机架或机座设计
—机架结构的设计ppt课件
机架的热处置
• 一.铸钢机架的热处置 • 铸钢件普通都要经过热处置。热处置的目
的是为了消除铸造内应力和改善力学性能。 铸钢机架的热处置方法普通有正火加回火， 退火、高 温分散退火和焊补后回火等。
• 二.铸铁机架时效处置
• 时效处置的目的是在不降低铸铁力学性能 的前提下，使铸铁的内应力和机加工切削 应力得到消除或稳定，以减少长期运用中 的变形，保证几何精度。
焊接和机械加工。
• 6.构造便于安装、调整及修缮。 • 7.导轨面受力合理、耐磨性良好。 • 8.外型好。
• 三.设计步骤
• 1.初步确定机架的外形和尺寸
• 2.常规计算
• 利用资料力学、弹性力学等固膂力学实际和计算 公式，对机架进展强度、刚度和稳定性等方面的 校核。
• 3.有限元静动态分析、模型实验〔或实物实验〕 和优化设计。
• 4.制造工艺性和经济性分析。
机架的常用资料
• 资料的选用，主要是根据机架的运用要求。 多数机架外形较复杂，故普通采用铸造。 由于铸铁的铸造性能好、价廉和吸振才干 强，所以运用最广。焊接机架具有制造周 期短、分量轻和本钱低等优点，故在机器 制造业中，焊接机架日益增多。
• 一.铸造机架常用资料 • 1.铸铁 • 铸铁流动性好，体收缩和线收减少，容易获得
外形复杂的铸件。铸铁的内摩擦大、阻尼作用 强，故动态刚性好。另外还有切削性能好、价 钱廉价和易于大量消费等优点。铸铁主要 有灰 铸铁、球墨铸铁。 • 2.铸造碳钢 • 铸钢的弹性模量大，强度也比铸铁高，故用于 受力较大的机架。由于钢水流动性差，在铸型 中凝固冷却时体收缩和线收缩都较大，故不宜 设计复杂外形的铸件。 • 3.铸造铝合金 • 铝合金密度小、分量轻，经过热处置强化，具 有足够高的强度、较好的塑性，良好的韧性。
轧钢机机架设计
31
中性轴
32
机架计算简图及弯矩图
求解静不定力矩M1： 对于I-I断面，转角 等于0，按照卡氏定理，即由M1引起 的转角 ：
①
25
650型钢机架 1机架上盖 2定位销轴 3U形架 4 斜楔 5拉紧螺丝 6铸造横梁 7凸台 8上鞍形垫板 9下鞍形垫板 10中间梁 11销子 12牌坊
26
3、轨座结构 机架安装在轨座上，轨座固定在地基上。 轨座要保证机座安装尺寸精度，并承受机座重量和倾翻力 矩，轨座安装必须准确，并且具有足够的强度和刚度。 大型轧机，一般轨座采用与机架相同材料 小型轧机，则往往采用铸铁
50
开式机架内力图 a.弯矩图 b.轴力图c.切力图
51
a.T力作用下弯矩图
b.R力作用下弯矩图
对于窄而高闭式轧机，即l2/l1=2，水平力不大，M2较小，要 求I1大，可选择惯性矩较小的近似正方形断面，一般实际选择 矩形断面
41
二.闭式机架变形计算
增加
机架弹性变形是由横梁的弯曲变形和立柱拉伸变形组成， 影响轧件断面尺寸精度。
由于横梁的断面尺寸较其长度是很大的，应考虑横梁在横 向切力作用下变形。
轧制中 心线
正方形
长方形ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工字形 I最大安装 滑板方便
T形
19
三、机架结构特点
1、闭式机架
1700热轧带钢连轧机精轧机座的机架 1.轨座 2、12.机架 3、10、13螺栓 4支承辊换辊小车 5横梁 20 6、8键 7滑板 9箱型横梁 11支承辊轴向压板 14测压仪15下横 梁
机架或机座设计
机架或机座设计i1.机座或机架的作用及基本要求机座或机架是支承其他零部件的基础部件。
其基本要求是：（1）刚度与抗振性刚度是抵抗载荷变形的能力。
动刚度是衡量抗振性的主要指标。
为提高机架或机座的抗振性，可采取如下措施：1）提高静刚度，即从提高固有振动频率入手，以避免产生共振；2）增加阻尼，增加阻尼对提高动刚度的作用很大，如液(气)动、静压导轨的阻尼比滚动导轨的大，故抗振性能好；3）在不降低机架或机座静刚度的前提下，减轻重量可提高固有振动频率，如适当减小壁厚、增加筋和隔板、采用钢材焊接代替铸件等；4）采取隔振措施，如加减振橡胶垫脚、用空气弹簧隔板等。
（2）热变形减小热变形。
（3）提高稳定性除上述要求之外，还应考虑工艺性、经济性及人机工程等方面的要求。
