哈工大第十六章 机架零件课件

1、第十六章 机架零件16.1 概述n机架零件：机架零件：机器的机座、箱体、基础板、框架等零件统称为机架零件。n作用：作用：1、主要起支承作用； 2、基准的作用；n重点：重点：介绍机架的类型、设计要求，以及合理选择机架的壁厚、截面形状、间壁及肋板等。概述正确选择机架类零件的材料和正确设计其结构形式及尺寸，是减小机器质量、节约金属材料、提高工作精度、增强机器刚度及耐磨性等的重要途径。 一、机架的一般类型一、机架的一般类型 机架按构造形式可分为：机架按构造形式可分为：机座类机座类、箱体类箱体类、基板类基板类和和框架类框架类等四大类。等四大类。 1 1）机座类）机座类 立式机座立式机座 卧式机座卧式机座

2、 框式机座框式机座 环式机座环式机座 减速机箱体减速机箱体 电机电机-变速机箱体变速机箱体 2 2）箱体类）箱体类 3 3）板类）板类 工作台工作台 4 4）框架类）框架类 起重机行车架起重机行车架 箱体式箱体式框架式框架式卧式机座卧式机座框式机座框式机座立式机座立式机座二、机架材料及制造方法二、机架材料及制造方法 结构较复杂，刚度要求高，通常采用结构较复杂，刚度要求高，通常采用铸铁铸铁或铸钢。或铸钢。 通常采用钢或轻合金材料来减轻质量。通常采用钢或轻合金材料来减轻质量。 v 批量生产且结构复杂的机架及零件多以铸造为宜。批量生产且结构复杂的机架及零件多以铸造为宜。 v 单件或少量生产的机架及零

3、件则以焊件为宜。单件或少量生产的机架及零件则以焊件为宜。 1 1）固定式机器的机座和箱体）固定式机器的机座和箱体2 2）运行式机器的机座和箱体）运行式机器的机座和箱体三、机架设计的准则和一般设计要求三、机架设计的准则和一般设计要求 机架零件负有承受机器工作时的作用力和使机器稳定在机架零件负有承受机器工作时的作用力和使机器稳定在基础上的作用。设计制造机架零件应满足以下列基本要求基础上的作用。设计制造机架零件应满足以下列基本要求: :（1 1）强度要求：）强度要求：具有足够的强度；具有足够的强度；（2 2）刚度要求：）刚度要求：具有足够的刚度；具有足够的刚度；（3 3）稳定性要求：）稳定性要求：受

4、压或受弯受压或受弯压的细长、薄壁或板壳结压的细长、薄壁或板壳结 构，要进行必要的稳定性校核；对于高速机器，应满构，要进行必要的稳定性校核；对于高速机器，应满 足振动稳定性的要求。足振动稳定性的要求。（4 4）工业美学要求：）工业美学要求：外形美观、流畅，结构合理，色调协调。外形美观、流畅，结构合理，色调协调。（5）其它要求：）其它要求：工艺性好，成本低；机架上的零部件要定位工艺性好，成本低；机架上的零部件要定位 准确、固定可靠，便于安装、调整和维修；对于缸体、准确、固定可靠，便于安装、调整和维修；对于缸体、 导轨等机架零件，应具有良好的耐磨性。导轨等机架零件，应具有良好的耐磨性。16.2 机架

5、设计中应注意的几个问题一、截面形状的合理选择一、截面形状的合理选择 大多数机座和箱体的受力情况很复杂，因而要产生拉伸、压缩弯曲、扭转等变形，截面形状对于它们的强度和刚度有着很大的影响。合理的改变截面形状增大它的惯性矩和抗弯合理的改变截面形状增大它的惯性矩和抗弯截面系数，可以提高零件的强度和刚度。截面系数，可以提高零件的强度和刚度。 机座和箱体受到弯曲或扭转载荷时， 正确设计机座和箱体的截面形状，在既不增大截面面积，又不增大零件质量的条件下，来增大截面系数及截面的惯性距，从而提高它们的刚度和强度。相对比较内容相对比较内容 ( (基本型基本型) ) 相对强度相对强度 弯曲弯曲 1 1.2 1.4

