《支承件设计》PPT课件

第三章支承件设计 第三章支承件设计 第一节概述一 支承件的功用二 支承件的基本要求三 支承件的静力分析 第三章支承件设计 一 支承件的功用 什么是支承件 支承件是机床的基本构件 主要是指 床身底座 立柱 横梁 工作台 箱体 升降台等大件 第三章支承件设计 一 支承件的功用 支承件的作用 支承件的作用是支承其它零部件 保证它们之间正确的相互位置关系和相对运动轨迹 机床切削时 支承件承受着一定的重力 切削力 摩擦力 夹紧力等 第三章支承件设计 一 支承件的功用 支承件的连接方式 机床中的支承件有的互相固联在一起 有的在导轨上作相对运动 导轨常与支承件做成一体 也有采用装配 镶嵌或粘接方法与支承件相联接 第三章支承件设计 一 支承件的功用 支承件的地位 支承件受力受热后的变形和振动将直接影响机床的加工精度和表面质量 因此 正确设计支承件结构 尺寸及布局具有十分重要的意义 第三章支承件设计 二 支承件的基本要求 刚度抗振性热变形内应力其它 第三章支承件设计 二 支承件的基本要求 刚度 1 所谓刚度是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力 2 前者称为静刚度 后者称为动刚度 3 一般所说的刚度往往指静刚度 4 支承件要有足够的静刚度 即在额定载荷作用下 变形不得超过允许值 第三章支承件设计 二 支承件的基本要求 2 抗振性 1 抗振性是指支承件抵抗受迫振动和自激振动的能力 2 抵抗受迫振动的能力是指受迫振动的振幅不超过许用值 即要求有足够的静刚度 3 抵抗自激振动的能力是指在给定的切削条件下 能保证切削的稳定性 第三章支承件设计 二 支承件的基本要求 3 热变形 1 机床工作时 电动机 传动系统的机械摩擦及切削过程等都会发热 机床周围环境温度的变化也会引起支承件温度变化 产生热变形 2 热变形会影响机床的工作精度和几何精度 这一点对精密机床尤为重要 因此应对支承件的热变形及热应力加以控制 第三章支承件设计 二 支承件的基本要求 4 内应力 1 支承件在铸造 焊接及粗加工的过程中 材料内部会产生内应力 导致变形 2 在使用中 由于内应力的重新分布和逐渐消失会使变形增大 超出许用的误差范围 3 支承件的设计应从结构和材料上保证其内应力要小 并应在焊 铸等工序后进行失效处理 第三章支承件设计 二 支承件的基本要求 5 其它 1 支承件还应使排屑通畅 操作方便 调运安全 加工及装配工艺性好等 2 支承件的性能对整台机床的性能影响很大 其重量约为机床总重的80 以上 所以应正确地对支承件进行结构设计 并对主要支承件进行必要的验证和试验 使其能够满足对它的基本要求 并在此前提下减轻重量 节省材料 第三章支承件设计 三 支承件的静力分析 为了保证支承件具有足够的刚度 必须进行受力分析 以普通车床为例 分析机床及其主要支承件的受力和变形 第三章支承件设计 三 支承件的静力分析 图3一1普通车床的受力分析 第三章支承件设计 三 支承件的静力分析 从上述分析可知 1 床身变形的主要形式是在垂直面和水平面内的弯曲 以及由MnZ和MnY联合作用下的扭转 2 在弯曲变形中 水平面的弯曲对加工精度影响较大 因此设计床身时要注意加强水平面内的弯曲刚度 3 对于长床身 扭转变形会使刀尖与工件间产生相当大的位移 甚至会成为变形的主要方面 因此要注意提高扭转刚度 4 主轴箱和尾架对床身作用有较大的弯矩 因此床身两端 特别是主轴箱一端 应注意提高其刚度 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 1 支承件的变形一般包括三部分 自身变形 局部变形和接触变形 2 对于床身 载荷是通过导轨面施加到床身上的 变形应包括床身自身的变形 导轨的局部变形以及导轨表面的接触变形 3 局部变形和接触变形不可忽略 有时甚至占主导地位 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 1 提高支承件自身刚度 1 定义 支承件抵抗自身变形的能力称为支承件的自身刚度 2 影响因素 自身刚度主要决定于支承件的材料 形状 尺寸和筋板的布置等 提高支承件的自身刚度 应注意以下几方面 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 1 提高支承件自身刚度正确选择支承件的截面和尺寸合理布置隔板合理开窗和加盖 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 1 正确选择支承件的截面和尺寸支承件所受的载荷 主要有拉压 弯曲和扭转 对于同一材料 截面积相当而形状不同时 截面惯性矩相差很大 合理选择截面可提高支承件自身刚度 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 表3 1截面形状与抗扭惯性矩关系 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 2 合理布置隔板隔板的作用是将作用于支承件的局部载荷传递给其它壁板 从而使整个支承件承受载荷 提高支承件的自身刚度 例如中小型卧式车床的床身的几种横隔板布置如图3 2所示 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 图3 2中小型车床床身的几种横隔板布置 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 3 合理开窗和加盖为了安装机件或清砂 支承件壁上往往需要开窗孔 