機(jī)械設(shè)計_第16章_箱體、導(dǎo)軌與鉸鏈課件

1、第第16章章 箱體、導(dǎo)軌與鉸鏈箱體、導(dǎo)軌與鉸鏈16.1 箱體箱體16.1.1 箱體的主要功能箱體的主要功能箱體的主要功能有：1支承并包容各種傳動零件，還可以儲存潤滑劑，實現(xiàn)各種運動零件的潤滑。2安全保護(hù)和密封作用，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。3使機(jī)器各部分分別由獨立的箱體組成，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。4改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使整機(jī)造型美觀。16.1.2 箱體設(shè)計應(yīng)考慮的主要問題箱體設(shè)計應(yīng)考慮的主要問題設(shè)計的過程中主要應(yīng)考慮以下問題： 1.滿足強(qiáng)度和剛度要求。散熱性能和熱變形問題。 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。工藝性問題。減振、隔振問題。造型好、質(zhì)量輕。值得注意的是在設(shè)計不同的箱體時，考慮

2、問題時應(yīng)該有所側(cè)重。16.1.3 箱體毛坯的選擇箱體毛坯的選擇 鑄造容易制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體毛坯，鑄造箱體的熱影響變形小，吸振能力較強(qiáng)，也容易獲得較好的結(jié)構(gòu)剛度，但其質(zhì)量大。 焊接箱體允許有薄壁和大平面，而鑄造卻較難實現(xiàn)薄壁和大平面，此外焊接箱體一般比鑄造箱體輕， 大型的機(jī)座或箱體的制造，則常采用分體鑄造，整體焊接的辦法。 在選擇箱體毛坯的時候，還要與生產(chǎn)能力和生產(chǎn)規(guī)模相符合。 1614 箱體結(jié)構(gòu)主要參數(shù)設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)主要參數(shù)設(shè)計 2加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋加設(shè)筋板既可以增大強(qiáng)度和剛度，又可以減少質(zhì)量。 筋板的不同布置對于加設(shè)筋板的效果有很大的影響。表16-4列出了幾種筋板的布置情況。 3孔和凸臺孔和凸臺

3、箱體內(nèi)壁和外壁上位于同一軸線上的孔，單件小批量生產(chǎn)時，應(yīng)盡可能使孔的質(zhì)量相等；成批大量生產(chǎn)時，外壁上的孔應(yīng)大于內(nèi)壁上的孔徑。 在箱壁上與孔中心線垂直的端面處附加凸臺，可以增加箱體局部的剛度。 1 壁厚壁厚 鑄鐵、鑄鋼和其它材料箱體的壁厚可以從表16-1和表16-2中選取，表中N用下式計算： N=（2L+B+H）/3000 （mm） 式中： L-鑄件長度（mm），L、B、H中，L為最大值； B-鑄件寬度（mm）； H-鑄件高度（mm）4聯(lián)接和固定聯(lián)接和固定為了保證聯(lián)接剛度，應(yīng)注意以下幾個方面的問題： （1）重要結(jié)合面表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于3.2m，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。（2）合

4、理選擇聯(lián)接螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。 (3) 合理設(shè)計聯(lián)接部位的結(jié)構(gòu)，聯(lián)接部位的結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用見表16-5。16.1.5 典型箱體結(jié)構(gòu)典型箱體結(jié)構(gòu)1. 傳動箱體傳動箱體 如減速器、汽車變速箱及機(jī)床主軸箱等的箱體，主要功能是包容和支承各傳動件及其支承零件，這類箱體在結(jié)構(gòu)上應(yīng)保證有好的密封性、高的強(qiáng)度和剛度。2. 機(jī)殼類箱體機(jī)殼類箱體 如齒輪泵的泵體，各種液壓閥的閥體，主要功能是改變液體流動方向、流量大小或改變液體壓力。這類箱體在結(jié)構(gòu)上除了要保證好的密封性、高的強(qiáng)度和剛度外，還要能承受箱體內(nèi)液體的壓力。3. 支架箱體支架箱體 如機(jī)床的支座、立柱等箱體零件，在結(jié)構(gòu)上要保證箱體有一定的強(qiáng)

