机械系统设计机座和机架PPT学习教案

1、会计学1机械系统设计机座和机架机械系统设计机座和机架内容内容机座或机架的作用及基本要求机座或机架的作用及基本要求机座或机架的结构设计要点机座或机架的结构设计要点 2 机械系统设计机械系统设计 2 机械系统设计机座或机架机械系统设计机座或机架第1页/共29页一、机座或机架的作用及基本要求一、机座或机架的作用及基本要求机座类机座类各种机床的床身各种机床的床身箱体类箱体类减速器的箱体、车床床头箱的箱体减速器的箱体、车床床头箱的箱体分类分类底座类底座类电动绞车的底座电动绞车的底座第2页/共29页结构形状结构形状第3页/共29页第4页/共29页铸造机架：铸造机架：焊接机架：焊接机架：单件小批，生产单件小

2、批，生产周期短。周期短。使用钢板、槽钢、工字钢。使用钢板、槽钢、工字钢。材料：材料：多采用铸件，机架多由型材装配或焊接构成。多采用铸件，机架多由型材装配或焊接构成。吸振能力强，刚度高，价格低吸振能力强，刚度高，价格低。第5页/共29页机架零件特点机架零件特点1、是机器中的最大零件，占总质量的、是机器中的最大零件，占总质量的7090%；2、减轻机架零件的质量可节约材料减轻重量；、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、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结构复杂、加工面多，几何精度和相对位置精度要求

3、较高。求较高。 第6页/共29页机架零件的一般设计要求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、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；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；、应有足够的强度、刚度及振动稳定性；减少热减少热变形；变形；3、应满足工业美学要求，形状简单，颜色适应环、应满足工业美学要求，形状简单，颜色适应环境；境；4、应具有良好的加工与安装工艺性、应具有良好的加工与安装工艺性、经济性及人、经济性及人机工程等方面的要求。机工程等方面的要求。第7页/共29页一、计算载荷一、计算载荷计算载荷：

4、计算载荷：可能出现的最大载荷可能出现的最大载荷1.结构形状简单，材料力学的有关公式；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；重要机架零件，有限元法精确计算；设计计算：设计计算：4.要求不高，类比法设计。要求不高，类比法设计。第8页/共29页二、剖面形状二、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、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、生拉伸、压缩弯曲、 扭转等变形。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、机座和箱体受到弯曲或扭转载荷

5、时，截面形状对于它们的强度和刚度有着很大的影响。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、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系数及截面的惯性距，从而提高它们的刚度和强度。第9页/共29页 机座的典型结构机座的典型结构 (1)方形截面机座方形截面机座 结构简单，制造方便，箱体内有较结构简单，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，宜用于载荷大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷较小的场合。所以机

6、座应选择合适的壁厚、筋板和形较小的场合。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。的刚度。见图。 (2)圆形截面机座圆形截面机座 结构简单、紧凑，易于制造和造结构简单、紧凑，易于制造和造型设计，有较好的承载能力。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式机座 铸铁板装配结构，适用于局铸铁板装配结构，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。但刚度较整体箱体简化木模形状和铸造工艺等优点。但刚度

7、较整体箱体机座的差，且加工和装配工作量较大。机座的差，且加工和装配工作量较大。第10页/共29页第11页/共29页二、二、机座或机架的结构设计要点机座或机架的结构设计要点第12页/共29页1 铸造机座的设计铸造机座的设计(1)保证自身刚度的措施保证自身刚度的措施 合理选择截面形状和尺寸。合理选择截面形状和尺寸。 合理布置筋板和加强筋。合理布置筋板和加强筋。 合理的开孔和加盖。合理的开孔和加盖。对于铸件对于铸件，由于不，由于不需增加壁需增加壁厚，就可厚，就可减少铸造减少铸造的缺陷；的缺陷；对于焊件对于焊件，则壁薄，则壁薄时更易保时更易保证焊接的证焊接的品质。品质。 第13页/共29页截面形状的合

8、理选择是机架设计的一个重要问题。截面形状的合理选择是机架设计的一个重要问题。如果截面面如果截面面积不变，通过积不变，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。充分发挥材料的作用。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，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。则

9、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。能力。第14页/共29页截面形状的选择截面形状的选择 当受简单拉、压作用时，当受简单拉、压作用时，变形只和截面积有关，而与截变形只和截面积有关，而与截面形状无关，设计时主要是选择合理的尺寸。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，如果受弯、扭作用时，变形与截面形状有关。在其它条变形与截面形状有关。在其它条件相同情况下，抗扭惯性矩

