机械制造装备设计PPT课件-第三章_机床主要部件设计(2).ppt

2019年2月6日,机械制造装备设计,第 三 章 机床主要部件设计,第二节 支承件设计,一、支承件的基本要求,四、提高支承件静刚度的措施,二、支承件的受力分析方式,三、支承件的截面形状设计原则,五、支承件的材料,接触刚度 指支承件的结合面在外载作用下抵抗接触变形的能力。如导轨面产生接触变形。,第二节 支承件设计,功用：相互连接构成机床基础，支承机床工作部件，承受载荷，以保证机床各部件的相对运动。,一、支承件的基本要求,1.具有足够静刚度和较高固有频率,整体刚度（自身刚度） 床身承受载荷产生整体弯曲变形。整体刚度与支承件材料以及截面形状、尺寸等影响惯性矩的参数有关。,局部刚度 指支承件载荷集中的局部结构处抵抗变形的能力。如 导轨承受载荷产生局部变形。,如卧式车床床身与导轨间的静刚度关系,第二节 支承件设计,第二节 支承件设计, 当接触压强很小时，结合面存在表面精度误差，结合面只有几个高点接触，实际接触面积很小，接触变形大，接触刚度低。, 当接触压强较大时，结合面上的高点产生变形，接触面积扩大，故接触刚度较高。接触刚度随接触压强的增加而增大。, 结合面间有相对运动的接触刚度小于固定接触的接触刚度。,小结 接触刚度取决于接合面的表面粗糙度和平面度、结合面的大小，材料硬度，接触面的压强等。,接触刚度 用结合面的平均压强 p与变形量之比表示。其特性 是：,第二节 支承件设计,固有频率 用刚度与质量之比表示，即, 重点理解：当激振力频率 接近固有频率0时，支承件将产生共振。 因此，设计时要求：o1.3, 设计要点：在满足刚度的前提下，尽量减小支承件的质量 m，提高固有频率o。,2.良好的动态特性 支承件有较高静刚度、固有频率、还应有 较大阻尼，薄壁面积应小于400mm400mm，避免薄壁振动。,3.结构合理 通过失效处理，能充分消除内应力，形状稳定。,4.排屑畅通，工艺性好，成本低，吊运安装方便。,第二节 支承件设计,机床支承件要承受切削力、零部件重量、传动力等载荷。 支承件所承受的载荷不同，设计时分析其受力方式不同。,1.中小型机床 支承件受力分析以切削力为主。,2.精密和高精度机床 支承部件载荷以移动部件的质量和热应力为主。如：双柱立式坐标镗床的横梁，受力分析考虑主轴箱位于横梁中部时，横梁的弯曲和扭转变形。,3.大型机床 支承件受力分析应考虑工件重力，移动部件重力和切削力等。,二、支承件的受力分析方式,第二节 支承件设计,三、支承件的截面形状设计原则,支承件变形主要是弯扭变形。且抗弯刚度和抗扭刚度随支承件的截面惯性矩增大而增大。设计原则：, 截面积一定时，空心截面比实心截面的惯性矩大，满足工艺要求时，应尽量减小壁厚，提高抗弯刚度。, 承受一个方向弯矩的支承件，当高度方向为受弯方向时，截面形状应为矩形。, 承受弯扭作用的支承件，截面形状应为方形。, 承受纯转矩的支承件，截面形状应为圆环形。, 不封闭截面刚度远小于封闭截面刚度，尽量将支承件制成封闭形状。, 截面不能封闭的支承件，应采取补偿刚度措施。,第二节 支承件设计,四、提高支承件静刚度的措施, 从抗弯刚度、铸造工艺、支承件功用综合考虑，支承件截面不能完全封闭，存在刚度损失。, 导轨与床身的过渡连接处存在局部刚度损失。, 箱体轴承孔处存在刚度损失。,为什么要进行刚度补偿？,第二节 支承件设计,纵向隔板应布置在弯曲平面内，即隔板的高度方向与作用力f 的方向一致，如图。纵向隔板能提高抗弯刚度。,1.隔板和加强肋,（1）隔板（肋板）是连接外壁间的内壁。作用是将局部载荷传递给其它壁板，使整个支承件较均匀地承受载荷。,第二节 支承件设计,无横向隔板时，相对抗扭刚度很低；增加一个端面横向隔板时，抗扭刚度成倍增加，均匀布置三个横向隔板后，抗扭刚度又成倍增加。 支承件内增加横向隔板能提高抗扭刚度。,斜板是多个横隔板和纵隔板组合形成。支承件内增加斜板可提高抗弯和抗扭刚度。,第二节 支承件设计,图a，用加强肋 提高导轨与床身过渡连接处的局部刚度。,图b，用加强肋 提高箱体轴承孔处的局部刚度。,第二节 支承件设计,图 c、d、e 为工作台等板形支承件的加强肋。提高抗弯刚度，避免薄壁振动。,第二节 支承件设计,2.支承件开孔后的刚度补偿,立柱或横梁中为安装机件或工艺需要，需要开孔，从而造成抗扭、抗弯刚度的损失。,（1）在孔上加盖板，用螺栓将盖板固定在壁上。,（2）也可将孔的周边加厚（翻边），再加嵌入式盖板。,刚度补偿方法：,第二节 支承件设计,3.提高接触刚度, 相对滑动的连接面和重要的固定结合面须精磨或配对刮研，以增加接触面积。, 紧固螺栓应使结合面有2mpa的接触压强，以消除结合面的平面度误差，增大结合面积。, 结合面承受弯矩时，应使较多的紧固螺栓布置在受拉面，承受拉应力。, 结合面承受转矩时，螺栓远离扭转中心，均匀分布在四周。,第二节 支承件设计,五、支承件的材料,灰口铸铁的铸造、切削性能好，易得到复杂形状；阻尼大，有良好的抗振性能；加入少量合金元素可提高耐磨性。,（1）机床支承件常采用铸铁,1.铸铁 是加入少量的铬、硅、稀土等合金元素的灰口铸铁。,（2）支承铸件消除应力的方式, 铸件壁厚不均匀，铸造冷却中产生铸造应力，铸造后应进行自然失效处理。, 精密机床支承件，粗加工前自然失效，粗加工后人工失效，充分消除铸造应力。, 床身、立柱、横梁等进行振动时效，消除内应力。,第二节 支承件设计,2.钢材,特点及应用 不用铸模，制作周期短。 钢件抗弯刚度大于铸铁件。 满足刚度要求时，钢件比铸件壁厚薄一半，重量减轻20%30%。但阻尼为铸件的1/3，抗振性能差。 适合于生产数量少，品种多的大型床身的制造。,常用q235-a，20钢的钢板和型钢焊接成支承件。,第二节 支承件设计,3.树脂混凝土, 阻尼比是灰口铸铁的810倍，抗振性好。 耐腐蚀性好。与金属粘接力强，可按结构要求，预埋金属件，减少金属加工量。