5、度、剛度和精度，這類箱體設(shè)計時要特別注意剛度和外觀。162 導(dǎo)導(dǎo) 軌軌16.2.1 導(dǎo)軌的功能導(dǎo)軌的功能導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用 。16.2.2 導(dǎo)軌設(shè)計基本要求導(dǎo)軌設(shè)計基本要求 對導(dǎo)軌的設(shè)計應(yīng)滿足如下要求： 1.一定的導(dǎo)向精度。 2.運動輕便平穩(wěn)。 3.良好的耐磨性。 4.足夠的剛度和較大的承載能力。 5.溫度變化影響小。 6.結(jié)構(gòu)工藝性好。16.2.3 滑動導(dǎo)軌設(shè)計滑動導(dǎo)軌設(shè)計一、滑動導(dǎo)軌設(shè)計的主要內(nèi)容一、滑動導(dǎo)軌設(shè)計的主要內(nèi)容1.根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型。2.選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度。3.選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好的耐磨

6、性，以及運動輕便和平穩(wěn)。4.選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后，由于磨損，將會出現(xiàn)間隙，影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度和承載能力，因此必須選擇合適的調(diào)整裝置來對磨損量進(jìn)行補(bǔ)償或?qū)﹂g隙進(jìn)行調(diào)整以保持需要的導(dǎo)向精度。5.選擇合理的潤滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損，增加導(dǎo)軌的使用壽命。6.制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，以及表面加工、熱處理、測量方法等。二、滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計二、滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計1. 滑動導(dǎo)軌截面的基本形式滑動導(dǎo)軌截面的基本形式（1）三角形導(dǎo)軌 該導(dǎo)軌磨損后能自動補(bǔ)償，不會產(chǎn)生間隙，故導(dǎo)向精度高。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應(yīng)

7、采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。 （2）矩形導(dǎo)軌： 優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。由于它必須留有側(cè)面間隙，且磨損后不能自動補(bǔ)償，它的導(dǎo)向精度沒有三角形導(dǎo)軌高，導(dǎo)軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重新調(diào)整。 （3）燕尾形導(dǎo)軌 燕尾形導(dǎo)軌的調(diào)整及夾緊較簡便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各面的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊；但制造檢驗不方便，摩擦力較大，剛度較差，不適用于承受大的傾覆力矩和向上力矩，用于運動速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合。 （4）圓形導(dǎo)軌 制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達(dá)精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)

8、動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場合。2. 常用導(dǎo)軌組合形式常用導(dǎo)軌組合形式（1）三角形和矩形組合 這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)向面，不需要用鑲條調(diào)整間隙，導(dǎo)向精度較高，而平導(dǎo)軌的工藝性好，因此應(yīng)用最廣。組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式 。棱-平組合V-平組合圖16-1 三角形導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌的組合形式示意圖 （2）矩形和矩形組合 承載面和導(dǎo)向面分開，因而制造和調(diào)整簡單，導(dǎo)向面的間隙用鑲條調(diào)整，接觸剛度低，而且必須留有間隙，降低了導(dǎo)向精度。寬式組合導(dǎo)向面由于距離大，熱膨脹時變形量大，要求間隙大，因此其導(dǎo)向精度和導(dǎo)向性能不如窄式組合。 圖16-2 矩形

9、導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌的組合形式示意圖 窄式組合寬式組合 （3）雙三角形導(dǎo)軌 導(dǎo)向面間無間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向精度高。采用對稱結(jié)構(gòu)，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，較高的工作精度。但其工藝性差，四個表面刮削或磨削也難以完全接觸，對溫度變化較敏感，故不宜用在溫度變化大的場合。圖16-3 雙三角形導(dǎo)軌的組合形式示意圖3. 間隙調(diào)整間隙調(diào)整 為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。導(dǎo)軌的間隙調(diào)整廣泛采用鑲條和壓板。 （a）壓板調(diào)整間隙 （b）鑲條調(diào)整間隙（c）墊片調(diào)整間隙 （d）側(cè)面間隙的調(diào)整圖16-4 矩形導(dǎo)軌的間隙調(diào)整4. 夾緊裝置夾緊裝置 有些導(dǎo)軌（如非水平放置的導(dǎo)軌）在移動之后要求將它的位置固定，因

10、 而要用專用的鎖（夾）緊裝置。常用的鎖緊方式有機(jī)械鎖緊和液壓鎖緊。5. 提高耐磨性措施提高耐磨性措施1）選擇合理的壓強(qiáng) 2）選擇合適材料 3） 熱處理 4）潤滑和防護(hù) 6. 結(jié)構(gòu)尺寸的驗算結(jié)構(gòu)尺寸的驗算1) 校核溫度變化對導(dǎo)軌間隙的影響 2) 不自鎖的條件16.2.4 16.2.4 滾動導(dǎo)軌設(shè)計簡介滾動導(dǎo)軌設(shè)計簡介一、滾動導(dǎo)軌的特點一、滾動導(dǎo)軌的特點 在承導(dǎo)件和運動件之間放入一些滾動體（滾珠、滾柱或滾針），使相配的兩個導(dǎo)軌面不直接接觸的導(dǎo)軌，稱為滾動導(dǎo)軌。 特點： 摩擦阻力小，運動輕便靈活；磨損小，能長期保持精度；動、靜摩擦系數(shù)差別小，低速時不易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，故運動均勻平穩(wěn)。 缺點： 導(dǎo)軌

