機(jī)械設(shè)計(jì)第16章箱體、導(dǎo)軌與鉸鏈.ppt

第16章箱體、導(dǎo)軌與鉸鏈,16.1箱體,16.1.1箱體的主要功能,箱體的主要功能有：,1支承并包容各種傳動零件，還可以儲存潤滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動零件的潤滑。2安全保護(hù)和密封作用，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。3使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。4改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使整機(jī)造型美觀。,16.1.2箱體設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問題,設(shè)計(jì)的過程中主要應(yīng)考慮以下問題：,1.滿足強(qiáng)度和剛度要求。,散熱性能和熱變形問題。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。工藝性問題。減振、隔振問題。造型好、質(zhì)量輕。,值得注意的是在設(shè)計(jì)不同的箱體時，考慮問題時應(yīng)該有所側(cè)重。,16.1.3箱體毛坯的選擇,鑄造容易制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體毛坯，鑄造箱體的熱影響變形小，吸振能力較強(qiáng)，也容易獲得較好的結(jié)構(gòu)剛度，但其質(zhì)量大。,焊接箱體允許有薄壁和大平面，而鑄造卻較難實(shí)現(xiàn)薄壁和大平面，此外焊接箱體一般比鑄造箱體輕，,大型的機(jī)座或箱體的制造，則常采用分體鑄造，整體焊接的辦法。,在選擇箱體毛坯的時候，還要與生產(chǎn)能力和生產(chǎn)規(guī)模相符合。,1614箱體結(jié)構(gòu)主要參數(shù)設(shè)計(jì),2加強(qiáng)筋,加設(shè)筋板既可以增大強(qiáng)度和剛度，又可以減少質(zhì)量。,筋板的不同布置對于加設(shè)筋板的效果有很大的影響。表16-4列出了幾種筋板的布置情況。,3孔和凸臺,箱體內(nèi)壁和外壁上位于同一軸線上的孔，單件小批量生產(chǎn)時，應(yīng)盡可能使孔的質(zhì)量相等；成批大量生產(chǎn)時，外壁上的孔應(yīng)大于內(nèi)壁上的孔徑。,在箱壁上與孔中心線垂直的端面處附加凸臺，可以增加箱體局部的剛度。,1壁厚,鑄鐵、鑄鋼和其它材料箱體的壁厚可以從表16-1和表16-2中選取，表中N用下式計(jì)算：N=（2L+B+H）/3000（mm）式中：L-鑄件長度（mm），L、B、H中，L為最大值；B-鑄件寬度（mm）；H-鑄件高度（mm）,4聯(lián)接和固定,為了保證聯(lián)接剛度，應(yīng)注意以下幾個方面的問題：,（1）重要結(jié)合面表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于3.2m，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。（2）合理選擇聯(lián)接螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。(3)合理設(shè)計(jì)聯(lián)接部位的結(jié)構(gòu)，聯(lián)接部位的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用見表16-5。,16.1.5典型箱體結(jié)構(gòu),1.傳動箱體如減速器、汽車變速箱及機(jī)床主軸箱等的箱體，主要功能是包容和支承各傳動件及其支承零件，這類箱體在結(jié)構(gòu)上應(yīng)保證有好的密封性、高的強(qiáng)度和剛度。2.機(jī)殼類箱體如齒輪泵的泵體，各種液壓閥的閥體，主要功能是改變液體流動方向、流量大小或改變液體壓力。這類箱體在結(jié)構(gòu)上除了要保證好的密封性、高的強(qiáng)度和剛度外，還要能承受箱體內(nèi)液體的壓力。3.支架箱體如機(jī)床的支座、立柱等箱體零件，在結(jié)構(gòu)上要保證箱體有一定的強(qiáng)度、剛度和精度，這類箱體設(shè)計(jì)時要特別注意剛度和外觀。,162導(dǎo)軌,16.2.1導(dǎo)軌的功能,導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用。,16.2.2導(dǎo)軌設(shè)計(jì)基本要求,對導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：1.一定的導(dǎo)向精度。2.運(yùn)動輕便平穩(wěn)。3.良好的耐磨性。4.足夠的剛度和較大的承載能力。5.溫度變化影響小。6.結(jié)構(gòu)工藝性好。,16.2.3滑動導(dǎo)軌設(shè)計(jì),一、滑動導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容,1.