机架和机座-机架

2019-01-12 16:27 作者:管理员8 来源:未知 浏览: 字号:
10.2机架和机座
 
10.2.1机架

    (1)概述
 
    在机器(或仪器)中,支承或容纳零、部件的零件称为机架。故机架是底座、机体、床身、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称。机架可分为梁(柱)式机架、框架式机架、平板式机架以及箱壳式机架等。机架的设计应满足强度、刚度、热变形的要求,此外还要求工艺性好,便于操作。
 
    (2)机架的材料
 
    ①铸铁目前铸铁是机架使用最多的一种材料,它的熔点低、铸造性好、易获得形状复杂的铸件。铸铁还具有耐磨性、切削性能好、价格便宜、易于大量生产的优点。常用的铸铁有:HT150,铸造性能较好,但力学性能稍差,适用于形状复杂而受负载不大的机架,如大多数机床的底座、减速器机壳;HT200及HT250,适用于外形比较简单、受力较大的机架,如机床的立柱、模梁和滑板,锻压机的机身。
 
    对要求导轨耐磨性较高的机床,如数控机床、坐标幢床等,;则往往采用合金铸铁,如铬铝合金铸铁、磷铜钦合金铸铁。铸件在冷却收缩时,会在金屑内部产生内应力,内应力的逐渐消失和重新分布会使机架逐渐变形,从而影响机器的精度,为此需进行时效处理,使其释放内应力并充分变形以便在形状趋于稳定后再进行精加工。
 
    ②铸钢铸钢有较高的综合力学性能,常用于受力较大的机架,但铸造性能差、流动性不好、收缩大,铸造时易氧化与热裂,不宜用于形状复杂的机架。常用的铸钢有ZG270-500及ZG200-400,
 
    ③铸造铝合金通过热处理强化可使其具有足够高的强度,较好的塑性,良好的低温韧性和耐热性。;常用的铸造合金为ZL101、ZL104。
 
    ④花岗岩机架花岗岩由于有亿万年的自然时效,组织比较稳定,几乎不会变形,加工简单,可以获得高而稳定的精度,对温度不敏感,热导率和膨胀系数均很小,不导电,无磁性,抗腐蚀,不生锈,使用维护方便,成本低,但脆性大,不能承受过大的撞击。常用于精密机械或仪器的机架,如量仪的基座,激光测长机,数控铣幢床床身、立柱、横梁、工作台等。尤其用作空气导轨的基座最为理想。
 
    ⑤钢筋混凝土机架由于混凝土比重小、抗压强度高,对振动的衰减能力很强,用混凝土制造机床机架妥可以提高其静刚度和动刚度。但是与钢和铸铁相比,混凝土的弹性模量只有它们的1/10-1/100,抗拉强度和抗弯强度也很低,且在浇灌养护过程中会收缩。

    (3)机架的结构设计
 
    机架设计主要包括强度设计、刚度设计、结构设计等几方面内容。在本节中主要讨论结构设计,有关强度、刚度设计可查阅有关资料及手册。
 
    ①断面形状和尺寸选择机架的抗拉和抗压刚度,一般仅与其断面面积的大小有关,而与断面形状无关。但在承受弯曲力矩与扭转力矩时,则机架的抗弯刚度与抗扭刚度不仅与其截面面积的大小有关,且与断面形状有很大关系,即与其断面惯性矩成正比。表10-9用数字来具体比较各种断面形状的抗弯惯性矩与抗扭惯性矩。它们的断面面积均约为10000mm²,但惯性矩值却相差很大,从表中可得出以下几点。
 
    a.圆形空心断面的抗弯刚度及抗扭刚度都比较好。如采用正方形空心断面,抗弯刚度提高较多,抗扭刚度提高较少。总的来说,圆形断面抗扭刚度好于方形断面,而抗弯刚度不如方形断面。
 
    b.长方形空心断面对提高长边方向的抗弯刚度十分显著,但抗扭刚度较差。
 
    c.同样断面形状和同样大小的面积,外形尺寸大而壁薄的断面比外形尺寸小而壁厚的断面的抗弯刚度和抗扭刚度都高,空心结构的刚度比实心结构的刚度大,但当厚度很小时要考虑稳定性问题。
 
    d.工字形断面在高度方向上抗弯刚度最大,但抗扭刚度较差,只宜用于承受单一方向弯矩的地方。
 
    e.不封闭的断面的抗扭刚度极差。
 
表10-9惯性矩比较表(断面面积相同)

表10-9惯性矩比较表(断面面积相同)续表
表10-9惯性矩比较表(断面面积相同)续表1
表10-9惯性矩比较表(断面面积相同)续表2

    因此,机架的断面一般选择空心封闭形式。对于承受两个方向弯曲及扭转的机架,可设计成接近正方形的空心截面。对于只承受一个方向的弯曲的机架,可选择矩形空心截面,以其高度较大的方向定为受弯方向,有时要在机架的内部(如立柱部分)安装电器设备、润滑设备或者传动机构时,无法保持其断面的封闭式,则可设计成“II”字形,并用肋来保证一定的刚度。
 
    ②肋的布置布置肋的作用如下。
 
    a.可提高机架的强度、刚度和减轻机架的重量。
    b.在薄壁截面内设肋可以减少其截面畸变。在大面积的薄壁上布肋可缩小局部变形和防止薄壁振动。
    c.对于铸造机架,使铸件壁厚均匀,防止金属堆积而产生缩孔和裂纹等缺陷。作为补缩通道,扩大出口的补缩范围,改善铸型的充满性,防止大平面铸件上夹砂等缺陷。
    d.散热
 
    合理布置肋的一般原则如下。
 
    a.肋的布置应有效地提高机架的强度和刚度。
    b.为有效提高机架的抗弯刚度,肋应布置在弯曲平面内,图10-7所示为纵向肋板的合理布置。
    c.为有利于将局部载荷传递给其他壁板使之均衡地承担载荷,如图10-8所示,加肋后,可把载荷传递到下壁,并把上壁的弯曲变形转化为肋板的拉伸和压缩变形,因而有效地减少上壁的弯曲变形。
    d.带孔肋板应避免布置在高梁主传力肋板的位置上。
    e.布肋应考虑弹性匹配。
    f.布肋应考虑经济性。即在满足刚度和强度的前提下,应选用材料消耗少且焊接费用低的布肋方式。

图10-8肋板的作用
 

(责任编辑:laugh521521)
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