機電一體化第2章 機械系統(tǒng)設(shè)計(8機座和機架)

1、 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架內(nèi)容內(nèi)容機座或機架的作用及基本要求機座或機架的作用及基本要求機座或機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點機座或機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機座或機架機械系統(tǒng)設(shè)計機座或機架 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架作用：作用：它既承受其它零部件的重量和工作載荷又它既承受其它零部件的重量和工作載荷又起保證各零部件相對位置的基準。起保證各零部件相對位置的基準。一、一、機座或機架的作用及基本要求機座或機架的作用及基本要求機座類機座類各種機床的床身各種機床的床身箱體類箱體類減速器的箱體、車床床頭箱的箱體減速器的箱體、車床床頭箱的

2、箱體分類分類底座類底座類電動絞車的底座電動絞車的底座 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)形狀 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架鑄造機架：鑄造機架：焊接機架：焊接機架：單件小批，生產(chǎn)周單件小批，生產(chǎn)周期短。期短。使用鋼板、槽鋼、工字鋼。使用鋼板、槽鋼、工字鋼。材料：材料：多采用鑄件，機架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。多采用鑄件，機架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。吸振能力強，剛度高，價格低。吸振能力強，剛度高，價格低。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架機架零件特點機架零件特點1、是機器中的最大零件，占總

3、質(zhì)量的、是機器中的最大零件，占總質(zhì)量的7090%；2、減輕機架零件的質(zhì)量可節(jié)約材料減輕重量；、減輕機架零件的質(zhì)量可節(jié)約材料減輕重量；3、各種機架零件的結(jié)構(gòu)形狀與機器的功能密切相關(guān)。、各種機架零件的結(jié)構(gòu)形狀與機器的功能密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)復雜、加工面多，幾何精度和相對位置精度要求結(jié)構(gòu)復雜、加工面多，幾何精度和相對位置精度要求較高。較高。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架機架零件的一般設(shè)計要求機架零件的一般設(shè)計要求1、保證其上的零件、部件，準確定位、可靠固定；、保證其上的零件、部件，準確定位、可靠固定；考慮某些關(guān)鍵表面及其相對位置精度；考慮某些關(guān)鍵表面及其相對位置精度；2、應有足夠的強度

4、、剛度及振動穩(wěn)定性；、應有足夠的強度、剛度及振動穩(wěn)定性；減少熱變減少熱變形；形；3、應滿足工業(yè)美學要求，形狀簡單，顏色適應環(huán)境；、應滿足工業(yè)美學要求，形狀簡單，顏色適應環(huán)境；4、應具有良好的加工與安裝工藝性、應具有良好的加工與安裝工藝性、經(jīng)濟性及人機、經(jīng)濟性及人機工程等方面的要求。工程等方面的要求。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架 機座的典型結(jié)構(gòu)機座的典型結(jié)構(gòu) (1)方形截面機座方形截面機座 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，箱體內(nèi)有較結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，箱體內(nèi)有較大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場合。所以機座應選擇合適的壁

5、厚、筋板和形較小的場合。所以機座應選擇合適的壁厚、筋板和形狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠的剛度。見圖。的剛度。見圖。 (2)圓形截面機座圓形截面機座 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于制造和造結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于制造和造型設(shè)計，有較好的承載能力。型設(shè)計，有較好的承載能力。 (3)鑄鐵板裝配式機座鑄鐵板裝配式機座 鑄鐵板裝配結(jié)構(gòu)，適用于局鑄鐵板裝配結(jié)構(gòu)，適用于局部形狀復雜的場合。它具有生產(chǎn)周期短、成本低以及部形狀復雜的場合。它具有生產(chǎn)周期短、成本低以及簡化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點。但剛度較整體箱體簡化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點。但剛度較整體箱體機座的

6、差，且加工和裝配工作量較大。機座的差，且加工和裝配工作量較大。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架 保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性以同時要考慮安裝方式、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)周期等問題。及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期等問題。二、二、機座或機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點機座或機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架1 鑄造機座的設(shè)計鑄造機座的設(shè)計(1)保證自身剛度的措施保證自身剛度的措施 合理選擇截面形狀和尺寸。合理選擇截面形狀和尺寸。 合理布置筋

