哈工大第十六章 機(jī)架零件

1、第十六章 機(jī)架 零件 16.1 概述 n機(jī)架零件：機(jī)架零件：機(jī)器的機(jī)座、箱體、基礎(chǔ)板、框架 等零件統(tǒng)稱為機(jī)架零件。 n作用：作用：1、主要起支承作用； 2、基準(zhǔn)的作用； n重點(diǎn)：重點(diǎn)：介紹機(jī)架的類型、設(shè)計(jì)要求，以及合理 選擇機(jī)架的壁厚、截面形狀、間壁及肋板等。 概述 正確選擇機(jī)架類零件的材料和正確設(shè)計(jì)其 結(jié)構(gòu)形式及尺寸，是減小機(jī)器質(zhì)量、節(jié)約金 屬材料、提高工作精度、增強(qiáng)機(jī)器剛度及耐 磨性等的重要途徑。 一、機(jī)架的一般類型一、機(jī)架的一般類型 機(jī)架按構(gòu)造形式可分為：機(jī)架按構(gòu)造形式可分為： 機(jī)座類機(jī)座類、箱體類箱體類、基板類基板類和和框架類框架類等四大類。等四大類。 1 1）機(jī)座類）機(jī)座類 立式機(jī)座

2、立式機(jī)座 臥式機(jī)座臥式機(jī)座 框式機(jī)座框式機(jī)座 環(huán)式機(jī)座環(huán)式機(jī)座 減速機(jī)箱體減速機(jī)箱體 電機(jī)電機(jī)-變速機(jī)箱體變速機(jī)箱體 2 2）箱體類）箱體類 3 3）板類）板類 工作臺(tái)工作臺(tái) 4 4）框架類）框架類 起重機(jī)行車架起重機(jī)行車架 箱體式箱體式 框架式框架式 臥式機(jī)座臥式機(jī)座 框式機(jī)座框式機(jī)座 立式機(jī)座立式機(jī)座 二、機(jī)架材料及制造方法二、機(jī)架材料及制造方法 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛度要求高，通常采用結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛度要求高，通常采用鑄鐵鑄鐵或鑄鋼?；蜩T鋼。 通常采用鋼或輕合金材料來(lái)減輕質(zhì)量。通常采用鋼或輕合金材料來(lái)減輕質(zhì)量。 v 批量生產(chǎn)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)架及零件多以鑄造為宜。批量生產(chǎn)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)架及零件多以鑄造

3、為宜。 v 單件或少量生產(chǎn)的機(jī)架及零件則以焊件為宜。單件或少量生產(chǎn)的機(jī)架及零件則以焊件為宜。 1 1）固定式機(jī)器的機(jī)座和箱體）固定式機(jī)器的機(jī)座和箱體 2 2）運(yùn)行式機(jī)器的機(jī)座和箱體）運(yùn)行式機(jī)器的機(jī)座和箱體 三、機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和一般設(shè)計(jì)要求三、機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和一般設(shè)計(jì)要求 機(jī)架零件負(fù)有承受機(jī)器工作時(shí)的作用力和使機(jī)器穩(wěn)定在機(jī)架零件負(fù)有承受機(jī)器工作時(shí)的作用力和使機(jī)器穩(wěn)定在 基礎(chǔ)上的作用。設(shè)計(jì)制造機(jī)架零件應(yīng)滿足以下列基本要求基礎(chǔ)上的作用。設(shè)計(jì)制造機(jī)架零件應(yīng)滿足以下列基本要求: : （1 1）強(qiáng)度要求：）強(qiáng)度要求：具有足夠的強(qiáng)度；具有足夠的強(qiáng)度； （2 2）剛度要求：）剛度要求：具有足夠的剛度；具有足夠

