第2章-机械系统设计(8机座和机架)PPT课件

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2 机械系统设计—机座和机架
结构形状
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材料：多采用铸件，机架多由型材装配或焊接构成。
铸造机架：
吸振能力强，刚度高，价格低。
焊接机架：
单件小批，生产周 期短。
使用钢板、槽钢、工字钢。
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机架零件特点
•1、是机器中的最大零件，占总质量的70~90%； •2、减轻机架零件的质量可节约材料减轻重量； •3、各种机架零件的结构形状与机器的功能密切相关。 结构复杂、加工面多，几何精度和相对位置精度要求 较高。
第二章 机械系统设计
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机架的作用及基本要求 机座或机架的结构设计要点
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一、机座或机架的作用及基本要求
作用：它既承受其它零部件的重量和工作载荷．又 起保证各零部件相对位置的基准。
分类 机座类——各种机床的床身 底座类——电动绞车的底座 箱体类——减速器的箱体、车床床头箱的箱体
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隔板与加强筋 封闭空心截面的刚度较好，但为了铸造清砂及其内部
零部件的装配和调整，必须在机座壁上开“窗口”，其结 果使机座整体刚度大大降低。若单靠增加壁厚提高刚度， 势必使机座笨重、浪费材料，故常用增加隔板和加强筋来 提高刚度。
加强筋常见的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四种 （如图）。直形筋的铸造工艺简单，但刚度最小；米字筋 的刚度最大，但铸造工艺最复杂。 加强筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.8倍。
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机架零件的一般设计要求
1、保证其上的零件、部件，准确定位、可靠固定； 考虑某些关键表面及其相对位置精度； 2、应有足够的强度、刚度及振动稳定性；减少热变 形； 3、应满足工业美学要求，形状简单，颜色适应环境； 4、应具有良好的加工与安装工艺性、经济性及人机 工程等方面的要求。
主要受弯曲的零件以选用工字形截面为最好，主要受扭转的零 件，以圆管形截面为最好，空心矩的次之，从刚度方面考虑， 则以选用空心矩形截面的为合理。
受动载荷的机架零件，为了提高它的吸振能力，需要合理设计 截面形状，即使截面面积并不增加，也可提高机架承受动载的 能力。
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截面形状的选择 当受简单拉、压作用时，变形只和截面积有关，而与截
任何机械都会发生不同程度的振动。动力、锻压一类机械 尤其严重。即使是旋转机械，也常因轴系的质量不平衡等多种 原因而引起振动。机械设备的振动频率一般约在10~100Hz范围。
由于外界因素的干扰，一般生产车间地基的振动频率约为 2~60Hz，振幅约为1~20μm。
隔振的目的就是要尽量隔离和减轻振动波的传递。常用的方 法是在机器或仪器的底座与基础之间设置弹性零件，通常称为 隔振器或隔振垫，使振波的传递很快衰减。
较小的场合。所以机座应选择合适的壁厚、筋板和形 状，以保证在重力、惯性力和外力的作用下，有足够 的刚度。见图。
(2)圆形截面机座
结构简单、紧凑，易于制造和造
型设计，有较好的承载能力。
(3)铸铁板装配式机座
铸铁板装配结构，适用于局
部形状复杂的场合。它具有生产周期短、成本低以及
简化木模形状和铸造工艺等优点。但刚度较整体箱体 机座的差，且加工和装配工作量较大。
隔振器中的弹性零件可以是金属弹簧，也可以是橡胶弹簧。
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(2)提高机座连接处的接触刚度 (3)机座的模型刚度试验 (4)机座的结构工艺性 (5)机座的材料选择
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计算载荷、剖面形状
一、计算载荷
计算载荷：可能出现的最大载荷
设计计算： 1.结构形状简单，材料力学的有关公式； 2.结构形状复杂，基于模型实验得到的公式; 3.重要机架零件，有限元法精确计算； 4.要求不高，类比法设计。
二、剖面形状
1、大多数机座和箱体的受力情况很复杂，因而要产 生拉伸、压缩弯曲、 扭转等变形。
2、机座和箱体受到弯曲或扭转载荷时，截面形状对 于它们的强度和刚度有着很大的影响。
3、正确设计机座和箱体的截面形状，在既不增大截 面面积，又不增大零件质量的条件下，来增大截面系 数及截面的惯性距，从而提高它们的刚度和强度。
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机座的典型结构
(1)方形截面机座 结构简单，制造方便，箱体内有较 大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷
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2 机械系统设计—机座和机架
二、机座或机架的结构设计要点
保证其自身刚度、连接处刚度和局部刚度，同 时要考虑安装方式、材料选择、结构工艺性以及 节省材料、降低成本和缩短生产周期等问题。
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1 铸造机座的设计 (1)保证自身刚度的措施 ①合理选择截面形状和尺寸。 ②合理布置筋板和加强筋。 ③合理的开孔和加盖。
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对于铸件， 由于不需增 加壁厚，就 可减少铸造 的缺陷；对 于焊件，则 壁薄时更易 保证焊接的 品质。
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截面形状的合理选择是机架设计的一个重要问题。如果截面面 积不变，通过合理改变截面形状、增大它的惯性矩和截面系数 的方法，可以提高零件的强度和刚度。合理选择截面形状可以 充分发挥材料的作用。
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当机架零件的外廓尺寸一定时，因而在满足强度、刚度、 振动稳定性等条件下，应尽量选用最小的壁厚。但面大而 壁薄的箱体，容易因齿轮、滚动轴承的噪声引起共鸣，故 壁厚宜适当取厚一些。
铸造零件的最小壁厚主要受铸造工艺的限制。同一铸件 的壁厚应力求趋于相近。
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面形状无关，设计时主要是选择合理的尺寸。 如果受弯、扭作用时，变形与截面形状有关。在其它条
件相同情况下，抗扭惯性矩Ic越大，扭转变形越小， 抗扭刚度越大。
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面积相同的，各种截面形状与惯性矩的比较 1）空心结构的刚度比实心结构的刚度大； 2）封闭圆形截面的抗扭刚度好，而封闭方形截面的抗 弯和抗扭都较好； 3）加大横截面轮廓尺寸和减小壁厚时，可提高刚度。