7、板和加強筋。合理布置筋板和加強筋。 合理的開孔和加蓋。合理的開孔和加蓋。對于鑄件，對于鑄件，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；對的缺陷；對于焊件，則于焊件，則壁薄時更易壁薄時更易保證焊接的保證焊接的品質(zhì)。品質(zhì)。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架截面形狀的合理選擇是機架設(shè)計的一個重要問題。截面形狀的合理選擇是機架設(shè)計的一個重要問題。如果截面面如果截面面積不變，通過積不變，通過合理改變截面形狀、增大它的慣性矩和截面系數(shù)合理改變截面形狀、增大它的慣性矩和截面系數(shù)的方法，可以提高零件的強度和剛度。合理選擇截面形狀可以的方法，可以提高零件的強度和剛度。合

8、理選擇截面形狀可以充分發(fā)揮材料的作用。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，主要受扭轉(zhuǎn)的零主要受彎曲的零件以選用工字形截面為最好，主要受扭轉(zhuǎn)的零件，以圓管形截面為最好，空心矩的次之，從剛度方面考慮，件，以圓管形截面為最好，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。受動載荷的機架零件，為了提高它的吸振能力，需要合理設(shè)計受動載荷的機架零件，為了提高它的吸振能力，需要合理設(shè)計截面形狀，即使截面面積并不增加，也可提高機架承受動載的截面形狀，即使截面面積并不增加，也可提高機架承受動載的能力。能力。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機

9、架機座和機架截面形狀的選擇截面形狀的選擇 當受簡單拉、壓作用時，當受簡單拉、壓作用時，變形只和截面積有關(guān)，而與截變形只和截面積有關(guān)，而與截面形狀無關(guān)，設(shè)計時主要是選擇合理的尺寸。面形狀無關(guān)，設(shè)計時主要是選擇合理的尺寸。如果受彎、扭作用時，如果受彎、扭作用時，變形與截面形狀有關(guān)。在其它條變形與截面形狀有關(guān)。在其它條件相同情況下，抗扭慣性矩件相同情況下，抗扭慣性矩IcIc越大，扭轉(zhuǎn)變形越小，越大，扭轉(zhuǎn)變形越小，抗扭剛度越大?？古偠仍酱?。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架隔板與加強筋隔板與加強筋 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

10、其內(nèi)部零部件的裝配和調(diào)整，必須在機座壁上開零部件的裝配和調(diào)整，必須在機座壁上開“窗口窗口”，其結(jié)，其結(jié)果使機座整體剛度大大降低。若單靠增加壁厚提高剛度，果使機座整體剛度大大降低。若單靠增加壁厚提高剛度，勢必使機座笨重、浪費材料，故常用增加隔板和加強筋來勢必使機座笨重、浪費材料，故常用增加隔板和加強筋來提高剛度。提高剛度。 加強筋常見的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四加強筋常見的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四種（如圖）。直形筋的鑄造工藝簡單，但剛度最小；米字種（如圖）。直形筋的鑄造工藝簡單，但剛度最??；米字筋的剛度最大，但鑄造工藝最復雜。筋的剛度最大，但鑄造工藝最復雜。 加強筋和隔板的厚度

11、，一般取壁厚的加強筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.80.8倍。倍。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架當機架零件的外廓尺寸一定時，因而在滿足強度、剛度、當機架零件的外廓尺寸一定時，因而在滿足強度、剛度、振動穩(wěn)定性等條件下，應盡量選用最小的壁厚。但面大而振動穩(wěn)定性等條件下，應盡量選用最小的壁厚。但面大而壁薄的箱體，容易因齒輪、滾動軸承的噪聲引起共鳴，故壁薄的箱體，容易因齒輪、滾動軸承的噪聲引起共鳴，故壁厚宜適當取厚一些。壁厚宜適當取厚一些。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。同一鑄件的壁厚應力求趨于相近。的壁厚應力求趨于相近。 2

12、 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架 (2)提高機座連接處的接觸剛度提高機座連接處的接觸剛度 (3)機座的模型剛度試驗機座的模型剛度試驗 (4)機座的結(jié)構(gòu)工藝性機座的結(jié)構(gòu)工藝性 (5)機座的材料選擇機座的材料選擇 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架連接剛度連接剛度 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，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、）根?jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆健?shù)量及其位置。必要時，可使螺釘產(chǎn)生預緊力，來提數(shù)量及其位置。必要時，可使螺釘產(chǎn)生預緊力，來提高連接剛度。高連接剛度。2 2）提高

