機(jī)電一體化第2章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)(8機(jī)座和機(jī)架)

1、 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架內(nèi)容內(nèi)容機(jī)座或機(jī)架的作用及基本要求機(jī)座或機(jī)架的作用及基本要求機(jī)座或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)機(jī)座或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座或機(jī)架機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座或機(jī)架 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架作用：作用：它既承受其它零部件的重量和工作載荷又它既承受其它零部件的重量和工作載荷又起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)。起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)。一、一、機(jī)座或機(jī)架的作用及基本要求機(jī)座或機(jī)架的作用及基本要求機(jī)座類(lèi)機(jī)座類(lèi)各種機(jī)床的床身各種機(jī)床的床身箱體類(lèi)箱體類(lèi)減速器的箱體、車(chē)床床頭箱的箱體減速器的箱體、車(chē)床床頭箱的

2、箱體分類(lèi)分類(lèi)底座類(lèi)底座類(lèi)電動(dòng)絞車(chē)的底座電動(dòng)絞車(chē)的底座 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)形狀 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架鑄造機(jī)架：鑄造機(jī)架：焊接機(jī)架：焊接機(jī)架：?jiǎn)渭∨a(chǎn)周單件小批，生產(chǎn)周期短。期短。使用鋼板、槽鋼、工字鋼。使用鋼板、槽鋼、工字鋼。材料：材料：多采用鑄件，機(jī)架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。多采用鑄件，機(jī)架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。吸振能力強(qiáng)，剛度高，價(jià)格低。吸振能力強(qiáng)，剛度高，價(jià)格低。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架機(jī)架零件特點(diǎn)機(jī)架零件特點(diǎn)1、是機(jī)器中的最大零件，占總

3、質(zhì)量的、是機(jī)器中的最大零件，占總質(zhì)量的7090%；2、減輕機(jī)架零件的質(zhì)量可節(jié)約材料減輕重量；、減輕機(jī)架零件的質(zhì)量可節(jié)約材料減輕重量；3、各種機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)形狀與機(jī)器的功能密切相關(guān)。、各種機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)形狀與機(jī)器的功能密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工面多，幾何精度和相對(duì)位置精度要求結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工面多，幾何精度和相對(duì)位置精度要求較高。較高。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架機(jī)架零件的一般設(shè)計(jì)要求機(jī)架零件的一般設(shè)計(jì)要求1、保證其上的零件、部件，準(zhǔn)確定位、可靠固定；、保證其上的零件、部件，準(zhǔn)確定位、可靠固定；考慮某些關(guān)鍵表面及其相對(duì)位置精度；考慮某些關(guān)鍵表面及其相對(duì)位置精度；2、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度

4、、剛度及振動(dòng)穩(wěn)定性；、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度及振動(dòng)穩(wěn)定性；減少熱變減少熱變形；形；3、應(yīng)滿足工業(yè)美學(xué)要求，形狀簡(jiǎn)單，顏色適應(yīng)環(huán)境；、應(yīng)滿足工業(yè)美學(xué)要求，形狀簡(jiǎn)單，顏色適應(yīng)環(huán)境；4、應(yīng)具有良好的加工與安裝工藝性、應(yīng)具有良好的加工與安裝工藝性、經(jīng)濟(jì)性及人機(jī)、經(jīng)濟(jì)性及人機(jī)工程等方面的要求。工程等方面的要求。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架 機(jī)座的典型結(jié)構(gòu)機(jī)座的典型結(jié)構(gòu) (1)方形截面機(jī)座方形截面機(jī)座 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，箱體內(nèi)有較結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，箱體內(nèi)有較大的空間來(lái)安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷大的空間來(lái)安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場(chǎng)合。所以機(jī)座應(yīng)選擇合適的壁

