第十一章 支承件设计
石材机械支承件的结构设计全过程
石材机械支承件的结构设计全过程石材机械是在石材行业中使用较为广泛的设备之一，其支承件在机械运行过程中承担着重要的作用。
为了提高机械运行的稳定性和效率，对支承件的结构设计进行优化和改进具有非常重要的意义。
本文将详细介绍石材机械支承件的结构设计全过程。
第一步：确定设计要求在设计之前，首先需要明确设计要求。
石材机械支承件的设计要求需要考虑以下几个方面：1.机械运行的负载特征和工作环境要求2.支承件的材料和成本要求3.支承件的使用寿命和可靠性要求4.支承件的安装和维护要求以上几个方面是支承件结构设计中需要考虑的关键因素，也是设计过程中必须要重视的方面。
在确定设计要求之后，可以进入下一步。
第二步：选择支承件的结构形式支承件的结构形式选择需要根据机械的运行负载和工作环境等要求来决定。
常见的支承件结构形式包括轴承、销轴承、滑轮和框架等。
在选择结构形式时需要综合考虑机械运行的负载特征和工作环境要求。
第三步：计算支承件的负载特征确定好支承件的结构形式后，需要计算支承件的负载特征。
其中，包括机械的受力状态、材料的应力应变特性等。
根据支承件的负载特征，可以进一步评估支承件的承载能力，确定材料的选择和加工工艺。
第四步：绘制支承件结构图计算出支承件的负载特征后，需要在纸面上绘制出支承件的结构图。
结构图中需要标注材料的选用、加工工艺、尺寸和安装要求等详细信息。
第五步：进行机械测试和改进支承件的结构设计完成后，需要进行机械测试，以验证支承件的性能和稳定性。
根据测试结果，可以对支承件的结构进行改进和调整，以满足机械的运行需求。
第六步：进行数据分析和总结在经过测试和改进后，需要对支承件的性能和稳定性进行数据分析和总结。
对支承件性能指标的优化和改进进行总结和回顾，以推动支承件结构设计的进一步发展和改进。
结论石材机械支承件的结构设计全过程需要根据机械的运行特点和工作环境要求，综合考虑材料、加工工艺、尺寸和安装要求等多方面因素。
通过对支承件结构形式选择、负载特征计算、支承件结构图绘制、机械测试和数据分析等多个步骤的全面把握和考虑，可以实现对支承件结构设计的全面优化和改进，以提高机械的运行稳定性和效率。
机床支承件设计
机床支承件设计了解支承件的功能和应满足的基本要求，可根据机床的类型和布局形式合理地选择支承件的形状，理解支承件构造的设计特点、支承件材料及壁厚的合理选择，掌握支承件截面形状选择的一般原则，以及提高支承件构造性能的合理措施等。
一、支承件的功能和应满足的基本要求支承件的主要功能是保证机床上各零部件之间的相互位置和相对运动精度，并保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度等。
支承件应满足的基本要求：1）具有足够的刚度和较高的刚度一质量比；2）具有较好的动态特性；3）热稳定性好, 热变形对加工精度的影响要小；4）排屑畅通、吊运安全，构造工艺性良好。
二、支承件的构造设计设计支承件时，应首先考虑所属机床的类型、布局及常用支承件的形状。
在满足机床工作性能的前提下，综合考虑其工艺性。
还要根据其使用要求，开展受力和变形分析，再根据所受的力和其他要求开展构造设计，初步决定其形状和尺寸。
通过计算机对其开展有限元分析和计算，求出其静态刚度和动态特性，再对设计开展修改和完善，选出最正确构造形式。
既能保证支承件具有良好的性能，又能尽量减小质量，节约材料。
常见支承件的形状：1）箱形类；2）板块类；3）梁类。
支承件构造的合理设计是应在最小重量条件下，具有最大静刚度。
静刚度主要包括抗弯刚度和抗扭刚度，均与截面系数成正比。
支承件截面形状不同，即使同一材料、截面积一样，其抗弯和抗扭截面系数也不同。
1）支承件空心截面的刚度都比实心的大，而且同样的截面形状和一样大小的面积，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面，其抗弯刚度和抗扭刚度都高。
2）圆（或环）形截面的抗扭刚度比矩形截面的好，但抗弯刚度比矩形截面的低。
3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。
支承件的肋板和肋条的布置：肋板是指联接支承件四周外壁的内板，它能使支承件外壁的局部载荷传递给其他壁板, 而使整个支承件承受载荷，加强支承件的自身刚度和整体刚度。
机床支承件结构设计方案优化选择
机床支承件结构设计方案优化选择机床支承件是机床上承受加工力和转矩的重要部件，其设计方案的优化选择将直接影响机床的加工精度和稳定性。
在机床支承件结构设计方案优化选择时，需要综合考虑支承件的工作环境和加工工艺和所需的刚度、重量和成本等因素，以实现最优的设计方案。
首先，支承件的设计应该具有合适的工作环境适应能力。
机床工作环境一般具有高温、重载、高速等特点，支承件应该能够适应这些工作条件。
因此，在材料选择上，要选择能够承受高温和重载的合金钢、铸铁或其他高强度材料。