13、結(jié)合表面的光潔度和形狀精度，使結(jié)合表面上）提高結(jié)合表面的光潔度和形狀精度，使結(jié)合表面上的接觸點增多，從而提高結(jié)合面的接觸剛度。的接觸點增多，從而提高結(jié)合面的接觸剛度。3 3）增加局部剛度來提高連接剛度，如圖。在安裝螺釘）增加局部剛度來提高連接剛度，如圖。在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強筋等辦法處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。增加局部剛度，從而提高連接剛度。 機體的結(jié)構(gòu)工藝性機體的結(jié)構(gòu)工藝性1、減小加工面積；、減小加工面積；2、加工表面與非加工表面要區(qū)分開；、加工表面與非加工表面要區(qū)分開；3、被加工面在同一平面內(nèi)。、被加工面在同一平面

14、內(nèi)。機架零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計機架零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、機體的結(jié)構(gòu)形式（以減速器為例）一、機體的結(jié)構(gòu)形式（以減速器為例）剖分式：剖分式：裝拆方便，但結(jié)構(gòu)復雜裝拆方便，但結(jié)構(gòu)復雜整體式：整體式：剛度高，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆不方便剛度高，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆不方便機體的幾何造型機體的幾何造型1、從工業(yè)美學角度考慮；、從工業(yè)美學角度考慮；2、方型箱體，內(nèi)六角螺釘、內(nèi)凸緣、內(nèi)筋板。、方型箱體，內(nèi)六角螺釘、內(nèi)凸緣、內(nèi)筋板。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架2焊接機架的設(shè)計焊接機架的設(shè)計 優(yōu)點：優(yōu)點：在剛度相同的情況下可減輕重量在剛度相同的情況下可減輕重量3030左右；改左右；改 型快，廢品極型快，廢品極少；生產(chǎn)

15、周期短、成本低。少；生產(chǎn)周期短、成本低。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材( (鋼板、角鋼、槽鋼、鋼管等鋼板、角鋼、槽鋼、鋼管等) )焊接制造。焊接制造。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架本章小結(jié)本章小結(jié) 本章重點學習了機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)機械傳動部本章重點學習了機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)機械傳動部件和導向支承部件的選用與設(shè)計。件和導向支承部件的選用與設(shè)計。重點掌握重點掌握絲杠傳動和齒絲杠傳動和齒輪傳動的選用與設(shè)計的基本要求、原則和設(shè)計方法以及輪傳動的選用與設(shè)計的基本要求、原則和設(shè)計方法以及了了解解相關(guān)結(jié)構(gòu)的

16、工作原理；相關(guān)結(jié)構(gòu)的工作原理；重點掌握重點掌握滑動導軌和滾動導軌的滑動導軌和滾動導軌的選用與設(shè)計的基本要求、原則和設(shè)計方法，選用與設(shè)計的基本要求、原則和設(shè)計方法，了解了解相關(guān)結(jié)構(gòu)相關(guān)結(jié)構(gòu)的工作原理以及其他導向裝置的特點。的工作原理以及其他導向裝置的特點。 2 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計機座和機架機座和機架試設(shè)計一數(shù)控機床工作臺進給用滾珠絲杠副。已知絲杠副試設(shè)計一數(shù)控機床工作臺進給用滾珠絲杠副。已知絲杠副支撐方式為雙推支撐方式為雙推-簡支，受輕度沖擊，最大工作載荷簡支，受輕度沖擊，最大工作載荷Fmax3800N，絲杠工作長度，絲杠工作長度ls1.4m，平均轉(zhuǎn)速，平均轉(zhuǎn)速n120r/min，使，使用壽命用壽命T12000h左右，絲杠材料為左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度鋼，滾道硬度為為50HRC，絲杠的彈性模量，傳動精度要求，絲杠的彈性模量，傳動精度要求 =0.04mm。規(guī)格型號規(guī)格型號公稱直徑公稱直徑d0（mm）公稱導程公稱導程p（mm）絲杠外徑絲杠外徑d1（mm）鋼球直徑鋼球直徑dW（mm）絲杠底徑絲杠底徑d2（mm）動負荷動負荷FQ(KN)FFZD3210-3321032.5