机械制造技术装备及设计-3-5支撑件设计

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1、机械制造技术装备及设计4-5机电工程学院制造工程系第五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本构件，主要是指床身底座、立柱、横梁、工作台、箱体和升降台等大件。这些大件的作用是支承其它零部件，保证它们之间正确的相互位置关系和相对运动轨迹。机床切削时，支承件承受着一定的重力、切削力、摩擦力、夹紧力等。机床中的支承件有的互相固联在—起，有的在导轨上作相对运动。导轨常与支承件做成一体，也有采用装配、镶嵌或粘接方法与支承件相联接。二、支承件的基本要求1．刚度刚度是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力；2．抗振

2、性抗振性是指支承件抵抗受迫振动和自激振动的能力；3．热变形热变形影响机床的工作精度和几何精度；4．内应力支承件的设计应从结构上和材料上保证其内应力要小，并应在焊，铸等工序后进行失效处理；5．其它支承件还应使排屑通畅，操作方便，调运安全，等。三、支承件的静力分析图4.5-1普通车床的受力分析切削力分解为三个分力：Px、Py、Pz作用在离主轴端部x处直径为d的工件上。根据力的平衡，求出床头箱支反力，尾架顶尖上的支反力及主轴端拨盘上的扭矩第二节支承件的静刚度与结构设计一、支承件的静刚度支承件的变形一般包括三部分：自身变形、局部变形和

3、接触变形。1．提高支承件自身刚度1)正确选择支承件的截面和尺寸支承件抵抗自身变形的能力称为支承件的自身刚度，主要决定于支承件的材料、形状、尺寸和筋板的布置等。对于同一材料，截面积相当而形状不同时，截面惯性矩相差很大，合理选择截面可提高支承件自身刚度。惯性矩是一个物理量，通常被用作述一个物体抵抗扭动，扭转的能力。惯性矩的国际单位为千克乘以平方米(kg·m2)。各种截面的惯性矩比值①空心截面的惯性矩比实心的大。因此，在工艺可能的条件下应尽量减薄壁厚。一般不用增加壁厚的办法来提高自身刚度。②方形截面的抗弯刚度比圆形的大，而抗扭刚度较

4、低。若支承件所承受的主要是弯矩，则应取方形或矩形为好。环形的抗扭刚度比方形、方框形与长框形的大③不封闭的截面比封闭的截面刚度低得多，特别是抗扭刚度下降更多2)合理布置隔板a所示为床身前后壁用“T”形隔板连接，主要提高水平面抗弯刚度，对提高垂直面抗弯刚度和抗扭刚度不显著，多用在刚度要求不高的床身上。但这种床身结构简单，铸造工艺性好。b为“∏”形隔板，“∏”形架具有一定的宽度b和高度h，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较高，铸造性能也很好，在大中型车床上应用较多。c为W形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度，对中心距超过150

5、0mm的长床身，效果最为显著。d床身刚度最高，排屑容易。3)合理开窗和加盖图4.5-3开孔和加盖对刚度的影响为了安装机件或清砂，支承件壁上往往需要开窗孔。窗孔对刚度有影响，因而开窗孔后加盖并拧紧螺钉，可将抗弯刚度恢复到接近未开孔时的程度。2．提高支承件连接刚度和局部刚度支承件在连接处抵抗变形的能力，称为支承件的连接刚度。连接刚度与连接处的材料、几何形状与尺寸、接触面硬度及表面粗糙度、几何精度和加工方法等有关。a的刚度较低，b的刚度较高，c最高连接结构的受力和变形情况翻边式和壁龛式刚度比较图4.5-5凸缘设计对刚度的影响支承件抵

6、抗局部变形的能力，称为支承件局部刚度。这种变形主要发生在载荷较集中的局部结构处，它与局部变形处的结构和尺寸等有关。合理设置加强筋是提高局部刚度的有效途径。二、支承件的结构设计1．支承件形状和尺寸的确定1)卧式床身卧式床身有3种结构形式：中小型车床床身，是由两端的床腿支承；对于大型卧式车床镗床、龙门刨床、龙门铣床等的床身，是直接落地安装在基础上；有些仿形和数控车床，则是采用框架式床身。床身截面形状主要取决于刚度要求、导轨位置、内部需安装的零部件和排屑等。a、b、c主要用于有大量切屑和冷却液排除的机床a为前后壁之间加隔板的结构形式

7、，用于中小型车床，刚度较低。b为双重壁结构，刚度比图a高些。c所示的床身截面形状是通过后壁的孔排屑，这样床身的主要部分可做成封闭的箱形，刚度较高。d、e、f三种截面形式，可用于无排屑要求的床身d主要用于中、小型工作台不升降式铣床、龙门刨床、插床和镗床的床身。e床身内部可安装尺寸较大的机构，也可兼作油箱，但切屑不允许落入床身内部。f是重型机床的床身，导轨可多达4～5个。数控车床斜床身加工中心床身滚齿机大立柱和床身截面2)立柱立柱可看作立式床身，其截面有圆形、方形和矩形立柱所承受的载荷有2类：一类是承受弯曲载荷，载荷作用于立柱的对

8、称面，如立式钻床的立柱；另一类承受弯曲和扭转载荷，如铣床、镗床的立柱。圆形截面，抗弯刚度较差，主要用于运动部件绕其轴心旋转以及载荷不大的场合。矩形截面，用于以弯曲载荷为主，载荷作用于立柱对称面且较大的场合，轮廓尺寸比例一般为h/b=2～3。方形截面，用于受有两个方向的弯曲和扭