哈工大機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五章

1、1是基礎(chǔ)部分，將其它子系統(tǒng)相互有機(jī)地聯(lián)系是基礎(chǔ)部分，將其它子系統(tǒng)相互有機(jī)地聯(lián)系 起來(lái)，通過(guò)支承作用構(gòu)成總系統(tǒng)。起來(lái)，通過(guò)支承作用構(gòu)成總系統(tǒng)。：底座、立柱、橫梁、箱體、工作臺(tái)和升降臺(tái)等：底座、立柱、橫梁、箱體、工作臺(tái)和升降臺(tái)等u 支承零、部件支承零、部件u 保持被支承零、部件間的相互位置關(guān)系保持被支承零、部件間的相互位置關(guān)系u 承受各種力和力矩。承受各種力和力矩。 2一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的支承件往往一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的支承件往往，它們有的相互固定，它們有的相互固定聯(lián)接，有的在軌道上運(yùn)動(dòng)。聯(lián)接，有的在軌道上運(yùn)動(dòng)。機(jī)床支承系統(tǒng)機(jī)床支承系統(tǒng)3床床 腿腿床床 腿腿床床 身身機(jī)床支承系統(tǒng)機(jī)床支承系統(tǒng)4立柱立柱底座底座轉(zhuǎn)

2、臺(tái)支承系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)支承系統(tǒng)5并聯(lián)機(jī)器人支承系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)器人支承系統(tǒng)6根據(jù)形狀分為以下幾類(lèi)：根據(jù)形狀分為以下幾類(lèi)： 梁類(lèi)：梁類(lèi)：一個(gè)方向的尺寸比另外兩個(gè)方向的尺寸大得多一個(gè)方向的尺寸比另外兩個(gè)方向的尺寸大得多 的零件，如床身、立柱、橫梁、搖臂、滑枕等。的零件，如床身、立柱、橫梁、搖臂、滑枕等。 板類(lèi)：板類(lèi)：一個(gè)方向的尺寸比另外兩個(gè)方向的尺寸小得多一個(gè)方向的尺寸比另外兩個(gè)方向的尺寸小得多 的零件，如機(jī)床的底座、工作臺(tái)、刀架等。的零件，如機(jī)床的底座、工作臺(tái)、刀架等。 箱類(lèi)：箱類(lèi)：三個(gè)方向的尺寸大致一樣的零件，三個(gè)方向的尺寸大致一樣的零件， 如機(jī)床的箱體、升降臺(tái)等。如機(jī)床的箱體、升降臺(tái)等?？蚣茴?lèi)：框架類(lèi)：如

3、支架、橋架、桁架等。如支架、橋架、桁架等。 71、足夠的靜剛度、足夠的靜剛度：支承件在靜載荷作用下抵抗變形的能支承件在靜載荷作用下抵抗變形的能力稱(chēng)為支承件的靜剛度。力稱(chēng)為支承件的靜剛度。2、較好的動(dòng)特性、較好的動(dòng)特性：機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有的能力。在的能力。在機(jī)床上主要包括抵抗機(jī)床上主要包括抵抗和和的能力，而且不的能力，而且不應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)產(chǎn)生。 3、良好的熱特性、良好的熱特性：系統(tǒng)工作時(shí)各種原因的發(fā)熱都會(huì)使：系統(tǒng)工作時(shí)各種原因的發(fā)熱都會(huì)使，以致破壞被支承零部件的相互位置，以致破壞被支承零部件的相互位置關(guān)系，降低機(jī)械系統(tǒng)的工作精度。關(guān)系，降低機(jī)械系統(tǒng)的工作精度。 84、小的內(nèi)應(yīng)力、小的內(nèi)應(yīng)力：

4、材料內(nèi)應(yīng)力如不消除，在使用：材料內(nèi)應(yīng)力如不消除，在使用過(guò)程中，過(guò)程中，引起支，引起支承件變形。承件變形。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要從結(jié)構(gòu)和選材上保因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要從結(jié)構(gòu)和選材上保證支承件的內(nèi)應(yīng)力最小，并在鑄造或焊接和粗加證支承件的內(nèi)應(yīng)力最小，并在鑄造或焊接和粗加工后進(jìn)行工后進(jìn)行。 5、其他、其他：在設(shè)計(jì)支承件時(shí)，應(yīng)考慮在設(shè)計(jì)支承件時(shí)，應(yīng)考慮，液壓、電器布置合理以及便于，液壓、電器布置合理以及便于和和等。等。而對(duì)于機(jī)床的支承件，還要考慮便于冷卻液、潤(rùn)而對(duì)于機(jī)床的支承件，還要考慮便于冷卻液、潤(rùn)滑液的回收，排屑方便等?；旱幕厥眨判挤奖愕?。910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