4、的剛度； （3 3）穩(wěn)定性要求：）穩(wěn)定性要求：受壓或受彎受壓或受彎壓的細(xì)長(zhǎng)、薄壁或板殼結(jié)壓的細(xì)長(zhǎng)、薄壁或板殼結(jié) 構(gòu)，要進(jìn)行必要的穩(wěn)定性校核；對(duì)于高速機(jī)器，應(yīng)滿構(gòu)，要進(jìn)行必要的穩(wěn)定性校核；對(duì)于高速機(jī)器，應(yīng)滿 足振動(dòng)穩(wěn)定性的要求。足振動(dòng)穩(wěn)定性的要求。 （4 4）工業(yè)美學(xué)要求：）工業(yè)美學(xué)要求：外形美觀、流暢，結(jié)構(gòu)合理，色調(diào)協(xié)調(diào)。外形美觀、流暢，結(jié)構(gòu)合理，色調(diào)協(xié)調(diào)。 （5）其它要求：）其它要求：工藝性好，成本低；機(jī)架上的零部件要定位工藝性好，成本低；機(jī)架上的零部件要定位 準(zhǔn)確、固定可靠，便于安裝、調(diào)整和維修；對(duì)于缸體、準(zhǔn)確、固定可靠，便于安裝、調(diào)整和維修；對(duì)于缸體、 導(dǎo)軌等機(jī)架零件，應(yīng)具有良好的耐磨性

5、。導(dǎo)軌等機(jī)架零件，應(yīng)具有良好的耐磨性。 16.2 機(jī)架設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題 一、截面形狀的合理選擇一、截面形狀的合理選擇 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、 壓縮彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形，截面形狀對(duì)于它們的強(qiáng)度和剛度有 著很大的影響。合理的改變截面形狀增大它的慣性矩和抗彎合理的改變截面形狀增大它的慣性矩和抗彎 截面系數(shù)，可以提高零件的強(qiáng)度和剛度。截面系數(shù)，可以提高零件的強(qiáng)度和剛度。 機(jī)座和箱體受到彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)， 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。 相對(duì)比較內(nèi)容相對(duì)比較內(nèi)容 (

6、(基本型基本型) ) 相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度 彎曲彎曲 1 1.2 1.4 1.8 1 1.2 1.4 1.8 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 1 43 38.5 4.5 1 43 38.5 4.5 相對(duì)剛度相對(duì)剛度 彎曲彎曲 1 1.15 1.6 1.8 1 1.15 1.6 1.8 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 1 8.8 31.4 1.9 1 8.8 31.4 1.9 表表16.1各種截面形狀梁的相對(duì)強(qiáng)度和相對(duì)剛度（截面積各種截面形狀梁的相對(duì)強(qiáng)度和相對(duì)剛度（截面積2900mm2） 從中可以看出，主要從中可以看出，主要受彎曲的零件受彎曲的零件，以選用，以選用工字形截面工字形截面為好，為好， 其相對(duì)的彎曲強(qiáng)度和剛度都為最大；主要其相對(duì)的彎

7、曲強(qiáng)度和剛度都為最大；主要受扭轉(zhuǎn)的零件受扭轉(zhuǎn)的零件，以，以 選用選用圓管形截面圓管形截面為好，為好，空心矩形空心矩形的次之；其他兩種的強(qiáng)度則的次之；其他兩種的強(qiáng)度則 比前兩種小許多倍；僅比前兩種小許多倍；僅從剛度方面考慮從剛度方面考慮，以選用，以選用空心矩形截空心矩形截 面面的為最合理。的為最合理。 由于機(jī)架受載情況一般都較復(fù)雜由于機(jī)架受載情況一般都較復(fù)雜(拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)可能拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)可能 同時(shí)存在同時(shí)存在)，對(duì)剛度要求又高，因而綜合各方面的情況考慮，對(duì)剛度要求又高，因而綜合各方面的情況考慮， 以選用以選用空心矩形截面空心矩形截面比較有利，這種截面的機(jī)架也便于附裝其比較有利，這種截面的

8、機(jī)架也便于附裝其 他零件，所以他零件，所以多數(shù)機(jī)架的截面都以空心矩形為基礎(chǔ)多數(shù)機(jī)架的截面都以空心矩形為基礎(chǔ)。 受動(dòng)載荷的機(jī)架零件，為了提高它的吸振能力，也應(yīng)采用受動(dòng)載荷的機(jī)架零件，為了提高它的吸振能力，也應(yīng)采用 合理的截面形狀。各種工字形截面梁在受彎曲作用時(shí)所能吸收合理的截面形狀。各種工字形截面梁在受彎曲作用時(shí)所能吸收 的最大變形能的相對(duì)比較值見(jiàn)表的最大變形能的相對(duì)比較值見(jiàn)表16.216.2。 相對(duì)比較內(nèi)容相對(duì)比較內(nèi)容 ( (基本型基本型) ) 相對(duì)慣性矩相對(duì)慣性矩 1 0.72 0.82 1 0.72 0.82 相對(duì)靜載強(qiáng)度相對(duì)靜載強(qiáng)度 1 1 0.910.91 1 1 相對(duì)質(zhì)量相對(duì)質(zhì)量 1

