機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)座和機(jī)架實(shí)用教案

1、內(nèi)容內(nèi)容(nirng)(nirng)機(jī)座或機(jī)架的作用及基本機(jī)座或機(jī)架的作用及基本(jbn)要求要求機(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)(shj) 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)架第1頁(yè)/共29頁(yè)第一頁(yè)，共30頁(yè)。作用：它既承受其它零部件的重量和工作載荷(zi (zi h)h)又起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)。一、機(jī)座或機(jī)架的作用一、機(jī)座或機(jī)架的作用(zuyng)(zuyng)及基本要求及基本要求機(jī)座(j zu)類各種機(jī)床的床身箱體類減速器的箱體、車床床頭箱的箱體分類底座類電動(dòng)絞車的底座第2頁(yè)/共29頁(yè)第二頁(yè)，共30頁(yè)。結(jié)構(gòu)(jigu)形狀

2、第3頁(yè)/共29頁(yè)第三頁(yè)，共30頁(yè)。第4頁(yè)/共29頁(yè)第四頁(yè)，共30頁(yè)。鑄造(zhzo)機(jī)架：焊接機(jī)架：?jiǎn)渭∨?，生產(chǎn)(shngchn)周期短。使用鋼板(gngbn)、槽鋼、工字鋼。材料：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。第5頁(yè)/共29頁(yè)第五頁(yè)，共30頁(yè)。機(jī)架零件(ln jin)特點(diǎn)1、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；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)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工面多，幾何精度(jn d)和相對(duì)位置精度(jn d)要求較高。 第6頁(yè)/共29頁(yè)第六頁(yè)，共30頁(yè)。機(jī)架零件(ln jin)的一般設(shè)計(jì)要求

3、1、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；2、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度及振動(dòng)穩(wěn)定性；減少熱變形；3、應(yīng)滿足(mnz)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、經(jīng)濟(jì)性及人機(jī)工程等方面的要求。第7頁(yè)/共29頁(yè)第七頁(yè)，共30頁(yè)。計(jì)算載荷、剖面(pumin)形狀一、計(jì)算(j sun)載荷計(jì)算載荷(zi h)：可能出現(xiàn)的最大載荷(zi h)1.結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單，材料力學(xué)的有關(guān)公式；2.結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，基于模型實(shí)驗(yàn)得到的公式;3.重要機(jī)架零件，有限元法精確計(jì)算；設(shè)計(jì)計(jì)算：4.要求不高，類比法設(shè)計(jì)。第8頁(yè)/共29頁(yè)第八頁(yè)，共30頁(yè)。二、剖面(pumi

4、n)形狀1、大多數(shù)機(jī)座和箱體的受力情況很復(fù)雜，因而要產(chǎn)生拉伸、壓縮(y su)彎曲、 扭轉(zhuǎn)等變形。2、機(jī)座和箱體受到彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)，截面形狀對(duì)于它們的強(qiáng)度和剛度有著很大的影響。3、正確設(shè)計(jì)機(jī)座和箱體的截面形狀，在既不增大截面面積，又不增大零件質(zhì)量的條件下，來(lái)增大截面系數(shù)及截面的慣性距，從而提高它們的剛度和強(qiáng)度。第9頁(yè)/共29頁(yè)第九頁(yè)，共30頁(yè)。 機(jī)座的典型結(jié)構(gòu) (1)方形截面機(jī)座 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，箱體內(nèi)有較大的空間(kngjin)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，有足夠的剛度。見(jiàn)圖。 (2)圓形截面

5、機(jī)座 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。 (3)鑄鐵板裝配式機(jī)座 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)座的差，且加工和裝配工作量較大。第10頁(yè)/共29頁(yè)第十頁(yè)，共30頁(yè)。第11頁(yè)/共29頁(yè)第十一頁(yè)，共30頁(yè)。 保證(bozhng)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)工藝性以及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期等問(wèn)題。二、機(jī)座二、機(jī)座(j zu)(j zu)或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)第12頁(yè)/共29頁(yè)第十二頁(yè)，共30頁(yè)。1 鑄造機(jī)座的設(shè)計(jì)(1)保證自身

6、剛度的措施 合理選擇截面(jimin)形狀和尺寸。 合理布置筋板和加強(qiáng)筋。 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的缺陷(quxin)；對(duì)于焊件，對(duì)于焊件，則壁薄時(shí)更則壁薄時(shí)更易保證焊接易保證焊接的品質(zhì)。的品質(zhì)。 第13頁(yè)/共29頁(yè)第十三頁(yè)，共30頁(yè)。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。如果截面面積不變，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)的方法，可以提高通過(guò)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

