箱體結(jié)構(gòu)設計

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，又保護機器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。 (3)使機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)改善機器造型，協(xié)調(diào)機器各部分比例，使整機造型美觀。 2.箱體的分類 按箱體的功能可分為： (1)傳動箱體，如減速器、汽車變速箱及機床主軸箱等的箱體，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、強度和剛度。見圖21-

2、6。 (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，如機床的支座、立柱等箱體零件，要求有一定的強度、剛度和精度，這類箱體設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)形狀可以較復雜，有較好的吸振性和機加工性能，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

3、箱體，采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 設計的主要問題和設計要求 箱體設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，此外還應考慮以下問題： 1.滿足強度和剛度要求。對受力很大的箱體零件，滿足強度是一個重要問題；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

4、力，對箱體的精度和強度有很大的影響。 3.結(jié)構(gòu)設計合理。如支點的安排、筋的布置、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設計等均要有利于提高箱體的強度和剛度。 4.工藝性好。包括毛坯制造、機械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運輸、維護修理等各方面的工藝性。 5.造型好、質(zhì)量小。 設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計方法稱為結(jié)構(gòu)包容法，當然還應考慮外部有關(guān)零件對箱體形狀和尺寸的要求。 箱體壁厚的設計多采用類比法，對同類產(chǎn)品進行比較，參照設計者的經(jīng)驗或設計手冊等資料提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定壁厚、筋

5、板和凸臺等的布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于重要的箱體，可用計算機的有限元法計算箱體的剛度和強度，或用模型和實物進行應力或應變的測定，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，應根據(jù)具體條件進行全面分析決定。鑄造容易鑄造出結(jié)構(gòu)復雜的箱體毛坯，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，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)復雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強，

6、動態(tài)剛性和機加工性能好，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)可通過熱處理進行強化，有足夠的強度和較好的塑性。 鋼材 鑄鋼有一定的強度，良好的塑性和韌性，較好的導熱性和焊接性，機加工性能也較好，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500600C下退火，可以大幅度地降低或消除鑄造箱體中的剩余應力。 B)

7、熱沖擊時效。將鑄件快速加熱，利用其產(chǎn)生的熱應力與鑄造剩余應力疊加，使原有剩余應力松弛。 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 儀器儀表鑄造外殼的最小壁厚參考表21-3選取 (2)加強筋 為改善箱體的剛度，尤其是箱體壁厚的剛度，常在箱壁上增設加強筋，若箱體中有中間短軸或中間支

8、承時，常設置橫向筋板。筋板的高度H不應超過壁厚t的（3-4）倍，超過此值對提高剛度無明顯效果。加強筋的尺寸見表21-4。 (3)孔和凸臺 箱體內(nèi)壁和外壁上位于同一軸線上的孔，從機加工角度要求，單件小批量生產(chǎn)時，應盡可能使孔的質(zhì)量相等；成批大量生產(chǎn)時，外壁上的孔應大于內(nèi)壁上的孔徑，這有利于刀具的進入和退出。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。 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。當凸臺直徑D與孔徑d的比值D/d2和凸臺高度h與壁厚t的比值t/h2時，剛度增加較大；比值大于2以后，效果不明顯。如因設計需要，凸臺高度加大時，為了改善凸臺的局部剛度，可在適當位置增設局部加強筋。見圖21-8。 圖21-8(4)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應不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，