6、1.8 1 1.2 1.4 1.8 扭转扭转 1 43 38.5 4.5 1 43 38.5 4.5 相对刚度相对刚度 弯曲弯曲 1 1.15 1.6 1.8 1 1.15 1.6 1.8 扭转扭转 1 8.8 31.4 1.9 1 8.8 31.4 1.9表表16.1各种截面形状梁的相对强度和相对刚度（截面积各种截面形状梁的相对强度和相对刚度（截面积2900mm2） 从中可以看出，主要从中可以看出，主要受弯曲的零件受弯曲的零件，以选用，以选用工字形截面工字形截面为好，为好，其相对的弯曲强度和刚度都为最大；主要其相对的弯曲强度和刚度都为最大；主要受扭转的零件受扭转的零件，以，以选用选用圆管形截

7、面圆管形截面为好，为好，空心矩形空心矩形的次之；其他两种的强度则的次之；其他两种的强度则比前两种小许多倍；仅比前两种小许多倍；仅从刚度方面考虑从刚度方面考虑，以选用，以选用空心矩形截空心矩形截面面的为最合理。的为最合理。 由于机架受载情况一般都较复杂由于机架受载情况一般都较复杂(拉压、弯曲、扭转可能拉压、弯曲、扭转可能同时存在同时存在)，对刚度要求又高，因而综合各方面的情况考虑，对刚度要求又高，因而综合各方面的情况考虑，以选用以选用空心矩形截面空心矩形截面比较有利，这种截面的机架也便于附装其比较有利，这种截面的机架也便于附装其他零件，所以他零件，所以多数机架的截面都以空心矩形为基础多数机架的截

8、面都以空心矩形为基础。 受动载荷的机架零件，为了提高它的吸振能力，也应采用受动载荷的机架零件，为了提高它的吸振能力，也应采用合理的截面形状。各种工字形截面梁在受弯曲作用时所能吸收合理的截面形状。各种工字形截面梁在受弯曲作用时所能吸收的最大变形能的相对比较值见表的最大变形能的相对比较值见表16.216.2。 相对比较内容相对比较内容 ( (基本型基本型) ) 相对惯性矩相对惯性矩 1 0.72 0.82 1 0.72 0.82相对静载强度相对静载强度 1 1 0.910.91 1 1相对质量相对质量 1 1 0.820.82 0.890.89相对最大变形能相对最大变形能 1 1 1.131.13

9、 1.211.21表表16.2不同尺寸的工字形截面梁在受弯曲作用时的相对性能比较不同尺寸的工字形截面梁在受弯曲作用时的相对性能比较 由此可见，只要合理设计截面形状，即使截面面积并不由此可见，只要合理设计截面形状，即使截面面积并不增加，也可以提高机架承受动载的能力。增加，也可以提高机架承受动载的能力。 二、间壁与筋二、间壁与筋 一般说来，提高机架零件的强度和刚度可采用两种方法：一般说来，提高机架零件的强度和刚度可采用两种方法：（1 1）增加壁厚。）增加壁厚。这种方法并非在任何情况下都能见效，即使这种方法并非在任何情况下都能见效，即使见效，也多半不符合经济原则。见效，也多半不符合经济原则。（2）在

10、壁与壁之间设置间壁和肋。）在壁与壁之间设置间壁和肋。这种方法在提高强度和刚这种方法在提高强度和刚度方面常常是最有效的，因此经常采用。度方面常常是最有效的，因此经常采用。 正确地增设间壁和肋板可以有效地增大机座和箱体的强度和正确地增设间壁和肋板可以有效地增大机座和箱体的强度和刚度。刚度。 如果肋板布置不当，不仅不能增大机座和箱体的强度与刚度，如果肋板布置不当，不仅不能增大机座和箱体的强度与刚度，反而会造成浪费工料及增加制造的难度。反而会造成浪费工料及增加制造的难度。 表表16.316.3几种不同形式间壁的梁在刚度方面的相对比较几种不同形式间壁的梁在刚度方面的相对比较相对比较项目相对比较项目 (

