机电一体化第2章-机械系统设计(8机座和机架)分解.ppt

1、 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架内容内容机座或机架的作用及基本要求机座或机架的作用及基本要求机座或机架的结构设计要点机座或机架的结构设计要点 2 机械系统设计机械系统设计 2 机械系统设计机座或机架机械系统设计机座或机架 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架作用：作用：它既承受其它零部件的重量和工作载荷又它既承受其它零部件的重量和工作载荷又起保证各零部件相对位置的基准。起保证各零部件相对位置的基准。一、一、机座或机架的作用及基本要求机座或机架的作用及基本要求机座类机座类各种机床的床身各种机床的床身箱体类箱体类减速器的箱体、车床床头箱的箱体减速器的箱体、车床床头箱的

2、箱体分类分类底座类底座类电动绞车的底座电动绞车的底座 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架结构形状结构形状 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架铸造机架：铸造机架：焊接机架：焊接机架：单件小批，生产周单件小批，生产周期短。期短。使用钢板、槽钢、工字钢。使用钢板、槽钢、工字钢。材料：材料：多采用铸件，机架多由型材装配或焊接构成。多采用铸件，机架多由型材装配或焊接构成。吸振能力强，刚度高，价格低。吸振能力强，刚度高，价格低。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架机架零件特点机架零件特点1、是机器中的最大零件，占总质

3、量的、是机器中的最大零件，占总质量的7090%；2、减轻机架零件的质量可节约材料减轻重量；、减轻机架零件的质量可节约材料减轻重量；3、各种机架零件的结构形状与机器的功能密切相关。、各种机架零件的结构形状与机器的功能密切相关。结构复杂、加工面多，几何精度和相对位置精度要求结构复杂、加工面多，几何精度和相对位置精度要求较高。较高。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架机架零件的一般设计要求机架零件的一般设计要求1、保证其上的零件、部件，准确定位、可靠固定；、保证其上的零件、部件，准确定位、可靠固定；考虑某些关键表面及其相对位置精度；考虑某些关键表面及其相对位置精度；2、应有足够的强度、刚

4、度及振动稳定性；、应有足够的强度、刚度及振动稳定性；减少热变减少热变形；形；3、应满足工业美学要求，形状简单，颜色适应环境；、应满足工业美学要求，形状简单，颜色适应环境；4、应具有良好的加工与安装工艺性、应具有良好的加工与安装工艺性、经济性及人机、经济性及人机工程等方面的要求。工程等方面的要求。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架 机座的典型结构机座的典型结构 (1)方形截面机座方形截面机座 结构简单，制造方便，箱体内有较结构简单，制造方便，箱体内有较大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷较小的场合。所以机座应选择合适的壁厚、筋

5、板和形较小的场合。所以机座应选择合适的壁厚、筋板和形状，以保证在重力、惯性力和外力的作用下，有足够状，以保证在重力、惯性力和外力的作用下，有足够的刚度。见图。的刚度。见图。(2)圆形截面机座圆形截面机座 结构简单、紧凑，易于制造和造结构简单、紧凑，易于制造和造型设计，有较好的承载能力。型设计，有较好的承载能力。(3)铸铁板装配式机座铸铁板装配式机座 铸铁板装配结构，适用于局铸铁板装配结构，适用于局部形状复杂的场合。它具有生产周期短、成本低以及部形状复杂的场合。它具有生产周期短、成本低以及简化木模形状和铸造工艺等优点。但刚度较整体箱体简化木模形状和铸造工艺等优点。但刚度较整体箱体机座的差，且加工

6、和装配工作量较大。机座的差，且加工和装配工作量较大。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架 保证其自身刚度、连接处刚度和局部刚度，保证其自身刚度、连接处刚度和局部刚度，同时要考虑安装方式、材料选择、结构工艺性以同时要考虑安装方式、材料选择、结构工艺性以及节省材料、降低成本和缩短生产周期等问题。及节省材料、降低成本和缩短生产周期等问题。二、二、机座或机架的结构设计要点机座或机架的结构设计要点 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架1 铸造机座的设计铸造机座的设计(1)保证自身刚度的措施保证自身刚度的措施 合理选择截面形状和尺寸。合理选择截面形状和尺寸。合理布置筋板和加强筋。合

