机电装备设计思路课件

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。
埋入式
增加凸缘厚度可提高惯性矩，但螺栓要相应加长，使
螺栓的伸长变形量增加，降低了接触刚度，故凸缘厚度不 宜太大。
支承件的局部变形主要发生在载荷较集中的局部结 构处，它与局部变形处的结构及尺寸等因素有关
4.3 动态特性
4.3.1 动态分析
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。
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。
图a)中，肋板相对于 x轴的惯性矩为H 3b ； 12
图b)中，肋板相对于 x轴的惯性矩为Hb3 ； 12
两者之比为H，2 b2
当支承件以凸缘连接时，连接刚度取决于螺钉刚 度、凸缘刚度和接触刚度。为了保证支承件具有一定的 接触刚度，接合面上的压力应不小于1.5~2.0MPa,
图a）无肋板刚度较低；图b）加了4条肋板刚度较高；图 c）店面为封闭式结构，向内加了工艺凹孔，6个螺钉在4 个方向，其刚度最高。图4-13显示了在两种不同的连接设 计中，受载时E点处在y方向上的变形量。
a) “T”形肋板：提高水平面上的抗弯刚度， b) 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) c)肋板“W”形布置 ：提高水平面上的抗弯、抗扭刚度； d) 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
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。
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。
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
l(0.86 ～ 1 5 .3)1 h
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。
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
.3 动态特性
本次课 内容
4.4 热变形特性
4.5 结构设计
4.1基本要求及设计步骤
4.2.1 受力和变形分析（以卧式床身为例）
F 产生的弯矩使床身在垂直面内产生弯曲变形， z 从而使工件产生的加工误差，但对工件直径影响 较小。
Fy
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
TbFy(h1h2)Fzd2
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。
4.2.2 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。
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。
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：支承件抵抗局部变形的能力。 连接刚度影响因素：连接处的材料、几何形状与尺寸， 接触处硬度及表面粗糙度、几何精度和加工方法等因素 有关。