第11章 支承件

1、第十一章支撑件，内容：机床支撑件的功能、分类及应满足的要求；支撑件的应力分析和结构设计。要求：对机床大型部件进行结构分析和初步设计的能力。第一节支撑件应满足的要求和设计步骤：支撑件是机床的基本部件，包括床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。也被称为“大棋子”。角色：轴承和作为基准。支撑其他机床零件，保持它们的相对位置，并承受各种切削力。二、支撑部件的基本要求；1.使用要求包括安装其他部件、顺利排屑和安全提升。2.工艺要求便于制造和组装。3.性能要求(1)应具有足够的静态刚度和高刚度/重量比。(2)应具有良好的动态特性。支架的固有频率与产生共振的激励频率不一致；它应该具有较

2、大的动态刚度(激振力的二次值与振动副的比值)和较大的阻尼，这样，当支架受到一定的二次周期激振力时，强迫振动的振幅较小。(3)应具有良好的热变形特性。尽量减少热变形和不均匀热变形，以减少对加工精度的影响。散热和隔热。增加散热面积，增加散热器、风扇、人工制冷和隔离热源。浸泡。采用“热对称”结构，热变形对精度的影响很小。2.重要支撑部件的设计步骤；1.力分析。2.初步确定其形状和大小。3.检查计算。4.修改、比较和选择最佳方案。第二部分，支撑部件的静力分析。1.根据机床载荷特性对中小型机床进行分类：载荷主要是切削力。重量(工件、运动零件)被忽略。如中型车床、铣床、钻床、加工中心等。2精密和高精度机床

3、：载荷主要是运动部件的重力和热应力。切削力很小(由于精加工)，可以忽略不计。如双柱立式坐标镗床。3大型机床：负载必须同时考虑工件的重力、切削力和运动部件的重力。如重型车床、落地镗铣床、龙门机床等。(2)根据支撑部件的形状分类，(1)梁部件：一个方向上的尺寸比另外两个方向上的尺寸大得多的部件。如床身、立柱、横梁、摇臂、撞锤等。2.板材零件：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.方框：三个方向上尺寸相似的零件。如箱体、升降台等。第三，径向钻床的应力分析(仅分析切削载荷：切削扭矩T和进给力Ff)、立柱和摇臂；基板零件；车头箱。摇臂和柱可视为一端固定的悬臂梁。1.摇臂的受

4、力分析，(1)在1)yz平面内：最大弯矩M1=FfL使摇臂弯曲变形。(2)在2)xz平面内，围绕Y轴的扭矩M2=:的Ffe导致摇臂扭转变形。(3)在3)xy平面：切削扭矩t作用在摇臂上，导致弯曲变形。但是t比Ff小得多。结论：摇臂上的载荷主要是：垂直平面上的弯矩m1；绕y轴扭转M2。这两个力矩导致摇臂弯曲和扭转变形。使主轴偏离其正确位置。2.立柱的受力分析。柱子分为内层和外层。摇臂沿外柱上升和下降，并与外柱一起绕内柱旋转。摇臂在上下圆d和e处与外柱接触。工作时，内外柱夹紧在F处。(1)外柱的受力分析，当摇臂作用在外柱上时，可视为由d点和e点的两个集中力组成的力偶。在yz平面上：弯矩M1=FfL

5、xz平面：弯矩M2=Ffe切削扭矩t使外柱扭转，扭矩作用在e点和F点之间.通常这种扭转变形很小，可以忽略不计。(2)压力分析4.普通车床床身应力分析。卧式车床床身在切削力作用下的主要变形是垂直和水平平面内的弯曲变形以及垂直和水平扭矩共同作用下的扭转变形。在弯曲变形中，水平面弯曲对加工精度的影响大于垂直面弯曲。对于长床身，扭转变形对加工精度影响最大。在第三部分中，支撑的静态刚度，例如床载荷通过导轨表面施加到床上。变形包括床身本身的变形、导轨的局部变形和导轨表面的接触变形。1。自刚度，(1)自刚度：支撑体在外部载荷下抵抗变形的能力。(2)弯曲刚度和扭转刚度应主要考虑自刚度。(3)主要取决于支架的材

6、料、形状、尺寸和隔板布置。(1)局部刚度：抵抗局部变形的能力。(2)局部变形发生在载荷集中的地方。(3)局部刚度与局部荷载下支撑部分的结构和尺寸有关。3.接触刚度(1)接触刚度：支架结合面在外部载荷作用下抵抗接触变形的能力。(2)两个平面接触，平面有一定的宏观不均匀性，因此实际接触面积只是名义接触面积的一部分；由于微观不均匀性，只有一些高点被真正触及。(3)接触刚度与自刚度之差，接触刚度Kj(Mpa/um)为平均压力P与变形之比。Kj不是一个固定值，它与p的关系是非线性的。当压力很小时，两个表面之间只有几个高点接触，而接触刚度很低。当压力高时，这些高点变形，实际接触面积增加，接触刚度增加。(4