此外，在工作条件下，支承件还需要有良好的抗疲劳性能，以确保长期可靠的工作。
其次，支承件在加工精度上也具有重要的作用。
支承件的设计应尽量精确，以保证所制作的机床部件在加工过程中的精度和稳定性。
在支承件的设计中，采用优化结构和材料选用的方式可以有效地提高支承件的刚度和稳定性，增加维修和维护的周期，并降低使用成本。
在设计方案中，还需要考虑支承件的重量和成本。
过度的重量会影响机床的工作速度和稳定性，成本则是影响生产商可承受范围的因素之一。
一般来讲，支承件的设计需要在降低重量和降低成本之间实现平衡，以达到最合适的设计方案。
最后，在机床的加工工艺方面，机床支承件的设计还需要具备特定的形状和结构，以适应加工所需的工艺要求。
在此基础上，可以通过设计方案的调整，减小机床所需的加工工艺和时间，提高工作效率和稳定性。
综上所述，机床支承件结构设计方案的优化选择需要综合考虑工作环境、加工精度、成本和加工工艺等方面的因素。
在实际应用中，可以通过对各项因素进行权衡，选择最佳的设计方案，以提高机床的整体性能和使用寿命。
相关数据分析可以帮助我们更好地了解一个事物或现象的特点、趋势和影响因素。
以下是分析一组数据的示例：以某家电企业的销售数据为例，假设该企业在过去五年（2016-2020年）的销售人民币总额如下：2016年：10亿元2017年：11亿元2018年：12亿元2019年：14亿元2020年：13亿元首先，我们可以对这组数据进行简单的整体分析。
机床支承件结构设计PPT课件
• 式中L、B、H—铸件 的长、宽和高（m）
当量尺寸/m 0.75 1.0 1.5 1.8 2.0 2.5 3 3.5 4.5
壁厚/m
8 10 12 14 16 18 20 22 25
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壁厚的设计
焊接件壁厚： • 中型机床，5~6mm，
闭式，正确布置隔板、肋，防止薄壁振动。 或采用10mm厚壁板
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整体布局
结 构 特 征 的 工 艺 性 特 征
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整体布局—结构选择 结构类型
◎“—”形形式
承载结构主要是床身，或 床身与底座的组合。
◎ “|”形形式
承载结构主要是立柱， 或立柱与底座的组合。
◎ “┴”形形式
承载结构式床身和立 柱的组合
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整体布局—结构选择
结构类型
◎“匚”形形式
承载结构是床身与立柱、横臂等 三者的结合。称为单臂式机床。
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机床支承件概述
基本设计要求
– 高刚度化—结构设计及加工 – 高阻尼精度—增加系统阻尼，调整构件自身
频率
– 高耐磨性—选取耐磨材料，保证润滑良好 – 热变形小 —注重散热和隔热，平衡温度场，
采用热对称结构
–屑通畅，操作方便，吊运安全，加工
及装配性好等
◎“□”形形式
支承由床身、横梁以 及双立柱组合而成， 形成封闭的方框。
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整体布局—结构选择
数控机床受热变形与切入方向关系
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整体布局—运动部件选择
• 与工件形状、尺寸和重量的关系
工件较轻时
工件较重或较高时
工作台完成进给 工作台与刀具完成进给
大型、重型工件 刀具进给
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确定形体尺寸
• 确定机床床身和立柱形体尺寸的主要参数如下
第11章 支承件和导轨
一、动压导轨
油腔：h1进口间隙， h2出口间隙。
开通式油腔：横穿导轨。 封闭式油腔
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二、普通滑动导轨
a：卧式导轨 b：a的改进，方便 注油。 C：竖直导轨
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三、静压导轨
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三、静压导轨
图12－15 定压闭式静压导轨
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三、静压导轨
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第三节 支承件的静刚度和形状选择原则