7、理布置筋板和加强筋。合理的开孔和加盖。合理的开孔和加盖。对于铸件，对于铸件，由于不需增由于不需增加壁厚，就加壁厚，就可减少铸造可减少铸造的缺陷；对的缺陷；对于焊件，则于焊件，则壁薄时更易壁薄时更易保证焊接的保证焊接的品质。品质。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架截面形状的合理选择是机架设计的一个重要问题。截面形状的合理选择是机架设计的一个重要问题。如果截面面如果截面面积不变，通过积不变，通过合理改变截面形状、增大它的惯性矩和截面系数合理改变截面形状、增大它的惯性矩和截面系数的方法，可以提高零件的强度和刚度。合理选择截面形状可以的方法，可以提高零件的强度和刚度。合理选择截面形状可以

8、充分发挥材料的作用。充分发挥材料的作用。主要受弯曲的零件以选用工字形截面为最好，主要受扭转的零主要受弯曲的零件以选用工字形截面为最好，主要受扭转的零件，以圆管形截面为最好，空心矩的次之，从刚度方面考虑，件，以圆管形截面为最好，空心矩的次之，从刚度方面考虑，则以选用空心矩形截面的为合理。则以选用空心矩形截面的为合理。受动载荷的机架零件，为了提高它的吸振能力，需要合理设计受动载荷的机架零件，为了提高它的吸振能力，需要合理设计截面形状，即使截面面积并不增加，也可提高机架承受动载的截面形状，即使截面面积并不增加，也可提高机架承受动载的能力。能力。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架截面形状

9、的选择截面形状的选择 当受简单拉、压作用时，当受简单拉、压作用时，变形只和截面积有关，而与截变形只和截面积有关，而与截面形状无关，设计时主要是选择合理的尺寸。面形状无关，设计时主要是选择合理的尺寸。如果受弯、扭作用时，如果受弯、扭作用时，变形与截面形状有关。在其它条变形与截面形状有关。在其它条件相同情况下，抗扭惯性矩件相同情况下，抗扭惯性矩IcIc越大，扭转变形越小，越大，扭转变形越小，抗扭刚度越大。抗扭刚度越大。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架隔板与加强筋隔板与加强筋 封闭空心截面的刚度较好，但为了铸造清砂及其内部封闭空心截面的刚度较好，但为了铸造清砂及其内部零部件的装配和调

10、整，必须在机座壁上开零部件的装配和调整，必须在机座壁上开“窗口窗口”，其结，其结果使机座整体刚度大大降低。若单靠增加壁厚提高刚度，果使机座整体刚度大大降低。若单靠增加壁厚提高刚度，势必使机座笨重、浪费材料，故常用增加隔板和加强筋来势必使机座笨重、浪费材料，故常用增加隔板和加强筋来提高刚度。提高刚度。加强筋常见的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四加强筋常见的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四种（如图）。直形筋的铸造工艺简单，但刚度最小；米字种（如图）。直形筋的铸造工艺简单，但刚度最小；米字筋的刚度最大，但铸造工艺最复杂。筋的刚度最大，但铸造工艺最复杂。加强筋和隔板的厚度，一般取壁厚的加强筋和隔板

11、的厚度，一般取壁厚的0.80.8倍。倍。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架当机架零件的外廓尺寸一定时，因而在满足强度、刚度、当机架零件的外廓尺寸一定时，因而在满足强度、刚度、振动稳定性等条件下，应尽量选用最小的壁厚。但面大而振动稳定性等条件下，应尽量选用最小的壁厚。但面大而壁薄的箱体，容易因齿轮、滚动轴承的噪声引起共鸣，故壁薄的箱体，容易因齿轮、滚动轴承的噪声引起共鸣，故壁厚宜适当取厚一些。壁厚宜适当取厚一些。铸造零件的最小壁厚主要受铸造工艺的限制。同一铸件铸造零件的最小壁厚主要受铸造工艺的限制。同一铸件的壁厚应力求趋于相近。的壁厚应力求趋于相近。2 机械系统设计机械系统设计机座

12、和机架机座和机架(2)提高机座连接处的接触刚度提高机座连接处的接触刚度 (3)机座的模型刚度试验机座的模型刚度试验 (4)机座的结构工艺性机座的结构工艺性 (5)机座的材料选择机座的材料选择 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架连接刚度连接刚度 为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施：为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施：1 1）根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径、）根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径、数量及其位置。必要时，可使螺钉产生预紧力，来提数量及其位置。必要时，可使螺钉产生预紧力，来提高连接刚度。高连接刚度。2 2）提高结合表面的光洁度和形状精度，使结

