《机械基础设计》PPT课件
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4
机械基础的要求
机械基础应满足下列基本要求： 1）地基和基础应具有足够的刚度； 2）基础应具有足够的强度； 3）基础在扰力的作用下不应产生过大 的振动； 4）在满足上述要求的条件下，还应有 良好的经济性。
5
三、机械基础设计的一般规定
1）基础设计时应取得所需的资料； 2）机械基础宜与建筑物的基础、上 部结构以及混凝土地面分开； 3）当管道与机械连接而产生较大振 动时，管道与建筑物的连接处应采 取隔振措施；
12
§9—2 机械基础的静力学计算 一、地基承载力计算
机械静力学计算的目的： 保证地基有足够的承载能力和防止 地基偏沉。
13
图9-3 地基受力示意图
14
f f f fp
np
（9-1）及（9-2）外，
+
1.2 f f
1.2 f f p
（9-1） （9-2）
（9-3） （9-4）
15
式中：
Mt0--基组总质量，单位为t； g--重力加速度，g＝9.81m/s2； A--基础底面积，单位为m2； p--基础底面地基的平均静压力设计值，单位 为kPa； f—地基承载力设计值，单位为kPa； F--平均单桩静载荷设计值，单位为kN； np—桩数；
y0 ly
(9 - 8)
式中 lx、ly—分别为基础底面沿x、y方向的长 度。
23
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的 开关按键来实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按
PCBA
键
开关 键
传统机械按键设计要点： 1.合理的选择按键的类型， 尽量选择平头类的按键，以 防按键下陷。 2.开关按键和塑胶按键设计 间隙建议留0.05~0.1mm，以 防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计 算累积公差，以防按键手感 不良。
2n 2 960 rad / s
60
60
隔振后允许振幅
A vp 0.01 m 1104 m
100
要求的隔振因数
F 200 1
F 600 3
37
要求隔振系统的固有角频率
ni
100 1
1/ 3 50rad/ s 11/ 3
要求隔振器的刚度
ki
F A
200 1104
－
0
地基
土能量吸收系数（
ｓ／
ｍ），见表9－6；
1－动力影响因数，见表9－7。
31
二、机械基础的隔振 对有振动的机械设备采取的隔振叫积极 隔振或主动隔振。 对需要防止受振动影响的机械、设备、 仪器等采取的隔振叫消极隔振或被动隔 振。 常用的隔振器材料有：橡胶、钢制弹簧、 泡沫塑料及软木等。 （一）隔振器的布置形式
式中 －机械的扰力角频率或地基的干扰振动角频率（rad / s);
ｎｉ－隔振系统的固有角频率（rad / s);
ki 隔振器的刚度（kN/m）； mi 隔振系统的总质量（t）。
应适当减小隔振器的刚度ki和增大隔振系统的质量mi
35
设计时可按以下各式近似确定隔振器的刚度和隔振系统质量：
ki
2mi
第八章 机械基础设计
§9—1 机械基 础的要求
一、概述 基础--机械向地基 传递载荷的中间结 构体即为基础。
图9-1 机械的基础与地基
1
常见的机械扰力有两大类： 1)周期性扰力。这类扰力主要由机械运行时 的不平衡和惯性力产生的。 2)冲击性扰力。这类扰力主要是由具有冲击 性工作特性的机械产生的。冲击性扰力大而 作用时间很短，且一般无周期性。 二、机械基础的结构型式 机械基础的结构型式主要有大块式、墙式和 框架式三种，如图9—2所示。
0
ｆ－基础上机械的扰力频率（Ｈｚ），一般为５０Ｈｚ以下。 0
对于冲击机械，可采用基础的固有频率ｆｎ； ｒ０－圆形基础的半径或矩形及方形基础的当量半径（ｍ）； ｒ－振动基础中心至地面考察点的水平距离（ｍ）；