2.机座或机架的结构设计要点机座或机架的结构设计必须保证其自身刚度、连接处刚度和局部刚度，同时要考虑安装方式、材料选择、结构工艺性以及节省材料、降低成本和缩短生产周期等问题。
筋板及加强筋的形式（1）机座的结构工艺性机座一般体积较大、结构复杂、成本高，尤其要注意其结构工艺性，以便于制造和成本低，在保证刚度的条件下，应力求铸件形状简单，起模容易，泥芯要少，便于支撑和制造。
机座壁厚应尽量均匀，力求避免截面的急剧变化，凸起过大、壁厚过薄、过长的分型线和金属的局部堆积等。
铸件要便于清砂，为此，必须开有足够大的清砂口，或几个清砂口。
在同一侧面的加工表面，应处于同一个平面上，以便一起刨出或铣出。
如下图所示，图b 的结构比图a 的好。
加工面要在一个平面上（2）机座的加工工艺性机座必须有可靠的加工工艺基面,若因结构原因没有工艺基准，必须铸出四个或两个“工艺凸台”A，如下图所示(图b 的结构比图a 的好)。
加工时，先把凸台加工好，然后以凸台作基面来加工B面,加工完毕后把凸台割去。
（3）焊接机架的设计焊接机架具有许多优点：在刚度相同的情况下可减轻重量30％左右；改型快，废品极少；生产周期短、成本低。
机电一体化系统设计课件——第2章(5)：机械系统的部件选择与设计(轴系)
微型滚动轴承
精 密 分 度 头 主 轴 系 统
上图为一精密分度头主轴系统。它采用的是密 珠轴承，主轴由止推密珠轴承2、4和径向密珠轴承1、 3组成。这种轴承所用滚珠数量多且接近于多头螺旋 排列。由于密集的钢珠有误差平均效应，减小了局 部误差对主轴轴心位置的影响，故主轴回转精度有 所提高；每个钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不 相重复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期 保持。实践证明，提高钢珠的密集度有利于主轴回 转精度的提高，但过多地增加钢珠会增大摩擦力矩。 因此，应在保证主轴运转灵活的前提下，尽量增多 钢珠数量。图b为推力密珠轴承保持架孔分布情况， 图c为径向密珠轴承保持架孔的分布情况。
液体静压轴承工作原理
液体静压轴承工作原理 1、2、3、4-油腔；5-金属薄膜；6-圆盒；7-回油槽；8-轴套
磁悬浮轴承工作原理
磁悬浮轴承是利用磁场力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型轴承。其工 作原理如下图所示。径向磁悬浮轴承由转子(转动部件)6和定子(固定部件)5两部分组成。定子 部分装上电磁体，保持转子悬浮在磁场中。转子转动时，由位移传感器4检铡转子的偏心，并 通过反馈与基准信号l(转子的理想位置)进行比较，调节器2根据偏差信号进行调节，并把调节 信号送到功率放大器3以改变电磁体(定子)的电流，从而改变磁悬浮力的大小，使转子恢复到 理想位置。 径向磁悬浮轴承的转轴(如主轴一般要配备辅助轴承，工作时辅助轴承不与转轴接触当断 电或磁悬浮失控时能托住高速旋转的转轴，起到完全保护作用。辅助轴承与转子之间的间隙 一般等于转子与电磁体气隙的一半。轴向悬浮轴承的工作原理与径向磁悬浮轴承相同 。
会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整 个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。又由 于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或 滚动轴承的承载能力降低。
机械设计 第十九章 机架
机架的类型、 第一节 机架的类型、材料及制造方法 第二节 机架设计的要求 第三节 机架的机构设计
第十九章
机 架
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机架的类型、 第一节 机架的类型、材料及制造方法
一、机架的类型 1、按外形结构分类 、
箱壳式(减速器箱体 箱壳式 减速器箱体) 减速器箱体 梁柱式(车床 梁柱式 车床) 车床 平板式 (摇臂钻床 摇臂钻床) 摇臂钻床 框架式 (锻压机机身 锻压机机身) 锻压机机身