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第三节 支承件的静刚度和形状选择原则
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第三节 支承件的静刚度和形状选择原则
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第三节 支承件的静刚度和形状选择原则
二、刚度的折算和比较
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第三节 支承件的静刚度和形状选择原则
三、支承件的形状选择原则 面积相同，空心？实心？ 面积相同，正方形？圆？ 房梁的选择？ 四、隔板
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感谢大家
一、导轨的功用和分类 导向，承载荷 动导轨，支承导轨(不动导轨) 滑动导轨，滚动导轨 动压导轨，静压导轨 开式导轨，闭式导轨 二、导轨应满足的要求 1、导向精度 几何精度----A向精度，B向精度， C向精度 接触精度 2、精度保持性----耐磨 3、低速运动平稳性----无爬行现象 4、结构简单、工艺性好。
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一、导轨的截面形状与组合
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二、导轨间隙调整-镶条
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二、导轨间隙调整-压板
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第三节
各种滑动导轨设计的特点
一、动压导轨 油腔，开通式油腔 封闭式油腔 二、普通滑动导轨 油沟 三、静压导轨 优点与缺点 定压式、定量式 四、卸荷导轨 机械卸荷 液压卸荷 气压卸荷
机床支承件设计(全)
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钢板焊接结构
• 用钢板和型钢等焊接支承件，其特点是制造周期短， 省去制作木模和铸造工艺；支承件可制成封闭结构， 刚性好；便于产品更新和结构改进；钢板焊接支承 件固有频率比铸铁高，在刚度要求相同情况下，采 用钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半，重 量减轻20%～30％。 • 钢板焊接结构的缺点是钢板材料内摩擦阻尼约为铸 铁的1/3，抗振性较铸铁差，为提高机床抗振性能， 可采用提高阻尼的方法来改善动态性能。
尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的
抗弯刚度和抗扭刚度都高。 • 圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比 方形低。 • 封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗
扭刚度。
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支承件肋板的布置
肋板是指联接支承件四周外壁的内板，它能使支承件外壁的局部载 荷传递给其它壁板，从而使整个支承件承受载荷，加强支承件的自身和 整体刚度。 • 水平布置的肋板有助于提高 支承件水平面内弯曲刚度； 垂直放置的肋板有助于提高 支承件垂直面内的弯曲刚度； 而斜向肋板能同时提高支承 件的抗弯和抗扭刚度。
• 铸铁 • 钢板和型钢 • 天然花岗岩 • 预应力钢筋混凝土 • 树脂混凝土
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铸铁
• 一般支承件用灰铸铁制成，在铸铁中加入少量合金 元素可提高耐磨性。铸铁铸造性能好，容易获得复 杂结构的支承件，同时铸铁的内摩擦力大，阻尼系 数大，使振动衰减的性能好成本低。但铸件需要木 模芯盒，制造周期长，有时产生缩孔、气泡等缺陷， 成本高，适于成批生产。 • 常用的铸件牌号有HT200、HT150、HT100。
机床的布局形式对支承件形状的 影响
• 床身导轨的倾斜角度有30°,45°, 60°,75°。小
支承环课程设计
支承环课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握支承环的基本概念、性质和应用。
通过学习，学生应能理解支承环在工程中的重要性，并能够运用支承环的知识解决实际问题。
具体来说，知识目标包括：1.掌握支承环的定义和基本性质。