5、厚、筋板和形較小的場(chǎng)合。所以機(jī)座應(yīng)選擇合適的壁厚、筋板和形狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠的剛度。見(jiàn)圖。的剛度。見(jiàn)圖。 (2)圓形截面機(jī)座圓形截面機(jī)座 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于制造和造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于制造和造型設(shè)計(jì)，有較好的承載能力。型設(shè)計(jì)，有較好的承載能力。 (3)鑄鐵板裝配式機(jī)座鑄鐵板裝配式機(jī)座 鑄鐵板裝配結(jié)構(gòu)，適用于局鑄鐵板裝配結(jié)構(gòu)，適用于局部形狀復(fù)雜的場(chǎng)合。它具有生產(chǎn)周期短、成本低以及部形狀復(fù)雜的場(chǎng)合。它具有生產(chǎn)周期短、成本低以及簡(jiǎn)化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點(diǎn)。但剛度較整體箱體簡(jiǎn)化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點(diǎn)。但剛度較整體箱體機(jī)座的

6、差，且加工和裝配工作量較大。機(jī)座的差，且加工和裝配工作量較大。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架 保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時(shí)要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性以同時(shí)要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性以及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期等問(wèn)題。及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期等問(wèn)題。二、二、機(jī)座或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)機(jī)座或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架1 鑄造機(jī)座的設(shè)計(jì)鑄造機(jī)座的設(shè)計(jì)(1)保證自身剛度的措施保證自身剛度的措施 合理選擇截面形狀和尺寸。合理選擇截面形狀和尺寸。 合理布置筋

7、板和加強(qiáng)筋。合理布置筋板和加強(qiáng)筋。 合理的開(kāi)孔和加蓋。合理的開(kāi)孔和加蓋。對(duì)于鑄件，對(duì)于鑄件，由于不需增由于不需增加壁厚，就加壁厚，就可減少鑄造可減少鑄造的缺陷；對(duì)的缺陷；對(duì)于焊件，則于焊件，則壁薄時(shí)更易壁薄時(shí)更易保證焊接的保證焊接的品質(zhì)。品質(zhì)。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架截面形狀的合理選擇是機(jī)架設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。截面形狀的合理選擇是機(jī)架設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。如果截面面如果截面面積不變，通過(guò)積不變，通過(guò)合理改變截面形狀、增大它的慣性矩和截面系數(shù)合理改變截面形狀、增大它的慣性矩和截面系數(shù)的方法，可以提高零件的強(qiáng)度和剛度。合理選擇截面形狀可以的方法，可以提高零件的強(qiáng)度和剛度。合

8、理選擇截面形狀可以充分發(fā)揮材料的作用。充分發(fā)揮材料的作用。主要受彎曲的零件以選用工字形截面為最好，主要受扭轉(zhuǎn)的零主要受彎曲的零件以選用工字形截面為最好，主要受扭轉(zhuǎn)的零件，以圓管形截面為最好，空心矩的次之，從剛度方面考慮，件，以圓管形截面為最好，空心矩的次之，從剛度方面考慮，則以選用空心矩形截面的為合理。則以選用空心矩形截面的為合理。受動(dòng)載荷的機(jī)架零件，為了提高它的吸振能力，需要合理設(shè)計(jì)受動(dòng)載荷的機(jī)架零件，為了提高它的吸振能力，需要合理設(shè)計(jì)截面形狀，即使截面面積并不增加，也可提高機(jī)架承受動(dòng)載的截面形狀，即使截面面積并不增加，也可提高機(jī)架承受動(dòng)載的能力。能力。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)

9、架機(jī)座和機(jī)架截面形狀的選擇截面形狀的選擇 當(dāng)受簡(jiǎn)單拉、壓作用時(shí)，當(dāng)受簡(jiǎn)單拉、壓作用時(shí)，變形只和截面積有關(guān)，而與截變形只和截面積有關(guān)，而與截面形狀無(wú)關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)主要是選擇合理的尺寸。面形狀無(wú)關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)主要是選擇合理的尺寸。如果受彎、扭作用時(shí)，如果受彎、扭作用時(shí)，變形與截面形狀有關(guān)。在其它條變形與截面形狀有關(guān)。在其它條件相同情況下，抗扭慣性矩件相同情況下，抗扭慣性矩IcIc越大，扭轉(zhuǎn)變形越小，越大，扭轉(zhuǎn)變形越小，抗扭剛度越大。抗扭剛度越大。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架隔板與加強(qiáng)筋隔板與加強(qiáng)筋 封閉空心截面的剛度較好，但為了鑄造清砂及其內(nèi)部封閉空心截面的剛度較好，但為了鑄造清砂及

