第二章机械系统部件的选择与设计ch.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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，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。 * （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： 钢的阻尼比只为铸铁的约1/3，钢的抗振性能比铸铁差，在结构上，需采取防振措施； 钳工工作量大；成批生产时，成本较高。 * 3. 其他类型机座 材料选用花岗岩，大理石，天然石等，主要用在高精度高性能的系统中，如三座标测量机，金刚石车床等。 优点： 性能稳定，精度保持性好； 由于经历长期的自然时效，残余应力极小，内部组织稳定； 导热系数和线膨胀系数小，热稳定性好。 性能稳定，精度保持性好。 抗氧化性强；不导电；抗磁；与金属不粘合，加工方便，通过研磨和抛光容易得到很高的精度和表面粗糙度。 * 缺点： 抗冲击性能差，脆性大； 油、水易渗入晶体中，使岩石局部变形胀大，难于制作形状复杂的零件。 * * 2.9 本章小结 本章介绍了机电一体化系统的机械传动系统部件和支撑部件的选择与设计以及轴系和机架的选择与设计。 在机械传动系统部件选择和设计中的重点是滚珠丝杠和齿轮的选择与设计中的有关问题。包括滚珠丝杠的选择与设计内容包括滚珠丝杠的传动形式、组成、典型结构类型（从螺纹滚道的型面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙的调整方法等）、主要尺寸参数与标注、支撑方式、防护与润滑及选择过程等。 齿轮的选择与设计内容包括传动比的选择与分配、谐波齿轮传动原理、齿轮传动间隙的调整等。 * 支撑部件的选