7、可以充分發(fā)揮材料的作用。零件的強(qiáng)度和剛度。合理選擇截面形狀可以充分發(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彎曲的零件以選用工字形截面為最好(zu ho)，主要受扭轉(zhuǎn)的零，主要受扭轉(zhuǎn)的零件，以圓管形截面為最好件，以圓管形截面為最好(zu ho)，空心矩的次之，從剛度方面考慮，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)截面形狀受動(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)載的能力。，即使截面面積并不增加，也可提高機(jī)架承受

8、動(dòng)載的能力。第14頁(yè)/共29頁(yè)第十四頁(yè)，共30頁(yè)。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)，變形只和截面積有關(guān)，而與截當(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)，變形與截面形狀有關(guān)。在其它條如果受彎、扭作用時(shí)，變形與截面形狀有關(guān)。在其它條件相同件相同(xin tn)(xin tn)情況下，抗扭慣性矩情況下，抗扭慣性矩IcIc越大，扭越大，扭轉(zhuǎn)變形越小，抗扭剛度越大。轉(zhuǎn)變形越小，抗扭剛度越大。第15頁(yè)/共29頁(yè)第十五頁(yè)，共30頁(yè)。面積相同的，各種截面形狀與慣性矩的比較面積相同的，各種

9、截面形狀與慣性矩的比較 1 1）空心結(jié)構(gòu)）空心結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)的剛度比實(shí)心結(jié)構(gòu)的剛度比實(shí)心結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)的剛度大；的剛度大；2 2）封閉圓形截面的抗扭剛度好，而封閉方形截面的抗彎和）封閉圓形截面的抗扭剛度好，而封閉方形截面的抗彎和抗扭都較好；抗扭都較好；3 3）加大橫截面輪廓尺寸和減小壁厚時(shí)，可提高剛度。）加大橫截面輪廓尺寸和減小壁厚時(shí)，可提高剛度。第16頁(yè)/共29頁(yè)第十六頁(yè)，共30頁(yè)。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，但為了鑄造清砂及其內(nèi)部(nib)(nib)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

10、配和調(diào)整，必須在機(jī)座壁上開(kāi)“窗口窗口”，其結(jié)果使機(jī)，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，勢(shì)必使機(jī)座笨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)提高剛度。重、浪費(fèi)材料，故常用增加隔板和加強(qiáng)筋來(lái)提高剛度。 加強(qiáng)筋常見(jiàn)的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四種（如加強(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，但剛度最小；米字筋的剛度最大，圖）。直形筋的鑄造工藝簡(jiǎn)單，但剛度最?。幻鬃纸畹膭偠茸畲?，但鑄造工藝最復(fù)雜。但鑄造工藝最復(fù)雜。 加強(qiáng)筋和隔板的厚度，一般取壁厚的加強(qiáng)筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.8

11、0.8倍。倍。第17頁(yè)/共29頁(yè)第十七頁(yè)，共30頁(yè)。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。但面大而壁振動(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，故壁厚薄的箱體，容易因齒輪、滾動(dòng)軸承的噪聲引起共鳴，故壁厚宜適當(dāng)宜適當(dāng)(shdng)取厚一些。取厚一些。鑄造零件的最小壁厚主要受鑄造工藝的限制。同一鑄件的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。壁厚應(yīng)力求趨于相近。 第18頁(yè)/共29頁(yè)第十八頁(yè)，共30頁(yè)。 任何機(jī)械都會(huì)

12、發(fā)生不同程度的振動(dòng)。動(dòng)力、鍛壓一類機(jī)械尤其嚴(yán)任何機(jī)械都會(huì)發(fā)生不同程度的振動(dòng)。動(dòng)力、鍛壓一類機(jī)械尤其嚴(yán)重重(ynzhng)。即使是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，也常因軸系的質(zhì)量不平衡等多種。即使是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，也常因軸系的質(zhì)量不平衡等多種原因而引起振動(dòng)。機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)頻率一般約在原因而引起振動(dòng)。機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)頻率一般約在10100Hz范圍。范圍。由于外界因素的干擾，一般生產(chǎn)車間地基的振動(dòng)頻率約為由于外界因素的干擾，一般生產(chǎn)車間地基的振動(dòng)頻率約為260Hz，振幅約為振幅約為120m。隔振的目的就是要盡量隔離和減輕振動(dòng)波的傳遞。常用的方法是隔振的目的就是要盡量隔離和減輕振動(dòng)波的傳遞。常用的方法是在機(jī)器或儀器的底座與基礎(chǔ)之間