－地基土的性质和基础底面
0
积大小对振动波传播的
影响因数，
见表9－5；
8
4）计算地基的静强度。 5）计算基组的总质心位置，尽量使 其与基础底面形心在同一垂直线上。 6）根据机械扰力的性质进行基组动 力学计算。 7）计算基础构件的强度和配置钢筋。 8）绘制基础施工图。
9
五、机械基础的设计要点
1）力求避免基组共振 对有周期性扰力的机械，应尽量使机 械—基础-地基系统的固有额率与机械 扰力的激振频率相差25％以上。 对有冲击性扰力的机械，应尽量使其 远离对振动敏感的机械和设备，必要 时可以采取隔振措施。
机械压力机基础设计举例
25
26
§9－4 机械基础的构造与材料
一、机械基础的构造 机械基础的构造应能保证基础在静力和动力载荷的 作用下具有足够的整体刚度和强度。 基础顶面尺寸应比其上面的机械设备的底面尺寸稍 大，每边大出尺寸不宜小于100mm。 基础地脚螺栓设置的规定： 地脚螺栓的埋置深度以不超过（30~40）d为宜。 基础整体宜采用整体式或装配整体式结构。
19
二、基组偏心计算
基组总质心与基础底面形心应在同一 条垂直线上。 偏心距与沿偏心方向的基础底面边长 之比,即偏心率e≤3%--5%。 基组总质心的位置：
20
x0
mi xi
mi
y0
mi yi mi
z0
mi zi
mi
式中 x0、y0、 z0—机组总质心 的坐标； xi、yi、zi—机组 各单块体质心的 坐标； mi—机组各单块 体的质量。
29
§8—5 机械基础的隔振简介
一、弹性波在土壤中的传播和衰减 机械基础竖向或水平向振动衰减可按式（9-52） 作近似估算
Ar
A0
r0 r
0
r0 r
(1
0
)
e
f00 (r r0 )
对于方形及矩形基础
r0 1
A
对于圆形基础
r0
A
(9- 52) (9- 53) (9- 54)
30
式中 Ａｒ－距振动中心ｒ处地面上的振动线位移幅值（ｍ）； Ａ－振动基础的振动线位移幅值（ｍ）；
16
fp—单桩承载力设计值；单位为KN； M--基础底面上的总力矩，单位为kN.m； I--基础底面通过其形心在力矩M方向的截 面惯性矩，单位为m4，见表9－2。 Smax--在平行于力矩M方向，由基础底面形 心至基础底面边缘的距离，或由桩台底面 形心至最外侧桩中心的距离，单位为m； Si--在平行于力矩M方向由桩台底面形心至 第i根桩中心的距离，单位为m；
1 1
(9- 59)或ki源自F A(9- 60)
mi
ki
2 ni
(9- 61)
式中 ki 要求的隔振器刚度（kN/m）；
mi 隔振系统的总质量（t）；
F - 经过隔振后传递的动载荷（kN)；
A - 经过隔振后机械的振幅(m)；
要求的隔振因数；
机械的扰力角频率或地基的干扰振动角频率（rad/s)；
42
图9-14 支承式隔振器的布置形式
43
图9-15 悬挂式隔振器的布置形式
44
45
46
47
ni 隔振系统的固有角频率(rad/s)。
36
例9-1 某风机由电动机直接带动，转速为 n=960r/min，风机连同电动机的不平衡惯性力 F基=6础00的N动，载风荷机F与'<电=2动00机N，质风量机m允0=7许00的kg振，动要速求度传给 vp=0.01m/s。试确定垂直方向隔振器参数。
解：扰力角频率
6
4）当基础的振动影响较大时，应采 取隔振措施； 5）基础不得产生有害的不均匀沉降； 6）重要的或对沉降有严格要求的机 械，应对其的沉降情况定期观测。
7
四、机械基础设计的一般步骤
机械基础设计的一般步骤如下： 1）了解和分析设计任务，并收集有 关的设计资料。 2）初步确定基础的结构型式。 3）初步确定基础的几何尺寸和埋置 深度。
10
对重要的机械基础，基组固有频率应 能改变。
2)合理选择基础型式和尺寸
对转速较低的机械（n<= 750 r／min） ， 应尽量提高基组的固有频率。 对转速较高的机械(n＞750 r／min)， 可采取相反的措施。 对有冲击性扰力的机械，宜加大基础 质量或采用隔振基础。
