第十一章 支承件設(shè)計(jì)課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、支承件的功用一、支承件的功用 支承件：支承件：是是機(jī)床的基礎(chǔ)構(gòu)件機(jī)床的基礎(chǔ)構(gòu)件，包括床身、立柱、橫梁、搖臂、，包括床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺(tái)、箱體和升降臺(tái)等。也稱為底座、刀架、工作臺(tái)、箱體和升降臺(tái)等。也稱為“大件大件”。 安裝、支承、固定安裝、支承、固定或活動(dòng)的零部件，使之保持相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)或活動(dòng)的零部件，使之保持相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并關(guān)系，并承受承受力和力矩，力和力矩，支承支承導(dǎo)軌定位導(dǎo)向，導(dǎo)軌定位導(dǎo)向，安裝安裝油液電系統(tǒng)等。油液電系統(tǒng)等。 二、支承件的設(shè)計(jì)要求二、支承件的設(shè)計(jì)要求 1 1、足夠的靜剛度和較高的、足夠的靜剛度和較高的剛度重量比剛度重

2、量比 2 2、良好的動(dòng)態(tài)特性。、良好的動(dòng)態(tài)特性。 3 3、較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力。、較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力。 4 4、便于制造、裝配、維修、便于制造、裝配、維修、排屑和吊運(yùn)及考慮切削液及潤(rùn)排屑和吊運(yùn)及考慮切削液及潤(rùn)滑油回收、液壓、電器裝置的滑油回收、液壓、電器裝置的安置等。安置等。三、支承件的設(shè)計(jì)基本步驟三、支承件的設(shè)計(jì)基本步驟 1）根據(jù)支承件的使用要求進(jìn)行受力分析，再根據(jù)所受的）根據(jù)支承件的使用要求進(jìn)行受力分析，再根據(jù)所受的力、熱變形和其它要求（如排屑、切削液及潤(rùn)滑油回收、力、熱變形和其它要求（如排屑、切削液及潤(rùn)滑油回收、其它零部件安置等），并參考機(jī)床的同類型件，其它零部件安置等），并參考機(jī)床的

3、同類型件，初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)其基本形狀和尺寸。其基本形狀和尺寸。 2）可以用有限元法，）可以用有限元法，借助于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行驗(yàn)算，求解借助于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行驗(yàn)算，求解支承件的靜剛度和動(dòng)態(tài)剛度，支承件的靜剛度和動(dòng)態(tài)剛度，避免盲目性，提高成功率。避免盲目性，提高成功率。 3）根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，或?qū)讉€(gè)方案進(jìn)行對(duì)）根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，或?qū)讉€(gè)方案進(jìn)行對(duì)比，比，選擇最佳方案選擇最佳方案。 第二節(jié)第二節(jié) 支承件的靜力分析支承件的靜力分析一、一、支承件受力分析支承件受力分析 為了保證有足夠的剛度，必須了解支承件的受力情況以及產(chǎn)生的變?yōu)榱吮ＷC有足夠的剛度，必須了解支承件的受力情況以及產(chǎn)生的變形

4、，了解由此引起的加工誤差，從而合理設(shè)計(jì)支承件的結(jié)構(gòu)。形，了解由此引起的加工誤差，從而合理設(shè)計(jì)支承件的結(jié)構(gòu)。 1. 1. 不同機(jī)床所受載荷的特點(diǎn)不同機(jī)床所受載荷的特點(diǎn) 1) 1) 對(duì)于對(duì)于中小型普通機(jī)床中小型普通機(jī)床，應(yīng)，應(yīng)以切削力為主以切削力為主，工件重量、移動(dòng)部件，工件重量、移動(dòng)部件重量等在受力和變形分析時(shí)可忽略不計(jì)，如鉆床、銑床、中型車床等。重量等在受力和變形分析時(shí)可忽略不計(jì)，如鉆床、銑床、中型車床等。 2) 2) 對(duì)于對(duì)于精密機(jī)床和高精度機(jī)床精密機(jī)床和高精度機(jī)床，其切削力較小，應(yīng)以，其切削力較小，應(yīng)以移動(dòng)部件的移動(dòng)部件的重量和熱應(yīng)力為主重量和熱應(yīng)力為主，如雙柱立式坐標(biāo)鏜床。，如雙柱立式坐