11、面和滾動體是點接觸或線接觸，抗振性差，接觸應(yīng)力大，故對導(dǎo)軌的表面硬度要求高，對導(dǎo)軌的形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高。 二、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式二、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式1滾珠導(dǎo)軌滾珠導(dǎo)軌 滾珠導(dǎo)軌主要有V-平截面的滾珠導(dǎo)軌、雙V形截面的滾珠導(dǎo)軌和圓形截面滾珠導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)形式。由于滾珠和導(dǎo)軌面是點接觸，故運動輕便，但剛度低，承載能力小，常用于運動件重量、載荷不大的場合。 滾柱導(dǎo)軌中的滾柱與導(dǎo)軌面是線接觸，故它的承載能力和剛度比滾珠導(dǎo)軌大，耐磨性較好，但靈活性稍差。滾柱對導(dǎo)軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側(cè)向偏移和滑動，而使導(dǎo)軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。滾柱導(dǎo)軌支承為標(biāo)準(zhǔn)部件，具有安裝、潤滑簡單，調(diào)整防

12、護(hù)容易等優(yōu)點。由于滾柱在封閉的滾道內(nèi)滾動，故可用于行程很大的導(dǎo)軌上。三、滾動導(dǎo)軌設(shè)計的一般問題三、滾動導(dǎo)軌設(shè)計的一般問題1結(jié)構(gòu)形式的選擇2導(dǎo)軌長度的選擇 一般應(yīng)在滿足導(dǎo)軌運動行程的前提下，盡可能使導(dǎo)軌的長度短一些。 3. 滾動體尺寸和數(shù)目 當(dāng)滾動體的數(shù)目增加時，導(dǎo)軌的承載能力和剛度也增加。但滾動體的數(shù)目不宜太多，過多會增加載荷在滾動體上分布的不均勻性，剛度反而下降。若滾動體數(shù)目太少，制造誤差將會顯著地影響運動件的導(dǎo)向精度。 4滾動導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法 當(dāng)工作臺往復(fù)移動時，工作臺壓在兩端滾動體上的壓力會發(fā)生變化，受力大的滾動體變形大，受力小的滾動體變形小。為減小導(dǎo)軌變形，提高剛度，除合理選擇滾動體

13、的形狀、尺寸、數(shù)量和適當(dāng)增加工作臺的厚度外，常用預(yù)加載荷的辦法來提高導(dǎo)軌的剛度。 2滾柱（滾針）導(dǎo)軌滾柱（滾針）導(dǎo)軌163鉸鏈鉸鏈16.3.1 鉸鏈的功能鉸鏈的功能 鉸鏈的主要功能是將一個構(gòu)件與另一個構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副相聯(lián)，使得這兩構(gòu)件之間可以作相對的轉(zhuǎn)動，并且可以傳遞一定的力。 16.3.2 鉸鏈設(shè)計基本要求鉸鏈設(shè)計基本要求鉸鏈的設(shè)計主要應(yīng)滿足如下基本要求： 1強(qiáng)度和剛度的要求強(qiáng)度和剛度的要求 鉸鏈軸必須有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)彎曲破壞，同時還要有足夠的剛度，避免出現(xiàn)過大的撓曲變形。 2運動輕便平穩(wěn)的要求運動輕便平穩(wěn)的要求 工作時，應(yīng)輕便省力，摩擦阻力要小，運動平穩(wěn)，沖擊較小。 3良好的耐磨性良好的耐磨性 磨損是鉸鏈機(jī)構(gòu)的主要破壞形式，磨損導(dǎo)致聯(lián)接間隙增大，使得運動不平穩(wěn)，應(yīng)盡量減少磨損量，使鉸鏈能夠正常工作。 4結(jié)構(gòu)工藝性好結(jié)構(gòu)工藝性好 在保證鉸鏈其它要求的前提下，應(yīng)使鉸鏈結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、裝配和維修，降低成本。16.3.3 鉸鏈常見結(jié)構(gòu)鉸鏈常見結(jié)構(gòu)根據(jù)鉸鏈軸固定還是轉(zhuǎn)動與否，常見的鉸鏈結(jié)構(gòu)