11、(基本型基本型) ) 相对质量相对质量 1 1.14 1.38 1 1.14 1.38 1.491.49 1.261.26相对刚度相对刚度 弯曲弯曲 1 1.07 1.51 1 1.07 1.51 1.781.78 1.551.55 扭转扭转 1 2.08 2.16 1 2.08 2.16 3.303.30 2.942.94相对刚度相对刚度/ /相对质量相对质量 弯曲弯曲 1 0.94 0.85 1 0.94 0.85 1.201.20 1.921.92 扭转扭转 1 1.83 1.56 1 1.83 1.56 2.222.22 2.342.34三、壁厚的选择三、壁厚的选择 一般说来，选择壁厚

12、时应满足如下要求：一般说来，选择壁厚时应满足如下要求：（1 1）机架强度、刚度和振动稳定性等方面的要求。）机架强度、刚度和振动稳定性等方面的要求。（2）制造工艺性的要求。）制造工艺性的要求。在满足上述要求的前提下，尽量选用较小的壁厚。在满足上述要求的前提下，尽量选用较小的壁厚。间壁和肋板的厚度一般取为主壁厚的间壁和肋板的厚度一般取为主壁厚的0.60.60.80.8倍；肋板的倍；肋板的高度约为主壁厚的高度约为主壁厚的5 5倍。倍。四、机架零件的结构设计四、机架零件的结构设计 机架零件设计的重点是结构设计，进行结构设计时，应首机架零件设计的重点是结构设计，进行结构设计时，应首先确定机架零件的结构形

13、式。先确定机架零件的结构形式。 通常箱体、机座等机架零件的结构形式可分为剖分式和整通常箱体、机座等机架零件的结构形式可分为剖分式和整体式两大类。体式两大类。1.1.整体式机座整体式机座 其优点是刚度高、结构简单、其优点是刚度高、结构简单、零件数量少；缺点是装配较困难。零件数量少；缺点是装配较困难。 2.2.剖分式机座剖分式机座 其沿轴线分成机盖和机座两其沿轴线分成机盖和机座两部分，并用螺栓联接为一体。部分，并用螺栓联接为一体。 剖分式机座的优点是装拆方剖分式机座的优点是装拆方便，其缺点是增加了零件数量。便，其缺点是增加了零件数量。 在机架零件中铸造机体应用最为广泛，设计时应考虑铸造工在机架零件

14、中铸造机体应用最为广泛，设计时应考虑铸造工艺性，力求形状简单，壁厚均匀，过渡平缓，拔模方便。艺性，力求形状简单，壁厚均匀，过渡平缓，拔模方便。在机械加工工艺方面还应注意：在机械加工工艺方面还应注意：（1 1）减小机械加工的面积。）减小机械加工的面积。（2 2）机械加工表面与非加工表面要明显区分开，要把加工）机械加工表面与非加工表面要明显区分开，要把加工的端面凸出来。并尽量减少工件和刀具的调整次数。的端面凸出来。并尽量减少工件和刀具的调整次数。（3 3）应保证加工面能够方便地加工。）应保证加工面能够方便地加工。 设计机架零件机架零件时，应便于加工、装拆、吊装，联接可靠，对于冲击振动大的机器、机架

15、和地基间应加装隔振板器。 造型设计应贯穿在机架零件的设计与制造的全过程中。机架零件的设计与制造的全过程中。机架零件的造型设计机架零件的造型设计VOLVO S80奥迪奥迪A6L宝马宝马 Z4机械零件的设计方法 机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法两大类。 常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。它又可分为： 理论设计 经验设计 模型实验设计机械现代设计方法简介（自学） 机械现代设计方法通常是相对传统的设计方法而言机械现代设计方法通常是相对传统的设计方法而言的。现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为的。现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。如机械优化设计、机械可靠性设计、计算机设计方法。如机械优化设计、机械可靠