支承件设计

机械制造装备设计第5章支承件设计第5章支承件设计5.1支承件的功用、基本要求及设计步骤5.2支承件的结构设计5.3支承件的材料和热处理第5章支承件设计5.1支承件的功用、基本要求及设计步骤支承件是设备的基础构件，包括床身、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。这些件一般都比较大，所以也称大件。第5章支承件设计支承件的种类按构造方式可分为：机座类箱壳类机架类平板类第5章支承件设计支承件的种类按结构可分为：整体式装配式第5章支承件设计支承件的种类按制造方法可分为：铸造式焊接式螺栓式组合式第5章支承件设计支承件的种类按力学模型可分：杆系结构板壳结构实体结构第5章支承件设计支承件的种类按材质可分为：金属支承件非金属支承件非金属支承件又可分为混凝土支承件花岗岩支承件塑料支承件第5章支承件设计5.1.1支承件的功用支承和安装机器各部分零部件，并承受各种静态力（重力）及动态力（切削力）。保证各零部件之间的相对位置精度和运动部件的运动精度。用作电气箱或液压油、润滑油、切削液的储存器。独立完成某些功能，如货架、托架、工作台等。第5章支承件设计5.1.2对支承件的基本要求应具有足够的静态刚度和较高的动态刚度。后者在很大程度上反映了设计的合理性。应具有较好的动态特性。支承件应设计得使整个设备的热变形较小。应该排屑畅通，吊运安全，并具有良好的工艺性以便于制造和装配。第5章支承件设计5.1.3支承件的设计步骤根据其使用要求进行受力分析.根据所受的力和其他要求，并参考现有设备的同类型件，初步决定其形状和尺寸借助计算机进行验算或进行模型试验，求得其静态和动态特性，并据此对设计进行修改或对几个方案进行对比，选择最佳方案。第5章支承件设计5.2支承件的结构设计支承件的性能对整个设备的性能影响较大，支承件的重量占设备总重的80%以上。因此，应该正确进行支承件的结构设计，并对主要支承件进行必要的验算和试验，使支承件能满足它的基本要求，并在这个前提下尽量节约材料。第5章支承件设计支承件的刚度包括三个方面：支承件的自身刚度支承件的局部刚度支承件的接触刚度第5章支承件设计5.2.1提高支承件自身的静刚度1.合理选择支承件的截面形状和尺寸2.合理布里隔板3.合理开孔和加盖第5章支承件设计1．合理选择支承件的截面形状和尺寸空心截面的惯性矩比实心的大。设计支承件时总是使壁厚在工艺性好的前提下尽量薄一些。方形截面的抗弯刚度比圆形的大，而抗扭刚度较低。如果支承件所受的主要是弯矩，则截面形状为方形和矩形为佳。承受单方向的弯矩为主的支承件，其截面形状常取为矩形。不封闭的截面比封闭的截面刚度小得多，抗扭刚度更小。应尽量支承件的截面做成封闭的形式。第5章支承件设计典型的车床类床身工作时承受弯曲和扭转载荷，并且床身上需有较大空间排除大量切屑和冷却液。第5章支承件设计镗床、龙门刨床等机床的床身主要承受弯曲载荷，由于切屑不需要从床身排除，所以顶面多采用封闭的，台面不太高，以便于工件的安装调整。第5章支承件设计大型和重型机床的床身采用三道壁。重型机床可采用双层壁结构床身，以便进一步提高刚度。第5章支承件设计2.合理布置隔板隔板：在两壁之间起连接作用的内壁。隔板的功用：把支承件局部区域的载载荷传递给其他壁板，从而使整个支承件受载荷。提高非封闭截面的刚度，特别是抗扭刚度。隔板的布置形式：纵向隔板、横向隔板和斜向隔板。