窗孔对刚度的影响决定于它的大小和位置 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 图3一3开孔和加盖对刚度的影响 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 2 提高支承件连接刚度和局部刚度支承件在连接处抵抗变形的能力 称为支承件的连接刚度 若支承件以凸缘连接时 连接刚度决定于螺钉刚度 凸缘刚度和接触刚度 接合面处的表面粗糙度应达到Ra 8 m 压力应小于1 5 2MPa 合理布置螺钉位置和选择合适的螺钉尺寸可提高接触刚度 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 图3一4凸缘连接形式 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 图3 5凸缘设计对刚度的影响 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 图3 6床身与导轨的过渡壁和筋 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 图3 7加强筋的布置 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计一 支承件的静刚度 图3 10立柱的截面形状 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 1 支承件形状和尺寸的确定确定支承件的结构形状和尺寸 首先要满足工作性能的要求 由于各类机床的性能 用途 规格的不同 支承件的形状和大小也不同 现分述如下 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 卧式床身卧式床身有3种结构形式 1 中小型车床床身 是由两端的床腿支承 2 大型卧式车床 镗床 龙门刨床 龙门铣床等的床身 是直接落地安装在基础上 3 有些仿形和数控车床 则是采用框架式床身 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 卧式床身卧式床身有3种结构形式 1 中小型车床床身 是由两端的床腿支承 2 大型卧式车床 镗床 龙门刨床 龙门铣床等的床身 是直接落地安装在基础上 3 有些仿形和数控车床 则是采用框架式床身 基本截面形状见图3 8 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 图3 8卧式床身的基本截面形状 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 图3 9过镀壁 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 2 立柱立柱可看作立式床身 其截面有圆形 方形和矩形 见图3 10 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 图3 10立柱的截面形状 立柱所承受的载荷有2类 一类是承受弯曲载荷 载荷作用于立柱的对称面 如立式钻床的立柱 另一类承受弯曲和扭转载荷 如铁床 镗床的立柱 另一类承受弯曲和扭转载荷 如铁床 镗床的立柱 第三章支承件设计 图3 10立柱的截面形状 立柱的截面形状主要由刚度决定 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 3 横梁和底座横梁用于龙门式框架机床上 作受力分析时 可似看作两支点的简支梁 横梁工作时承受复杂的空间载荷 1 横梁的自重为均布载荷 2 主轴箱或刀架的自重为集中载荷 3 切削力为大小 方向可变的外载荷 横梁的横截面一般做成封闭形 见图3 11 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 图3 l1横梁及底座截而形状 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计二 支承件的结构设计 2 支承件材料的选择及时效处理支承件的材料 主要为铸铁和钢 若导轨与支承件做成一体时 材料选择主要根据导轨要求确定 当导轨镶嵌在支承件上 材料按各自要求选择 1 铸铁优点 铸铁铸造性能较好 容易获得复杂结构的支承件 铸铁的内摩擦力大 阻尼系数大 振动的衰减性能好 成本低 缺点 铸件的周期较长 需做木型模 有时易产生缩孔 气饱等缺陷 2 钢钢材的强度比铸铁高 弹性模量约为铸铁的1 5 2倍 支承件若用钢材焊接而成 质量可减轻20 50 且可使固有频率提高 3 时效处理时效处理方法有3种 即自然时效 人工时效和振动时效 1 自然时效是将铸铁毛坯或粗加工后的半成品在露天存放3个月到几年 逐渐消除其内应力 使内部材料性能逐渐趋于稳定 然后进行加工 2 人工时效 是将工件放在200 C以下的退火炉中 以不超过80 C h的速度加温到500 C 550 C 经6 8h保温 使内应力消除 然后以不超过40 C h的速度缓慢地冷却 以免产生新的内应力 冷却到400 C以下方可从炉中取出 3 振动时效 它是将零件放在2个弹性支座上 激振器装在零件的中部 将激振器的激振频率调到等于零件一次弯曲振动的固有频率 使零件发生共振 其弯曲应力加上内应力将有一部分超过材料的屈服极限 使材料产生塑性变形而消除内应力 目前多用在梁类零件 如床身 横梁等 效果不如前两种 第三章支承件设计 第二节支承件的静刚度与结构设计三 支承件结构工艺性 在设计支