5、變形局部變形和和接觸變形接觸變形111213u空心截面慣性矩比實(shí)心的大空心截面慣性矩比實(shí)心的大u方形抗彎，圓形抗扭，矩形抗彎更好方形抗彎，圓形抗扭，矩形抗彎更好u封閉截面比非封閉截面剛度大封閉截面比非封閉截面剛度大 主要用來(lái)提高支承件的抗彎剛度主要用來(lái)提高支承件的抗彎剛度主要用來(lái)提高支承件的抗扭剛度主要用來(lái)提高支承件的抗扭剛度既可提高支承件的抗彎剛度，又可提既可提高支承件的抗彎剛度，又可提高抗扭剛度高抗扭剛度 縱向隔板必須布置在支承件的彎曲平面內(nèi)才會(huì)縱向隔板必須布置在支承件的彎曲平面內(nèi)才會(huì)顯著提高抗彎剛度顯著提高抗彎剛度 1415(a)直字形肋條直字形肋條，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。常用于窄壁和受，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)

6、單。常用于窄壁和受載荷較小的內(nèi)壁上。載荷較小的內(nèi)壁上。(b)十字形肋條十字形肋條是呈直角交叉布置，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，是呈直角交叉布置，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，但易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，廣泛用于箱形截面的支承件但易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，廣泛用于箱形截面的支承件和平板上。和平板上。(c)三角形肋條三角形肋條可保證足夠的剛度，多用于矩形可保證足夠的剛度，多用于矩形截面支承件的寬壁上。截面支承件的寬壁上。(d)交叉肋條交叉肋條有時(shí)會(huì)與支承件壁的橫隔板結(jié)合在有時(shí)會(huì)與支承件壁的橫隔板結(jié)合在一起來(lái)有效地提高其剛度，常用于重要支承的一起來(lái)有效地提高其剛度，常用于重要支承的寬壁和平板上。寬壁和平板上。(e)蜂窩形肋條蜂窩形肋條常用于平板上。由于它在

7、各方向常用于平板上。由于它在各方向能均勻地收縮，不會(huì)在肋條連接處堆積金屬，能均勻地收縮，不會(huì)在肋條連接處堆積金屬，故內(nèi)應(yīng)力小。故內(nèi)應(yīng)力小。(f)米字形肋條米字形肋條制造困難，鑄造時(shí)金屬堆積嚴(yán)重。制造困難，鑄造時(shí)金屬堆積嚴(yán)重。(g)井字形肋條井字形肋條單元壁板的抗彎剛度接近單元壁板的抗彎剛度接近(f)的米的米字形肋條，但抗扭剛度是米字形肋條的字形肋條，但抗扭剛度是米字形肋條的1/2。肋條布置在支承件的內(nèi)壁，減小肋條布置在支承件的內(nèi)壁，減小局部變形，防止薄壁振動(dòng)。局部變形，防止薄壁振動(dòng)。三、合理開(kāi)孔和加蓋三、合理開(kāi)孔和加蓋16不在與彎曲平面垂直的壁上開(kāi)孔，不在窄壁上開(kāi)孔，加嵌入蓋比不在與彎曲平面垂

8、直的壁上開(kāi)孔，不在窄壁上開(kāi)孔，加嵌入蓋比面覆蓋好。面覆蓋好。 主要方式：加強(qiáng)受力集中處的剛度，如加肋條主要方式：加強(qiáng)受力集中處的剛度，如加肋條 方式方式:配磨配磨/研研/刮刮增加實(shí)際接觸面積，提高接觸剛度增加實(shí)際接觸面積，提高接觸剛度開(kāi)孔的目的開(kāi)孔的目的1）安裝機(jī)件或清砂）安裝機(jī)件或清砂2）減重）減重降低開(kāi)孔對(duì)剛度影響的措施降低開(kāi)孔對(duì)剛度影響的措施1）正確選擇開(kāi)孔的尺寸和位置）正確選擇開(kāi)孔的尺寸和位置2）開(kāi)孔位置翻邊）開(kāi)孔位置翻邊3）加嵌入蓋）加嵌入蓋17u鑄鐵：鑄鐵：HT100,HT150,HT200,HT250,HT300,HT100,HT150,HT200,HT250,HT300, QT

