机械设计ch17

设计水平和效率。当今所有的商业化有限元系统商都开发了和著名
的CAD软件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、 SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。
概述
时效处理就是在精加工之前，使机座充分变形，提高其 尺寸的稳定性。常见的方法有自然时效、人工时效和振动 时效等几种，其中以人工时效应用最广。
A) 热时效。铸件在500～600°C下退火，可以大幅度地降低或消除铸 造箱体中的剩余应力。 B) 热冲击时效。将铸件快速加热，利用其产生的热应力与铸造剩余 应力叠加，使原有剩余应力松弛。 C) 自然时效。自然时效和振动时效可以提高铸件的松弛刚性，使铸 件的尺寸精度稳定。
设计不同的机座和箱体对以上的要求可能有所侧重。
箱体设计的补充知识
箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来 决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为“结构包容 法”，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。 箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者 的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台 等的布置和结构参数。对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计
的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是
准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于 大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且 能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元分析软件 COSMOS、ANSYS、NASTRAN、PATRAN、
§17-2 机座和箱体的截面形状及肋板布置
一、截面形状 扭转等变形。
形状
大多数机座和箱体的受力情况很复杂，因而要产生拉伸、压缩弯曲、
机座和箱体受到弯曲或扭转载荷时，截面形状对于它们的强度和刚度
有着很大的影响。 正确设计机座和箱体的截面形状，在既不增大截面面积，又不增大零
件质量的条件下，来增大截面系数及截面的惯性矩，从而提高它们的
刚度和强度。
详细对比
从表中可以看出：
1）空心结构的刚度比实心结构的刚度大； 2）封闭圆形截面的抗扭刚度好，而封闭方形截面的抗弯和抗扭都较好；
3）加大横截面轮廓尺寸和减小壁厚时，可提高刚度。
二、肋板布置
形状
正确地增设肋板可以有效地增大机座和箱体的强度和刚度。
Baidu Nhomakorabea
如果肋板布置不当，不仅不能增大机座和箱体的强度与刚度，
第十七章 机座和箱体简介
§17-1 概
述
§17-2 机座和箱体的截面形状及肋板布置
§17-3 机座和箱体设计概要
第十七章 机座和箱体简介
本章基本要求： 了解机座、箱体结构的类型和设计的基本要求，体会机 座、箱体结构设计时整体构造和合理的工艺性。 机座、箱体是机器中很重要的零部件，它们对其它零件 起包容和支承的作用，工作时承受机器的总重量及作用力和 弯矩等。所以在结构设计时，应从材料的选择、热处理、结 构参数的确定、制造的工艺性等各个设计环节来考虑满足它 们在相应的机器中所承受的载荷和所起的作用。
ADINA、SAP、MARC、ASKA、RASNA、JIFEX（国产）
有限元法十分有效、通用性强、应用广泛，已有许多大型或专用
程序系统供工程设计使用。结合计算机辅助设计技术，有限元法也 被用于计算机辅助制造中。 与CAD软件的无缝集成当今有限元分析系统的另一个特点是与通 用CAD软件的集成使用, 即在用CAD软件完成部件和零件的造型设 计后，自动生成有限元网格并进行计算，如果分析的结果不符合设 计要求则重新进行造型和计算，直到满意为止，从而极大地提高了
反而会造成浪费工料及增加制造的难度。 详细对比 加强筋常见的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四种。直形 筋的铸造工艺简单，但刚度最小；米字筋的刚度最大，但铸造 工艺最复杂。 加强筋和隔板的厚度， 一般取壁厚的0.8倍。
三、连接刚度 为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施：
•提高结合表面的光洁程度和形状精度，使接触面积增大。 •增加局部刚度来提高连接刚度。
的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。
设计概要
一般机座和箱体的结构尺寸可按经验公式、经验数据或类比法设计， 对于重要的机座和箱体应进行精确计算。 结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构 的设计等均要有利于提高机座和箱体的强度和刚度。对于冲击振动 大的机器、机架和地基间应加装隔振板器。 工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固 定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 造型好、质量小。
算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行应力或应变的测定，直
接取得数据或作为计算结果的校核手段。
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用
较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称
为有限元的小的互连子域组成 (把连续体离散成有限个单元) ，对每 一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总
详细对比
运行式机器的机座和箱体可采用钢或轻合金（铸造铝合金）材料。
批量生产且结构复杂的零件以铸造为宜。 单件或少量生产的零件则以焊件为宜。
关于内应力及消除内应力的方法 制造机座时，铸造（或焊接）、热处理及机加工等都会 产生高温，因各部分冷却速度不同而收缩不均匀，使金属 内部产生内应力。如果不进行时效处理，将因内应力的逐 渐重新分布而变形，使机座丧失原有的精度。
形状
•根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径、数量及位置。
在安装螺钉处加厚凸缘；或用壁龛式螺钉孔；或用加强筋等办法增加局 部刚度，从而提高连接刚度。
§17-3 机座和箱体设计概要
设计概要
机座和箱体设计首先要考虑内外部零部件的布置及运动受力状况， 确定机座和箱体的结构形状和尺寸。 机座和箱体等零件工作能力的重要指标是刚度，其次是强度、抗振 性能和耐磨性等。对受力很大的机座和箱体，满足强度是一个重要问 题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚 度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影 响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布
另外，箱体和机座在机器中重量和体积都占有较大的比例， 造型的合理美观对产品的商业化起着重要的作用。
§17-1 概
述
概述
正确选择机座和箱体等零件的材料和正确设计其结构形式及 尺寸，是减小机器质量、节约金属材料、提高工作精度、增强机 器刚度及耐磨性等的重要途径。
一、机座和箱体的一般类型
机座和箱体按构造形式可分为： 机座类、机架类、基板类和箱壳类等四大类。 二、机座和箱体的材料及制法 固定式机器的机座和箱体通常采用铸铁或铸钢。