9、 1 0.820.82 0.890.89 相對(duì)最大變形能相對(duì)最大變形能 1 1 1.131.13 1.211.21 表表16.2不同尺寸的工字形截面梁在受彎曲作用時(shí)的相對(duì)性能比較不同尺寸的工字形截面梁在受彎曲作用時(shí)的相對(duì)性能比較 由此可見(jiàn)，只要合理設(shè)計(jì)截面形狀，即使截面面積并不由此可見(jiàn)，只要合理設(shè)計(jì)截面形狀，即使截面面積并不 增加，也可以提高機(jī)架承受動(dòng)載的能力。增加，也可以提高機(jī)架承受動(dòng)載的能力。 二、間壁與筋二、間壁與筋 一般說(shuō)來(lái)，提高機(jī)架零件的強(qiáng)度和剛度可采用兩種方法：一般說(shuō)來(lái)，提高機(jī)架零件的強(qiáng)度和剛度可采用兩種方法： （1 1）增加壁厚。）增加壁厚。這種方法并非在任何情況下都能見(jiàn)效，即使

10、這種方法并非在任何情況下都能見(jiàn)效，即使 見(jiàn)效，也多半不符合經(jīng)濟(jì)原則。見(jiàn)效，也多半不符合經(jīng)濟(jì)原則。 （2）在壁與壁之間設(shè)置間壁和肋。）在壁與壁之間設(shè)置間壁和肋。這種方法在提高強(qiáng)度和剛這種方法在提高強(qiáng)度和剛 度方面常常是最有效的，因此經(jīng)常采用。度方面常常是最有效的，因此經(jīng)常采用。 正確地增設(shè)間壁和肋板可以有效地增大機(jī)座和箱體的強(qiáng)度和正確地增設(shè)間壁和肋板可以有效地增大機(jī)座和箱體的強(qiáng)度和 剛度。剛度。 如果肋板布置不當(dāng)，不僅不能增大機(jī)座和箱體的強(qiáng)度與剛度，如果肋板布置不當(dāng)，不僅不能增大機(jī)座和箱體的強(qiáng)度與剛度， 反而會(huì)造成浪費(fèi)工料及增加制造的難度。反而會(huì)造成浪費(fèi)工料及增加制造的難度。 表表16.316.

11、3幾種不同形式間壁的梁在剛度方面的相對(duì)比較幾種不同形式間壁的梁在剛度方面的相對(duì)比較 相對(duì)比較項(xiàng)目相對(duì)比較項(xiàng)目 ( (基本型基本型) ) 相對(duì)質(zhì)量相對(duì)質(zhì)量 1 1.14 1.38 1 1.14 1.38 1.491.49 1.261.26 相對(duì)剛度相對(duì)剛度 彎曲彎曲 1 1.07 1.51 1 1.07 1.51 1.781.78 1.551.55 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 1 2.08 2.16 1 2.08 2.16 3.303.30 2.942.94 相對(duì)剛度相對(duì)剛度/ /相對(duì)質(zhì)量相對(duì)質(zhì)量 彎曲彎曲 1 0.94 0.85 1 0.94 0.85 1.201.20 1.921.92 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 1 1.83

12、 1.56 1 1.83 1.56 2.222.22 2.342.34 三、壁厚的選擇三、壁厚的選擇 一般說(shuō)來(lái)，選擇壁厚時(shí)應(yīng)滿足如下要求：一般說(shuō)來(lái)，選擇壁厚時(shí)應(yīng)滿足如下要求： （1 1）機(jī)架強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的要求。）機(jī)架強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的要求。 （2）制造工藝性的要求。）制造工藝性的要求。 在滿足上述要求的前提下，盡量選用較小的壁厚。在滿足上述要求的前提下，盡量選用較小的壁厚。 間壁和肋板的厚度一般取為主壁厚的間壁和肋板的厚度一般取為主壁厚的0.60.60.80.8倍；肋板的倍；肋板的 高度約為主壁厚的高度約為主壁厚的5 5倍。倍。 四、機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四、機(jī)架零件的

