第十一章支承件設(shè)計(jì)ppt課件.ppt

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1、第十一章支承件設(shè)計(jì)第一節(jié)概述一、支承件的功用支承件：是機(jī)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”。安裝、支承、固定或活動的零部件，使之保持相對位置和運(yùn)動關(guān)系，并承受力和力矩，支承導(dǎo)軌定位導(dǎo)向，安裝油液電系統(tǒng)等。二、支承件的設(shè)計(jì)要求1、足夠的靜剛度和較高的剛度／重量比2、良好的動態(tài)特性。3、較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力。4、便于制造、裝配、維修、排屑和吊運(yùn)及考慮切削液及潤滑油回收、液壓、電器裝置的安置等。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)所受的力、熱變形和其它要求（如排屑、切削液及潤滑油回收、其它零部件安

2、置等），并參考機(jī)床的同類型件，初步設(shè)計(jì)其基本形狀和尺寸。2）可以用有限元法，借助于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行驗(yàn)算，求解支承件的靜剛度和動態(tài)剛度，避免盲目性，提高成功率。3）根據(jù)計(jì)算結(jié)果對設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，或?qū)讉€(gè)方案進(jìn)行對比，選擇最佳方案。第二節(jié)支承件的靜力分析一、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.不同機(jī)床所受載荷的特點(diǎn)1)對于中小型普通機(jī)床，應(yīng)以切削力為主，工件重量、移動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。2)對于精密機(jī)床和高精度機(jī)床，其切削力較小，應(yīng)以移動部件的重量和

3、熱應(yīng)力為主，如雙柱立式坐標(biāo)鏜床。3)對于大型、重型機(jī)床則需要同時(shí)考慮工件重量，移動部件重量和切削力，如雙柱立式車床、落地鏜銑床等。2.不同形狀支承件的簡化支承件根據(jù)其形狀不同一般可簡化為梁、板、箱三種類型。1).梁件——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。2).板件——兩個(gè)方向的尺寸比第三個(gè)方向大得多的零件。如：底座、工作臺、刀架等。3).箱體件——三個(gè)方向的尺寸都差不多的零件。如：箱體、升降臺等。3.普通車床床身的受力分析通過分析得到相應(yīng)的變形：1）.豎直面內(nèi)的彎矩和彎曲變形。2）.水平面內(nèi)的彎矩和扭轉(zhuǎn)變形。3）.橫截面內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)變形。第三節(jié)支承

4、件的靜剛度和形狀選擇的原則一、支承件靜剛度支承件的變形一般包括自身變形、局部變形和接觸變形。設(shè)計(jì)時(shí)，要注意這三類變形的匹配，并應(yīng)對薄弱環(huán)節(jié)予以加強(qiáng)。1.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彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。支承件的自身剛度取決于支承件材料、構(gòu)造、形狀、尺寸和隔板的布置等。2.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、尺寸以及筋的配置。局部變形發(fā)生在載荷集中的地方。3.接觸剛度支承件各接觸面抵抗接觸變形的能力，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粗糙度。接觸剛度與自身剛度的不同在于：1

5、)接觸剛度是指受外載荷對接觸平面的平均壓強(qiáng)與變形之比，并不是支承件的自身剛度，接觸剛度可表示為：接觸平面受到的平均壓強(qiáng)/接觸平面的變形量2)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。支承件的自身剛度和接觸剛度對接觸壓強(qiáng)的分布是有影響的，如圖11—5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a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

6、，也決定于支承件。二、剛度的折算和比較彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的單位不同，x向和y向彎曲剛度的方向不同，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，都折合為刀尖相對于工件在最影響精度方向(“敏感方向”)的位移，以便進(jìn)行比較。下面以車床床身為例，說明折算的方法，見圖11—6。三、支承件形狀選擇的原則1.正確選擇界面的形狀和尺寸支承件主要是承受力矩、扭矩以及彎扭復(fù)合載荷，所以自身剛度主要是考慮彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。在彎、扭載荷作用下，支承件的變形與截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關(guān)。材料和截面積相同而形狀不同時(shí)，截面慣性矩

7、相差很大，因此應(yīng)正確選擇截面的形狀和尺寸以提高自身剛度。1）截面積相同時(shí)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，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，特別是抗扭剛度下降更多。四.合理布置隔板在兩壁之間起連接作用的內(nèi)壁稱為隔板。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，從而使整個(gè)支承件各壁板能比較均勻的承受載荷。當(dāng)支承件不能采用全封閉截面時(shí)，常常布置隔板來提高支承件的自身剛度。隔板布置一般有三種基本形式，即縱向隔板、橫向