机械装备第7章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,哈尔滨工业大学机电工程学院,*,支承件的功能,床身、立柱、横梁、底座、刀架、工作台、升降台、箱体,功能：,1,、保证机床各零、部件之间的相互位置精度和相对运动精度。,2,、保证有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度,。,三类：,1.,一个方向尺寸大 立柱、横梁、摇臂,2.,两个方向尺寸大 底座,3.,三个方向尺寸大致一致 箱体,第,7,章 支承件,7.1,支承件的功用和应满足的基本要求,*,基本要求,1,）应具有足够的刚度和较高的刚度,质量比；,2,）应具有较好的动态特性；,3,）热稳定性好；,4,）小的内应力；,5,）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。,7.1,支承件的功用和应满足的基本要求,*,7.2,支承件的静刚度,7.2.1,支承件的受力与变形分析,*,7.2,支承件的静刚度,7.2.1,支承件的受力与变形分析,*,7.2,支承件的静刚度,7.2.1,支承件的受力与变形分析,*,7.2,支承件的静刚度,7.2.2,支承件的静刚度,1.,自身刚度,支承件抵抗自身变形的能力,*,7.2,支承件的静刚度,7.2.2,支承件的静刚度,2.,局部刚度,局部变形发生在载荷集中处,。,*,7.2,支承件的静刚度,7.2.2,支承件的静刚度,3.,接触变性,与自身刚度有两点不同：,接触刚度是平均压强与变形之比；,接触刚度不是一个固定值，即平均压强与变形呈非线性关系,。,*,支承件的自身刚度和局部刚度会通过影响接触压强的分布而影响接触刚度。,7.2,支承件的静刚度,7.2.2,支承件的静刚度,*,7.3,支承件结构设计中的几个问题,7.3.1,正确选择支承件的截面形状,1.,空心截面比实心截面的刚度大,3.,封闭截面,远远大于,开口截面,刚度,2.,圆（环）形截面与方形截面比：,扭转刚度大,弯曲刚度小,*,序号,截面形状,/mm,惯性矩计算值,/mm,4,序号,截面形状,/mm,惯性矩计算值,/mm,4,抗弯,抗扭,抗弯,抗扭,1,800,1.0,1600,1.0,5,833,104,1400,0.88,2,2412,3.02,4824,3.02,6,2555,3.19,2040,1.27,3,4030,5.04,8060,5.04,7,3333,4.17,680,0.43,4,108,0.07,8,5860,7.325,1316,0.82,*,*,7.3,支承件结构设计中的几个问题,7.3.2,合理设置肋板和肋条,1,、肋板,用于提高支撑件的,整体刚度,弯曲刚度,扭转刚度,*,水平放置,增加水平面内的弯曲刚度,垂直放置,增加垂直面内的弯曲刚度,斜向放置,增加两个方向的弯曲刚度及扭转刚度,*,*,2,、肋条,用于提高支撑件的,局部刚度,（局部变形、薄壁振动）,*,表7-3,支承件肋板和肋条的厚度,质量,/kg,最大尺寸,/mm,壁厚,/mm,肋板厚,/mm,肋条厚,/mm,1200,3000,2030,铸铁支承件的壁厚,*,焊接支承件：,壁厚比铸件薄（是铸件的,2,3,4,5,）,焊接床身壁厚选择,机床规格,壁或肋的,位置及承载情况,壁 