7、)支座的刚度和局部刚度对接触压力分布有影响。如果自刚度和局部刚度较高，接触压力分布基本均匀，接触刚度也较高。如果其自身刚度或局部刚度不足，在集中载荷的作用下，构件的变形较大，这使得接触压力分布不均匀，使得接触变形分布不均匀，并降低了接触刚度。在支承件的结构设计中，应采取适当措施提高支承件的自刚度、局部刚度和接触刚度。1.提高支架刚度的措施；1.正确选择支架的形状和尺寸(1)支架的变形主要是弯曲和扭转，这与截面的惯性矩有关，即与截面的形状有关。(2)当材料和截面面积相同但形状不同时，截面惯性矩变化很大。(3)为了提高支架的刚性，必须选择有利的横截面形状。表11-2，横截面积为10000mm2的八

8、种不同横截面形状的弯曲和扭转惯性矩的比较。结论：(1)当横截面积相同时，空心截面的刚度大于实心截面。(2)增大外形尺寸和减小壁厚可以大大提高刚度。(3)抗弯刚度：矩形方形圆形，抗扭刚度：圆形方形矩形。(4)与封闭截面相比，非封闭截面的刚度显著降低。尤其是扭转刚度，下降更多。(1)摇臂：垂直(yz)平面上的弯矩M1=FfL和绕Y轴的扭矩M2=fFl主要是M1。因此，形状选择的原则是：横截面形状应为空心矩形。试着封锁周边。垂直尺寸应该大于水平尺寸。然而，由于扭矩的存在，这两个方向的尺寸不应相差太大。靠近立柱的摇臂根部的弯矩最大，并向自由端逐渐减小，因此摇臂靠近根部的横截面也较大。(2)内柱主要承受

9、弯矩(在yz和xz平面内)，越靠近下支点F，弯矩越大。从f到根的力矩是常数。因此，内柱上下支撑之间的截面CF应顶部薄，底部厚。等截面罐(2)隔板的作用：将作用在支座局部区域的荷载传递给其他墙板，使整个支座承受荷载，提高自身刚度。(3)当支架不能制成封闭截面时，在支架内设置隔板以提高其刚度。设置隔板是提高刚度的有效方法之一，其效果比增加壁厚更为明显。3。合理的开窗和封顶。(1)在支架外壁开窗口会降低抗弯和抗扭刚度，抗扭刚度会进一步降低。主要承受扭矩的轴承应避免出现孔洞。(2)垂直于弯曲平面的墙体上的窗孔对弯曲刚度的影响最大。对于扭转刚度，窄墙上的窗孔比宽墙上的窗孔影响更大。(3)窗孔应靠近支架的

10、几何中心线，孔的宽度或孔径不得超过支架宽度的0.25倍。(4)窗孔边缘较厚(翻边)，可在工作时盖住，并用螺钉拧紧以补偿刚度损失。2.改善局部刚度的措施。1.合理选择连接件的结构。(1)设置图A中的一般法兰连接，相对连接刚度为1.0。(2)图B:带加强筋的法兰连接为1.06。(3)图C:凹槽类型为1.80。(4)图D: U形加强筋结构为1.85。2.例如，注意局部过渡。加厚的过渡壁和肋(图B)可以显著提高导轨的局部刚度。3.加强筋(筋)的合理配置。(1)其他机构应安装在一些支撑部件内，这些支撑部件不仅不能关闭，而且即使安装了隔板也会妨碍。此时，加强肋用于提高刚度。(2)合理布置加强筋是提高局部刚

11、度的有效方法。(3)加强筋的高度应为壁厚的45倍，厚度与壁厚之比为0.81。例如，图a中的肋用于提高轴承座的局部刚度；图B和图C显示了当面板面积大于400400mm2时，为避免薄壁振动而在面板内表面增加的肋。其功能是提高面板的抗弯刚度。图D显示了柱中的环形肋，主要用于抵抗横截面形状的变形。前三个垂直肋主要用于提高导轨的局部刚度。3.提高接触刚度的措施1。提高结合面质量钢轨表面和重要的固定结合面必须与打磨或刮削相匹配。2.螺钉尺寸、数量和固定螺钉布置的合理选择应在接触面上产生预压力。一般来说，接触面之间的平均预载压力应为大约2MPa。第四，支撑结构的工艺壁厚应均匀，并应有出砂孔和提升孔。根据技术可能性，支架的壁厚应该更薄。根据现行工艺水平，砂型铸铁件的外壁厚度可根据表11-3中的等效尺寸C(m)进行选择。其中：l、b、h铸件长度、宽度和高度(m)；五.支撑部件的