機械設計第16章箱體、導軌與鉸鏈.ppt

第16章箱體、導軌與鉸鏈,16.1箱體,16.1.1箱體的主要功能,箱體的主要功能有：,1支承并包容各種傳動零件，還可以儲存潤滑劑，實現(xiàn)各種運動零件的潤滑。2安全保護和密封作用，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。3使機器各部分分別由獨立的箱體組成，便于加工、裝配、調整和修理。4改善機器造型，協(xié)調機器各部分比例，使整機造型美觀。,16.1.2箱體設計應考慮的主要問題,設計的過程中主要應考慮以下問題：,1.滿足強度和剛度要求。,散熱性能和熱變形問題。結構設計合理。工藝性問題。減振、隔振問題。造型好、質量輕。,值得注意的是在設計不同的箱體時，考慮問題時應該有所側重。,16.1.3箱體毛坯的選擇,鑄造容易制造出結構復雜的箱體毛坯，鑄造箱體的熱影響變形小，吸振能力較強，也容易獲得較好的結構剛度，但其質量大。,焊接箱體允許有薄壁和大平面，而鑄造卻較難實現(xiàn)薄壁和大平面，此外焊接箱體一般比鑄造箱體輕，,大型的機座或箱體的制造，則常采用分體鑄造，整體焊接的辦法。,在選擇箱體毛坯的時候，還要與生產能力和生產規(guī)模相符合。,1614箱體結構主要參數(shù)設計,2加強筋,加設筋板既可以增大強度和剛度，又可以減少質量。,筋板的不同布置對于加設筋板的效果有很大的影響。表16-4列出了幾種筋板的布置情況。,3孔和凸臺,箱體內壁和外壁上位于同一軸線上的孔，單件小批量生產時，應盡可能使孔的質量相等；成批大量生產時，外壁上的孔應大于內壁上的孔徑。,在箱壁上與孔中心線垂直的端面處附加凸臺，可以增加箱體局部的剛度。,1壁厚,鑄鐵、鑄鋼和其它材料箱體的壁厚可以從表16-1和表16-2中選取，表中N用下式計算：N=（2L+B+H）/3000（mm）式中：L-鑄件長度（mm），L、B、H中，L為最大值；B-鑄件寬度（mm）；H-鑄件高度（mm）,4聯(lián)接和固定,為了保證聯(lián)接剛度，應注意以下幾個方面的問題：,（1）重要結合面表面粗糙度值Ra應不大于3.2m，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。（2）合理選擇聯(lián)接螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結合面的預緊力。(3)合理設計聯(lián)接部位的結構，聯(lián)接部位的結構、特點及應用見表16-5。,16.1.5典型箱體結構,1.傳動箱體如減速器、汽車變速箱及機床主軸箱等的箱體，主要功能是包容和支承各傳動件及其支承零件，這類箱體在結構上應保證有好的密封性、高的強度和剛度。2.機殼類箱體如齒輪泵的泵體，各種液壓閥的閥體，主要功能是改變液體流動方向、流量大小或改變液體壓力。這類箱體在結構上除了要保證好的密封性、高的強度和剛度外，還要能承受箱體內液體的壓力。3.支架箱體如機床的支座、立柱等箱體零件，在結構上要保證箱體有一定的強度、剛度和精度，這類箱體設計時要特別注意剛度和外觀。,162導軌,16.2.1導軌的功能,導軌起支承和導向的作用。,16.2.2導軌設計基本要求,對導軌的設計應滿足如下要求：1.一定的導向精度。2.運動輕便平穩(wěn)。3.良好的耐磨性。4.足夠的剛度和較大的承載能力。5.溫度變化影響小。6.結構工藝性好。,16.2.3滑動導軌設計,一、滑動導軌設計的主要內容,1.根據(jù)工作條件，選擇合適的導軌類型。2.選擇導軌的截面形狀，以保證導向精度。3.選擇適當?shù)膶к壗Y構及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運動輕便和平穩(wěn)。,4.選擇導軌的補償及調整裝置，經長期使用后，由于磨損，將會出現(xiàn)間隙，影響導軌的導向精度和承載能力，因此必須選擇合適的調整裝置來對磨損量進行補償或對間隙進行調整以保持需要的導向精度。5.選擇合理的潤滑方法和防護裝置，使導軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損，增加導軌的使用壽命。6.制訂保證導軌所必須的技術條件，如選擇適當?shù)牟牧希约氨砻婕庸?、熱處理、測量方法等。,二、滑動導軌的結構設計,1.滑動導軌截面的基本形式,（1）三角形導軌,該導軌磨損后能自動補償，不會產生間隙，故導向精度高。如果導軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導軌面。,（2）矩形導軌：優(yōu)點是結構簡單，制造、檢驗和修理方便；導軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應用廣泛。由于它必須留有側面間隙，且磨損后不能自動補償，它的導向精度沒有三角形導軌高，導軌間隙需用壓板或鑲條調整，且磨損后需重新調整。,（3）燕尾形導軌燕尾形導軌的調整及夾緊較簡便，用一根鑲條可調節(jié)各面的間隙，且高度小，結構緊湊；但制造檢驗不方便，摩擦力較大，剛度較差，不適用于承受大的傾覆力矩和向上力矩，用于運動速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合。