箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、1. 箱體的主要功能(1)支承并包容各種傳動零件，如齒輪、軸、軸 承等，使它們能夠保持正常的運動關(guān)系和運動精度。箱體還可以儲存潤滑劑，實現(xiàn)各種運動零件的潤滑。(2)安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境的影響，又保護(hù)機(jī)器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔 音作用。使機(jī)器各部分分別由獨立的箱體組成，各成單元，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。2. 箱體的分類按箱體的功能可分為:21-6。(1) 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，這類箱體要求 有密封性、強(qiáng)度和剛度。見圖(2

2、) 泵體和閥體，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 除有對前一類箱體的要求外，還要求能承受箱體內(nèi)液體的壓力。(3)支架箱體，如機(jī)床的支座、立柱等箱體零件，要求有一定的強(qiáng)度、剛度和精度，這類箱體設(shè)計時要特別注意剛度和外觀造 型。按箱體的制造方法分，主要有:(1)鑄造箱體，常用的材料是鑄鐵，有時也用鑄鋼、鑄鋁合金和鑄銅等。鑄鐵箱體的特點是結(jié)構(gòu)形狀可以較復(fù)雜，有較好的吸 振性和機(jī)加工性能，常用于成批生產(chǎn)的中小型箱體。(2)焊接箱體，由鋼板、型鋼或鑄鋼件焊接而成，結(jié)構(gòu)要求較簡單，生產(chǎn)周期較短。焊接箱體適用于單件小批量生產(chǎn)，尤其是 大件箱體，采

3、用焊接件可大大降低成本。(3) 其它箱體，如沖壓和注塑箱體，適用于大批量生產(chǎn)的小型、輕載和結(jié)構(gòu)形狀簡單的箱體。2設(shè)計的主要問題和設(shè)計要求箱體設(shè)計首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外 還應(yīng)考慮以下問題:1.滿足強(qiáng)度和剛度要求。對受力很大的箱體零件，滿足強(qiáng)度是一個重要問題；但對于大多數(shù)箱體，評定性能的主要指標(biāo)是剛 度，因為箱體的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。2.散熱性能和熱變形問題。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓绊懫錆櫥阅?；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是 溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對箱體的

4、精度和強(qiáng)度有很大的影響。3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。如支點的安排、筋的布置、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計等均要有利于提高箱體的強(qiáng)度和剛度。4. 工藝性好。包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。5. 造型好、質(zhì)量小。設(shè)計不同的箱體對以上的要求可能有所側(cè)重。3箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計箱體的形狀和尺寸常由箱體內(nèi)部零件及內(nèi)部零件間的相互關(guān)系來決定，決定箱體結(jié)構(gòu)尺寸和外觀造型的這一設(shè)計方法稱為 結(jié)構(gòu)包容法”，當(dāng)然還應(yīng)考慮外部有關(guān)零件對箱體形狀和尺寸的要求。箱體壁厚的設(shè)計多采用類比法，對同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，參照設(shè)計者的經(jīng)驗或設(shè)計手冊等資料提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定壁厚、筋 板和凸臺等的布

5、置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于重要的箱體，可用計算機(jī)的有限元法計算箱體的剛度和強(qiáng)度，或用模型和實物進(jìn)行應(yīng)力 或應(yīng)變的測定，直接取得數(shù)據(jù)或作為計算結(jié)果的校核手段。1.箱體的毛坯、材料及熱處理(1)箱體的毛坯：選用鑄造毛坯或焊接毛坯，應(yīng)根據(jù)具體條件進(jìn)行全面分析決定。鑄造容易鑄造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體毛坯，焊接 箱體允許有薄壁和大平面，而鑄造卻較困難實現(xiàn)薄壁和大平面。焊接箱體一般比鑄造箱體輕，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。(2)箱體的材料和熱處理箱體的常用材料有:鑄鐵多數(shù)箱體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強(qiáng)，動態(tài)剛性 和機(jī)加工性能好