11
3)防止基础偏沉
为防止基础偏沉，应使地基土具有 均匀的压缩性。同时，应力求使机 械的垂直扰力通过基组的质心，使 机械的水平扰力也通过基组的质心 或尽量减小它们的偏心距，以减小 扰力矩。
21
基础底面的型心位置O´（x ´、y ´） 按底面几何形状计算。 如图9-4所示，机组沿x方向和y方向 的偏心率分别为
ex
x x0 lx
ey
y y0
ly
(9- 7)
22
当基础底面为对称图形时，x ´=lx/2, y ´ =ly/2,所以偏心率为
ex
0.5
x0 lx
ey
0.5
32
1.支承式 2.悬挂式 （二)隔振器的要求 隔振器应有良好的隔振效果，结构简单， 性能稳定，易安装调整，经济性好。
33
对于积极隔振，若隔振前机械传给地基的动载荷最大值为F， 各隔振后减小为F‘，则隔振因数可表示为
（9-55）
（9-56）
34
1
2 2
ni
1
(9- 57)
ni
ki mi
(9- 58)
17
Pmax--基础边缘处的最大压强，单位为kPa； Fmax--单桩上的最大载荷，单位为kN；
αf--地基承载力的动力折减系数，可 按下列规定采用：对旋转式机械基 础可取αf=0.8；对锻锤式机械基础可 取αf可按式（9-5）计算。其他机械 基础可取αf=1。
18
f
1
1
a
g
(9- 5)
其中a为基础的振动加速度（m/s2）；β为 地基土的动沉陷影响因数，见表9-1。
27
当基组受偏心的垂直扰力或水平扰力作 用时，易使地基支承面形成拱状。 可在基础底面的中部做出凹槽。凹槽不 宜太深，且应在凹槽附近布置受弯钢筋。 此外，也可采用超载预压地基的办法， 消除支承面呈拱状的现象。
28
二、机械基础的材料 机械基础大多用混凝土或钢筋混凝土建造。 基础顶面二次浇灌的混凝土，一般应比基体 的混凝土标号提高一级。 对于有防水、防油、防渗等要求的基础，所 用混凝土标号不得低于C20。 机械基础的配筋，一般采用I级或II级钢筋， 不得使用冷轧钢筋。
2
大块式基础常用钢筋混凝土做成整 体。 墙式基础是由承重的纵墙和横墙组 成。 这两种结构的基础中均需预留有安 装和操作机械所必须的沟槽和孔洞。 框架式基础是由固定在一块连续底 板上的立柱和与其相连的横梁、纵 梁、顶板组成。
3
大块式基础应用最广，其特点是基 础刚度大。 框架式基础常用于有较高振动频率 的机械。 墙式基础的刚性介于二者之间，当 机械要求安装在一定的高度时常采 用这种结构型式。
2106 N / m
隔振系统总质量
mi
ki
2 ni
2 106 502
kg
800kg
隔振器底座的质量
mB mi m0 800 700 100kg
38
图9-4 基础底面形心及基组偏心
39
图9-10 地脚螺栓简图
40
图9-11 地基支承面在扰力作用下呈拱状
41
图9-12 基础底面中部做出凹槽
扰力角频率100kg700800800kgkg5010隔振器底座的质量隔振系统总质量要求隔振器的刚度频率要求隔振系统的固有角图94基础底面形心及基组偏心图910地脚螺栓简图图911地基支承面在扰力作用下呈拱状图912基础底面中部做出凹槽图914支承式隔振器的布置形式图915悬挂式隔振器的布置形式精选ppt44精选ppt45精选ppt46
机械基础的要求
机械基础应满足下列基本要求： 1）地基和基础应具有足够的刚度； 2）基础应具有足够的强度； 3）基础在扰力的作用下不应产生过大 的振动； 4）在满足上述要求的条件下，还应有 良好的经济性。
5
三、机械基础设计的一般规定
1）基础设计时应取得所需的资料； 2）机械基础宜与建筑物的基础、上 部结构以及混凝土地面分开； 3）当管道与机械连接而产生较大振 动时，管道与建筑物的连接处应采 取隔振措施；
12
§9—2 机械基础的静力学计算 一、地基承载力计算