5、標(biāo)鏜床。 3) 3) 對(duì)于對(duì)于大型、重型機(jī)床大型、重型機(jī)床則需要?jiǎng)t需要同時(shí)考慮工件重量，移動(dòng)部件重量同時(shí)考慮工件重量，移動(dòng)部件重量和切削力，和切削力，如雙柱立式車床、落地鏜銑床等。如雙柱立式車床、落地鏜銑床等。 2. 不同形狀支承件的簡(jiǎn)化不同形狀支承件的簡(jiǎn)化 支承件根據(jù)其形狀不同一般可簡(jiǎn)化為梁、板、箱三種支承件根據(jù)其形狀不同一般可簡(jiǎn)化為梁、板、箱三種類型。類型。 1).梁件梁件一個(gè)方向的尺寸比另兩個(gè)方向大得多的零件。一個(gè)方向的尺寸比另兩個(gè)方向大得多的零件。如：床身、立柱、橫梁等。如：床身、立柱、橫梁等。 2).板件板件兩個(gè)方向的尺寸比第三個(gè)方向大得多的零件。兩個(gè)方向的尺寸比第三個(gè)方向大得多的零

6、件。如：底座、工作臺(tái)、刀架等。如：底座、工作臺(tái)、刀架等。 3).箱體件箱體件三個(gè)方向的尺寸都差不多的零件。三個(gè)方向的尺寸都差不多的零件。如：箱體、升降臺(tái)等。如：箱體、升降臺(tái)等。 3. 3. 普通車床床身的受力分析普通車床床身的受力分析 通過(guò)分析得到相應(yīng)的變形：通過(guò)分析得到相應(yīng)的變形： 1 1）. .豎直面內(nèi)的豎直面內(nèi)的彎矩和彎曲變形彎矩和彎曲變形。 2 2）. .水平面內(nèi)的水平面內(nèi)的彎矩和扭轉(zhuǎn)變形彎矩和扭轉(zhuǎn)變形。 3 3）. .橫截面內(nèi)的橫截面內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)變形轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)變形。 一、一、支承件靜剛度支承件靜剛度 支承件的變形一般包括支承件的變形一般包括自身變形自身變形、局部變形局部變形和和接觸

7、變接觸變形形。設(shè)計(jì)時(shí)，要注意這三類變形的匹配，并應(yīng)對(duì)薄弱環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)時(shí)，要注意這三類變形的匹配，并應(yīng)對(duì)薄弱環(huán)節(jié)予以加強(qiáng)。予以加強(qiáng)。 1. 1. 自身剛度自身剛度 支承件抵抗自身變形的能力，稱為自身剛度。支承件抵抗自身變形的能力，稱為自身剛度。 支承件的自身剛度主要為支承件的自身剛度主要為彎曲剛度彎曲剛度和和扭轉(zhuǎn)剛度扭轉(zhuǎn)剛度。 支承件的自身剛度取決于支承件材料、構(gòu)造、形狀、支承件的自身剛度取決于支承件材料、構(gòu)造、形狀、尺寸和隔板的布置等。尺寸和隔板的布置等。 2. 局部剛度局部剛度 抵抗局部變形的能力，稱為局部剛度。抵抗局部變形的能力，稱為局部剛度。 局部剛度主要取決于受載部位的構(gòu)造、尺寸以及筋的

8、局部剛度主要取決于受載部位的構(gòu)造、尺寸以及筋的配置。局部變形發(fā)生在載荷集中的地方。配置。局部變形發(fā)生在載荷集中的地方。 3. 接觸剛度接觸剛度 支承件各支承件各接觸面抵抗接觸變形的能力接觸面抵抗接觸變形的能力，稱為接觸剛度。，稱為接觸剛度。取決于連接處材料、幾何形狀與尺寸及接觸面硬度和表面取決于連接處材料、幾何形狀與尺寸及接觸面硬度和表面粗糙度。粗糙度。 接觸剛度與自身剛度的不同在于：接觸剛度與自身剛度的不同在于： 1) 1) 接觸剛度是指受接觸剛度是指受外載荷對(duì)接觸平面的平均壓強(qiáng)與外載荷對(duì)接觸平面的平均壓強(qiáng)與變形之比，變形之比，并不是支承件的自身剛度，接觸剛度可表示為：并不是支承件的自身剛度