厚,/mm,大型机床,中型机床,外壁和纵向主筋,2025,815,肋,1520,612,导轨支承壁,3040,1825,*,7.3,支承件结构设计中的几个问题,7.3.3,合理开孔和加盖,安装、清沙等情况需要开口,开口方向：在与弯曲平面垂直的壁上开口,开口大小：宽度不超过空腔的,70%,加盖补强,*,7.3,支承件结构设计中的几个问题,7.3.4,提高支承件的局部刚度,*,7.3,支承件结构设计中的几个问题,7.3.5,提高支承件接触刚度,*,常用的材料,铸铁,钢板和型钢,天然花岗岩,预应力钢筋混凝土,树脂混凝土,7.3,支承件结构设计中的几个问题,7.3.6,材料的选择和时效处理,*,HT200,：带导轨的支承件,1.,铸铁,高磷铸铁、磷铜钛铸铁、铬钼铸铁、合金铸铁,复杂结构的支承件,阻尼系数大,成本低,制造周期长,易产生缩孔、气泡等缺陷,特点：,HT150,：形状复杂的支承件,HT100,：镶装导轨的支承件,*,2.,钢板焊接结构,制造周期短,支承件可制成封闭结构，刚性好,便于产品更新和结构改进,固有频率比铸铁高，易产生高频振动,抗振性差,*,3.,预应力钢筋混凝土,主要用于制作不常移动的大型机械的机身、底座、立柱等支承件。,预应力钢筋混凝土支承件的刚度和阻尼比铸铁大几倍，抗振性好，成本较低。,缺点：脆性大、耐腐蚀性差、应进行表面防护（防渗）,*,*,性能稳定，精度保持性好,抗振性好,阻尼系数比钢大,15,倍,耐磨性比铸铁高,5,6,倍,导热系数和线胀系数小（热稳定性好）,抗氧化性强,不导电、抗磁,结晶颗粒粗、抗冲击性能差、脆性大、油和水等液体作用下表面易变形，难于制作复杂零件。,缺点,优点,4.,天然花岗岩,*,*,*,5.,树脂混凝土,它是用树脂和稀释剂代替水泥和水，将骨料固结成,为树脂混凝土，也称,人造花岗岩,。,特点：,刚度高；具有良好的阻尼性能 抗振性好；热容量大，热传导率低,缺点：,某些力学性能低,*,树脂混凝土的力学性能与铸铁的比较,性 能,单位,树脂混凝土,铸 铁,性 能,单 位,树脂混凝土,铸 铁,比密度,2.4,7.8,对数衰减率,0.04,弹性模量,MPa,3.810,4,21.210,4,线胀系数,1610,-6,1110,-6,抗压强度,MPa,145,导热系数,W(m,2,K),1.5,54,抗拉强度,MPa,14,250,比热容,J/(kgK),1250,437,*,树脂混凝土床身的结构形式,（,1,）整体结构形式,（,2,）分块结构,（,3,）框架结构,*,*,*,7.4,支承件的动态特性,7.4.1,固有频率和振型,1,、动态特性是指支承件的固有频率不能与激振频率重合；,2,、具有较高的动刚度（共振状态下，激振力的幅值与振幅之比）,*,7.4,支承件的动态特性,7.4.1,固有频率和振型,1.,第一阶模态,整机摇晃振动,2.,第二阶模态,一次弯曲振动,3.,第三阶模态,一次扭转振动,4.,第四阶模态,二次弯曲振动,5.,薄壁振动,*,1.,提高支承件的静刚度和固有频率,1,）合理地选择支承件的材料、截面形状和尺寸、壁厚；,2,）合理地布置肋板和肋条，以提高结构整体和局部的弯曲刚度和扭转刚度。,7.4,支承件的动态特性,7.4.2,提高动刚度的措施,*,*,*,2.,提高动态特性,1,）改善阻尼特性,铸铁支承件,：铸件内砂芯不清除；,填充型砂或混凝土等阻尼材料。,焊接支承件,：在内腔中填充混凝土减振；,充分利用接合面间的摩擦阻尼；,采用阻尼涂层。,*,*,*,*,*,2,、采用新材料,*,7.5,支承件的热特性,7.5.1,机床和支承件的热变形,*,7.5,支承件的热特性,7.5.1,提高支承件热特性的措施,1,散热和隔热,机床运转时，各种机械摩擦，电动机、液压系统都会发热。如果能适当地加大散热面积，加设散热片，设置风扇等措施改善散热条件，迅速将热量散发到周围空气中，则机床的温升不会很高。,2.,均热,*,3.,使热变形对加工精度的影响较小,所谓热对称结构是指在发生热变形时，其工件或刀具回转中心线的位置基本不变，因而减小了对加工精度的影响,。,7.5,支承件的热特性,7.5.1,提高支承件热特性的措施,