哈工大第十六章 機架零件

1、第十六章 機架 零件 16.1 概述 n機架零件：機架零件：機器的機座、箱體、基礎(chǔ)板、框架 等零件統(tǒng)稱為機架零件。 n作用：作用：1、主要起支承作用； 2、基準(zhǔn)的作用； n重點：重點：介紹機架的類型、設(shè)計要求，以及合理 選擇機架的壁厚、截面形狀、間壁及肋板等。 概述 正確選擇機架類零件的材料和正確設(shè)計其 結(jié)構(gòu)形式及尺寸，是減小機器質(zhì)量、節(jié)約金 屬材料、提高工作精度、增強機器剛度及耐 磨性等的重要途徑。 一、機架的一般類型一、機架的一般類型 機架按構(gòu)造形式可分為：機架按構(gòu)造形式可分為： 機座類機座類、箱體類箱體類、基板類基板類和和框架類框架類等四大類。等四大類。 1 1）機座類）機座類 立式機座

2、立式機座 臥式機座臥式機座 框式機座框式機座 環(huán)式機座環(huán)式機座 減速機箱體減速機箱體 電機電機-變速機箱體變速機箱體 2 2）箱體類）箱體類 3 3）板類）板類 工作臺工作臺 4 4）框架類）框架類 起重機行車架起重機行車架 箱體式箱體式 框架式框架式 臥式機座臥式機座 框式機座框式機座 立式機座立式機座 二、機架材料及制造方法二、機架材料及制造方法 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛度要求高，通常采用結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛度要求高，通常采用鑄鐵鑄鐵或鑄鋼?；蜩T鋼。 通常采用鋼或輕合金材料來減輕質(zhì)量。通常采用鋼或輕合金材料來減輕質(zhì)量。 v 批量生產(chǎn)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機架及零件多以鑄造為宜。批量生產(chǎn)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機架及零件多以鑄造

3、為宜。 v 單件或少量生產(chǎn)的機架及零件則以焊件為宜。單件或少量生產(chǎn)的機架及零件則以焊件為宜。 1 1）固定式機器的機座和箱體）固定式機器的機座和箱體 2 2）運行式機器的機座和箱體）運行式機器的機座和箱體 三、機架設(shè)計的準(zhǔn)則和一般設(shè)計要求三、機架設(shè)計的準(zhǔn)則和一般設(shè)計要求 機架零件負(fù)有承受機器工作時的作用力和使機器穩(wěn)定在機架零件負(fù)有承受機器工作時的作用力和使機器穩(wěn)定在 基礎(chǔ)上的作用。設(shè)計制造機架零件應(yīng)滿足以下列基本要求基礎(chǔ)上的作用。設(shè)計制造機架零件應(yīng)滿足以下列基本要求: : （1 1）強度要求：）強度要求：具有足夠的強度；具有足夠的強度； （2 2）剛度要求：）剛度要求：具有足夠的剛度；具有足夠

4、的剛度； （3 3）穩(wěn)定性要求：）穩(wěn)定性要求：受壓或受彎受壓或受彎壓的細(xì)長、薄壁或板殼結(jié)壓的細(xì)長、薄壁或板殼結(jié) 構(gòu)，要進(jìn)行必要的穩(wěn)定性校核；對于高速機器，應(yīng)滿構(gòu)，要進(jìn)行必要的穩(wěn)定性校核；對于高速機器，應(yīng)滿 足振動穩(wěn)定性的要求。足振動穩(wěn)定性的要求。 （4 4）工業(yè)美學(xué)要求：）工業(yè)美學(xué)要求：外形美觀、流暢，結(jié)構(gòu)合理，色調(diào)協(xié)調(diào)。外形美觀、流暢，結(jié)構(gòu)合理，色調(diào)協(xié)調(diào)。 （5）其它要求：）其它要求：工藝性好，成本低；機架上的零部件要定位工藝性好，成本低；機架上的零部件要定位 準(zhǔn)確、固定可靠，便于安裝、調(diào)整和維修；對于缸體、準(zhǔn)確、固定可靠，便于安裝、調(diào)整和維修；對于缸體、 導(dǎo)軌等機架零件，應(yīng)具有良好的耐磨性

5、。導(dǎo)軌等機架零件，應(yīng)具有良好的耐磨性。 16.2 機架設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題 一、截面形狀的合理選擇一、截面形狀的合理選擇 大多數(shù)機座和箱體的受力情況很復(fù)雜，因而要產(chǎn)生拉伸、 壓縮彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形，截面形狀對于它們的強度和剛度有 著很大的影響。合理的改變截面形狀增大它的慣性矩和抗彎合理的改變截面形狀增大它的慣性矩和抗彎 截面系數(shù)，可以提高零件的強度和剛度。截面系數(shù)，可以提高零件的強度和剛度。 機座和箱體受到彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷時， 正確設(shè)計機座和箱體 的截面形狀，在既不增大截面面積，又不增大零件質(zhì)量的條 件下，來增大截面系數(shù)及截面的慣性距，從而提高它們的剛 度和強度。 相對比較內(nèi)容相對比較內(nèi)容 (