机械静力学计算的目的： 保证地基有足够的承载能力和防止 地基偏沉。
13
图9-3 地基受力示意图
14
f f f fp
np
（9-1）及（9-2）外，
+
1.2 f f
1.2 f f p
（9-1） （9-2）
（9-3） （9-4）
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式中：
Mt0--基组总质量，单位为t； g--重力加速度，g＝9.81m/s2； A--基础底面积，单位为m2； p--基础底面地基的平均静压力设计值，单位 为kPa； f—地基承载力设计值，单位为kPa； F--平均单桩静载荷设计值，单位为kN； np—桩数；
y0 ly
(9 - 8)
式中 lx、ly—分别为基础底面沿x、y方向的长 度。
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1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的 开关按键来实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按
PCBA
键
开关 键
传统机械按键设计要点： 1.合理的选择按键的类型， 尽量选择平头类的按键，以 防按键下陷。 2.开关按键和塑胶按键设计 间隙建议留0.05~0.1mm，以 防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计 算累积公差，以防按键手感 不良。
2n 2 960 rad / s
60
60
隔振后允许振幅
A vp 0.01 m 1104 m
100
要求的隔振因数
F 200 1
F 600 3
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要求隔振系统的固有角频率
ni
100 1
1/ 3 50rad/ s 11/ 3
要求隔振器的刚度
ki
F A
200 1104
－
0
地基
土能量吸收系数（
ｓ／
ｍ），见表9－6；
1－动力影响因数，见表9－7。
31
二、机械基础的隔振 对有振动的机械设备采取的隔振叫积极 隔振或主动隔振。 对需要防止受振动影响的机械、设备、 仪器等采取的隔振叫消极隔振或被动隔 振。 常用的隔振器材料有：橡胶、钢制弹簧、 泡沫塑料及软木等。 （一）隔振器的布置形式
式中 －机械的扰力角频率或地基的干扰振动角频率（rad / s);
ｎｉ－隔振系统的固有角频率（rad / s);
ki 隔振器的刚度（kN/m）； mi 隔振系统的总质量（t）。
应适当减小隔振器的刚度ki和增大隔振系统的质量mi
35
设计时可按以下各式近似确定隔振器的刚度和隔振系统质量：
ki
2mi
第八章 机械基础设计
§9—1 机械基 础的要求
一、概述 基础--机械向地基 传递载荷的中间结 构体即为基础。
图9-1 机械的基础与地基
1
常见的机械扰力有两大类： 1)周期性扰力。这类扰力主要由机械运行时 的不平衡和惯性力产生的。 2)冲击性扰力。这类扰力主要是由具有冲击 性工作特性的机械产生的。冲击性扰力大而 作用时间很短，且一般无周期性。 二、机械基础的结构型式 机械基础的结构型式主要有大块式、墙式和 框架式三种，如图9—2所示。
0
ｆ－基础上机械的扰力频率（Ｈｚ），一般为５０Ｈｚ以下。 0
对于冲击机械，可采用基础的固有频率ｆｎ； ｒ０－圆形基础的半径或矩形及方形基础的当量半径（ｍ）； ｒ－振动基础中心至地面考察点的水平距离（ｍ）；
－地基土的性质和基础底面
0
积大小对振动波传播的
影响因数，
见表9－5；
8
4）计算地基的静强度。 5）计算基组的总质心位置，尽量使 其与基础底面形心在同一垂直线上。 6）根据机械扰力的性质进行基组动 力学计算。 7）计算基础构件的强度和配置钢筋。 8）绘制基础施工图。
