸造内应力和改善力学性能。铸钢机架的热处理方法一般有正火加回火，退火、高温扩散退火和焊补后回火等。•二.铸铁机架时效处理•时效处理的目的是在不降低铸铁力学性能的前提下，使铸铁的内应力和机加工切削应力得到消除或稳定，以减少长期使用中的变形，保证几何精度。•三.焊接机架的退火