9、，接觸剛度可表示為： 接觸平面受到的平均壓強(qiáng)接觸平面受到的平均壓強(qiáng) / /接觸平面的變形量接觸平面的變形量 2) 2) 接觸剛度不是一個(gè)固定值，即接觸平面受到的平均接觸剛度不是一個(gè)固定值，即接觸平面受到的平均壓強(qiáng)與接觸平面的變形量的關(guān)系是非線性的。壓強(qiáng)與接觸平面的變形量的關(guān)系是非線性的。 支承件的自身剛度和接觸剛度對(duì)接觸壓強(qiáng)的分布是有影響的支承件的自身剛度和接觸剛度對(duì)接觸壓強(qiáng)的分布是有影響的，如，如圖圖115所示。在集中載荷作用下，如自身剛度和局部剛度較高，則接所示。在集中載荷作用下，如自身剛度和局部剛度較高，則接觸壓強(qiáng)的分布是基本均勻的，如圖觸壓強(qiáng)的分布是基本均勻的，如圖a所示。接觸剛度也較

10、高。如自身剛所示。接觸剛度也較高。如自身剛度或局部剛度不足，則在集中載荷的作用下，構(gòu)件將產(chǎn)生變形，使得度或局部剛度不足，則在集中載荷的作用下，構(gòu)件將產(chǎn)生變形，使得接觸壓強(qiáng)分布不均如圖接觸壓強(qiáng)分布不均如圖b所示，從而使接觸變形分布也不均，降低了接所示，從而使接觸變形分布也不均，降低了接觸剛度。從這里可以看出，觸剛度。從這里可以看出，接觸剛度不僅決定于接觸面的加工情況，接觸剛度不僅決定于接觸面的加工情況，也決定于支承件。也決定于支承件。二、剛度的折算和比較二、剛度的折算和比較 彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的單位不同，彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的單位不同， x向和向和y向彎曲剛度的方向不同，向彎曲剛度的方向不同，互相

11、之間是不能直接比較的。但是在設(shè)計(jì)時(shí)，又必須知道支承件的各項(xiàng)互相之間是不能直接比較的。但是在設(shè)計(jì)時(shí)，又必須知道支承件的各項(xiàng)剛度對(duì)加工精度的影響。為此，就要把彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，都折合為剛度對(duì)加工精度的影響。為此，就要把彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，都折合為刀尖相對(duì)于工件在最影響精度方向刀尖相對(duì)于工件在最影響精度方向(“敏感方向敏感方向”)的位移，以便進(jìn)行比較。的位移，以便進(jìn)行比較。下面以車床床身為例，說(shuō)明折算的方法，見(jiàn)圖下面以車床床身為例，說(shuō)明折算的方法，見(jiàn)圖116。 三、支承件形狀選擇的原則三、支承件形狀選擇的原則 1. 1.正確選擇界面的形狀和尺寸正確選擇界面的形狀和尺寸 支承件主要是承受支承件主要是

12、承受力矩力矩、扭矩扭矩以及以及彎扭復(fù)合載荷彎扭復(fù)合載荷，所以自身剛度主要是考慮所以自身剛度主要是考慮彎曲剛度彎曲剛度和和扭轉(zhuǎn)剛度扭轉(zhuǎn)剛度。 在彎、扭載荷作用下，支承件的變形與截面的在彎、扭載荷作用下，支承件的變形與截面的抗彎抗彎慣性矩慣性矩和和抗扭慣性矩抗扭慣性矩有關(guān)。材料和截面積相同而形狀不同有關(guān)。材料和截面積相同而形狀不同時(shí)，截面慣性矩相差很大，因此應(yīng)時(shí)，截面慣性矩相差很大，因此應(yīng)正確選擇截面的形狀和正確選擇截面的形狀和尺寸以提高自身剛度。尺寸以提高自身剛度。 1）截面積相同時(shí)）截面積相同時(shí)空心截面剛度大于實(shí)心界面剛度空心截面剛度大于實(shí)心界面剛度。 2) 方形截面的抗彎剛度高于圓形截面方形