9、450-10,QT800-02 QT450-10,QT800-02u鋼：鋼：3 3,5#,Q235,20,25,15Mn,16Mn,5#,Q235,20,25,15Mn,16Mn, 20Mn,15MnTi,15MnSi 20Mn,15MnTi,15MnSiu輕合金：輕合金：ZAlSi7Mg,ZAlSi9Mg,ZAlSi12CuMg1,ZAlSi7Mg,ZAlSi9Mg,ZAlSi12CuMg1, ZAlZn1Si7 ZAlZn1Si7u鋼筋混凝土鋼筋混凝土u花崗巖花崗巖18 沿力作用線的鉚釘排數(shù)不超過(guò)沿力作用線的鉚釘排數(shù)不超過(guò)5 56 6排排 接頭中鉚釘交錯(cuò)布置接頭中鉚釘交錯(cuò)布置 多層板鉚接時(shí)

10、，接口應(yīng)錯(cuò)開(kāi)多層板鉚接時(shí)，接口應(yīng)錯(cuò)開(kāi) 鉚釘桿與孔之間不留空隙鉚釘桿與孔之間不留空隙 鉚釘頭附近的孔邊倒成直角或圓角鉚釘頭附近的孔邊倒成直角或圓角 同組結(jié)構(gòu)中采用相同直徑的鉚釘同組結(jié)構(gòu)中采用相同直徑的鉚釘 鉚釘孔遠(yuǎn)離殼壁，且鉚釘頭外露鉚釘孔遠(yuǎn)離殼壁，且鉚釘頭外露動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性主要指支承件的主要指支承件的固有頻率、振型和阻尼固有頻率、振型和阻尼。要求：要求：u系統(tǒng)支承件的系統(tǒng)支承件的；u具有具有( (共振狀態(tài)下，激振力的幅值與振幅共振狀態(tài)下，激振力的幅值與振幅之比之比) )和和u支承件在受到一定幅值的周期性激振力的作用下受迫支承件在受到一定幅值的周期性激振力的作用下受迫振動(dòng)的幅值較小。振動(dòng)的幅值

11、較小。 1920單自由度系統(tǒng)只有一個(gè)固有頻率和一個(gè)振型；單自由度系統(tǒng)只有一個(gè)固有頻率和一個(gè)振型；二自由度系統(tǒng)有兩個(gè)振型。二自由度系統(tǒng)有兩個(gè)振型。模態(tài)：振型和固有頻率的合稱(chēng)，模態(tài)：振型和固有頻率的合稱(chēng)， 由小到大排列，用由小到大排列，用“階階”表示表示支承件是連續(xù)體，有無(wú)窮多階模態(tài)。支承件是連續(xù)體，有無(wú)窮多階模態(tài)。21一階一階 二階二階 三階三階 四階四階22第一階模態(tài)：整機(jī)搖晃振動(dòng)，頻率：第一階模態(tài)：整機(jī)搖晃振動(dòng)，頻率：151530Hz30Hz第二階模態(tài)：一次彎曲振動(dòng)，頻率：第二階模態(tài)：一次彎曲振動(dòng)，頻率：8080140Hz140Hz第三階模態(tài)：一次扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，頻率：第三階模態(tài)：一次扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，頻

12、率：3030120Hz120Hz第四階模態(tài)：二次扭轉(zhuǎn)振動(dòng)第四階模態(tài)：二次扭轉(zhuǎn)振動(dòng)：對(duì)于某些面積較大而又較薄的壁板、罩、蓋等對(duì)于某些面積較大而又較薄的壁板、罩、蓋等容易發(fā)生薄壁振動(dòng)。這類(lèi)振動(dòng)的主振系統(tǒng)是薄壁，振動(dòng)的容易發(fā)生薄壁振動(dòng)。這類(lèi)振動(dòng)的主振系統(tǒng)是薄壁，振動(dòng)的固有頻率較高，振幅不大，屬于局部振動(dòng)。對(duì)系統(tǒng)的工作固有頻率較高，振幅不大，屬于局部振動(dòng)。對(duì)系統(tǒng)的工作質(zhì)量如機(jī)床的加工精度影響不大，但卻是噪聲源或噪聲的質(zhì)量如機(jī)床的加工精度影響不大，但卻是噪聲源或噪聲的傳播媒介。傳播媒介。2324K Kd d: :動(dòng)剛度動(dòng)剛度; ; ：阻尼比：阻尼比; ; K K：靜剛度：靜剛度 與動(dòng)剛度有關(guān)的因素：與動(dòng)