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五、机械基础的设计要点
1）力求避免基组共振 对有周期性扰力的机械，应尽量使机 械—基础-地基系统的固有额率与机械 扰力的激振频率相差25％以上。 对有冲击性扰力的机械，应尽量使其 远离对振动敏感的机械和设备，必要 时可以采取隔振措施。
机械压力机基础设计举例
25
26
§9－4 机械基础的构造与材料
一、机械基础的构造 机械基础的构造应能保证基础在静力和动力载荷的 作用下具有足够的整体刚度和强度。 基础顶面尺寸应比其上面的机械设备的底面尺寸稍 大，每边大出尺寸不宜小于100mm。 基础地脚螺栓设置的规定： 地脚螺栓的埋置深度以不超过（30~40）d为宜。 基础整体宜采用整体式或装配整体式结构。
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二、基组偏心计算
基组总质心与基础底面形心应在同一 条垂直线上。 偏心距与沿偏心方向的基础底面边长 之比,即偏心率e≤3%--5%。 基组总质心的位置：
20
x0
mi xi
mi
y0
mi yi mi
z0
mi zi
mi
式中 x0、y0、 z0—机组总质心 的坐标； xi、yi、zi—机组 各单块体质心的 坐标； mi—机组各单块 体的质量。
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§8—5 机械基础的隔振简介
一、弹性波在土壤中的传播和衰减 机械基础竖向或水平向振动衰减可按式（9-52） 作近似估算
Ar
A0
r0 r
0
r0 r
(1
0
)
e
f00 (r r0 )
对于方形及矩形基础
r0 1
A
对于圆形基础
r0
A
(9- 52) (9- 53) (9- 54)
30
式中 Ａｒ－距振动中心ｒ处地面上的振动线位移幅值（ｍ）； Ａ－振动基础的振动线位移幅值（ｍ）；
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fp—单桩承载力设计值；单位为KN； M--基础底面上的总力矩，单位为kN.m； I--基础底面通过其形心在力矩M方向的截 面惯性矩，单位为m4，见表9－2。 Smax--在平行于力矩M方向，由基础底面形 心至基础底面边缘的距离，或由桩台底面 形心至最外侧桩中心的距离，单位为m； Si--在平行于力矩M方向由桩台底面形心至 第i根桩中心的距离，单位为m；
1 1
(9- 59)或ki源自F A(9- 60)
mi
ki
2 ni
(9- 61)
式中 ki 要求的隔振器刚度（kN/m）；
mi 隔振系统的总质量（t）；
F - 经过隔振后传递的动载荷（kN)；
A - 经过隔振后机械的振幅(m)；
要求的隔振因数；
机械的扰力角频率或地基的干扰振动角频率（rad/s)；
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图9-14 支承式隔振器的布置形式
43
图9-15 悬挂式隔振器的布置形式
44
45
46
47
ni 隔振系统的固有角频率(rad/s)。
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例9-1 某风机由电动机直接带动，转速为 n=960r/min，风机连同电动机的不平衡惯性力 F基=6础00的N动，载风荷机F与'<电=2动00机N，质风量机m允0=7许00的kg振，动要速求度传给 vp=0.01m/s。试确定垂直方向隔振器参数。
解：扰力角频率
6
4）当基础的振动影响较大时，应采 取隔振措施； 5）基础不得产生有害的不均匀沉降； 6）重要的或对沉降有严格要求的机 械，应对其的沉降情况定期观测。
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四、机械基础设计的一般步骤