空心矩形截面的抗弯强度低于工字形截面， 空心矩形截面的抗弯强度低于工字形截面，抗扭强度低于 圆形截面，但其综合刚性最好， 圆形截面，但其综合刚性最好，并且由于空心矩形内腔较易安 装其他零部件，故多数机架的截面形状常采用空心矩形截面。 装其他零部件，故多数机架的截面形状常采用空心矩形截面。
面积相等而弯曲刚度不同的矩形截面
2、按制造方法分类 、 分铸造机架和焊接机架 。 3、按机架材料分类 、 分金属机架和非金属机架机架 。 而非金属机架又可分为混凝土机架、花岗岩 而非金属机架又可分为混凝土机架、 机架和塑料机架等。 机架和塑料机架等。
二、机架的材料及制造方法
形状复杂的机架——铸铁 铸铁 形状复杂的机架 具有流动性好、阻尼作用强、切削性能好、 具有流动性好、阻尼作用强、切削性能好、价格 低廉、易于成批生产等特点。减速器箱体、 低廉、易于成批生产等特点。减速器箱体、鼓风机底 座等 。 要求强度高、 要求强度高、刚度大的机架 ——铸钢 铸钢 如轧钢机机架、锻锤气缸体和箱体等。 如轧钢机机架、锻锤气缸体和箱体等。 要求重量轻的机架 ——铸铝合金 铸铝合金 如船用柴油机机体、 如船用柴油机机体、汽车传动箱体等 。 精密机械或仪器的机架 ——花岗岩和塑料 花岗岩和塑料 一般有导热系数和膨胀系数小、抗腐蚀、 一般有导热系数和膨胀系数小、抗腐蚀、不导电 和不生锈等要求。 和不生锈等要求。
第2章 机械系统设计(8机座和机架)
机体的几何造型
1、从工业美学角度考虑； 、从工业美学角度考虑； 2、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板。 、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板。
2 机械系统设计—机座和机架
2．焊接机架的设计 ． 优点：在刚度相同的情况下可减轻重量30％左右；改 型快，废品极 优点：在刚度相同的情况下可减轻重量30％左右； 型快， 30
2 机械系统设计—机座和机架
机架零件特点 •1、是机器中的最大零件，占总质量的70~90%； 、是机器中的最大零件，占总质量的 ； •2、减轻机架零件的质量可节约材料减轻重量； 、减轻机架零件的质量可节约材料减轻重量； •3、各种机架零件的结构形状与机器的功能密切相关。 、各种机架零件的结构形状与机器的功能密切相关。 结构复杂、加工面多， 结构复杂、加工面多，几何精度和相对位置精度生产周期短、成本低。
结构：常用普通碳素结构钢材(钢板、角钢、槽钢、钢管等)焊接制造。 结构：常用普通碳素结构钢材(钢板、角钢、槽钢、钢管等)焊接制造。
2 机械系统设计—机座和机架
(2)提高机座连接处的接触刚度 提高机座连接处的接触刚度 (3)机座的模型刚度试验 机座的模型刚度试验 (4)机座的结构工艺性 机座的结构工艺性 (5)机座的材料选择 机座的材料选择
2 机械系统设计—机座和机架
连接刚度 为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施： 为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施： 根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径、 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， 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。 高连接刚度。 提高结合表面的光洁度和形状精度， 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。 的接触点增多，从而提高结合面的接触刚度。 增加局部刚度来提高连接刚度，如图。 3）增加局部刚度来提高连接刚度，如图。在安装螺钉 处加厚凸缘；或用壁龛式螺钉孔； 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。 增加局部刚度，从而提高连接刚度。