13、截面的抗彎剛度高于圓形截面，而抗扭剛度較低。，而抗扭剛度較低。 3) 不封閉的截面比封閉的截面剛度顯著下降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，特別是抗扭剛度下降更多。更多。 四四. 合理布置隔板合理布置隔板 在兩壁之間起連接作用的內(nèi)壁稱為在兩壁之間起連接作用的內(nèi)壁稱為隔板隔板。隔板的功用。隔板的功用在于把作用于支承件局部地區(qū)的載荷傳遞給其它壁板，在于把作用于支承件局部地區(qū)的載荷傳遞給其它壁板，從而使整個(gè)支承件各壁板能比較均勻的承受載荷。從而使整個(gè)支承件各壁板能比較均勻的承受載荷。當(dāng)支當(dāng)支承件不能采用全封閉截面時(shí)，常常布置隔板來(lái)提高承件不能采用全封閉截面時(shí)，常常布置隔板來(lái)提

14、高 支承支承件的自身剛度。件的自身剛度。 隔板布置一般有隔板布置一般有三種基本形式三種基本形式， 即縱向隔板、橫向即縱向隔板、橫向隔板和斜向隔板。隔板和斜向隔板。縱向隔板縱向隔板主要提高主要提高抗彎抗彎剛度；剛度；橫向隔橫向隔板板主要提高主要提高抗扭抗扭剛度；剛度；斜向隔板斜向隔板則兼有提高則兼有提高抗彎剛度和抗彎剛度和抗扭剛度抗扭剛度的的效果。效果。 縱向筋板抗彎PbPLp橫向筋板抗扭斜向筋板既抗彎又抗扭 五五. . 合理開窗孔合理開窗孔 為了安裝機(jī)件或清砂，往往需要在支承件外壁上開孔，為了安裝機(jī)件或清砂，往往需要在支承件外壁上開孔，窗孔對(duì)剛度窗孔對(duì)剛度的影響決定于它的大小和位置的影響決定于

15、它的大小和位置。開在與彎曲平面垂直的壁上的窗孔，對(duì)。開在與彎曲平面垂直的壁上的窗孔，對(duì)影響抗彎剛度最大。開在較窄壁上的窗孔，對(duì)抗扭剛度的影響比開在較影響抗彎剛度最大。開在較窄壁上的窗孔，對(duì)抗扭剛度的影響比開在較寬壁上的窗孔大。因此寬壁上的窗孔大。因此矩形截面的立柱，窗孔盡量不要開在前、后壁上矩形截面的立柱，窗孔盡量不要開在前、后壁上。必須開孔時(shí)，應(yīng)靠近支承件幾何中心附近?？讓捇蚩讖揭圆怀^(guò)支承件必須開孔時(shí)，應(yīng)靠近支承件幾何中心附近?？讓捇蚩讖揭圆怀^(guò)支承件寬度的寬度的0.250.25倍為宜。倍為宜。 工作時(shí)加蓋，并用螺釘上緊，可補(bǔ)償一部分剛度的損失。表工作時(shí)加蓋，并用螺釘上緊，可補(bǔ)償一部分剛度

16、的損失。表2 2給出給出了在空心梁類支承件模型上開孔及加蓋對(duì)剛度影響的試驗(yàn)結(jié)果。了在空心梁類支承件模型上開孔及加蓋對(duì)剛度影響的試驗(yàn)結(jié)果。 六、六、提高支承件局部剛度提高支承件局部剛度 1. 1.合理選擇連接部件的結(jié)構(gòu)合理選擇連接部件的結(jié)構(gòu) 圖圖c c和圖和圖d d的兩種結(jié)構(gòu)最好的兩種結(jié)構(gòu)最好，特別是用來(lái)承受力矩效果更好，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。，特別是用來(lái)承受力矩效果更好，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 2. 2. 合理選擇螺釘尺寸和布置合理選擇螺釘尺寸和布置 當(dāng)受當(dāng)受力矩時(shí)力矩時(shí)，螺釘應(yīng)主要布置在，螺釘應(yīng)主要布置在受拉伸的一側(cè)受拉伸的一側(cè)；當(dāng)；當(dāng)受扭矩受扭矩時(shí)時(shí)，螺釘應(yīng)均勻分布在連接部位，螺釘應(yīng)均勻分布在連接部位