,（4）圓形導軌制造方便，外圓采用磨削，內孔珩磨可達精密的配合，但磨損后不能調整間隙。為防止轉動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場合。,2.常用導軌組合形式,（1）三角形和矩形組合,這種組合形式以三角導軌為導向面，不需要用鑲條調整間隙，導向精度較高，而平導軌的工藝性好，因此應用最廣。組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。,棱-平組合,V-平組合,圖16-1三角形導軌與矩形導軌的組合形式示意圖,（2）矩形和矩形組合承載面和導向面分開，因而制造和調整簡單，導向面的間隙用鑲條調整，接觸剛度低，而且必須留有間隙，降低了導向精度。寬式組合導向面由于距離大，熱膨脹時變形量大，要求間隙大，因此其導向精度和導向性能不如窄式組合。,圖16-2矩形導軌與矩形導軌的組合形式示意圖,窄式組合,寬式組合,（3）雙三角形導軌導向面間無間隙，接觸剛度好，導向精度高。采用對稱結構，兩條導軌磨損均勻，較高的工作精度。但其工藝性差，四個表面刮削或磨削也難以完全接觸，對溫度變化較敏感，故不宜用在溫度變化大的場合。,圖16-3雙三角形導軌的組合形式示意圖,3.間隙調整,為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。導軌的間隙調整廣泛采用鑲條和壓板。,（a）壓板調整間隙,（b）鑲條調整間隙,（c）墊片調整間隙,（d）側面間隙的調整,圖16-4矩形導軌的間隙調整,4.夾緊裝置有些導軌（如非水平放置的導軌）在移動之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖（夾）緊裝置。常用的鎖緊方式有機械鎖緊和液壓鎖緊。,5.提高耐磨性措施,1）選擇合理的壓強,2）選擇合適材料,3）熱處理,4）潤滑和防護,6.結構尺寸的驗算,1)校核溫度變化對導軌間隙的影響,2)不自鎖的條件,16.2.4滾動導軌設計簡介,一、滾動導軌的特點,在承導件和運動件之間放入一些滾動體（滾珠、滾柱或滾針），使相配的兩個導軌面不直接接觸的導軌，稱為滾動導軌。,特點：,摩擦阻力小，運動輕便靈活；磨損小，能長期保持精度；動、靜摩擦系數(shù)差別小，低速時不易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，故運動均勻平穩(wěn)。,缺點：導軌面和滾動體是點接觸或線接觸，抗振性差，接觸應力大，故對導軌的表面硬度要求高，對導軌的形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高。,二、滾動導軌的結構形式,1滾珠導軌滾珠導軌主要有V-平截面的滾珠導軌、雙V形截面的滾珠導軌和圓形截面滾珠導軌等結構形式。由于滾珠和導軌面是點接觸，故運動輕便，但剛度低，承載能力小，常用于運動件重量、載荷不大的場合。,滾柱導軌中的滾柱與導軌面是線接觸，故它的承載能力和剛度比滾珠導軌大，耐磨性較好，但靈活性稍差。滾柱對導軌的不平度較敏感，容易產生側向偏移和滑動，而使導軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。滾柱導軌支承為標準部件，具有安裝、潤滑簡單，調整防護容易等優(yōu)點。由于滾柱在封閉的滾道內滾動，故可用于行程很大的導軌上。,三、滾動導軌設計的一般問題,1結構形式的選擇2導軌長度的選擇一般應在滿足導軌運動行程的前提下，盡可能使導軌的長度短一些。3.滾動體尺寸和數(shù)目當滾動體的數(shù)目增加時，導軌的承載能力和剛度也增加。但滾動體的數(shù)目不宜太多，過多會增加載荷在滾動體上分布的不均勻性，剛度反而下降。若滾動體數(shù)目太少，制造誤差將會顯著地影響運動件的導向精度。4滾動導軌剛度及預緊方法當工作臺往復移動時，工作臺壓在兩端滾動體上的壓力會發(fā)生變化，受力大的滾動體變形大，受力小的滾動體變形小。為減小導軌變形，提高剛度，除合理選擇滾動體的形狀、尺寸、數(shù)量和適當增加工作臺的厚度外，常用預加載荷的辦法來提高導軌的剛度。,2滾柱（滾針）導軌,163鉸鏈,16.3.1鉸鏈的功能,鉸鏈的主要功能是將一個構件與另一個構件通過轉動副相聯(lián)，使得這兩構件之間可以作相對的轉動，并且可以傳遞一定的力。,16.3.2鉸鏈設計基本要求,鉸鏈的設計主要應滿足如下基本要求：,1強度和剛度的要求鉸鏈軸必須有足夠的強度，避免出現(xiàn)彎曲破壞，同時還要有足夠的剛度，避免出現(xiàn)過大的撓曲變形。2運動輕便平穩(wěn)的要求工作時，應輕便省力，摩擦阻力要小，運動平穩(wěn)，沖擊較小。3良好的耐磨性磨損是鉸鏈機構的主要破壞形式，磨損導致聯(lián)接間隙增大，使得運動不平穩(wěn)，應盡量減少磨損量，使鉸鏈能夠正常工作。4結構工藝性好在保證鉸鏈其它要求的前提下，應使鉸鏈結構簡單，便于加工、裝配和維修，降低成本。,16.3.3鉸鏈常見結構,根據(jù)鉸鏈軸固定還是轉動與否，常見的