机架

机架

1 机架结构类型

1.1 按机架外形分类

表13—1 机架外形分类

外形类别网架式框架式梁柱式板块式箱壳式举例

1.2 按机架的材料和制造方法分类

（1）按材料可分为金属机架和非金属机架。

作机架的金属材料有钢、铸铁及铁合金(各种不锈钢、铁合金等)、铝合金、铜合金和其他(如钢丝绳等)。

非金属机架有钢筋混凝土机架或机座、素混凝土机座平台、花岗岩机架或机座、塑料机架、玻璃纤维机架、碳素纤维机架或其他材料机架。

（2）按机架的制造方法分类如下。

○1铸造机架，常用的材料是铸铁，有时也用铸钢、铸铝合金和铸铜等。铸铁机架的特点是结构形状可以较复杂，有较好的吸振性和机加工性能，常用于成批生产的中小型箱体。注塑机架的制造方法类似，它适用于大批量生产的小型、载荷很轻的机架。

○2焊接机架，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较短。焊接机架适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大大降低成本。

○3螺栓连接机架或铆接机架，适用于大型结构的机架。这两种机架大部分被焊接机架代替，但螺栓连接机架仍被广泛应用于需要拆卸移动的场合。

○4冲压机架，适用于大批量生产的小型、轻载和结构形状简单的机架。

○5专业的轧制、锻造机架。

○6其他，用独自制造方法制造的各种金属机架或非金属机架。例如，钢丝绳机架等。

1.3 按力学模型分类

表13—2

2 机架的设计

2.1 机架设计的准则

(1)工况要求

任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形及内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。

(2)刚度要求

在必须保证特定外形条件下，对机架的主要要求是刚度。例如机床的零部件中，床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度;在齿轮减速器中，箱壳的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。

(3)强度要求

对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，机架上任何点的应力都不得大于允许权力。此外，还要满足疲劳强度的要求。

对于某些机器的机架尚需满足振动或坑振的要求。例如振动机械的机架；受冲击的机架；考虑地震影响的高架等。

(4)稳定性要求

对于细长的或薄璧的受压结构及受弯—压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。

(5)美观

目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。

(6)其他

如散热的要求;防腐蚀及特定环境的要求；对于精密机械、仪表等热变形小的要求等。

特别提出注意的是，设计和工艺是相辅相成的，设计的基础是工艺。所以设计要遵循工艺的规范，要考虑工艺的可能性、先进性和经济性。

2.2 机架设计的一般要求

在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。

○1机架的重量轻，材料选择合适，成本低。

○2结构合理，便于制造。

○3结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。

○4结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。

○5抗振性能好。

○6耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。

○7有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。

2.3 设计步骤

○1初步确定机架的形状和尺寸。根据设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸，以保证其内外部零部件能正常运转。

○2根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小，初定制造工艺。例如非标准设备单件的机架、机座，可采用焊接代替铸造。

○3分析载荷情况，载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转的动载荷等。对于高架结构，还要考虑风载、雪载和地震载荷。

○4确定结构的形式，例如采用桁架结构还是板结构等。再参考有关资料，确定结构的主要参数(即高、宽、板厚与材料等)。

○5画出结构简图。

○6参照类似设备的有关规范、规程，确定本机架结构所允许的挠度和应力。

○7进行计算，确定尺寸。

○8有必要时，进行详细计算并校核或做模型试验，对设计进行修改，确定最终尺寸。对于复杂重要的机架，要批量生产的机架，有时候用计算机数值计算且与实验测试相结合的办法，最后确定各部分的尺寸。

○9标明各种技术特征和技术要求。例如机架的允许载荷、应用场合等的限定；制造工艺和材料的要求，制造与安装偏差，热处理要求，运输、吊装的特殊要求，检测或探测的规定，除锈和上漆要求，以及其他各种特殊的要求等。

2.4 机架结构的简化

机架结构计算的内容涉及三个方面：把实际机架抽象为力学模型；对力学模型进行力学分析和计算；把力学分析和计算结果用于机架的结构设计。

（1）选取力学模型的原则

选定机架结构的力学模型时，一方面要反映结构的工作情况，使计算结果与实际情况足够接近；同时也要略去次要的细节，使计算工作得以简化。

实际机架结构往往比较复杂，各部分之间存在着多种多样的联系。如何对各种联系进行合理的简化，是确定结构力学模型的一个主要问题。为此需要分析联系的性质，并找出决定联系性质的主要因素。决定联系性质的主要因素是结构各部分刚度的比值，即结构各部分的相对刚度。

力学模型的选择，受到多种因素的影响。虽有一般规律可以遵循，但在运用时要注意灵活性。影响力学模型的主要因素如下。

○1结构的重要性对重要的结构应采用比较精确的力学模型。

○2设计阶段在初步设计阶段可使用粗糙的力学模型，在技术设计阶段再使用比较精确的力学模型。

○3计算问题的性质一般说来，对结构作静力计算时，可使用比较复杂的力学模型；对结构作动力计算稳定计算时，由于问题比较复杂，要使用比较简单的力学模型。

○4计算工具使用的计算工具愈先进，采用的力学模型就可以愈精确。计算机的应用使许多复杂的力学模型得以采用。

此外，还应注意到，从实际结构得出合理的力学模型，这只是一个方面。另一方面，在选定力学模型之后还应采取适当的构造措施，使所设计得结构体现出力学模型的要求。

（2）支座的简化

计算中选用的支座简图必须与支座的实际构造和变形特点相符合。支座通常可简化为活动铰支座、固定铰座、固定端支座三种。有时需精确汁算而简化为弹性支座。弹性支座所提供的反力与结构支承端相应的位移成正比。

在对实际支座进行简化时，有的支座构造特征明显，很容易简化。有的并不明显。因为铰支座的计算比较方便，因此，对于非标准设计的机架，在满足下列条件下都可按活动铰支座或固定铰支座计算：

○1该支座简化为铰支座后，结构仍是稳定的；

○2该支座简化为铰支座后，结构杆件内的应力仍在许用应力范围之内。

一般地基上部的基础是结构的支座。如以不在一条直线上的三个和三个以上的螺钉牢固安装在基础上，且支架座有足够的刚度时，视为固定端支座。

(3) 结点的简化

计算中选用的结点简图要考虑结点的实际构造，通常将结点简化为铰结点和刚结点两种。