13、設(shè)置彈性零件，通常稱為隔振器或在機(jī)器或儀器的底座與基礎(chǔ)之間設(shè)置彈性零件，通常稱為隔振器或隔振墊，使振波的傳遞很快衰減。隔振墊，使振波的傳遞很快衰減。隔振器中的彈性零件可以是金屬?gòu)椈?，也可以是橡膠彈簧。隔振器中的彈性零件可以是金屬?gòu)椈?，也可以是橡膠彈簧。 第19頁(yè)/共29頁(yè)第十九頁(yè)，共30頁(yè)。 (2)提高機(jī)座連接處的接觸剛度(n d) (3)機(jī)座的模型剛度(n d)試驗(yàn) (4)機(jī)座的結(jié)構(gòu)工藝性 (5)機(jī)座的材料選擇 第20頁(yè)/共29頁(yè)第二十頁(yè)，共30頁(yè)。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

14、釘?shù)闹睆?、?shù)量）根據(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)生及其位置。必要時(shí)，可使螺釘產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)預(yù)緊力，來(lái)預(yù)緊力，來(lái)提高連接剛度。提高連接剛度。2 2）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）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。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。在安裝螺釘處加）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)筋等辦法增加局部厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強(qiáng)筋等辦法增加局部剛度，從

15、而提高連接剛度。剛度，從而提高連接剛度。 第21頁(yè)/共29頁(yè)第二十一頁(yè)，共30頁(yè)。機(jī)體(jt)的結(jié)構(gòu)工藝性1、減小加工面積；2、加工表面與非加工表面要區(qū)分開(kāi)；3、被加工面在同一(tngy)平面內(nèi)。第22頁(yè)/共29頁(yè)第二十二頁(yè)，共30頁(yè)。機(jī)架零件(ln jin)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、機(jī)體(jt)的結(jié)構(gòu)形式（以減速器為例）剖分式(fnsh)：裝拆方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜整體式：剛度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆不方便第23頁(yè)/共29頁(yè)第二十三頁(yè)，共30頁(yè)。機(jī)體(jt)的幾何造型1、從工業(yè)美學(xué)角度(jiod)考慮；2、方型箱體，內(nèi)六角螺釘、內(nèi)凸緣、內(nèi)筋板。第24頁(yè)/共29頁(yè)第二十四頁(yè)，共30頁(yè)。2焊接機(jī)架的設(shè)計(jì)(shj) 優(yōu)點(diǎn)

16、：在剛度(n d)(n d)相同的情況下可減輕重量3030左右；改 型快，廢品極少；生產(chǎn)周期短、成本低。結(jié)構(gòu)：常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材( (鋼板、角鋼、槽鋼、鋼管等) )焊接制造。第25頁(yè)/共29頁(yè)第二十五頁(yè)，共30頁(yè)。第26頁(yè)/共29頁(yè)第二十六頁(yè)，共30頁(yè)。本章(bn zhn)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)部件和導(dǎo)向支承部件的選用與設(shè)計(jì)。重點(diǎn)掌握絲杠傳動(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)方法以及了解相關(guān)結(jié)構(gòu)的工作原理(yunl)；重點(diǎn)掌握滑動(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，了解相關(guān)結(jié)構(gòu)的工作原理(yunl)以及其他導(dǎo)向裝置的特點(diǎn)。第27頁(yè)/共

17、29頁(yè)第二十七頁(yè)，共30頁(yè)。思考題思考題 1 機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是什么？機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是什么？2 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)元件的基本要求是什么？機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)元件的基本要求是什么？3 滾珠絲杠副的主要構(gòu)成元件、傳動(dòng)特點(diǎn)以及支承方式滾珠絲杠副的主要構(gòu)成元件、傳動(dòng)特點(diǎn)以及支承方式（特點(diǎn)）有哪些？（特點(diǎn)）有哪些？4 已知某四級(jí)齒輪已知某四級(jí)齒輪(chln)傳動(dòng)系統(tǒng)，各齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，各齒輪(chln)的的轉(zhuǎn)角誤差弧度，各級(jí)傳動(dòng)比轉(zhuǎn)角誤差弧度，各級(jí)傳動(dòng)比i=4，求：，求：1）傳動(dòng)系統(tǒng)的最）傳動(dòng)系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差。大轉(zhuǎn)角誤差。2）為縮小應(yīng)采取的措施是什么？）為縮小應(yīng)采取的措施是什么？第28頁(yè)/共29頁(yè)