6、(基本型基本型) ) 相對強度相對強度 彎曲彎曲 1 1.2 1.4 1.8 1 1.2 1.4 1.8 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 1 43 38.5 4.5 1 43 38.5 4.5 相對剛度相對剛度 彎曲彎曲 1 1.15 1.6 1.8 1 1.15 1.6 1.8 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 1 8.8 31.4 1.9 1 8.8 31.4 1.9 表表16.1各種截面形狀梁的相對強度和相對剛度（截面積各種截面形狀梁的相對強度和相對剛度（截面積2900mm2） 從中可以看出，主要從中可以看出，主要受彎曲的零件受彎曲的零件，以選用，以選用工字形截面工字形截面為好，為好， 其相對的彎曲強度和剛度都為最大；主要其相對的彎

7、曲強度和剛度都為最大；主要受扭轉(zhuǎn)的零件受扭轉(zhuǎn)的零件，以，以 選用選用圓管形截面圓管形截面為好，為好，空心矩形空心矩形的次之；其他兩種的強度則的次之；其他兩種的強度則 比前兩種小許多倍；僅比前兩種小許多倍；僅從剛度方面考慮從剛度方面考慮，以選用，以選用空心矩形截空心矩形截 面面的為最合理。的為最合理。 由于機架受載情況一般都較復(fù)雜由于機架受載情況一般都較復(fù)雜(拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)可能拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)可能 同時存在同時存在)，對剛度要求又高，因而綜合各方面的情況考慮，對剛度要求又高，因而綜合各方面的情況考慮， 以選用以選用空心矩形截面空心矩形截面比較有利，這種截面的機架也便于附裝其比較有利，這種截面的

8、機架也便于附裝其 他零件，所以他零件，所以多數(shù)機架的截面都以空心矩形為基礎(chǔ)多數(shù)機架的截面都以空心矩形為基礎(chǔ)。 受動載荷的機架零件，為了提高它的吸振能力，也應(yīng)采用受動載荷的機架零件，為了提高它的吸振能力，也應(yīng)采用 合理的截面形狀。各種工字形截面梁在受彎曲作用時所能吸收合理的截面形狀。各種工字形截面梁在受彎曲作用時所能吸收 的最大變形能的相對比較值見表的最大變形能的相對比較值見表16.216.2。 相對比較內(nèi)容相對比較內(nèi)容 ( (基本型基本型) ) 相對慣性矩相對慣性矩 1 0.72 0.82 1 0.72 0.82 相對靜載強度相對靜載強度 1 1 0.910.91 1 1 相對質(zhì)量相對質(zhì)量 1

9、 1 0.820.82 0.890.89 相對最大變形能相對最大變形能 1 1 1.131.13 1.211.21 表表16.2不同尺寸的工字形截面梁在受彎曲作用時的相對性能比較不同尺寸的工字形截面梁在受彎曲作用時的相對性能比較 由此可見，只要合理設(shè)計截面形狀，即使截面面積并不由此可見，只要合理設(shè)計截面形狀，即使截面面積并不 增加，也可以提高機架承受動載的能力。增加，也可以提高機架承受動載的能力。 二、間壁與筋二、間壁與筋 一般說來，提高機架零件的強度和剛度可采用兩種方法：一般說來，提高機架零件的強度和剛度可采用兩種方法： （1 1）增加壁厚。）增加壁厚。這種方法并非在任何情況下都能見效，即使

10、這種方法并非在任何情況下都能見效，即使 見效，也多半不符合經(jīng)濟(jì)原則。見效，也多半不符合經(jīng)濟(jì)原則。 （2）在壁與壁之間設(shè)置間壁和肋。）在壁與壁之間設(shè)置間壁和肋。這種方法在提高強度和剛這種方法在提高強度和剛 度方面常常是最有效的，因此經(jīng)常采用。度方面常常是最有效的，因此經(jīng)常采用。 正確地增設(shè)間壁和肋板可以有效地增大機座和箱體的強度和正確地增設(shè)間壁和肋板可以有效地增大機座和箱體的強度和 剛度。剛度。 如果肋板布置不當(dāng)，不僅不能增大機座和箱體的強度與剛度，如果肋板布置不當(dāng)，不僅不能增大機座和箱體的強度與剛度， 反而會造成浪費工料及增加制造的難度。反而會造成浪費工料及增加制造的難度。 表表16.316.