2.了解支承环在不同工程领域的应用。
3.理解支承环的设计和计算方法。
技能目标包括：1.能够运用支承环的知识进行简单的工程计算。
2.能够分析支承环在实际工程中的受力情况。
3.能够运用支承环的知识解决实际工程问题。
情感态度价值观目标包括：1.培养学生的工程意识，使其认识到支承环在工程中的重要性。
2.培养学生的创新精神，鼓励学生提出新的支承环设计和应用方案。
3.培养学生的团队合作能力，通过小组合作完成支承环相关项目。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括支承环的基本概念、性质和应用。
具体安排如下：1.支承环的定义和基本性质：介绍支承环的定义，解释其基本性质，如环的连续性、对称性和稳定性等。
2.支承环的应用：介绍支承环在不同工程领域的应用，如桥梁、建筑和机械等。
3.支承环的设计和计算方法：讲解支承环的设计和计算方法，包括力学原理和计算公式等。
4.支承环的实际工程案例：分析实际工程中支承环的使用情况，讲解其受力分析和设计计算过程。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法。
具体包括：1.讲授法：教师通过讲解支承环的基本概念、性质和应用等内容，引导学生掌握相关知识。
2.讨论法：学生进行小组讨论，鼓励学生提出问题和建议，促进学生之间的交流和合作。
3.案例分析法：分析实际工程中支承环的使用情况，让学生通过案例学习支承环的设计和计算方法。
4.实验法：学生进行支承环的实验，让学生通过实践操作加深对支承环的理解。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程将使用以下教学资源：1.教材：选择一本与支承环相关的教材，作为学生学习的主要参考资料。
2.参考书：提供一些与支承环相关的参考书籍，供学生深入研究。
精密机械设计基础-r11支承-1
第三节 滚动摩擦支承
滚动轴承的寿命计算
轴承的寿命
基本额定寿命－轴承的寿命指标 L10(r)、 L10h(h)
基本额定动载荷C (Cr 、Ca )-106r
当量动载荷
计算
附加轴向载荷
轴承寿命计算 计算公式
第三节 滚动摩擦支承
滚动轴承的静强度计算
基本额定静载荷C0（C0r 、C0a）
滚动轴承的代号－后置代号4
滚动轴承的代号－后置代号5
最高
滚动轴承的代号－后置代号6
大
滚动轴承的代号－后置代号7
滚动轴承的代号－后置代号7
滚动轴承的代号 －后置代号8
第三节 滚动摩擦支承
例：说明轴承代号6024的含义
6 0 24
公差等级为0级
内径尺寸d＝24×5＝120mm
尺寸系列(1)0（宽度系列1，直径系列0）
P—由内圈或外圈引导的拉孔或冲孔的窗形保持架 S—引导而有润滑槽
注：本条的代号只能与“a"结合使用
例：MPS-有拉孔或冲孔（窗孔保持架）的黄铜实体保持架,外圈或内圈引导,引导面有润 滑油槽。
JA—钢板冲压保持架，外圈引导。 FE—经磷化处理的钢制实体保持架。
C，V—满装滚动体（无保持架）
例：6208 V——满装球深沟球轴承。
陶瓷合金（粉末合金）
• 组成
铁基、铜基粉末冶 金减摩材料（国标）。
• 优点
有自润滑性。
• 应用
低或中速，轻或中 载，润滑不便、要求 清洁。
表11-4
表11-5
表11-6
××
宽度系列（向心轴承） 高度系列（推力轴承）
直径系列
滚动轴承尺寸系列代号示意图
第三节 滚动摩擦支承
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四、支承件结构工艺性 设计时应注意支承件的结构工艺性 铸件要尽量形状简单，壁厚均匀，拔模容 易，拐角要圆滑过渡
焊接件设法减少焊接变形，尽量不仰焊 加工平面尽可能设在一个平面内，以便于 加工
第三节 提高支承件性能的措施
（一）提高支承件的静刚度和固有频率： 提高支承件的静刚度和固有频率主要方法 是根据支承件受力情况合理的选择支承件 的材料、截面形状和尺寸、壁厚 合理的布置隔板和筋条，以提高结构整体 和局部的弯曲刚度和扭转刚度。
三、机床的类型、布局和支承件的形状 机床的类型可分为三类： 中小型机床 精密和高精度机床 大型和重型机床 机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。中 型卧式车床采用前倾车身、前倾托板布局形式较 多 优点是不使切屑堆积在导轨上将热量传给床身 而产生热变形；容易安装自动排屑装置；床身设 计成封闭的箱形，能保证有足够的抗弯和抗扭强 度。
床身结构图
对称的床身结构，排屑器能从床身中部迅速地将 炙热的切屑排除，并且冷却油的对称循环保证了 机床的热稳定性
高 刚 性 结 构