机械基础设计的一般步骤如下： 1）了解和分析设计任务，并收集有 关的设计资料。 2）初步确定基础的结构型式。 3）初步确定基础的几何尺寸和埋置 深度。
10
对重要的机械基础，基组固有频率应 能改变。
2)合理选择基础型式和尺寸
对转速较低的机械（n<= 750 r／min） ， 应尽量提高基组的固有频率。 对转速较高的机械(n＞750 r／min)， 可采取相反的措施。 对有冲击性扰力的机械，宜加大基础 质量或采用隔振基础。
11
3)防止基础偏沉
为防止基础偏沉，应使地基土具有 均匀的压缩性。同时，应力求使机 械的垂直扰力通过基组的质心，使 机械的水平扰力也通过基组的质心 或尽量减小它们的偏心距，以减小 扰力矩。
21
基础底面的型心位置O´（x ´、y ´） 按底面几何形状计算。 如图9-4所示，机组沿x方向和y方向 的偏心率分别为
ex
x x0 lx
ey
y y0
ly
(9- 7)
22
当基础底面为对称图形时，x ´=lx/2, y ´ =ly/2,所以偏心率为
ex
0.5
x0 lx
ey
0.5
32
1.支承式 2.悬挂式 （二)隔振器的要求 隔振器应有良好的隔振效果，结构简单， 性能稳定，易安装调整，经济性好。
33
对于积极隔振，若隔振前机械传给地基的动载荷最大值为F， 各隔振后减小为F‘，则隔振因数可表示为
（9-55）
（9-56）
34
1
2 2
ni
1
(9- 57)
ni
ki mi
(9- 58)
17
Pmax--基础边缘处的最大压强，单位为kPa； Fmax--单桩上的最大载荷，单位为kN；
αf--地基承载力的动力折减系数，可 按下列规定采用：对旋转式机械基 础可取αf=0.8；对锻锤式机械基础可 取αf可按式（9-5）计算。其他机械 基础可取αf=1。
18
f
1
1
a
g
(9- 5)
其中a为基础的振动加速度（m/s2）；β为 地基土的动沉陷影响因数，见表9-1。
27
当基组受偏心的垂直扰力或水平扰力作 用时，易使地基支承面形成拱状。 可在基础底面的中部做出凹槽。凹槽不 宜太深，且应在凹槽附近布置受弯钢筋。 此外，也可采用超载预压地基的办法， 消除支承面呈拱状的现象。
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二、机械基础的材料 机械基础大多用混凝土或钢筋混凝土建造。 基础顶面二次浇灌的混凝土，一般应比基体 的混凝土标号提高一级。 对于有防水、防油、防渗等要求的基础，所 用混凝土标号不得低于C20。 机械基础的配筋，一般采用I级或II级钢筋， 不得使用冷轧钢筋。
2
大块式基础常用钢筋混凝土做成整 体。 墙式基础是由承重的纵墙和横墙组 成。 这两种结构的基础中均需预留有安 装和操作机械所必须的沟槽和孔洞。 框架式基础是由固定在一块连续底 板上的立柱和与其相连的横梁、纵 梁、顶板组成。
3
大块式基础应用最广，其特点是基 础刚度大。 框架式基础常用于有较高振动频率 的机械。 墙式基础的刚性介于二者之间，当 机械要求安装在一定的高度时常采 用这种结构型式。
2106 N / m
隔振系统总质量
mi
ki
2 ni
2 106 502
kg
800kg
隔振器底座的质量
mB mi m0 800 700 100kg
38
图9-4 基础底面形心及基组偏心
39
图9-10 地脚螺栓简图
40
图9-11 地基支承面在扰力作用下呈拱状
41
图9-12 基础底面中部做出凹槽
扰力角频率100kg700800800kgkg5010隔振器底座的质量隔振系统总质量要求隔振器的刚度频率要求隔振系统的固有角图94基础底面形心及基组偏心图910地脚螺栓简图图911地基支承面在扰力作用下呈拱状图912基础底面中部做出凹槽图914支承式隔振器的布置形式图915悬挂式隔振器的布置形式精选ppt44精选ppt45精选ppt46