17、四周四周。螺釘尺寸。螺釘尺寸應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算，使它足以能承受外載荷的作用。應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算，使它足以能承受外載荷的作用。 3. 3. 注意床身與導(dǎo)軌連接處的局部過(guò)渡注意床身與導(dǎo)軌連接處的局部過(guò)渡 4. 合理配置加強(qiáng)筋合理配置加強(qiáng)筋 有些支承件的內(nèi)部要安裝其它機(jī)構(gòu)，不能封閉，安有些支承件的內(nèi)部要安裝其它機(jī)構(gòu)，不能封閉，安裝隔板也會(huì)有所妨礙。這時(shí)就只能采用加強(qiáng)筋來(lái)提高剛裝隔板也會(huì)有所妨礙。這時(shí)就只能采用加強(qiáng)筋來(lái)提高剛度。度。 合理配置加強(qiáng)筋是提高局部剛度的有效方法。合理配置加強(qiáng)筋是提高局部剛度的有效方法。 七、提高支承件接觸剛度七、提高支承件接觸剛度 減少接觸面的層數(shù)是提高接觸剛度的最好方法。但具體設(shè)計(jì)時(shí)，常

18、減少接觸面的層數(shù)是提高接觸剛度的最好方法。但具體設(shè)計(jì)時(shí)，常限于結(jié)構(gòu)或功能上的原因而不能減少接觸面的層數(shù)，此時(shí)可采用以下措施：限于結(jié)構(gòu)或功能上的原因而不能減少接觸面的層數(shù)，此時(shí)可采用以下措施： (1)(1) 導(dǎo)軌面和重要的固定結(jié)合面必須配刮或配磨。導(dǎo)軌面和重要的固定結(jié)合面必須配刮或配磨。 (2) (2) 固定螺釘連接時(shí)，通常應(yīng)使接觸固定螺釘連接時(shí)，通常應(yīng)使接觸面間的平均預(yù)壓壓強(qiáng)不小于面間的平均預(yù)壓壓強(qiáng)不小于2MPa2MPa，以消除表面微觀不平度的影響，并據(jù)此確以消除表面微觀不平度的影響，并據(jù)此確定固定螺釘?shù)闹睆?、?shù)量、布置位置以及定固定螺釘?shù)闹睆健?shù)量、布置位置以及擰緊螺釘時(shí)施加的力。裝配時(shí)可用

19、測(cè)力扳擰緊螺釘時(shí)施加的力。裝配時(shí)可用測(cè)力扳手來(lái)擰緊螺釘。手來(lái)擰緊螺釘。 八、壁厚的選擇八、壁厚的選擇 九、九、支承件材料和熱處理支承件材料和熱處理 支承件的材料主要為支承件的材料主要為鑄鐵和鋼鑄鐵和鋼。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支承件（主預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支承件（主要為床身、立柱、底座等）近年來(lái)有較大的發(fā)展。要為床身、立柱、底座等）近年來(lái)有較大的發(fā)展。 對(duì)于鑄鐵支承件，如果導(dǎo)軌與支承件鑄為一體，則鑄鐵的牌號(hào)對(duì)于鑄鐵支承件，如果導(dǎo)軌與支承件鑄為一體，則鑄鐵的牌號(hào)應(yīng)應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇； 如果導(dǎo)軌是鑲嵌上去的，或者支承件上沒(méi)有導(dǎo)軌，則如果導(dǎo)軌是鑲嵌上去的，或者支承件上沒(méi)有導(dǎo)軌，則一般可采一般