根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型。2.選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度。3.選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運(yùn)動輕便和平穩(wěn)。,4.選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后，由于磨損，將會出現(xiàn)間隙，影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度和承載能力，因此必須選擇合適的調(diào)整裝置來對磨損量進(jìn)行補(bǔ)償或?qū)﹂g隙進(jìn)行調(diào)整以保持需要的導(dǎo)向精度。5.選擇合理的潤滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損，增加導(dǎo)軌的使用壽命。6.制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，以及表面加工、熱處理、測量方法等。,二、滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1.滑動導(dǎo)軌截面的基本形式,（1）三角形導(dǎo)軌,該導(dǎo)軌磨損后能自動補(bǔ)償，不會產(chǎn)生間隙，故導(dǎo)向精度高。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。,（2）矩形導(dǎo)軌：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。由于它必須留有側(cè)面間隙，且磨損后不能自動補(bǔ)償，它的導(dǎo)向精度沒有三角形導(dǎo)軌高，導(dǎo)軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重新調(diào)整。,（3）燕尾形導(dǎo)軌燕尾形導(dǎo)軌的調(diào)整及夾緊較簡便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各面的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊；但制造檢驗(yàn)不方便，摩擦力較大，剛度較差，不適用于承受大的傾覆力矩和向上力矩，用于運(yùn)動速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合。,（4）圓形導(dǎo)軌制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達(dá)精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場合。,2.常用導(dǎo)軌組合形式,（1）三角形和矩形組合,這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)向面，不需要用鑲條調(diào)整間隙，導(dǎo)向精度較高，而平導(dǎo)軌的工藝性好，因此應(yīng)用最廣。組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。,棱-平組合,V-平組合,圖16-1三角形導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌的組合形式示意圖,（2）矩形和矩形組合承載面和導(dǎo)向面分開，因而制造和調(diào)整簡單，導(dǎo)向面的間隙用鑲條調(diào)整，接觸剛度低，而且必須留有間隙，降低了導(dǎo)向精度。寬式組合導(dǎo)向面由于距離大，熱膨脹時變形量大，要求間隙大，因此其導(dǎo)向精度和導(dǎo)向性能不如窄式組合。,圖16-2矩形導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌的組合形式示意圖,窄式組合,寬式組合,（3）雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向面間無間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向精度高。采用對稱結(jié)構(gòu)，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，較高的工作精度。但其工藝性差，四個表面刮削或磨削也難以完全接觸，對溫度變化較敏感，故不宜用在溫度變化大的場合。,圖16-3雙三角形導(dǎo)軌的組合形式示意圖,3.間隙調(diào)整,為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。導(dǎo)軌的間隙調(diào)整廣泛采用鑲條和壓板。,（a）壓板調(diào)整間隙,（b）鑲條調(diào)整間隙,（c）墊片調(diào)整間隙,（d）側(cè)面間隙的調(diào)整,圖16-4矩形導(dǎo)軌的間隙調(diào)整,4.