13、合表面上）提高结合表面的光洁度和形状精度，使结合表面上的接触点增多，从而提高结合面的接触刚度。的接触点增多，从而提高结合面的接触刚度。3 3）增加局部刚度来提高连接刚度，如图。在安装螺钉）增加局部刚度来提高连接刚度，如图。在安装螺钉处加厚凸缘；或用壁龛式螺钉孔；或用加强筋等办法处加厚凸缘；或用壁龛式螺钉孔；或用加强筋等办法增加局部刚度，从而提高连接刚度。增加局部刚度，从而提高连接刚度。机体的结构工艺性机体的结构工艺性1、减小加工面积；、减小加工面积；2、加工表面与非加工表面要区分开；、加工表面与非加工表面要区分开；3、被加工面在同一平面内。、被加工面在同一平面内。机架零件的结构设计机架零件的结

14、构设计一、机体的结构形式（以减速器为例）一、机体的结构形式（以减速器为例）剖分式：剖分式：装拆方便，但结构复杂装拆方便，但结构复杂整体式：整体式：刚度高，结构简单，装拆不方便刚度高，结构简单，装拆不方便机体的几何造型机体的几何造型1、从工业美学角度考虑；、从工业美学角度考虑；2、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板。、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架2焊接机架的设计焊接机架的设计 优点：优点：在刚度相同的情况下可减轻重量在刚度相同的情况下可减轻重量3030左右；改左右；改 型快，废品极型快，废品极少；生产周期短、成本低。少；生产周期短、成本

15、低。结构：结构：常用普通碳素结构钢材常用普通碳素结构钢材(钢板、角钢、槽钢、钢管等钢板、角钢、槽钢、钢管等)焊接制造。焊接制造。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架本章小结本章小结 本章重点学习了机电一体化系统的机械系统机械传动部本章重点学习了机电一体化系统的机械系统机械传动部件和导向支承部件的选用与设计。件和导向支承部件的选用与设计。重点掌握重点掌握丝杠传动和齿丝杠传动和齿轮传动的选用与设计的基本要求、原则和设计方法以及轮传动的选用与设计的基本要求、原则和设计方法以及了了解解相关结构的工作原理；相关结构的工作原理；重点掌握重点掌握

16、滑动导轨和滚动导轨的滑动导轨和滚动导轨的选用与设计的基本要求、原则和设计方法，选用与设计的基本要求、原则和设计方法，了解了解相关结构相关结构的工作原理以及其他导向装置的特点。的工作原理以及其他导向装置的特点。2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架试设计一数控机床工作台进给用滚珠丝杠副。已知丝杠副试设计一数控机床工作台进给用滚珠丝杠副。已知丝杠副支撑方式为双推支撑方式为双推-简支，受轻度冲击，最大工作载荷简支，受轻度冲击，最大工作载荷Fmax3800N，丝杠工作长度，丝杠工作长度ls1.4m，平均转速，平均转速n120r/min，使，使用寿命用寿命T12000h左右，丝杠材料为左右，丝

17、杠材料为CrWMn钢，滚道硬度钢，滚道硬度为为50HRC，丝杠的弹性模量，传动精度要求，丝杠的弹性模量，传动精度要求 =0.04mm。规格型号规格型号公称直径公称直径d0（mm）公称导程公称导程p（mm）丝杠外径丝杠外径d1（mm）钢球直径钢球直径dW（mm）丝杠底径丝杠底径d2（mm）动负荷动负荷FQ(KN)FFZD3210-3321032.57.127.325.7FFZD4008-540845.9442.926.0FFZD5506-555650.9446.827.4 2 机械系统设计机械系统设计机座和机架机座和机架 圆柱支承分别承受径向载荷圆柱支承分别承受径向载荷P=120N 和轴向载和轴向载荷荷Q=480N，如下图中所示。其中，轴肩直径，如下图中所示。其中，轴肩直径d1=42mm,轴颈（已研配）直径轴颈（已研配）直径d2=20mm,滑滑动摩擦系数动摩擦系数 f=0.56，试计算其摩擦阻力矩。，试计算其摩擦阻力矩。圆柱支撑受力图圆柱支撑受力图