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机座的结构设计

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:1

机座的材料和时效处理

1.机座的材料：机座材料应根据其结构、工艺、成本、生产批量和生产周期等要求正确选择，常用的有：

(1)铸铁：容易铸成形状复杂的零件；价格较便宜；铸铁的内摩擦大，有良好的抗振性。其缺点是生产周期长，单件生产成本较高；铸件易产生废品，质量不易控制；铸件的加工余量大，机械加工费用大。

常用的灰口铸铁有两种：HT200适用于外形较简单，单位压力较大（p>5公斤/厘米2）的导轨，或弯曲应力较大的（σ≥300公斤/厘米2）床身等；HT150的流动性较好，但机械性能稍差，适用于形状复杂而载荷不大的机座。若灰口铸铁不能满足耐磨性要求，应采用耐磨铸铁。

(2)钢：用钢材焊接成机架。钢的弹性模量比铸铁大，焊接机架的壁厚较薄，其重量比同样刚度的机座约轻20%~50%；在单件小批量生产情况下，生产周期较短，所需设备简单；焊接机架的缺点是钢的抗振性能较差，在结构上需采取防振措施；钳工工作量较大；成批生产时成本较高。

2.机座的时效处理

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。

时效处理就是在精加工之前，使机座充分变形，消除内应力，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。

机座的结构设计

1. 机座的典型结构

(1)方形截面机座
结构简单，制造方便，箱体内有较大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷较小的场合。所以机座应选择合适的壁厚、筋板和形状，以保证在重力、惯性力和外力的作用下，有足够的刚度。见图21-1。

(2)圆形截面机座
结构简单、紧凑，易于制造和造型设计，有较好的承载能力。

(3)铸铁板装配式机座
铸铁板装配结构，适用于局部形状复杂的场合。它具有生产周期短、成本低以及简化木模形状和铸造工艺等优点。但刚度较整体箱体机座的差，且加工和装配工作量较大。

2.截面形状的选择

为保证机座的刚度和强度，减轻重量和节约材料，必须根据设备的受力情况，选择经济合理的截面形状。机座虽受力较复杂，但不外是拉、压、弯、扭的作用。当受简单拉、压作用时，变形只和截面积有关，而与截面形状无关，设计时主要是选择合理的尺寸。如果受弯、扭作用时，变形与截面形状有关。

在其它条件相同情况下，抗扭惯性矩Ic越大，扭转变形越小，抗扭刚度越大。表21.1是面积相同的，各种截面形状与惯性矩的比较。

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。

3.隔板与加强筋

封闭空心截面的刚度较好，但为了铸造清砂及其内部零部件的装配和调整，必须在机座壁上开"窗口"，其结果使机座整体刚度大大降低。若单靠增加壁厚提高刚度，势必使机座笨重、浪费材料，故常用增加隔板和加强筋来提高刚度。

加强筋常见的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四种（如图21-2）。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。

图21-2

4.连接刚度

为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施：

1）根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径、数量及其位置。必要时，可使螺钉产生预紧力，来提高连接刚度。
2）提高结合表面的光洁度和形状精度，使结合表面上的接触点增多，从而提高结合面的接触刚度。
3）增加局部刚度来提高连接刚度，如图21-3，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。