機床支承件設(shè)計

第十一章支承(zhīchénɡ)件內(nèi)容：機床支承件的功用、分類、應(yīng)滿足的要求;支承件的受力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)。要求：對機床大構(gòu)件具有結(jié)構(gòu)分析及初步的設(shè)計(shèjì)能力。精品資料第一節(jié)支承件應(yīng)滿足的要求(yāoqiú)和設(shè)計步驟支承(zhīchénɡ)件：是機床的基礎(chǔ)構(gòu)件，包括床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降臺等。也稱為“大件”。作用：承載和作為基準(zhǔn)。支承其它機床零部件，保持它們的相對位置，承受各種切削力等。精品資料二、對支承(zhīchénɡ)件的基本要求1、使用要求安裝其它(qítā)零部件、排屑暢通、吊運安全。2、工藝要求便于制造和裝配。精品資料3、性能要求（1）應(yīng)具有足夠的靜剛度(ɡānɡdù)、較高的剛度(ɡānɡdù)—重量比。（2）應(yīng)具有較好的動態(tài)特性。支承件的固有頻率不致與激振頻率重合而產(chǎn)生共振；應(yīng)具有較大的動剛度(ɡānɡdù)（激振力的副值與振副之比）、較大的阻尼，使支承件受到一定副值周期性激振力的作用時，受迫振動的振幅較小。精品資料（3）應(yīng)具有較好的熱變形特性(tèxìng)。設(shè)法減小熱變形、不均勻熱變形，以降低對加工精度的影響。散熱、隔熱。加大散熱面積、加設(shè)散熱片、風(fēng)扇、人工致冷、隔離熱源。均熱。采用：“熱對稱”等結(jié)構(gòu)，使熱變形對精度的影響較小。精品資料二、重要(zhòngyào)支承件的設(shè)計步驟1、進(jìn)行受力分析。2、初步?jīng)Q定其形狀和尺寸。3、進(jìn)行驗算。4、修改、對比，選擇最佳(zuìjiā)方案。精品資料第二節(jié)支承(zhīchénɡ)件的靜力分析一、根據(jù)機床(jīchuáng)所受的載荷的特點分類1．中、小型機床(jīchuáng)：載荷以切削力為主。重量（工件、移動部件）忽略不計。如中型車床、銑床、鉆床、加工中心等。2．精密和高精度機床(jīchuáng)：載荷以移動件的重力和熱應(yīng)力為主。切削力較?。ㄒ蛞跃庸橹鳎┖雎圆挥?。如雙柱立式坐標(biāo)鏜床等。3．大型機床(jīchuáng)：載荷必須同時考慮工件重力、切削力和移動件的重力。如重型車床、落地鏜銑床、龍門式機床(jīchuáng)等。精品資料二、根據(jù)支承(zhīchénɡ)件的形狀分類1、梁類件：一個方向的尺寸比另外兩個方向的大得多的零件。如床身、立柱、橫梁(hénɡliánɡ)、搖臂、滑枕等。2、板類件：兩個方向的尺寸比第三個方向的大得多的零件。如底座、工作臺、刀架等。3、箱形件：三個方向的尺寸都差不多的零件。如箱體、升降臺等。精品資料三、搖臂鉆床受力分析(fēnxī)