10、件相同情况下，抗扭惯性矩IcIc越大，扭转变形越小，越大，扭转变形越小，抗扭刚度越大。抗扭刚度越大。第15页/共29页面积相同的，各种截面形状与惯性矩的比较面积相同的，各种截面形状与惯性矩的比较 1 1）空心结构的刚度比实心结构的刚度大；）空心结构的刚度比实心结构的刚度大；2 2）封闭圆形截面的抗扭刚度好，而封闭方形截面的抗）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；弯和抗扭都较好；3 3）加大横截面轮廓尺寸和减小壁厚时，可提高刚度。）加大横截面轮廓尺寸和减小壁厚时，可提高刚度。第16页/共29页隔板与加强筋隔板与加强筋 封闭空心截面的刚度较好，但为了铸造清砂及其内部封闭空心

11、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，必须在机座壁上开零部件的装配和调整，必须在机座壁上开“窗口窗口”，其，其结果使机座整体刚度大大降低。若单靠增加壁厚提高刚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。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。字筋的刚度最大，但铸造

12、工艺最复杂。 加强筋和隔板的厚度，一般取壁厚的加强筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.80.8倍。倍。第17页/共29页当机架零件的外廓尺寸一定时，因而在满足强度、刚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。，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。件的壁厚应力求趋于相近。 第

13、18页/共29页 任何机械都会发生不同程度的振动。动力、锻压一类机械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原因而引起振动。机械设备的振动频率一般约在10100Hz范范围。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由于外界因素的干扰，一般生产车间地基的振动频率约为260Hz，振幅约为，振幅约为120m。隔振的目的就是要尽量隔离和减轻振动波的传递。隔振的目的就是要尽量隔离和减轻振动波的传递。常用的常用的方法是在机器或仪器的底座

14、与基础之间设置弹性零件，通常称方法是在机器或仪器的底座与基础之间设置弹性零件，通常称为为隔振器隔振器或或隔振垫隔振垫，使振波的传递很快衰减。，使振波的传递很快衰减。隔振器中的弹性零件可以是金属弹簧，也可以是橡胶弹簧隔振器中的弹性零件可以是金属弹簧，也可以是橡胶弹簧。 第19页/共29页第20页/共29页连接刚度连接刚度 为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施：为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施：1 1）根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径）根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径、数量及其位置。必要时，可使螺钉产生预紧力，来、数量及其位置。必要时，可使螺钉产生预紧力，来提高连接

15、刚度。提高连接刚度。2 2）提高结合表面的光洁度和形状精度，使结合表面）提高结合表面的光洁度和形状精度，使结合表面上的接触点增多，从而提高结合面的接触刚度。上的接触点增多，从而提高结合面的接触刚度。3 3）增加局部刚度来提高连接刚度，如图。在安装螺）增加局部刚度来提高连接刚度，如图。在安装螺钉处加厚凸缘；或用壁龛式螺钉孔；或用加强筋等办钉处加厚凸缘；或用壁龛式螺钉孔；或用加强筋等办法增加局部刚度，从而提高连接刚度。法增加局部刚度，从而提高连接刚度。 第21页/共29页1、减小加工面积；、减小加工面积；2、加工表面与非加工表面要区分开；、加工表面与非加工表面要区分开；3、被加工面在同一平面内。、

16、被加工面在同一平面内。第22页/共29页一、机体的结构形式（以减速器为例）一、机体的结构形式（以减速器为例）剖分式：剖分式：装拆方便，但结构复杂装拆方便，但结构复杂整体式：整体式：刚度高，结构简单，装拆不方便刚度高，结构简单，装拆不方便第23页/共29页1、从工业美学角度考虑；、从工业美学角度考虑；2、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板。第24页/共29页第25页/共29页第26页/共29页本章小结本章小结 本章重点学习了机电一体化系统的机械系统机械传动部本章重点学习了机电一体化系统的机械系统机械传动部件和导向支承部件的选用与设计。件和导向支承部件的选用与设计。重点掌握重点掌握丝杠传动和齿丝杠传动和齿轮传动的选用与设计的基本要求、原则和设计方法以及轮传动的选用与设计的基本要求、原则和设计方法以及了了解解相关结构的工作原理；相关结构的工作原理；重点掌握重点掌握滑动导轨和滚动导轨的滑动导轨和滚动导轨的选用与设计的基本要求、原则和设计方法，选用与设计的基本要求、原则和设计方法，了解了解相关结构相关结构的工作原理以及其他导向装置的特点。的工作原理以及其他导向装置的特点。第27页/共29页思考题思考题 1 机电一体化系统中传动机构的