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机电装备设计(10).ppt

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第四章 机电装备支承件和导轨设计 Bearing Part and Guide Rail Design for Electro-mechanical Equipment,4.1 基本要求及设计步骤 4.2 静力分析 4.3 动态特性 4.4 热变形特性 4.5 结构设计,,本次课内容,4.1基本要求及设计步骤,支承件是机电装备中的重要基本构件之一。 组成:机身、立柱、横梁、底座、工作台、箱体及升降 台等大件。 功用:支承其他零部件,使它们之间保持正确的相互位置和相对运动。支承件还承受各种作用力,不仅承受重力,还承受切削力、摩擦力、夹紧力等。有些支承件的内部空间较大,常被利用作为切削液、润滑液的储存器或液压油的油箱;有时,也可将变速箱、电动机和电气箱等部件放在其中。,1 基本要求 1)应具有足够的抵抗变形的能力; 2)有良好的动特性,有足够大的抵抗受迫振动和自激振动的能力; 3)具有良好的热稳定性; 4)应具有良好的结构工艺性,以减少其内应力; 5)加工及装配工艺性好。,支承件的性能对机电装备的性能影响很大,其重量占总 重量的80%以上。目前主要是根据同类机型上的支承件进行 类比设计。,2 设计步骤,1)受力和变形分析,确定力和力矩; 2)利用类比设计法初定其形状和尺寸; 3)采用有限元法(FEA),利用计算机进行验算或分析; 4)在分析基础上,进行热变形和热应力分析; 5)修改原设计方案,综合对比,从中择优。,4.2 静力分析,保证支承件具有足够的刚度。先进行受力和变形分析→由变形及引起有关零部件之间相对运 动误差→合理地进行支承件的结构设计→使其变形控制在允许的误 差范围之内→保证机电装备的工作精度。,4.2.1 受力和变形分析(以卧式床身为例),产生的弯矩使床身在垂直面内产生弯曲变形,从而使工件产生的加工误差,但对工件直径影响较小。,产生的弯矩使床身在水平面内产生弯曲变形,并使加工出的工件呈鼓形。变形量以近似1:1的比例关系反映在工件的半径误差上。,床身横截面上受到的转矩为,转矩使床身产生扭转变形,造成前后导轨不平行,丧失了车床的原始精度。车床工作时,刀架沿着变了形的导轨移动,使工件产生加工误差。床身受到的扭转变形是的占床身变形量的60~90%。,设计较长床身时,扭转变形会使刀尖与工件间产生相当大的位移,甚至会成为变形的主要方面,因此要注意提高床身的抗扭刚度。在弯曲变形中,水平面的弯曲变形对加工精度影响较大,因此床身一般设计成近似方形,以提高其水平面内的抗弯刚度。,4.2.2 静刚度支承件刚度不足,则在重力、夹紧力、切削力和摩擦力等作用下会出现变形,振动或爬行等现象,影响装备的性能和定位精度、加工精度等。支承件变形包括三部分;自身变形、局部变形和接触变形。 1 提高支承件自身刚度 自身刚度:支承件抵抗自身变形的能力。与支承件的材料、形状、尺寸及肋板的布置等因素有关。 1)合理选择支承件的截面形状无论圆形、方形或矩形,都是空心截面的惯性矩比实心的大;圆形截面的抗扭刚度比方形的大,抗弯刚度比方形的小 ;封闭截面的刚度比不封闭截面的大。,2)合理布置肋板和肋条肋板又称隔板,肋条又称加强肋。 肋板和肋条作用:使作用于支承件局部的载荷通过它们传递给其它部分→使整个支承件承受载荷→提高支承件的自身刚度。肋板是在支承件两壁之间起连接作用的连接板。纵向肋板:提高抗弯刚度; 横向肋板:增加抗扭刚度; 斜向肋板:提高抗弯和抗扭刚度作用。为了有效提高抗弯刚度,纵向肋板应布置在弯曲平面内。,前者抗弯刚度明显大于后者。,空心零件在扭转时出现壁翘曲,引起截面畸变。 增加横向肋板后,畸变几乎消失,端部位移大大减 小。,变形相同时材料消耗的比值,支承件受扭时,截面a1b1c1d1 相对于截面a2b2c2d2产生扭转,使a1与b2,d1与c2 之间的距离发生变化,引起截面畸变。 增加斜向肋板后,使畸变减小,提高了抗弯刚度。,“T”形肋板:提高水平面上的抗弯刚度, b) “∩”形肋板:垂直面和水平面的抗弯刚度都比较高,应用较多。 c)肋板“W”形布置 :提高水平面上的抗弯、抗扭刚度; d)采用封闭截面 :提高了床身的刚度,又能自由排屑 ,铸造较困难,肋条的作用与肋板相同,一般配置在支承件的内壁上,以提高壁板的抗弯刚度,减少局部变形。当壁板面积大于400mm×400mm时,在支承件的内壁上增加肋条可避免出现薄壁振动现象。,3)合理开孔和加盖,开孔是工艺上的需要,为了安装机件或清砂,减轻重量及造型等的需要。窗孔对支承件的刚度的影响取决于它的大小和位置。φ0/φ为开孔前后扭转角之比,实线表示在前壁上开一孔的情况,虚线表示前、后壁各开一孔的情况。,2 提高支承件的连接刚度和局部刚度 连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力。 局部刚度:支承件抵抗局部变
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