20、可采用用HT150HT150。 如果支承件由型鋼和鋼板焊接，則常用如果支承件由型鋼和鋼板焊接，則常用3 3號(hào)或號(hào)或5 5號(hào)鋼號(hào)鋼。 在鑄造或焊接中的殘余應(yīng)力，將使支承件產(chǎn)生變形。因此，必在鑄造或焊接中的殘余應(yīng)力，將使支承件產(chǎn)生變形。因此，必須進(jìn)行須進(jìn)行時(shí)效處理以消除殘余應(yīng)力時(shí)效處理以消除殘余應(yīng)力。時(shí)效方法有自然時(shí)效、人工時(shí)效。時(shí)效方法有自然時(shí)效、人工時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效三種。和振動(dòng)時(shí)效三種。 支承件焊接結(jié)構(gòu)支承件焊接結(jié)構(gòu) 1. 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 1）用）用鋼板、角鋼鋼板、角鋼等焊接支承件，工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，可以焊等焊接支承件，工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，可以焊接任何形狀的零件，且不易出廢品

21、。接任何形狀的零件，且不易出廢品。 2）焊接支承件）焊接支承件沒(méi)有鑄件的截面形狀限制沒(méi)有鑄件的截面形狀限制，可做成完全封閉的箱形，可做成完全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，并根據(jù)受力情況，布置肋條和肋板來(lái)提高抗扭剛度和抗彎剛度。結(jié)構(gòu)，并根據(jù)受力情況，布置肋條和肋板來(lái)提高抗扭剛度和抗彎剛度。 3）鋼的彈性模量約為鑄鐵的）鋼的彈性模量約為鑄鐵的1.52倍，倍，鋼的剛度鋼的剛度/重量比鑄鐵大重量比鑄鐵大40%以上。以上。 4) 鋼的內(nèi)阻尼較鑄鐵小鋼的內(nèi)阻尼較鑄鐵小，但機(jī)床阻尼主要取決于各零件接合處的阻，但機(jī)床阻尼主要取決于各零件接合處的阻尼，材料的內(nèi)阻尼影響不大。尼，材料的內(nèi)阻尼影響不大。 5) 5) 焊接結(jié)構(gòu)在成

22、批生產(chǎn)時(shí)，焊接結(jié)構(gòu)在成批生產(chǎn)時(shí)，成本比鑄件高成本比鑄件高，一般多用在大型、重，一般多用在大型、重型機(jī)床及自制設(shè)備等小批生產(chǎn)中。型機(jī)床及自制設(shè)備等小批生產(chǎn)中。 2. 2. 焊接工藝性焊接工藝性 1 1）盡量減少焊縫的數(shù)量和長(zhǎng)度；）盡量減少焊縫的數(shù)量和長(zhǎng)度； 2) 2) 焊縫的可焊到性要好；焊縫的可焊到性要好； 3 3）減輕焊縫的載荷；）減輕焊縫的載荷； 4 4）輪廓形狀規(guī)整化；）輪廓形狀規(guī)整化； 5 5）大型結(jié)構(gòu)分段焊接組裝。）大型結(jié)構(gòu)分段焊接組裝。十、支承件結(jié)構(gòu)工藝性十、支承件結(jié)構(gòu)工藝性 1. 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性鑄件結(jié)構(gòu)工藝性 1) 鑄件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鑄件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造型和拔模造型和拔模容易容易； 2)

23、 避免產(chǎn)生縮孔、氣孔和裂紋，避免產(chǎn)生縮孔、氣孔和裂紋，壁厚壁厚應(yīng)盡量均勻。應(yīng)盡量均勻。 3) 3) 便于便于清砂清砂，特別是便于清理砂芯。，特別是便于清理砂芯。 4) 4) 大型鑄件要鑄出大型鑄件要鑄出吊孔吊孔, ,如鑄件不能開孔，則應(yīng)鑄出吊鉤或加工出如鑄件不能開孔，則應(yīng)鑄出吊鉤或加工出螺紋孔，以便于安裝吊環(huán)螺絲。螺紋孔，以便于安裝吊環(huán)螺絲。2. 機(jī)械加工工藝機(jī)械加工工藝 1）較長(zhǎng)的支承件（如車床床身）較長(zhǎng)的支承件（如車床床身）應(yīng)盡量避免兩端有加工面應(yīng)盡量避免兩端有加工面，避免，避免支承件內(nèi)部支承件內(nèi)部深處有加工面深處有加工面以及以及傾斜的加工面傾斜的加工面。 2) 盡量盡量使加工面集中使加工