10、其內(nèi)部零部件的裝配和調(diào)整，必須在機(jī)座壁上開(kāi)零部件的裝配和調(diào)整，必須在機(jī)座壁上開(kāi)“窗口窗口”，其結(jié)，其結(jié)果使機(jī)座整體剛度大大降低。若單靠增加壁厚提高剛度，果使機(jī)座整體剛度大大降低。若單靠增加壁厚提高剛度，勢(shì)必使機(jī)座笨重、浪費(fèi)材料，故常用增加隔板和加強(qiáng)筋來(lái)勢(shì)必使機(jī)座笨重、浪費(fèi)材料，故常用增加隔板和加強(qiáng)筋來(lái)提高剛度。提高剛度。 加強(qiáng)筋常見(jiàn)的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四加強(qiáng)筋常見(jiàn)的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四種（如圖）。直形筋的鑄造工藝簡(jiǎn)單，但剛度最??；米字種（如圖）。直形筋的鑄造工藝簡(jiǎn)單，但剛度最小；米字筋的剛度最大，但鑄造工藝最復(fù)雜。筋的剛度最大，但鑄造工藝最復(fù)雜。 加強(qiáng)筋和隔板的厚度

11、，一般取壁厚的加強(qiáng)筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.80.8倍。倍。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架當(dāng)機(jī)架零件的外廓尺寸一定時(shí)，因而在滿足強(qiáng)度、剛度、當(dāng)機(jī)架零件的外廓尺寸一定時(shí)，因而在滿足強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性等條件下，應(yīng)盡量選用最小的壁厚。但面大而振動(dòng)穩(wěn)定性等條件下，應(yīng)盡量選用最小的壁厚。但面大而壁薄的箱體，容易因齒輪、滾動(dòng)軸承的噪聲引起共鳴，故壁薄的箱體，容易因齒輪、滾動(dòng)軸承的噪聲引起共鳴，故壁厚宜適當(dāng)取厚一些。壁厚宜適當(dāng)取厚一些。鑄造零件的最小壁厚主要受鑄造工藝的限制。同一鑄件鑄造零件的最小壁厚主要受鑄造工藝的限制。同一鑄件的壁厚應(yīng)力求趨于相近。的壁厚應(yīng)力求趨于相近。 2

12、 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架 (2)提高機(jī)座連接處的接觸剛度提高機(jī)座連接處的接觸剛度 (3)機(jī)座的模型剛度試驗(yàn)機(jī)座的模型剛度試驗(yàn) (4)機(jī)座的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)座的結(jié)構(gòu)工藝性 (5)機(jī)座的材料選擇機(jī)座的材料選擇 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架連接剛度連接剛度 為提高結(jié)合表面的連接剛度，可采取如下措施：為提高結(jié)合表面的連接剛度，可采取如下措施：1 1）根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、）根?jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、?shù)量及其位置。必要時(shí)，可使螺釘產(chǎn)生預(yù)緊力，來(lái)提數(shù)量及其位置。必要時(shí)，可使螺釘產(chǎn)生預(yù)緊力，來(lái)提高連接剛度。高連接剛度。2 2）提高

13、結(jié)合表面的光潔度和形狀精度，使結(jié)合表面上）提高結(jié)合表面的光潔度和形狀精度，使結(jié)合表面上的接觸點(diǎn)增多，從而提高結(jié)合面的接觸剛度。的接觸點(diǎn)增多，從而提高結(jié)合面的接觸剛度。3 3）增加局部剛度來(lái)提高連接剛度，如圖。在安裝螺釘）增加局部剛度來(lái)提高連接剛度，如圖。在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強(qiáng)筋等辦法處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強(qiáng)筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。增加局部剛度，從而提高連接剛度。 機(jī)體的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)體的結(jié)構(gòu)工藝性1、減小加工面積；、減小加工面積；2、加工表面與非加工表面要區(qū)分開(kāi)；、加工表面與非加工表面要區(qū)分開(kāi)；3、被加工面在同一平面內(nèi)。、被加工面在同一平面

