机械设计第16章箱体、导轨与铰链.ppt

1、第16章 箱体、导轨与铰链,16.1 箱体,16.1.1 箱体的主要功能,箱体的主要功能有：,1支承并包容各种传动零件，还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。 2安全保护和密封作用，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。 3使机器各部分分别由独立的箱体组成，便于加工、装配、调整和修理。 4改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。,16.1.2 箱体设计应考虑的主要问题,设计的过程中主要应考虑以下问题：,1.满足强度和刚度要求。,散热性能和热变形问题。 结构设计合理。 工艺性问题。 减振、隔振问题。 造型好、质量轻。,值得注意的是在设计不同的箱体时，考虑问题时应该有所侧重。,16.1.3

2、 箱体毛坯的选择,铸造容易制造出结构复杂的箱体毛坯，铸造箱体的热影响变形小，吸振能力较强，也容易获得较好的结构刚度，但其质量大。,焊接箱体允许有薄壁和大平面，而铸造却较难实现薄壁和大平面，此外焊接箱体一般比铸造箱体轻，,大型的机座或箱体的制造，则常采用分体铸造，整体焊接的办法。,在选择箱体毛坯的时候，还要与生产能力和生产规模相符合。,1614 箱体结构主要参数设计,2加强筋,加设筋板既可以增大强度和刚度，又可以减少质量。,筋板的不同布置对于加设筋板的效果有很大的影响。表16-4列出了几种筋板的布置情况。,3孔和凸台,箱体内壁和外壁上位于同一轴线上的孔，单件小批量生产时，应尽可能使孔的质量相等；

3、成批大量生产时，外壁上的孔应大于内壁上的孔径。,在箱壁上与孔中心线垂直的端面处附加凸台，可以增加箱体局部的刚度。,1 壁厚,铸铁、铸钢和其它材料箱体的壁厚可以从表16-1和表16-2中选取，表中N用下式计算： N=（2L+B+H）/3000 （mm） 式中： L-铸件长度（mm），L、B、H中，L为最大值； B-铸件宽度（mm）； H-铸件高度（mm）,4联接和固定,为了保证联接刚度，应注意以下几个方面的问题：,（1）重要结合面表面粗糙度值Ra应不大于3.2m，接触表面粗糙度值越小，则接触刚度越好。 （2）合理选择联接螺钉的直径和数量，保证结合面的预紧力。 (3) 合理设计联接部位的结构，联接

4、部位的结构、特点及应用见表16-5。,16.1.5 典型箱体结构,1. 传动箱体 如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体，主要功能是包容和支承各传动件及其支承零件，这类箱体在结构上应保证有好的密封性、高的强度和刚度。 2. 机壳类箱体 如齿轮泵的泵体，各种液压阀的阀体，主要功能是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体在结构上除了要保证好的密封性、高的强度和刚度外，还要能承受箱体内液体的压力。 3. 支架箱体 如机床的支座、立柱等箱体零件，在结构上要保证箱体有一定的强度、刚度和精度，这类箱体设计时要特别注意刚度和外观。,162 导 轨,16.2.1 导轨的功能,导轨起支承和导向的作

5、用 。,16.2.2 导轨设计基本要求,对导轨的设计应满足如下要求： 1.一定的导向精度。 2.运动轻便平稳。 3.良好的耐磨性。 4.足够的刚度和较大的承载能力。 5.温度变化影响小。 6.结构工艺性好。,16.2.3 滑动导轨设计,一、滑动导轨设计的主要内容,1.根据工作条件，选择合适的导轨类型。 2.选择导轨的截面形状，以保证导向精度。 3.选择适当的导轨结构及尺寸，使其在给定的载荷及工作温度范围内，有足够的刚度，良好的耐磨性，以及运动轻便和平稳。,4.选择导轨的补偿及调整装置，经长期使用后，由于磨损，将会出现间隙，影响导轨的导向精度和承载能力，因此必须选择合适的调整装置来对磨损量进行补

6、偿或对间隙进行调整以保持需要的导向精度。 5.选择合理的润滑方法和防护装置，使导轨有良好的工作条件，以减少摩擦和磨损，增加导轨的使用寿命。 6.制订保证导轨所必须的技术条件，如选择适当的材料，以及表面加工、热处理、测量方法等。,二、滑动导轨的结构设计,1. 滑动导轨截面的基本形式,（1）三角形导轨,该导轨磨损后能自动补偿，不会产生间隙，故导向精度高。如果导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。,（2）矩形导轨： 优点是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。由于它必须留有侧面间隙，且磨损后不能自动补

7、偿，它的导向精度没有三角形导轨高，导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需重新调整。,（3）燕尾形导轨 燕尾形导轨的调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑；但制造检验不方便，摩擦力较大，刚度较差，不适用于承受大的倾覆力矩和向上力矩，用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的场合。,（4）圆形导轨 制造方便，外圆采用磨削，内孔珩磨可达精密的配合，但磨损后不能调整间隙。为防止转动，可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受轴向载荷的场合。,2. 常用导轨组合形式,（1）三角形和矩形组合,这种组合形式以三角导轨为导向面，不需要用镶条调整间隙，导向精度较高