6、，價格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。具體牌號查閱有關(guān)手冊。鑄造鋁合金 用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，有足夠的強(qiáng)度和較好的塑性。鋼材 鑄鋼有一定的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，較好的導(dǎo)熱性和焊接性，機(jī)加工性能也較好，但鑄造時容易氧化與熱裂。箱 體也可用低碳鋼板和型鋼焊接而成。箱體的熱處理:鑄造或箱體毛坯中的剩余應(yīng)力使箱體產(chǎn)生變形，為了保證箱體加工后精度的穩(wěn)定性，對箱體毛坯或粗加工后要用熱處理方法 消除剩余應(yīng)力，減少變形。常用的熱處理措施有以下三類:A) 熱時效。鑄件在500600° C下退火，可以大幅度地降低或消除鑄造箱體中的剩余應(yīng)力。B) 熱沖擊時效。

7、將鑄件快速加熱，利用其產(chǎn)生的熱應(yīng)力與鑄造剩余應(yīng)力疊加，使原有剩余應(yīng)力松弛。C) 自然時效。自然時效和振動時效可以提高鑄件的松弛剛性，使鑄件的尺寸精度穩(wěn)定。2.箱體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇(1)壁厚鑄鐵、鑄鋼和其它材料箱體的壁厚可以從表21-2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）；表21-2鑄造箱體的壁厚箱體材料N灰鑄鉄鑄裁合金鑄鋼D. 361046D”T58ID155S1. DOU152061210-25S一16153DID3, DC2D3035曰24. DP2435

8、40注：1.此表為砂型鑄造戴據(jù).2.球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵壁厚減小2CS.儀器儀表鑄造外殼的最小壁厚參考表21-3選取合金科類鑄造方法砂型金屬型莊力鑄造熔模鑄造売模*造腰合金銅舍金鋅會金333Z52.5311 1,5仁21.51 1.51,5211L512,512. 5（2）加強(qiáng)筋為改善箱體的剛度， 尤其是箱體壁厚的剛度，常在箱壁上增設(shè)加強(qiáng)筋， 若箱體中有中間短軸或中間支承時，常設(shè)置橫向筋板。21-4。筋板的高度H不應(yīng)超過壁厚t的（3-4 ）倍，超過此值對提高剛度無明顯效果。加強(qiáng)筋的尺寸見表表21.4鑄造箱休加侵筋尺寸外表面筋厚內(nèi)腔筋厚筋的高度0 6-0, 7) CL霸所在壁厚孔和凸臺箱體內(nèi)壁和外

9、壁上位于同一軸線上的孔，從機(jī)加工角度要求，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，這有利于刀具的進(jìn)入和退出。箱體壁上的開孔會降低箱體的剛度，實驗證明，剛度的 降低程度與孔的面積大小成正比。D與孔徑d的比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；同時可以減少加工面。當(dāng)凸臺直徑值D/dW2和凸臺高度h與壁厚t的比值t/h W時，剛度增加較大；比值大于2以后，效果不明顯。如因設(shè)計需要，凸臺高度21-8。加大時，為了改善凸臺的局部剛度，可在適當(dāng)位置增設(shè)局部加強(qiáng)筋。見圖hD圖 21-8連接和固定箱體連接處的剛度主要是結(jié)合面的變形和位移，它包括結(jié)合面的接觸變形，連接螺釘?shù)淖冃魏瓦B接部位的局部變形。為了保證連接剛度，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3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。2）合理選擇聯(lián)結(jié)螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。為了保證結(jié)合面之間的壓強(qiáng)，又不使螺釘直徑太大，結(jié)合面的實 際接觸面積在允許范圍內(nèi)盡可能減小。如圖19-9。3）合理設(shè)計聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)及特點及應(yīng)用見表21-5。表 21-5形戎特點和應(yīng)用iB爪座與箱壁聯(lián)結(jié)處的局部強(qiáng)度、剛度均較羞，聯(lián)鉛刖度也低，俘 鑄造簡單，節(jié)約材料逮用于側(cè)向力小的