第5章支承件

➢由Fz将引起床身在垂直方向的弯矩为Mwz ➢Fz的作用点到主轴中心线的距离为d/2（d
工件直径) ➢在床身上还作用有扭矩
Tnz=Fzd/2
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在水平（x-y）平面内
➢ Fy经刀架作用在床身上， 其反作用力F3和F4经工 件作用在主轴箱和尾架 上；
➢ 由Fy将引起床身在水平方向的弯矩为Mwy，由于Fy的作用 点到床身中心轴的距离为h，对床身还作用有扭矩：
(1)外柱的受力分析
摇臂作用于外柱的，可看作 是由D、E点处两个集中力组 成的力偶。
① yz平面内：弯矩M1=Ff·L ② xz平面内：弯矩M2= Ff·e ③ 切削转矩T使外柱扭转， 扭矩作用于E与F之间。通常 这个扭转变形不大，可以忽略。
(2)内柱的受力分析
受力情况与外柱相似 ① yz和xz面内的弯曲； ②从夹紧点F至根部之间 的扭转。扭转变形不大，
2 应具有较好的热变形特性。 设法减小热变形、不均匀热变形，以降低对加工精 度的影响。
散热、隔热。加大散热面积、加设散热片、风扇、人工致 冷、隔离热源。
均热。 采用：“热对称”等结构，使热变形对 精度的影响较小。
二、重要支承件的设计步骤
1、进行受力分析。 2、初步决定其形状和尺寸。 3、进行验算。 4、修改、对比，选择最佳方案。
机械制造装备设计
第五章 支承件设计
浙江师范大学
第五章 支承件
内容： 机床支承件的功用、分类、应满足的要求; 支承件的受力分析、结构设计。 要求： 对机床大构件具有结构分析及初步的设计能力。
第一节 支承件的功用、基本要求和设计步骤 支承件：是机床的基础构件，包括床身、立柱、
横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降 台等。也称为“大件”。
可以忽略。
结论：
立柱内、外层都以弯曲变形为主。立柱的 弯曲变形也将使主轴偏离其正确位置。
立柱的形状往往是圆形的，故Ml、M2两个 力矩中，只需考虑大的一个，一般为Ml =Ff·L。
四、普通车床床身受力分析
卧式车床床身在切削力作用下主要产生的 变形是垂直和水平面内的弯曲变形，及由 在垂直和水平方向的扭矩联合作用下的扭 转变形。
切削转矩T作用于摇臂，产生 弯曲变形。但T比Ff要小得多。
结论： 摇臂所受的载荷，主要是：
绕y轴的扭矩M2。 竖直(yz)面内的弯矩M1；
这两个力矩使摇臂产生弯曲和扭转变形。使主 轴偏离其正确位置。
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2、立柱的受力分析
立柱分内外两层。 摇臂沿外柱升降，并
连同外柱绕内柱转动。 摇臂与外柱在上、下 两圈D、E处接触。工 作时，内、外柱之间 在F处夹紧。
第二节 支承件的静力分析
一、根据机床所受的载荷的特点分类
1．中、小型机床：载荷以切削力为主。重量（工件、 移动部件）忽略不计。
如中型车床、铣床、钻床、加工中心等。 2．精密和高精度机床：载荷以移动件的重力和热应
力为主。切削力较小（因以精加工为主）忽略不 计。
如双柱立式坐标镗床等。 3．大型机床：载荷必须同时考虑工件重力、切削力
5.1.1 功用 支承其上的其他零部件 ； 保证并保持各零部件的相互位置和相对运动关系 ； 承受切削力、摩擦力、夹紧力等载荷； 有时容纳变速机构、电动机、电气箱、切削液、润 滑油等。
5.1.2 对 支 承 件 的 基 本 要 求
静刚 度
抗振 性
热变 形
内应 力
其他 方面
具有足够的静刚度和 较高的刚度—重量比
抵抗受迫振动 抵抗自激振动
自身刚度 局部刚度 接触刚度
具有较好的热变形特性。
具有较小的内应力。
排屑、操纵、油液回收、加工及 装配工艺性、吊装等。
1、性能要求
（1）应具有足够的静刚度、较高的刚度—重量比。 （2）应具有较好的动态特性。 支承件的固有频率不致与激振频率重合而产生共
振；
应具有较大的动刚度（激振力的副值与振副之 比）、较大的阻尼，使支承件受到一定副值周期 性激振力的作用时，受迫振动的振幅较小。
3、箱形件：三个方向的尺寸都差不多的零件。 如箱体、升降台等。
三、摇臂钻床受力分析
（仅分析切削载荷:切削转矩T 、进给力 Ff）
立柱和摇 臂—— 梁类件； 底座—— 板类件； 主轴箱—— 箱形件。
卧式车床床身的受力分析：
卧 式 车 床 床 身 的 受 力 分 析
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➢工件两端分别支承在主轴和尾架的顶尖上
Tny=Fyh
车床床身变形的主要形式是垂直和水平面内的弯
曲，以及由Tnz和Tny联合作用下的扭转。
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车床床身变形对加工精度的影响
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注意
➢车床床身在水平面内的弯曲变形（近似以1：1 反映为工件的半径误差）；
➢在垂直平面内的弯曲变形及扭转变形对加工精 度的影响：
水平面内的弯曲变形大于垂直面内的影响 扭转变形使刀尖在y方向产生较大的偏移
➢刀尖上的切削力可分解成Fx、Fy和Fz三个分力。
卧 式
轴向力Fx使床身产生拉伸变形，影响小，可忽略；
车
Fy和Fz使床身受弯曲和扭转。
床
床 ➢为便于分析受力及变形，在受扭转时，可将床
身 身视为两端固定的梁；
的
受 ➢受弯曲时，床身视为简支梁。
力
分
析
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在垂直（X-Z）平面内
➢Fz经刀架作用在床身上，经工件，作用于 主轴箱和尾架上的力为F1和F2
➢设计车床床身时，主要应提高水平面内的弯曲 刚度；
➢在设计长床身时，也要注意提高扭转刚度。
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摇臂和立柱，都可看作是一端固定的悬臂梁。
1、摇臂的受力分析
（1）yz平面内：
最大弯矩M1=Ff·L， 使摇臂产生弯曲变形。
（2）xz平面内: 绕y轴的扭矩 M2= Ff·e，使摇臂产生扭转变形。 （3）xy平面内：
和移动件的重力。
如重型车床、落地镗铣床、龙门式机床等。
二、根据支承件的形状分类
1、梁类件：一个方向的尺寸比另外两个方向的大
得多的零件。 如床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等。
箱体
拖板 床身
箱体（床脚） 数控车床支承件
滑枕
2、板类件：两个方向的尺寸比第三个方向的 大得多的零件。
如底座、工作台、刀架等。
在弯曲变形中，水平面内的弯曲对加工精 度的影响比垂直面内的弯曲要大。对于较 长的床身，扭转变形对加工精度的影响最 大。
第三节 支承件的静刚度
支承件的变形
自身变形 局部变形 接触变形
➢ 例：床身
载荷是通过导轨面施加到床身上去的。变形包 括床身自身的变形，导轨部分局部的变形，导 轨表面的接触变形。