第二章机械系统部件的选择与设计blk2015-1分解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * （1）提高刚度 静刚度包括：自身刚度、局部刚度和接触刚度。 ①提高自身刚度 自身刚度是机架或机座本身受拉、压、扭、弯等载荷后产生的变形，其中扭转变形和弯曲变形是主要的； 提高自身刚度的主要措施如下： a. 合理选择截面形状和尺寸。 截面积相同的封闭空心截面结构的自身刚度比实心的大； 矩形截面的抗弯刚度比圆形大，而抗扭刚度比圆形小； 横截面不变时，减小壁厚，增大轮廓尺寸，可以提高刚度； 封闭截面刚度比不封闭截面大； * b. 合理布置筋板和加强筋。为便于铸造清砂及零部件的装配、调整，需要在机座上开“窗口”而使刚度降低，为此，应增加筋板或加强筋以提高刚度，其形式如图2.101所示。 横向筋板提高抗弯刚度 纵向筋板提高抗扭刚度 斜向筋板—均衡 直形筋 十字筋 斜向筋 斜交叉筋 蜂窝式加强筋 米字筋 井字筋 * c. 合理的开孔和加盖。实践证明，若开孔沿机座或机架壁中心线排列，或在中心线附近交错排列，孔宽(孔径)以不大于机座或机架壁宽的0.25倍时，机座的刚度降低很少。在开孔上加盖板，并用螺钉紧固，则可将弯曲刚度恢复到接近未开孔时的刚度，而对提高抗扭刚度无明显效果。 面壁开孔 b0 0.25b * ②提高局部刚度 局部刚度是在载荷集中的局部范围产生的变形，如突出的支脚、凸台等。 提高局部刚度的主要措施如下： a. 使载荷均匀分布，避免载荷集中在刚度薄弱的地方； b. 在安装螺钉处加厚凸缘； c. 或用壁龛式螺钉孔； d. 添置加强筋。 * ③接触刚度： 接触刚度是由于加工造成的微观不平度，使两个接触面的实际接触面积只是名义接触面积很小的一部分，因而产生接触变形； 提高接触刚度的主要措施如下： a. 降低接触表面的粗糙度(接触面表面粗糙度应小于2.5um) b. 在接触表面上施加预压力(用固定螺钉在接触面上形成预压力)。 近代机械中，接触刚度的影响往往大于自身刚度和局部刚度的影响。进行结构设计时，应尽量减少接触面的数量，提高接触面的接触刚度。 * （2）提高抗振性 动刚度是衡量抗振性的主要指标，在共振条件下的动刚度可用表示为： 其中，K为静刚度，ζ为阻尼比，B为阻尼系数，ωn为固有振动频率。 * 所以，提高抗振性的措施有： ①提高静刚度； ②增加阻尼，如液(气)动、静压导轨的阻尼比滚动导轨大，故抗振性能好； ③减轻重量增加固有振动频率，以免产生共振。在不降低机架或机座静刚度的前提下，如适当减薄壁厚、增加筋和隔板，采用钢材焊接代替铸件等； ④采取隔振措施，如加减振橡胶垫脚、用空气弹簧隔板等。 空气弹簧 * （1）提高刚度 （2）提高抗振性 （3）减小热变形 ①控制热源，采用冷光源（如发光二极管）；用胶木、石棉隔热；用风扇、冷却液散热；将热源远离机座或机架；对于有相对运动的零部件，合理设计结构并有效润滑。 ②采用热平衡法，控制各处的温差。 * （4）提高稳定性 机座或机架的稳定性是指长时间地保持其几何尺寸和主要表面相对位置的精度。可采用自然时效和人工时效(热处理法和振动法）方法。 振动（人工）时效是将铸件或焊接件在其固有振动频率下，共振10~40min即可。其优点是时间短，设备费用低，消耗动力少；结构轻巧，操作简便；可以消除热处理无法处理的非金属材料的内应力；时效后无氧化皮和尺寸变化，也不会因振动而引起新的内应力。 * （5）工艺性 铸件毛坯要设计得便于成形、浇注、清砂、吊装，避免铸造缺陷。 焊件毛坯要设计得便于下料、拼焊、减少焊接变形； 各种毛坯要设计得便于机械加工、装配、维修。 同一侧面的加工表面位于同一个平面上，以便于一起刨出或铣出（如图2.104）；机座必须有可靠的加工工艺基准，若没有，须铸出工艺凸台（如图2.105），将加工后的凸台作为工艺基准，加工完毕再将凸台去掉。 * 图2.105 * 二、机座的材料选择 1. 铸造机座 材料常选用铸铁。 优点： 工艺性能好，便于制造结构复杂零件； 存在铸铁中的片状或球状石墨在振动时形成阻尼，抗振性 比钢高3倍； 价格低。 缺点： 但生产铸铁支承件需要制作木模、芯盒等，制造周期长，不适合单件生产； 铸造易出废品； 加工余量大，机加工费用大。 * 2. 焊接机座 材料常选用普通碳素结构钢材（钢板、角钢、槽钢、钢管等），轻型机架也可用铝制型材连结制成。 优点： 用钢材焊成的机座具有造型简单 ，适于单件生产，周期短比铸造快1.7~3.5倍； 钢的弹性模量约为铸铁的2倍，在同样的载荷下，壁厚可做得比铸铁的薄，重量轻； 缺点： 钢的阻尼比只为