14、內(nèi)。機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、機(jī)體的結(jié)構(gòu)形式（以減速器為例）一、機(jī)體的結(jié)構(gòu)形式（以減速器為例）剖分式：剖分式：裝拆方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜裝拆方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜整體式：整體式：剛度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆不方便剛度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆不方便機(jī)體的幾何造型機(jī)體的幾何造型1、從工業(yè)美學(xué)角度考慮；、從工業(yè)美學(xué)角度考慮；2、方型箱體，內(nèi)六角螺釘、內(nèi)凸緣、內(nèi)筋板。、方型箱體，內(nèi)六角螺釘、內(nèi)凸緣、內(nèi)筋板。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架2焊接機(jī)架的設(shè)計(jì)焊接機(jī)架的設(shè)計(jì) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：在剛度相同的情況下可減輕重量在剛度相同的情況下可減輕重量3030左右；改左右；改 型快，廢品極型快，廢品極少；生產(chǎn)

15、周期短、成本低。少；生產(chǎn)周期短、成本低。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材( (鋼板、角鋼、槽鋼、鋼管等鋼板、角鋼、槽鋼、鋼管等) )焊接制造。焊接制造。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架本章小結(jié)本章小結(jié) 本章重點(diǎn)學(xué)習(xí)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部本章重點(diǎn)學(xué)習(xí)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件的選用與設(shè)計(jì)。件和導(dǎo)向支承部件的選用與設(shè)計(jì)。重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握絲杠傳動(dòng)和齒絲杠傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的選用與設(shè)計(jì)的基本要求、原則和設(shè)計(jì)方法以及輪傳動(dòng)的選用與設(shè)計(jì)的基本要求、原則和設(shè)計(jì)方法以及了了解解相關(guān)結(jié)構(gòu)的

16、工作原理；相關(guān)結(jié)構(gòu)的工作原理；重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌的滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌的選用與設(shè)計(jì)的基本要求、原則和設(shè)計(jì)方法，選用與設(shè)計(jì)的基本要求、原則和設(shè)計(jì)方法，了解了解相關(guān)結(jié)構(gòu)相關(guān)結(jié)構(gòu)的工作原理以及其他導(dǎo)向裝置的特點(diǎn)。的工作原理以及其他導(dǎo)向裝置的特點(diǎn)。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架機(jī)座和機(jī)架試設(shè)計(jì)一數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給用滾珠絲杠副。已知絲杠副試設(shè)計(jì)一數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給用滾珠絲杠副。已知絲杠副支撐方式為雙推支撐方式為雙推-簡(jiǎn)支，受輕度沖擊，最大工作載荷簡(jiǎn)支，受輕度沖擊，最大工作載荷Fmax3800N，絲杠工作長(zhǎng)度，絲杠工作長(zhǎng)度ls1.4m，平均轉(zhuǎn)速，平均轉(zhuǎn)速n120r/min，使，使用壽命用壽命T12000h左右，絲杠材料為左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度鋼，滾道硬度為為50HRC，絲杠的彈性模量，傳動(dòng)精度要求，絲杠的彈性模量，傳動(dòng)精度要求 =0.04mm。規(guī)格型號(hào)規(guī)格型號(hào)公稱(chēng)直徑公稱(chēng)直徑d0（mm）公稱(chēng)導(dǎo)程公稱(chēng)導(dǎo)程p（mm）絲杠外徑絲杠外徑d1（mm）鋼球直徑鋼球直徑dW（mm）絲杠底徑絲杠底徑d2（mm）動(dòng)負(fù)荷動(dòng)負(fù)荷FQ(KN)FFZD3210-3321032.5