（僅分析(fēnxī)切削載荷:切削轉(zhuǎn)矩T、進(jìn)給力Ff）立柱(lìzhù)和搖臂——梁類件；底座——板類件；主軸箱——箱形件。精品資料搖臂和立柱，都可看作(kànzuò)是一端固定的懸臂梁。精品資料1、搖臂的受力分析(fēnxī)（1）yz平面內(nèi)：最大彎矩M1=Ff·L，使搖臂產(chǎn)生彎曲(wānqū)變形。（2）xz平面內(nèi):繞y軸的扭矩M2=Ff·e，使搖臂產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。（3）xy平面內(nèi)：切削轉(zhuǎn)矩T作用于搖臂，產(chǎn)生彎曲(wānqū)變形。但T比Ff要小得多。精品資料結(jié)論：搖臂所受的載荷，主要是：豎直(yz)面內(nèi)的彎矩M1；繞y軸的扭矩M2。這兩個力矩使搖臂產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形(biànxíng)。使主軸偏離其正確位置。精品資料2、立柱(lìzhù)的受力分析立柱分內(nèi)外兩層。搖臂沿外柱升降，并連同外柱繞內(nèi)柱轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)。搖臂與外柱在上、下兩圈D、E處接觸。工作時，內(nèi)、外柱之間在F處夾緊。精品資料(1)外柱的受力分析(fēnxī)搖臂作用于外柱的，可看作是由D、E點處兩個集中力組成的力偶。①yz平面內(nèi)：彎矩M1=Ff·L②xz平面內(nèi)：彎矩M2=Ff·e③切削轉(zhuǎn)矩T使外柱扭轉(zhuǎn)，扭矩作用于E與F之間。通常這個(zhège)扭轉(zhuǎn)變形不大，可以忽略。精品資料(2)內(nèi)柱的受力分析(fēnxī)受力情況與外柱相似①yz和xz面內(nèi)的彎曲；②從夾緊點F至根部之間的扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)變形(biànxíng)不大，可以忽略。精品資料結(jié)論：立柱內(nèi)、外層都以彎曲變形為主。立柱的彎曲變形也將使主軸偏離其正確位置。立柱的形狀往往是圓形的，故Ml、M2兩個力矩中，只需考慮大的一個(yīɡè)，一般為Ml=Ff·L。精品資料四、普通(pǔtōng)車床床身受力分析臥式車床床身在切削力作用下主要產(chǎn)生的變形是垂直和水平面內(nèi)的彎曲變形，及由在垂直和水平方向的扭矩聯(lián)合(liánhé)作用下的扭轉(zhuǎn)變形。在彎曲變形中，水平面內(nèi)的彎曲對加工精度的影響比垂直面內(nèi)的彎曲要大。對于較長的床身，扭轉(zhuǎn)變形對加工精度的影響最大。精品資料第三節(jié)支承(zhīchénɡ)件的靜剛度例：床身載荷(zàihè)是通過導(dǎo)軌面施加到床身上去的。變形包括床身自身的變形，導(dǎo)軌部分局部的變形，導(dǎo)軌表面的接觸變形。支承件的變形自身變形局部變形接觸變形精品資料1．自身(zìshēn)剛度（1）自身剛度：在外載荷作用下，支承件本體抵抗變形(biànxíng)的能力。（2）自身剛度主要應(yīng)考慮彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。（3）主要決定于支承件的材料、形狀、尺寸、肋板的布置等。精品資料2．局部(júbù)剛度（1）局部剛度：抵抗局部變形的能力(nénglì)。（2）局部變形發(fā)生在載荷集中的地方。（3）局部剛度與支承件局部受載荷處的結(jié)構(gòu)、尺寸等有關(guān)。精品資料3．接觸(jiēchù)剛度（1）接觸(jiēchù)剛度：支承件的結(jié)合面在外載荷的作用下抵抗接觸(jiēchù)變形的能力。（2）兩個平面接觸(jiēchù)，平面有一定的宏觀不平度，因而實際接觸(jiēchù)面積只是名義接觸(jiēchù)面積的一部分；由于微觀不平，真正接觸(jiēchù)的只是一些高點。精品資料（3）接觸(jiēchù)剛度與自身剛度的不同點①接觸剛度Kj(Mpa/um)是平均壓強p與變形δ之比。②Kj不是一個固定值，δ與p的關(guān)系是非線性的。當(dāng)壓強很小時，兩個面之間只有少數(shù)(shǎoshù)高點接觸，接觸剛度較低。當(dāng)壓強較大時，這些高點產(chǎn)生了變形，實際接觸面積增加，接觸剛度提高。精品資料（4）支承件的自身剛度和局部剛度對接觸壓強分布(fēnbù)有影響。如自身剛度和局部剛度較高，則接觸壓強的分布(fēnbù)基本上是均勻的，接觸剛度也較高。如自身剛度或局部剛度不足，則在集中載荷作用下，構(gòu)件變形較大，使接觸壓強分布(fēnbù)不均，使接觸變形分布(fēnbù)也不均，降低了接觸剛度。精品資料第四節(jié)支承(zhīchénɡ)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計在支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)采取適當(dāng)(shìdàng)措施，提高支承件的自身剛度、局部剛度和接觸剛度。一、提高支承件自身剛度的措施正確選擇支承件形狀和尺寸

合理布置隔板合理開窗、加蓋精品資料一、提高支承件自身剛度(ɡānɡdù)的措施1、正確選擇支承件形狀和尺寸(1)支承件的變形，主要是彎曲和扭轉(zhuǎn)，與截面(jiémiàn)慣性矩有關(guān)，即與截面(jiémiàn)形狀有關(guān)。(2)材料和截面(jiémiàn)積相同而形狀不同時，截面(jiémiàn)慣性矩相差很大。(3)提高支承件的剛度，必須選取有利的截面(jiémiàn)形狀。表11—2，截面(jiémiàn)積近似地皆為10000mm2八種不同截面(jiémiàn)形狀的抗彎和抗扭慣性矩的比較。精品資料精品資料結(jié)論(jiélùn)（1）截面積相同時，空心截面的剛度大于實心的。（2）加大輪廓尺寸(chǐcun)，減小壁厚，可大大提高剛度。（3）抗彎剛度：矩形>方形>園形，抗扭剛度：園形>方形>矩形。（4）不封閉的截面比封閉的截面，剛度顯著下降。特別是抗扭剛度，下降更多。精品資料例：設(shè)計(shèjì)搖臂鉆床支承件的原則（1）搖臂：主要是豎直(yz)面內(nèi)的彎矩M1=Ff·L、繞y軸的扭矩M2=Ff·e，以M1為主。因此形狀選擇原則：①截面形狀應(yīng)為空心矩形。四周盡量封閉。②豎向尺寸應(yīng)大于橫向尺寸。但由于扭矩的存在，這兩個方向的尺寸不宜相差太大。③搖臂靠近立柱處的根部(ɡēnbù)彎矩最大，往自由端逐漸減小，故搖臂的截面也是越靠近根部(ɡēnbù)越大。精品資料（2）內(nèi)柱

