第三章节机床主要部件设计(2).ppt

* * 机械制造装备设计 第 三 章 机床主要部件设计 第二节 支承件设计 一、支承件的基本要求 四、提高支承件静刚度的措施 二、支承件的受力分析方式 三、支承件的截面形状设计原则 五、支承件的材料 接触刚度 指支承件的结合面在外载作用下抵抗接触变形的能力。如导轨面产生接触变形。 第二节 支承件设计 功用：相互连接构成机床基础，支承机床工作部件，承受载荷，以保证机床各部件的相对运动。 一、支承件的基本要求 1.具有足够静刚度和较高固有频率 整体刚度（自身刚度） 床身承受载荷产生整体弯曲变形。整体刚度与支承件材料以及截面形状、尺寸等影响惯性矩的参数有关。 局部刚度 指支承件载荷集中的局部结构处抵抗变形的能力。如 导轨承受载荷产生局部变形。 如卧式车床床身与导轨间的静刚度关系 第二节 支承件设计 第二节 支承件设计 ◆ 当接触压强很小时，结合面存在表面精度误差，结合面只有几个高点接触，实际接触面积很小，接触变形大，接触刚度低。 ◆ 当接触压强较大时，结合面上的高点产生变形，接触面积扩大，故接触刚度较高。接触刚度随接触压强的增加而增大。 ◆ 结合面间有相对运动的接触刚度小于固定接触的接触刚度。 小结 接触刚度取决于接合面的表面粗糙度和平面度、结合面的大小，材料硬度，接触面的压强等。 接触刚度 用结合面的平均压强 p与变形量δ之比表示。其特性 是： 第二节 支承件设计 固有频率 用刚度与质量之比表示，即 ◆ 重点理解：当激振力频率ω 接近固有频率ω0时，支承件将产生共振。 因此，设计时要求：ωo1.3ω ◆ 设计要点：在满足刚度的前提下，尽量减小支承件的质量 m，提高固有频率ωo。 2.良好的动态特性 支承件有较高静刚度、固有频率、还应有 较大阻尼，薄壁面积应小于400mm×400mm，避免薄壁振动。 3.结构合理 通过失效处理，能充分消除内应力，形状稳定。 4.排屑畅通，工艺性好，成本低，吊运安装方便。 第二节 支承件设计 机床支承件要承受切削力、零部件重量、传动力等载荷。 支承件所承受的载荷不同，设计时分析其受力方式不同。 1.中小型机床 支承件受力分析以切削力为主。 2.精密和高精度机床 支承部件载荷以移动部件的质量和热应力为主。如：双柱立式坐标镗床的横梁，受力分析考虑主轴箱位于横梁中部时，横梁的弯曲和扭转变形。 3.大型机床 支承件受力分析应考虑工件重力，移动部件重力和切削力等。 二、支承件的受力分析方式 第二节 支承件设计 三、支承件的截面形状设计原则 支承件变形主要是弯扭变形。且抗弯刚度和抗扭刚度随支承件的截面惯性矩增大而增大。设计原则： ◆ 截面积一定时，空心截面比实心截面的惯性矩大，满足工艺要求时，应尽量减小壁厚，提高抗弯刚度。 ◆ 承受一个方向弯矩的支承件，当高度方向为受弯方向时，截面形状应为矩形。 ◆ 承受弯扭作用的支承件，截面形状应为方形。 ◆ 承受纯转矩的支承件，截面形状应为圆环形。 ◆ 不封闭截面刚度远小于封闭截面刚度，尽量将支承件制成封闭形状。 ◆ 截面不能封闭的支承件，应采取补偿刚度措施。 第二节 支承件设计 四、提高支承件静刚度的措施 ◆ 从抗弯刚度、铸造工艺、支承件功用综合考虑，支承件截面不能完全封闭，存在刚度损失。 ◆ 导轨与床身的过渡连接处存在局部刚度损失。 ◆ 箱体轴承孔处存在刚度损失。 为什么要进行刚度补偿？ 第二节 支承件设计 纵向隔板应布置在弯曲平面内，即隔板的高度方向与作用力F 的方向一致，如图。纵向隔板能提高抗弯刚度。 1.隔板和加强肋 （1）隔板（肋板）是连接外壁间的内壁。作用是将局部载荷传递给其它壁板，使整个支承件较均匀地承受载荷。 纵向隔板 第二节 支承件设计 无横向隔板时，相对抗扭刚度很低；增加一个端面横向隔板时，抗扭刚度成倍增加，均匀布置三个横向隔板后，抗扭刚度又成倍增加。 支承件内增加横向隔板能提高抗扭刚度。 斜板是多个横隔板和纵隔板组合形成。支承件内增加斜板可提高抗弯和抗扭刚度。 斜向隔板 横向隔板 第二节 支承件设计 （2）加强肋（肋条） 配置在外壁内侧或内壁上，其作用是