第十一章支承件设计ppt课件.ppt

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1、第十一章支承件设计第一节概述一、支承件的功用支承件：是机床的基础构件，包括床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。也称为“大件”。安装、支承、固定或活动的零部件，使之保持相对位置和运动关系，并承受力和力矩，支承导轨定位导向，安装油液电系统等。二、支承件的设计要求1、足够的静刚度和较高的刚度／重量比2、良好的动态特性。3、较小的热变形和内应力。4、便于制造、装配、维修、排屑和吊运及考虑切削液及润滑油回收、液压、电器装置的安置等。三、支承件的设计基本步骤1）根据支承件的使用要求进行受力分析，再根据所受的力、热变形和其它要求（如排屑、切削液及润滑油回收、其它零部件安

2、置等），并参考机床的同类型件，初步设计其基本形状和尺寸。2）可以用有限元法，借助于电子计算机进行验算，求解支承件的静刚度和动态刚度，避免盲目性，提高成功率。3）根据计算结果对设计进行修改，或对几个方案进行对比，选择最佳方案。第二节支承件的静力分析一、支承件受力分析为了保证有足够的刚度，必须了解支承件的受力情况以及产生的变形，了解由此引起的加工误差，从而合理设计支承件的结构。1.不同机床所受载荷的特点1)对于中小型普通机床，应以切削力为主，工件重量、移动部件重量等在受力和变形分析时可忽略不计，如钻床、铣床、中型车床等。2)对于精密机床和高精度机床，其切削力较小，应以移动部件的重量和

3、热应力为主，如双柱立式坐标镗床。3)对于大型、重型机床则需要同时考虑工件重量，移动部件重量和切削力，如双柱立式车床、落地镗铣床等。2.不同形状支承件的简化支承件根据其形状不同一般可简化为梁、板、箱三种类型。1).梁件——一个方向的尺寸比另两个方向大得多的零件。如：床身、立柱、横梁等。2).板件——两个方向的尺寸比第三个方向大得多的零件。如：底座、工作台、刀架等。3).箱体件——三个方向的尺寸都差不多的零件。如：箱体、升降台等。3.普通车床床身的受力分析通过分析得到相应的变形：1）.竖直面内的弯矩和弯曲变形。2）.水平面内的弯矩和扭转变形。3）.横截面内的转矩和扭转变形。第三节支承

4、件的静刚度和形状选择的原则一、支承件静刚度支承件的变形一般包括自身变形、局部变形和接触变形。设计时，要注意这三类变形的匹配，并应对薄弱环节予以加强。1.自身刚度支承件抵抗自身变形的能力，称为自身刚度。支承件的自身刚度主要为弯曲刚度和扭转刚度。支承件的自身刚度取决于支承件材料、构造、形状、尺寸和隔板的布置等。2.局部刚度抵抗局部变形的能力，称为局部刚度。局部刚度主要取决于受载部位的构造、尺寸以及筋的配置。局部变形发生在载荷集中的地方。3.接触刚度支承件各接触面抵抗接触变形的能力，称为接触刚度。取决于连接处材料、几何形状与尺寸及接触面硬度和表面粗糙度。接触刚度与自身刚度的不同在于：1

5、)接触刚度是指受外载荷对接触平面的平均压强与变形之比，并不是支承件的自身刚度，接触刚度可表示为：接触平面受到的平均压强/接触平面的变形量2)接触刚度不是一个固定值，即接触平面受到的平均压强与接触平面的变形量的关系是非线性的。支承件的自身刚度和接触刚度对接触压强的分布是有影响的，如图11—5所示。在集中载荷作用下，如自身刚度和局部刚度较高，则接触压强的分布是基本均匀的，如图a所示。接触刚度也较高。如自身刚度或局部刚度不足，则在集中载荷的作用下，构件将产生变形，使得接触压强分布不均如图b所示，从而使接触变形分布也不均，降低了接触刚度。从这里可以看出，接触刚度不仅决定于接触面的加工情况

6、，也决定于支承件。二、刚度的折算和比较弯曲刚度和扭转刚度的单位不同，x向和y向弯曲刚度的方向不同，互相之间是不能直接比较的。但是在设计时，又必须知道支承件的各项刚度对加工精度的影响。为此，就要把弯曲变形和扭转变形，都折合为刀尖相对于工件在最影响精度方向(“敏感方向”)的位移，以便进行比较。下面以车床床身为例，说明折算的方法，见图11—6。三、支承件形状选择的原则1.正确选择界面的形状和尺寸支承件主要是承受力矩、扭矩以及弯扭复合载荷，所以自身刚度主要是考虑弯曲刚度和扭转刚度。在弯、扭载荷作用下，支承件的变形与截面的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩有关。材料和截面积相同而形状不同时，截面惯性矩

7、相差很大，因此应正确选择截面的形状和尺寸以提高自身刚度。1）截面积相同时空心截面刚度大于实心界面刚度。2)方形截面的抗弯刚度高于圆形截面，而抗扭刚度较低。3)不封闭的截面比封闭的截面刚度显著下降，特别是抗扭刚度下降更多。四.合理布置隔板在两壁之间起连接作用的内壁称为隔板。隔板的功用在于把作用于支承件局部地区的载荷传递给其它壁板，从而使整个支承件各壁板能比较均匀的承受载荷。当支承件不能采用全封闭截面时，常常布置隔板来提高支承件的自身刚度。隔板布置一般有三种基本形式，即纵向隔板、横向