夾緊裝置有些導(dǎo)軌（如非水平放置的導(dǎo)軌）在移動之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖（夾）緊裝置。常用的鎖緊方式有機(jī)械鎖緊和液壓鎖緊。,5.提高耐磨性措施,1）選擇合理的壓強(qiáng),2）選擇合適材料,3）熱處理,4）潤滑和防護(hù),6.結(jié)構(gòu)尺寸的驗(yàn)算,1)校核溫度變化對導(dǎo)軌間隙的影響,2)不自鎖的條件,16.2.4滾動導(dǎo)軌設(shè)計(jì)簡介,一、滾動導(dǎo)軌的特點(diǎn),在承導(dǎo)件和運(yùn)動件之間放入一些滾動體（滾珠、滾柱或滾針），使相配的兩個導(dǎo)軌面不直接接觸的導(dǎo)軌，稱為滾動導(dǎo)軌。,特點(diǎn)：,摩擦阻力小，運(yùn)動輕便靈活；磨損小，能長期保持精度；動、靜摩擦系數(shù)差別小，低速時不易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，故運(yùn)動均勻平穩(wěn)。,缺點(diǎn)：導(dǎo)軌面和滾動體是點(diǎn)接觸或線接觸，抗振性差，接觸應(yīng)力大，故對導(dǎo)軌的表面硬度要求高，對導(dǎo)軌的形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高。,二、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式,1滾珠導(dǎo)軌滾珠導(dǎo)軌主要有V-平截面的滾珠導(dǎo)軌、雙V形截面的滾珠導(dǎo)軌和圓形截面滾珠導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)形式。由于滾珠和導(dǎo)軌面是點(diǎn)接觸，故運(yùn)動輕便，但剛度低，承載能力小，常用于運(yùn)動件重量、載荷不大的場合。,滾柱導(dǎo)軌中的滾柱與導(dǎo)軌面是線接觸，故它的承載能力和剛度比滾珠導(dǎo)軌大，耐磨性較好，但靈活性稍差。滾柱對導(dǎo)軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側(cè)向偏移和滑動，而使導(dǎo)軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。滾柱導(dǎo)軌支承為標(biāo)準(zhǔn)部件，具有安裝、潤滑簡單，調(diào)整防護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)。由于滾柱在封閉的滾道內(nèi)滾動，故可用于行程很大的導(dǎo)軌上。,三、滾動導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的一般問題,1結(jié)構(gòu)形式的選擇2導(dǎo)軌長度的選擇一般應(yīng)在滿足導(dǎo)軌運(yùn)動行程的前提下，盡可能使導(dǎo)軌的長度短一些。3.滾動體尺寸和數(shù)目當(dāng)滾動體的數(shù)目增加時，導(dǎo)軌的承載能力和剛度也增加。但滾動體的數(shù)目不宜太多，過多會增加載荷在滾動體上分布的不均勻性，剛度反而下降。若滾動體數(shù)目太少，制造誤差將會顯著地影響運(yùn)動件的導(dǎo)向精度。4滾動導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法當(dāng)工作臺往復(fù)移動時，工作臺壓在兩端滾動體上的壓力會發(fā)生變化，受力大的滾動體變形大，受力小的滾動體變形小。為減小導(dǎo)軌變形，提高剛度，除合理選擇滾動體的形狀、尺寸、數(shù)量和適當(dāng)增加工作臺的厚度外，常用預(yù)加載荷的辦法來提高導(dǎo)軌的剛度。,2滾柱（滾針）導(dǎo)軌,163鉸鏈,16.3.1鉸鏈的功能,鉸鏈的主要功能是將一個構(gòu)件與另一個構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副相聯(lián)，使得這兩構(gòu)件之間可以作相對的轉(zhuǎn)動，并且可以傳遞一定的力。,16.3.2鉸鏈設(shè)計(jì)基本要求,鉸鏈的設(shè)計(jì)主要應(yīng)滿足如下基本要求：,1強(qiáng)度和剛度的要求鉸鏈軸必須有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)彎曲破壞，同時還要有足夠的剛度，避免出現(xiàn)過大的撓曲變形。2運(yùn)動輕便平穩(wěn)的要求工作時，應(yīng)輕便省力，摩擦阻力要小，運(yùn)動平穩(wěn)，沖擊較小。3良好的耐磨性磨損是鉸鏈機(jī)構(gòu)的主要破壞形式，磨損導(dǎo)致聯(lián)接間隙增大，使得運(yùn)動不平穩(wěn)，應(yīng)盡量減少磨損量，使鉸鏈能夠正常工作。4結(jié)構(gòu)工藝性好在保證鉸鏈其它要求的前提下，應(yīng)使鉸鏈結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、裝配和維修，降低成本。,16.3.3鉸鏈常見結(jié)構(gòu),根據(jù)鉸鏈軸固定還是轉(zhuǎn)動與否，常見的