13、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)架零件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首機(jī)架零件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首 先確定機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)形式。先確定機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)形式。 通常箱體、機(jī)座等機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)形式可分為剖分式和整通常箱體、機(jī)座等機(jī)架零件的結(jié)構(gòu)形式可分為剖分式和整 體式兩大類。體式兩大類。 1.1.整體式機(jī)座整體式機(jī)座 其優(yōu)點(diǎn)是剛度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、其優(yōu)點(diǎn)是剛度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 零件數(shù)量少；缺點(diǎn)是裝配較困難。零件數(shù)量少；缺點(diǎn)是裝配較困難。 2.2.剖分式機(jī)座剖分式機(jī)座 其沿軸線分成機(jī)蓋和機(jī)座兩其沿軸線分成機(jī)蓋和機(jī)座兩 部分，并用螺栓聯(lián)接為一體。部分，并用螺栓聯(lián)接為一體。 剖分式機(jī)座的優(yōu)點(diǎn)是裝拆方剖

14、分式機(jī)座的優(yōu)點(diǎn)是裝拆方 便，其缺點(diǎn)是增加了零件數(shù)量。便，其缺點(diǎn)是增加了零件數(shù)量。 在機(jī)架零件中鑄造機(jī)體應(yīng)用最為廣泛，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮鑄造工在機(jī)架零件中鑄造機(jī)體應(yīng)用最為廣泛，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮鑄造工 藝性，力求形狀簡(jiǎn)單，壁厚均勻，過(guò)渡平緩，拔模方便。藝性，力求形狀簡(jiǎn)單，壁厚均勻，過(guò)渡平緩，拔模方便。 在機(jī)械加工工藝方面還應(yīng)注意：在機(jī)械加工工藝方面還應(yīng)注意： （1 1）減小機(jī)械加工的面積。）減小機(jī)械加工的面積。 （2 2）機(jī)械加工表面與非加工表面要明顯區(qū)分開(kāi)，要把加工）機(jī)械加工表面與非加工表面要明顯區(qū)分開(kāi)，要把加工 的端面凸出來(lái)。并盡量減少工件和刀具的調(diào)整次數(shù)。的端面凸出來(lái)。并盡量減少工件和刀具的調(diào)整次數(shù)。

15、 （3 3）應(yīng)保證加工面能夠方便地加工。）應(yīng)保證加工面能夠方便地加工。 設(shè)計(jì)機(jī)架零件機(jī)架零件時(shí)，應(yīng)便于加工、裝拆、吊裝，聯(lián)接可靠，對(duì) 于沖擊振動(dòng)大的機(jī)器、機(jī)架和地基間應(yīng)加裝隔振板器。 造型設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿在機(jī)架零件的設(shè)計(jì)與制造的全過(guò)程中。機(jī)架零件的設(shè)計(jì)與制造的全過(guò)程中。 機(jī)架零件的造型設(shè)計(jì)機(jī)架零件的造型設(shè)計(jì) VOLVO S80 奧迪奧迪A6L 寶馬寶馬 Z4 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法通常分為常規(guī)設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代 設(shè)計(jì)方法兩大類。 常規(guī)設(shè)計(jì)方法是指采用一定的理論分析和計(jì)算，結(jié) 合人們?cè)陂L(zhǎng)期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的方法、公式、 圖表等進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。它又可分為： 理論設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì) 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介（自學(xué)） 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法通常是相對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法而言機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法通常是相對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法而言 的。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是指在近二、三十年發(fā)展起來(lái)的更為的。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是指在近二、三十年發(fā)展起來(lái)的更為 完善、科學(xué)、計(jì)算精度高、設(shè)計(jì)與計(jì)算速度更快的機(jī)械完善、科學(xué)、計(jì)算精度高、設(shè)計(jì)與計(jì)算速度更快的機(jī)械 設(shè)計(jì)方法。如機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方法。如機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)