24、面集中，以減少加工時(shí)的翻轉(zhuǎn)及裝夾次數(shù)。，以減少加工時(shí)的翻轉(zhuǎn)及裝夾次數(shù)。 3) 所有加工面都所有加工面都應(yīng)有支承面較大的基準(zhǔn)應(yīng)有支承面較大的基準(zhǔn)，便于加工時(shí)定位、測(cè)量和，便于加工時(shí)定位、測(cè)量和夾緊。夾緊。 第四節(jié)第四節(jié) 支承件動(dòng)態(tài)特性支承件動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性一般包括三方面問(wèn)題動(dòng)態(tài)特性一般包括三方面問(wèn)題： 1) 1) 共振問(wèn)題共振問(wèn)題 在工作時(shí)支承件的在工作時(shí)支承件的固有頻率固有頻率不能與不能與激振頻率激振頻率相重合，應(yīng)避免發(fā)生共振相重合，應(yīng)避免發(fā)生共振現(xiàn)象。現(xiàn)象。 2) 2) 動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題 支承件應(yīng)具有較高的支承件應(yīng)具有較高的動(dòng)剛度動(dòng)剛度（共振狀態(tài)下，激振力的幅值與振幅之（共振狀態(tài)下

25、，激振力的幅值與振幅之比）和比）和較大的阻尼較大的阻尼，使支承件在受到一定幅值周期性激振力的作用，受迫，使支承件在受到一定幅值周期性激振力的作用，受迫振動(dòng)的振幅較小。振動(dòng)的振幅較小。 3) 3) 切削穩(wěn)定性問(wèn)題切削穩(wěn)定性問(wèn)題 抵抗切削自激振動(dòng)的能力抵抗切削自激振動(dòng)的能力，研究支承件動(dòng)態(tài)特性就要對(duì)切削穩(wěn)定性，研究支承件動(dòng)態(tài)特性就要對(duì)切削穩(wěn)定性進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。 一、支承件固有頻率和振型一、支承件固有頻率和振型 分析支承件動(dòng)態(tài)特性時(shí)，通?？蓪⒅С屑?jiǎn)化為一個(gè)多分析支承件動(dòng)態(tài)特性時(shí)，通常可將支承件簡(jiǎn)化為一個(gè)多自由度的系統(tǒng)，多自由度系統(tǒng)的固有頻率和主振型，是通過(guò)自由度的系統(tǒng)，多自由度系統(tǒng)的固有頻率和

26、主振型，是通過(guò)求解系統(tǒng)的無(wú)阻尼自由振動(dòng)方程得到。求解系統(tǒng)的無(wú)阻尼自由振動(dòng)方程得到。 1. 1.多自由度系統(tǒng)的固有頻率和主振型多自由度系統(tǒng)的固有頻率和主振型 圖圖a a所示的振型，其固有頻率比圖所示的振型，其固有頻率比圖b b所示的低。因此，所示的低。因此，圖圖a a為第一階振型，其固有頻率為第一階固有頻率，合稱為第一階振型，其固有頻率為第一階固有頻率，合稱第一階模態(tài)；圖第一階模態(tài)；圖b b為第二階振型，第二階固有頻率，合稱為第二階振型，第二階固有頻率，合稱第二階模態(tài)。第二階模態(tài)。 2. 支承件的模態(tài)分析支承件的模態(tài)分析 由于機(jī)床上激振力的頻率一般都不太高，因而由于機(jī)床上激振力的頻率一般都不太高

27、，因而只有最只有最低幾階模態(tài)的固有頻率才有可能與激振頻率重合或接近。低幾階模態(tài)的固有頻率才有可能與激振頻率重合或接近。 高階模態(tài)的固有頻率已遠(yuǎn)高于可能出現(xiàn)的激振力頻率，高階模態(tài)的固有頻率已遠(yuǎn)高于可能出現(xiàn)的激振力頻率，一般不可能發(fā)生共振，對(duì)于加工質(zhì)量的影響是不大的。一般不可能發(fā)生共振，對(duì)于加工質(zhì)量的影響是不大的。所所以只需研究最低幾階模態(tài)。以只需研究最低幾階模態(tài)。 1) 第一階模態(tài)第一階模態(tài) 整機(jī)搖晃振動(dòng)整機(jī)搖晃振動(dòng)，振型如圖，振型如圖a所示。床身作為一個(gè)剛體在彈性基礎(chǔ)所示。床身作為一個(gè)剛體在彈性基礎(chǔ)上做搖晃振動(dòng)。整機(jī)搖晃的固有頻率較低，通常約為數(shù)十赫茲。上做搖晃振動(dòng)。整機(jī)搖晃的固有頻率較低，通