主要(zhǔyào)承受（yz和xz面內(nèi)的）彎矩，越靠近下支承點F處，彎矩越大。F處到根部彎矩不變。故內(nèi)立柱在上、下支承間一段CF應(yīng)上細(xì)下粗。F處到根部可做成等截面。精品資料（3）外柱為搖臂升降(shēngjiàng)的導(dǎo)向面，故常制成圓柱形。（4）主軸中心與搖臂的中心面越近，則力臂e越小，扭矩M2=Ff·e也越小。所以設(shè)計主軸箱時應(yīng)使主軸中心盡量接近導(dǎo)軌。精品資料2、合理布置(bùzhì)隔板（1）隔板：在支承件兩外壁間起連接作用的內(nèi)壁。（2）隔板的作用：把作用于支承件局部地區(qū)的載荷傳遞給其他壁板，從而(cóngér)使整個支承件承受載荷，提高支承件的自身剛度。（3）當(dāng)支承件不能做成封閉的截形時，則在其內(nèi)部設(shè)置隔板，以提高自身剛度。設(shè)置隔板是提高剛度的有效方法之一，其效果比增加壁厚更為顯著。精品資料精品資料3、合理(hélǐ)開窗和加蓋(1)支承件外壁開窗孔，會降低抗彎、抗扭剛度，其中抗扭剛度降低更大。應(yīng)避免在主要承受扭矩的支承件上開孔。(2)對抗彎剛度，與彎曲平面垂直的壁上的窗孔，影響最大。對抗扭剛度，較窄壁上的窗孔，比較寬壁上的影響大。(3)窗孔應(yīng)靠近支承件的幾何中心線附近，孔寬或孔徑不超過支承件寬度的0.25倍。(4)窗孔邊緣厚一些(yīxiē)(翻邊)，工作時加蓋，并用螺釘上緊，可補償一部分剛度的損失。精品資料二、提高(tígāo)局部剛度的措施1、合理選擇連接部位的結(jié)構(gòu)(1)設(shè)圖a的一般凸緣(tūyuán)連接，相對連接剛度為1.0(2)圖b有加強筋的凸緣連接為1.06(3)圖c凹槽式為1.80(4)圖dU型加強筋結(jié)構(gòu)為1.85精品資料2、注意局部(júbù)過渡例，車床床身，由于床身的基本部分較薄而導(dǎo)軌較厚，如設(shè)計成圖11-8a的形狀，則在載荷F的作用下，導(dǎo)軌處易發(fā)生局部變形。采用加厚的過渡壁，并加肋(圖b)，可顯著地提高(tígāo)導(dǎo)軌處的局部剛度。精品資料3、合理配置加強(jiāqiáng)肋（筋）(1)有些支承件的內(nèi)部要安裝其它(qítā)機構(gòu)，不但不能封閉，即使安裝隔板也會有所妨礙，這時采用加強肋來提高剛度。(2)合理配置加強肋是提高局部剛度的有效方法。(3)加強肋的高度可取為壁厚的4～5倍，厚度與壁厚之比為0．8～1。精品資料例圖a的肋用來提高軸承座處的局部剛度；圖b和圖c為當(dāng)壁板面積大于400×400mm2時，為避免薄壁振動而在壁板內(nèi)表面加的肋。其作用(zuòyòng)在于提高壁板的抗彎剛度。圖d為立柱內(nèi)的環(huán)形肋，主要用來抵抗截面形狀的畸變。前面的三條豎向肋主要用來提高導(dǎo)軌處的局部剛度。精品資料三、提高接觸剛度(ɡānɡdù)的措施1、提高結(jié)合面質(zhì)量導(dǎo)軌面、重要的固定結(jié)合面必須配磨或配刮。2、合理選擇螺釘(luódīng)尺寸、數(shù)量和布置固定螺釘(luódīng)應(yīng)在接觸面上造成一個預(yù)壓力。通常應(yīng)使接觸面間的平均預(yù)壓壓強約為2MPa。精品資料四、支承(zhīchénɡ)件結(jié)構(gòu)的工藝性

壁厚均勻、要有出砂孔、起吊孔。支承件的壁厚應(yīng)根據(jù)工藝上的可能選擇得薄一些。按照目前的工藝水平，砂模鑄造鑄鐵件的外壁厚可根據(jù)當(dāng)量