8、，而平导轨的工艺性好，因此应用最广。组合有V-平组合、棱-平组合两种形式 。,棱-平组合,V-平组合,图16-1 三角形导轨与矩形导轨的组合形式示意图,（2）矩形和矩形组合 承载面和导向面分开，因而制造和调整简单，导向面的间隙用镶条调整，接触刚度低，而且必须留有间隙，降低了导向精度。宽式组合导向面由于距离大，热膨胀时变形量大，要求间隙大，因此其导向精度和导向性能不如窄式组合。,图16-2 矩形导轨与矩形导轨的组合形式示意图,窄式组合,宽式组合,（3）双三角形导轨 导向面间无间隙，接触刚度好，导向精度高。采用对称结构，两条导轨磨损均匀，较高的工作精度。但其工艺性差，四个表面刮削或磨削也难以完全接

9、触，对温度变化较敏感，故不宜用在温度变化大的场合。,图16-3 双三角形导轨的组合形式示意图,3. 间隙调整,为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。导轨的间隙调整广泛采用镶条和压板。,（a）压板调整间隙,（b）镶条调整间隙,（c）垫片调整间隙,（d）侧面间隙的调整,图16-4 矩形导轨的间隙调整,4. 夹紧装置 有些导轨（如非水平放置的导轨）在移动之后要求将它的位置固定，因 而要用专用的锁（夹）紧装置。常用的锁紧方式有机械锁紧和液压锁紧。,5. 提高耐磨性措施,1）选择合理的压强,2）选择合适材料,3） 热处理,4）润滑和防护,6. 结构尺寸的验算,1) 校核温度变化对导轨间隙

10、的影响,2) 不自锁的条件,16.2.4 滚动导轨设计简介,一、滚动导轨的特点,在承导件和运动件之间放入一些滚动体（滚珠、滚柱或滚针），使相配的两个导轨面不直接接触的导轨，称为滚动导轨。,特点：,摩擦阻力小，运动轻便灵活；磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数差别小，低速时不易出现“爬行”现象，故运动均匀平稳。,缺点： 导轨面和滚动体是点接触或线接触，抗振性差，接触应力大，故对导轨的表面硬度要求高，对导轨的形状精度和滚动体的尺寸精度要求高。,二、滚动导轨的结构形式,1滚珠导轨 滚珠导轨主要有V-平截面的滚珠导轨、双V形截面的滚珠导轨和圆形截面滚珠导轨等结构形式。由于滚珠和导轨面是点接触，故运动

11、轻便，但刚度低，承载能力小，常用于运动件重量、载荷不大的场合。,滚柱导轨中的滚柱与导轨面是线接触，故它的承载能力和刚度比滚珠导轨大，耐磨性较好，但灵活性稍差。滚柱对导轨的不平度较敏感，容易产生侧向偏移和滑动，而使导轨的阻力增加，磨损加快，精度降低。滚柱导轨支承为标准部件，具有安装、润滑简单，调整防护容易等优点。由于滚柱在封闭的滚道内滚动，故可用于行程很大的导轨上。,三、滚动导轨设计的一般问题,1结构形式的选择 2导轨长度的选择 一般应在满足导轨运动行程的前提下，尽可能使导轨的长度短一些。 3. 滚动体尺寸和数目 当滚动体的数目增加时，导轨的承载能力和刚度也增加。但滚动体的数目不宜太多，过多会增

12、加载荷在滚动体上分布的不均匀性，刚度反而下降。若滚动体数目太少，制造误差将会显著地影响运动件的导向精度。 4滚动导轨刚度及预紧方法 当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。为减小导轨变形，提高刚度，除合理选择滚动体的形状、尺寸、数量和适当增加工作台的厚度外，常用预加载荷的办法来提高导轨的刚度。,2滚柱（滚针）导轨,163铰链,16.3.1 铰链的功能,铰链的主要功能是将一个构件与另一个构件通过转动副相联，使得这两构件之间可以作相对的转动，并且可以传递一定的力。,16.3.2 铰链设计基本要求,铰链的设计主要应满足如下基本要求：,1强度和刚度的要求 铰链轴必须有足够的强度，避免出现弯曲破坏，同时还要有足够的刚度，避免出现过大的挠曲变形。 2运动轻便平稳的要求 工作时，应轻便省力，摩擦阻力要小，运动平稳，冲击较小。 3良好的耐磨性 磨损是铰链机构的主要破坏形式，磨损导致联接间隙增大，使得运动不平稳，应尽量减少磨损量，使铰链能够正常工作。 4结构工艺性好 在保证铰链其它要求的前提下，应使铰链结构简单，便于加工、装配和维修，降低成本。,16.3.3 铰链常见结构,根据铰链轴固定还是转动与否，常见的铰