纵向隔板对提高纵向抗弯刚度有显著效果；横向隔板对提高抗扭刚度有显著效果；斜向隔板对提高抗弯和抗扭刚度都有较好的效果。必须注意隔板的方向。如图5.1所示，如果受载荷的作用，则隔板必须按图5.la布置。如果按图5.lb布置，则隔板对提高刚度的作用将很小。第5章支承件设计3．合理开孔和加盖铸造支承件壁上开孔会降低刚度。但因结构和工艺要求常需开孔。当开孔面积小于所在壁面积的0.2时，对刚度影响较小。当开孔面积超过所在壁面积的0.2时，抗扭刚度会降低许多。所以，孔宽和孔径以不大于壁宽的四分之一为宜，且应开在支承件壁的几何中心附近。开孔对抗弯刚度影响较小，若加盖且拧紧螺栓，抗弯刚度可接近未开孔时的水平，嵌入盖比面覆盖效果更好。抗扭刚度在加盖后可恢复到原来的40%左右。第5章支承件设计5.2.2提高支承件的局部刚度把图5.2a改为图5.2b,就能显著地提高局部刚度。第5章支承件设计5.2.2提高支承件的局部刚度图a所示为凸缘式，局部刚度较差；图b和图c所示的形状都可提高局部刚度。第5章支承件设计5.2.2提高支承件的局部刚度合理配置加强筋是提高局部刚度的有效方法。加强筋不是连接两壁，而是布置在某壁上，高度一般较小。通过设置可减少局部变形，提高局部刚度。第5章支承件设计加强筋的布置形式。第5章支承件设计5.2.3提高支承件的接触刚度为了提高接触刚度，不仅导轨面，重要的固定结合面也必须配磨或配刮。固定结合面配磨时，表面粗糙度值Ra≦16μm。配刮时，每25mm×25mm，高精度设备为12点，精密设备为8点，普通设备为6点，并应使接触点均匀分布。第5章支承件设计5.3支承件的材料和热处理5.3.1支承件的材料5.3.2支承件的热处理第5章支承件设计5.3.1支承件的材料铸铁钢铝合金非金属第5章支承件设计铸铁铸铁铸造性能好，可以铸造结构形状复杂的支承件，价格便宜，应用广泛。如果导轨与支承件铸为一体，则铸铁的牌号根据导轨的要求选择。如果导轨为镶装上去的，或者支承件上没有导轨，则一般可用HT100,HT150,HT200,HT250,HT300等，还可用球墨铸铁QT450-10,QT800-02等。第5章支承件设计钢铸钢的弹性模量较大，强度大于铸铁，抗拉和抗压强度接近。但铸钢的工艺性能不如铸铁。一般情况下要用铸铁，只有在支承件强度高、刚度大且形状不复杂时才考虑用铸钢。常用的材料有ZG200-400、ZG270-500等。如果支承件由型钢和钢板焊接，则常用Q235钢或Q275钢。第5章支承件设计铝合金铝合金的密度只有铁的1/3，有些铝合金还可以通过热处理进行强化，提高铝合金的力学性能。对于有些对总体重量要求较小的设备，为了减小其重量，它的支承件可考虑使用铝合金。常用的牌号有ZAISi7Mg,ZAISi2Cu2Mg1等。第5章支承件设计非金属非金属材料主要有混凝土、天然岩石及陶瓷等。混凝土的密度是钢的1/3，弹性模量是钢的1/10-1/15，其阻尼很大，刚度也较高，成本低，适用于受载面积大、抗振要求较高的支承件。天然岩石及陶瓷支承件膨胀系数小，热稳定性能好，残余应力小，性能稳定，精度保持性好。第5章支承件设计5.3.2支承件的热处理支承件在铸造和焊接过程中所产生的残余应力，将使支承件产生蠕变，因此必须进行时效处理，以消除内应力。谢谢！第5章支承件设计第5章支承件设计第5章支承件设计第5章支承件设计第5章支承件设计第5章支承件设计第5章支承件设计第5章支承件设计第5章支承件设计第5章支承件设计