28、常約為數(shù)十赫茲。 2) 第二階模態(tài)第二階模態(tài) 一次彎曲振動(dòng)一次彎曲振動(dòng)，振型如圖，振型如圖b所示。主振系統(tǒng)是床身本身。振動(dòng)的所示。主振系統(tǒng)是床身本身。振動(dòng)的特點(diǎn)是各點(diǎn)的振動(dòng)方向一致，上下振幅相差不大，縱向特點(diǎn)是各點(diǎn)的振動(dòng)方向一致，上下振幅相差不大，縱向(z向向)越近中部，越近中部，振幅越大；越近兩端振幅越小。振幅越大；越近兩端振幅越小。3) 3) 第三階模態(tài)第三階模態(tài) 一次扭轉(zhuǎn)振動(dòng)一次扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，振型如圖，振型如圖c所示。主振系統(tǒng)與第二階模態(tài)相同。所示。主振系統(tǒng)與第二階模態(tài)相同。振型振動(dòng)的特點(diǎn)是兩端的振動(dòng)方向相反振型振動(dòng)的特點(diǎn)是兩端的振動(dòng)方向相反,振幅為兩端大中間小。振幅為兩端大中間小。4) 4

29、) 第四階模態(tài)第四階模態(tài) 二次彎曲振動(dòng)二次彎曲振動(dòng)，振型如圖，振型如圖d d所示。主振系統(tǒng)同上。特點(diǎn)是有兩條所示。主振系統(tǒng)同上。特點(diǎn)是有兩條節(jié)線節(jié)線ABAB和和CDCD。在這兩條節(jié)線上，振幅為零。兩端的振動(dòng)方向相同，與。在這兩條節(jié)線上，振幅為零。兩端的振動(dòng)方向相同，與兩節(jié)線間的振動(dòng)方向相反。兩節(jié)線間的振動(dòng)方向相反。5) 薄壁振動(dòng)薄壁振動(dòng) 在高頻振動(dòng)中，需要注意的是薄壁振動(dòng)。薄壁振動(dòng)在高頻振動(dòng)中，需要注意的是薄壁振動(dòng)。薄壁振動(dòng)的振幅不大，又是局部振動(dòng)，故對(duì)加工精度影響不大，的振幅不大，又是局部振動(dòng)，故對(duì)加工精度影響不大，但卻但卻是重要的噪聲源或噪聲的傳播者是重要的噪聲源或噪聲的傳播者。 上述模態(tài)

30、中，第二、三、四階將引起執(zhí)行器官之間上述模態(tài)中，第二、三、四階將引起執(zhí)行器官之間的相對(duì)位移，對(duì)加工精度和加工表面粗糙度，影響較大。的相對(duì)位移，對(duì)加工精度和加工表面粗糙度，影響較大。第一階也能引起安裝部件的相對(duì)位移而影響加工質(zhì)量。第一階也能引起安裝部件的相對(duì)位移而影響加工質(zhì)量。 二、二、改善支承件動(dòng)態(tài)特性和措施改善支承件動(dòng)態(tài)特性和措施 改善支承件的動(dòng)態(tài)特性，提高其抗振性，其關(guān)鍵改善支承件的動(dòng)態(tài)特性，提高其抗振性，其關(guān)鍵是是提高支承件的動(dòng)剛度。提高支承件的動(dòng)剛度。 1. 1. 單自由度系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性單自由度系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度，可以采用以下一些辦法：提提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度，可以采用以下一些辦法：提高系統(tǒng)的高系統(tǒng)的靜剛度靜剛度；增大系統(tǒng)中的；增大系統(tǒng)中的阻尼比阻尼比；提高系統(tǒng)的；提高系統(tǒng)的固