11、3幾種不同形式間壁的梁在剛度方面的相對比較幾種不同形式間壁的梁在剛度方面的相對比較 相對比較項目相對比較項目 ( (基本型基本型) ) 相對質(zhì)量相對質(zhì)量 1 1.14 1.38 1 1.14 1.38 1.491.49 1.261.26 相對剛度相對剛度 彎曲彎曲 1 1.07 1.51 1 1.07 1.51 1.781.78 1.551.55 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 1 2.08 2.16 1 2.08 2.16 3.303.30 2.942.94 相對剛度相對剛度/ /相對質(zhì)量相對質(zhì)量 彎曲彎曲 1 0.94 0.85 1 0.94 0.85 1.201.20 1.921.92 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 1 1.83

12、 1.56 1 1.83 1.56 2.222.22 2.342.34 三、壁厚的選擇三、壁厚的選擇 一般說來，選擇壁厚時應(yīng)滿足如下要求：一般說來，選擇壁厚時應(yīng)滿足如下要求： （1 1）機架強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的要求。）機架強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的要求。 （2）制造工藝性的要求。）制造工藝性的要求。 在滿足上述要求的前提下，盡量選用較小的壁厚。在滿足上述要求的前提下，盡量選用較小的壁厚。 間壁和肋板的厚度一般取為主壁厚的間壁和肋板的厚度一般取為主壁厚的0.60.60.80.8倍；肋板的倍；肋板的 高度約為主壁厚的高度約為主壁厚的5 5倍。倍。 四、機架零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計四、機架零件的

13、結(jié)構(gòu)設(shè)計 機架零件設(shè)計的重點是結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)首機架零件設(shè)計的重點是結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)首 先確定機架零件的結(jié)構(gòu)形式。先確定機架零件的結(jié)構(gòu)形式。 通常箱體、機座等機架零件的結(jié)構(gòu)形式可分為剖分式和整通常箱體、機座等機架零件的結(jié)構(gòu)形式可分為剖分式和整 體式兩大類。體式兩大類。 1.1.整體式機座整體式機座 其優(yōu)點是剛度高、結(jié)構(gòu)簡單、其優(yōu)點是剛度高、結(jié)構(gòu)簡單、 零件數(shù)量少；缺點是裝配較困難。零件數(shù)量少；缺點是裝配較困難。 2.2.剖分式機座剖分式機座 其沿軸線分成機蓋和機座兩其沿軸線分成機蓋和機座兩 部分，并用螺栓聯(lián)接為一體。部分，并用螺栓聯(lián)接為一體。 剖分式機座的優(yōu)點是裝拆方剖

14、分式機座的優(yōu)點是裝拆方 便，其缺點是增加了零件數(shù)量。便，其缺點是增加了零件數(shù)量。 在機架零件中鑄造機體應(yīng)用最為廣泛，設(shè)計時應(yīng)考慮鑄造工在機架零件中鑄造機體應(yīng)用最為廣泛，設(shè)計時應(yīng)考慮鑄造工 藝性，力求形狀簡單，壁厚均勻，過渡平緩，拔模方便。藝性，力求形狀簡單，壁厚均勻，過渡平緩，拔模方便。 在機械加工工藝方面還應(yīng)注意：在機械加工工藝方面還應(yīng)注意： （1 1）減小機械加工的面積。）減小機械加工的面積。 （2 2）機械加工表面與非加工表面要明顯區(qū)分開，要把加工）機械加工表面與非加工表面要明顯區(qū)分開，要把加工 的端面凸出來。并盡量減少工件和刀具的調(diào)整次數(shù)。的端面凸出來。并盡量減少工件和刀具的調(diào)整次數(shù)。

15、 （3 3）應(yīng)保證加工面能夠方便地加工。）應(yīng)保證加工面能夠方便地加工。 設(shè)計機架零件機架零件時，應(yīng)便于加工、裝拆、吊裝，聯(lián)接可靠，對 于沖擊振動大的機器、機架和地基間應(yīng)加裝隔振板器。 造型設(shè)計應(yīng)貫穿在機架零件的設(shè)計與制造的全過程中。機架零件的設(shè)計與制造的全過程中。 機架零件的造型設(shè)計機架零件的造型設(shè)計 VOLVO S80 奧迪奧迪A6L 寶馬寶馬 Z4 機械零件的設(shè)計方法 機械零件的設(shè)計方法通常分為常規(guī)設(shè)計方法和現(xiàn)代 設(shè)計方法兩大類。 常規(guī)設(shè)計方法是指采用一定的理論分析和計算，結(jié) 合人們在長期的設(shè)計和生產(chǎn)實踐中總結(jié)出的方法、公式、 圖表等進(jìn)行設(shè)計的方法。它又可分為： 理論設(shè)計 經(jīng)驗設(shè)計 模型實驗設(shè)計 機械現(xiàn)代設(shè)計方法簡介（自學(xué)） 機械現(xiàn)代設(shè)計方法通常是相對傳統(tǒng)的設(shè)計方法而言機械現(xiàn)代設(shè)計方法通常是相對傳統(tǒng)的設(shè)計方法而言 的。現(xiàn)代設(shè)計方法是指在近二、三十年發(fā)展起來的更為的?，F(xiàn)代設(shè)計方法是指在近二、三十年發(fā)展起來的更為 完善、科學(xué)、計算精度高、設(shè)計與計算速度更快的機械完善、科學(xué)、計算精度高、設(shè)計與計算速度更快的機械 設(shè)計方法。如機械優(yōu)化設(shè)計、機械可靠性設(shè)計、計算機設(shè)計方法。如機械優(yōu)化設(shè)計、機械可靠性設(shè)計、計算機