四、支承件的静力分析 正确的受力分析是合理设计支承件的基础 支承件的分类： ⑴一个方向的尺寸比另两个方向的大得多 梁类件：床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕 ⑵两个方向尺寸比第三方向的大得多 板类件：底座、工作台、刀架等 ⑶三个方向尺寸差不多 箱类件：箱体、升降台
筋板是指连接支承件四周外壁的内板，它 能使支承件外壁的局部载荷传递给其它壁 板，从而使整个支承件承受载荷，加强支 承件的自身和整体刚度。 布置方式：水平、垂直、斜向。
⑶开窗孔和加盖 窗孔对刚度的影响决定于它的大小和位置
矩形截面的立柱，窗孔尽量不要开在前、 后壁上 窗孔开在与弯曲平面垂直的壁上，影响抗 弯刚度较大
第十一章
支承件设计
第一节 概述 一、功用 支承其它零部件
保证它们之间正确的相互位置关系和相对 运动轨迹。
切削时承受一定的重力、切削力、摩擦力、 夹紧力。 包括：床身底座、立柱、横梁、工作台、 箱体、升降台等大件
二、支承件的基本要求 1、应具有足够的刚度和较高的刚度——质量比 2、应具有良好的动态特性，各阶固有频率不致引 起结构共振 3、热稳定好 4、从结构和材料上保证其内应力要小 5、排屑畅通、调运安全，并具有良好的结构工艺 性
T使外柱扭转
内柱受力： 与外柱类似
主要以弯曲变形为主
第二节 支承件的静刚度与结构设计
一、支承件的静刚度 支承件的变形一般包括三个部分： 自身变形、局部变形、接触变形 支承件主要受力：拉压、弯曲、扭转 1、提高自身刚度 ⑴截面形状和尺寸
截面积为100cm2各种截面的抗弯抗扭惯性矩
4按 C 选壁厚，此壁厚是最薄尺寸
支承件也可采用焊接结构
焊接支承件
一般采用钢板与型钢焊接而成 生产周期短、省材料、易做成封闭结构
二、支承件的结构设计 床身截面形状主要取决于刚度要求、导轨 位置、内部安装的零件和排屑等 数控车床不用手工操作，又必须排除大量 切屑导轨常做成倾斜的
（三）提高热稳定性： 主要方法有： （1）控制温升： 采用分离或隔绝热源方法 （2）采用热对称结构： 所谓热对称结构是指在发生热变形时， 其工件或刀具回转中心线的位置基本保持 不变，因而减小了对加工精度的影响。
（3）采用热补偿装置： 采用热补偿装置的基本方法是在热变 形的相反方向上采取措施，产生相应的反 方向热变形，使两者之间影响互相抵消， 减少综合热变形
（五）树脂混凝土： 刚度高，具有良好的阻尼性能 ，抗振 性好，热稳定性高，质量轻，可有良 好的 几何形状精度，极好的耐腐蚀性，成本低， 无污染，生产周期短，床身静刚度高。 且可以预埋金属或添加加强纤维来提高某 些力学性能
铸铁和钢质的支承件需要进行时效处理 以消除内应力
时效处理： 自然时效 人工时效 振动时效
立柱的截面有圆形、方形、矩形 圆形截面抗弯差 矩形截面的长尺寸 放在受力大的方向上
横梁有的受复杂的 空间载荷，一般做成封闭截面
底座连接部位要有足够的局部刚度
三、支承件的材料和时效处理
支承件常用的材料有：铸铁、钢板和型钢、 天然花岗岩、预应力钢筋混凝土、树脂混 凝土等 （一）铸铁：
（二）提高动态特性： （1）改善阻尼特性： 对于铸件支承件， 铸件内砂芯不清除， 或在支承件中填充 型砂或混凝土等 阻尼材料， 可以起到减振用。
对焊接支承件，除了可以在内腔中填充混 凝土减振外，还可以充分利用结合面间的 摩擦阻尼来减小振动。（即分段焊缝可增 大阻尼）。 或者采用阻尼涂层。 （2）采用新材料制造支承件： 刚性高、抗振性好，热变形小、耐化学腐 蚀
比较后可知： ①空心截面的惯性矩比实心的大 加大轮廓尺寸，减小壁厚，可提高刚度
②封闭截面的刚度远大于开口截面的刚度， 特别是抗扭刚度 尽量设计成封闭截面
③圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好， 而抗弯刚度比方形低 按受力情况选取截面形状
⑵合理布置筋板（隔板） 筋板可提高整体刚度
铸造性能好，阻尼系数大，振动衰减性能 好，成本低，适于成批生产。 （二）钢板焊接结构： 制造周期短，刚性好，便于产品更新和结 构改进，重量轻
（三）预应力钢混凝土筋： 抗振性好，成本低
（四）天然花岗岩： 性能稳定，精度保持性好，抗振性好，热 稳定性好，抗氧化性强，不导电，抗磁， 与金属不粘结，加工方便
摇臂钻受力分析 如图：切削载荷为扭矩T和进给力Ff
主要分析立柱和摇臂 可视为悬臂梁 摇臂： y z平面内弯矩M1(FfL)
绕y轴扭矩M2（Ff e)
T引起弯曲变形
立柱分内外两层 外柱受力： 力偶矩在y z面内为M1=Ff L 在x z面内为M2=Ff e
窗孔宽度不要超过空腔宽度的70% 窗孔边缘加厚 窗孔加盖可恢复一定的刚度
2、提高局部刚度 合理配置加强筋 适当加厚过渡壁 加强筋的高度可 取壁厚的4～5倍
筋厚与壁厚之比为0.8～1
a、轴承座 b、c、薄壁 d、立柱内环形筋，防止畸变
3、提高接触刚度 降低接触表面的粗糙度值 Ra≤1.6 重要表面须磨配或刮配 高精度机床每25x25 mm2为12个点 精密机床为8个点 普通机床为6个点 接触点应分布均匀