13、剛度有關(guān)的因素： 1）靜剛度）靜剛度 2）阻尼）阻尼 提高靜剛度的措施提高靜剛度的措施: 合理設(shè)計(jì)截面形狀和尺寸合理設(shè)計(jì)截面形狀和尺寸, 合理布置隔板和肋條合理布置隔板和肋條 增加阻尼的辦法增加阻尼的辦法:保留砂芯、預(yù)加載荷、振動(dòng)能量的保留砂芯、預(yù)加載荷、振動(dòng)能量的消耗消耗機(jī)床工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸入的能量，不論通過(guò)什么途機(jī)床工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸入的能量，不論通過(guò)什么途徑，最后都變成熱。這些熱量：一部分由徑，最后都變成熱。這些熱量：一部分由切屑、冷卻和切屑、冷卻和潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油帶走，一部分帶走，一部分向周?chē)l(fā)向周?chē)l(fā)，一部分使，一部分使工件升溫工件升溫，一部分使一部分使機(jī)床升溫機(jī)床升溫。外部環(huán)境溫度變

14、化和陽(yáng)光照射使機(jī)床升溫。外部環(huán)境溫度變化和陽(yáng)光照射使機(jī)床升溫。25及時(shí)將工作時(shí)產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散到周?chē)h(huán)境中，及時(shí)將工作時(shí)產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散到周?chē)h(huán)境中，則機(jī)械系統(tǒng)的溫度不會(huì)很快升高。（如：增大則機(jī)械系統(tǒng)的溫度不會(huì)很快升高。（如：增大散熱面積散熱面積/ /增設(shè)與氣流方向一致的散熱片增設(shè)與氣流方向一致的散熱片/ /采用采用風(fēng)扇或制冷設(shè)備，都可加快散熱。）風(fēng)扇或制冷設(shè)備，都可加快散熱。）將電動(dòng)機(jī)、液壓油箱、變速箱等熱源移到與機(jī)將電動(dòng)機(jī)、液壓油箱、變速箱等熱源移到與機(jī)械系統(tǒng)隔離的地基上，使熱源與機(jī)床隔離。械系統(tǒng)隔離的地基上，使熱源與機(jī)床隔離。影響機(jī)械系統(tǒng)工作質(zhì)量的不僅僅是溫升，更重影響機(jī)械系統(tǒng)工作質(zhì)量的不僅

15、僅是溫升，更重要的是溫度不均勻。因此，使支承件的熱變形要的是溫度不均勻。因此，使支承件的熱變形均勻也是系統(tǒng)工作質(zhì)量的一種措施。均勻也是系統(tǒng)工作質(zhì)量的一種措施。使熱變形對(duì)工件質(zhì)量的影響最小使熱變形對(duì)工件質(zhì)量的影響最小26均熱：均熱：在車(chē)床床身在車(chē)床床身B B處開(kāi)一個(gè)淺缺口，裝主軸箱的處開(kāi)一個(gè)淺缺口，裝主軸箱的A A處處是主要熱源，是主要熱源，C C處是導(dǎo)軌。這樣可使從處是導(dǎo)軌。這樣可使從A A處傳來(lái)的熱量處傳來(lái)的熱量分散傳至床身各處分散傳至床身各處( (如箭頭所示如箭頭所示) )。床身的溫度就比較。床身的溫度就比較均勻。均勻。 27均熱：均熱：圖圖( (a)a)是一臺(tái)立式矩臺(tái)平面磨床，由于砂輪電動(dòng)機(jī)的熱量是一臺(tái)立式矩臺(tái)平面磨床，由于砂輪電動(dòng)機(jī)的熱量經(jīng)砂輪架接合面使立柱前壁的溫度高于后壁，造成立柱后經(jīng)砂輪架接合面使立柱前壁的溫度高于后壁，造成立柱后傾，使磨出的工件表面與安裝基面不平行。圖