机械装备的金属结构设计-精

三、金属结构的发展
• 1、金属结构是出现较晚的一种结构型式。在二十世纪 开始采用焊接技术后，金属结构领域引发重要变革。
• 2、我国是应用起重机械最早的国家之一，古代的祖 先采用杠杆及辘轳取水，就是采用起重设备节省人力 的范例。
• 3、为培养起重机械行业的专门人才，国家在上海交 通大学、太原科技大学等多所高等工科学校中，创办 了起重运输机械专业，为起重机械行业输送了大批高 级工程技术人才。
• 5、广泛使用焊接结构，研究新的连接方 法
• 6、金属结构的大型化
起重、工程、矿山、采油等机械随 着国民经济的发展逐渐向大型 化、专业 化、高效率的方向发展。机械装备的金 属结构也越来越庞大
第四节 课程特点、课程任
务、学习方法
一、课程特点
1、涉及先修课程多 2、涉及相关专业课程多 3、涉及设计规范和标准多 4、涉及计算公式多 5、涉及表达课程相关内容的图形多 6、涉及设计计算的表格多 7、涉及计算的曲线多
图是从数到图，制造是从图到物的创新设计全 过程。 5、本课程工程性鲜明。要理论和实践并重。
二、课程任务
运用机械设计、材料力学、结构力学、 弹性力学、工程材料等理论知识，研究 金属结构的强度、刚度、稳定性以及各 种连接的设计理论和计算方法，进而设 计出科学合理的机械装备金属结构。
三、学习方法
1、综合性强，要融汇各门相关专业课的知识。 2、具体问题具体分析，选择合适的设计方法和
计算公式 3、树立设计是从无到有，计算式从有到数，绘
•
7）金属结构可靠性设计方法；
•
8）金属结构动态设计方法等。
2、部件标准化、模块化和结构定型系列 化
• 机械金属结构构件、部件的标准化、模 块化是结构定型系列化的基 础。结构定 型系列化是简化设计、实现成批生产、 缩短工时、降低成本的有效方法，应予 足够重视。
• 3、总结、创新和推广先进的结构型式
创新结构型式，不仅能改善性能，满 足工作要 求，而且能节省钢材，减 少能 耗，降低制造和运行 成本因此金属结构 的合理 选型在设计中是十分高经济指 标的合金钢、轻型金属材料，采用和生 产各种新型热轧薄壁型钢和冷弯模压型 材以及其它新兴材料是节省材料、减轻 自重的有效方法。
四、金属结构的特点
1、金属结构计算方法准确安全可靠 2、金属结构自重轻 3、金属结构制造工业化程度高 4、金属结构易于安装 5、金属结构便于做成密封容器 6、金属结构容易腐蚀 7、金属结构材料昂贵
二、机械装备金属结构的 分类和应用
一、金属结构的分类
1、按金属结构的构造分类：格构（桁架） 和实腹结构
5、按照金属结构受力特征 分类
• 金属构件可分为受弯构件、轴心受力构 件、压弯构件、受扭构件、弯扭构件等 。
6、按照基本元件之间连接 方式分类
螺栓连接、铆钉连接和焊缝连接。
焊缝连接不仅简化了结构，缩短了共识， 而且大大减轻自重，因此在机械装备金 属结构中得到广泛使用。螺栓连接工艺 性好，拆装方便，应用广泛。铆钉连接 由于制造工时多等缺点，应用渐少。但 由于铆钉安全可靠，对受冲击大的重型 结构的某些部位仍需使用铆钉结构
之间的连接
• 混合结构：
桁架结构
4、按作用界面与结构空间相互 位置分类：平面结构和空间结构
平面结构的作用载荷和结构各构件的轴线 位于同一平面内。
当结构杆件的轴线不在一个平面内， 或结构杆件轴线虽位于同一平面， 但外载荷作用于结构平面外（即平 面结构空间受力）时均为空间结构
如集装箱门式起重机的门架，轮式起 重机的车架都是空间结构。
二、金属结构的应用
1、工业厂房和重型车间的承重骨架，如冶金车间、铸造
车间
2、大跨度建筑物骨架，如火车站、体育馆 3、多层框架结构，如高层楼房、炼油化工设备构架 4、机械装备的骨架，如起重机的门架、桥架、塔架、
臂架
5、板壳骨架，如高炉、船体、储油库 6、塔桅骨架，如输电塔、矿井钻架、发射塔 7、桥梁结构，如铁路桥梁和车间的承轨梁
机械装备 金属结构设计
第一节 机械装备金属结构的 定义、作用、发展和特点
一、定义
金属结构是以金属材料轧制成 的型钢及钢板作为基本元件，采用 铆、焊、栓接等连接方法，按照一 定的结构（而非机构）组成能够承 受载荷的结构物。
型钢：型钢是一种有一定截面 形状和尺寸的条型钢材。
例如：H型钢
断面形状类似于大写拉丁字母H的一种 经济断面型材，又叫万能钢梁、宽缘(边) 工字钢或平行翼缘工字钢。H型钢的横 断面通常包括腹板和翼缘板两部分，又 称为腰部和边部。
还有：工字钢、槽钢、不等边
角钢、等边角钢、 L型钢、 T 型钢、钢管、方钢等。
工字钢
槽钢
不等边角钢
等边角钢
T型钢
L型钢
铆、焊、栓接等连接方法
焊接
栓接
机械装备
二、金属结构的作用
“骨架”作用：承受和传递机械装 备负担的各种工作载荷、自然载荷 以及自重载荷。它是机械装备的主 要组成部分，约占整机总重的60%80%.
机械装备金属结构的基本 要求和发展趋势
一、基本要求
起重机械、工程机械、矿山机械为重型 机械、其特点是作用载荷大、工作繁忙， 大多数是移动机械，为保证其正常使用， 对金属结构提出如下要求：
1、力学性能 坚固耐用 2、工作性能 保证功能
3、节材性能 减重节材 4、工艺性能 可制造性 5、装运性能 可拆装性 6、美学性能 宜人美观 7、绿色性能 节能环保 8、安全性能 安全可靠
二、发展趋势
1、研究并广泛运用、推广新的设计理论和设计 方法
• 当前国内外出现许多新的设计理论、计算方法
•
1）金属结构的极限状态设计方法；
•
2）金属结构预应力设计方法；
•
3）金属结构疲劳强度计算方法；
•
4）金属结构断裂计算方法；
•
5）金属结构薄板弹塑性失稳的计算方；
•
6）金属结构寿命评估与预测方法；
如塔式起重机的桁架臂和塔身等为格构结 构；门式起重机的箱型主梁和变截面箱 型支腿都是实腹式结构。
承载较大、尺寸较小的结构采用实腹式结 构；承载较小、尺寸较打的结构采用桁 架式结构；
2、按金属结构外形分类
桥架、门架、臂架、塔架结构。
3、按组成金属结构构件之 间连接方式分类
• 铰接结构：桁架结构 • 刚接结构：如图龙门起重机主梁和支腿