机座的结构设计
机座的结构设计
箱体是减速器的重要组成部分，它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。
以下是本作品的设计特点：
方形截面：结构简单，制造方便，箱体内有较大的空间来安放其他部件。
直行加强筋：其铸造工艺简单，厚度取0.8倍的壁厚，保证了机
座在重力、惯性力和外力的作用下，有足够的刚度。
定位销孔：定位销保证了轴承座孔的安装精度。
吊环：可方便搬运和拆卸。
U 槽：可使润滑油顺利的回到箱体内，并能有效的防治漏油。
油标孔：油标能方便的用来检查油面高度，保证有正常的油量。
放油孔：可方便的排出污油，注油前用螺塞堵住。
兰州工业学院机械工程系
机设10-2班
朱乾驹。
机电一体化系统设计
1、先进制造技术
先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）先进制造 技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理 等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、 使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产， 并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。
2.1.2 丝杠螺母机构传动机构形式
作用：主要用来将旋转运动变换为直线运动或 将直线运动变换为旋转运动。
1按摩擦类型分
滑动摩擦机构和滚动摩擦机构
• 滑动丝杠螺母机构
结构简单、加工方便、制造成本低、具有自锁功能，但 其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％～40％)。
• 滚珠丝杠螺母机构
结构复杂、制造成本高，但其最大优点是摩擦阻力矩小 、传动效率高(92％～98％)，因此在机电一体化系统中得到广 泛应用。
4、以“自动化”技术为发展前提
“自动化”从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、 自组织、自维护、自修复等更高的自动化水平。
5、以“成化集”为发展的方法
“集成化”，一是技术的集成，二是管理的集成，三是技术与管理的集成。
6、以“网络化”为发展道路
利用网络，进行产品设计、制造与生产管理等活动。
• 3、六轴以上联动-----加工任意曲面
数控设备
• 除了制造业的数控设备外： • 1 焊接设备 • 2激光切割机（刻字机） • 3数控雕刻机 • 4数控绕线机 • 5数控鞋楦机
焊接机器人
焊接机器人
焊接机器人
机械设计之机架部分
机座的结构设计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。
轧机机架设计1
前言21世纪世界钢铁工业发展的一个显著特点是钢材市场竞争愈演愈烈，竞争的焦点是钢材的质量高而成本低。
（1）随着国民经济的高速发展，科学技术的不断进步，汽车、机械制造、电器和电子行业对板材及带材的质量提出了更高的要求。
板厚精度是板带材的两大质量指标之一，板厚控制是板带轧制领域里的两大关键技术之一。
（2）我国近年来从发达国家引进的一些大型的现代化的板带轧机，其关键技术是高精度的液压板厚控制和板形控制。
板厚精度关系到金属的节约、构件的重量以及强度等使用性能，为了获得高精度的产品厚度，液压辊缝控制系统必须具有高精度的压下调节系统及控制系统的支持。
液压辊缝自动控制是AGC（自动厚度控制）系统的重要组成部分，其目的是获得板带材纵向厚度的均匀性和保证较高的厚度精度，从而生产出合格产品。
目前，液压辊缝自动控制已成为现代化板带生产中不可缺少的组成部分，其运行状态的优劣对轧制产品的质量和产量具有重大影响。
（3）各行各业对板带材厚度精度的要求越来越高，对轧机液压辊缝控制系统的控制要求也随之越来越高。
在实际轧制过程中，影响轧后带材厚度精度的因素很多，分析系统参数变化对轧制厚度及系统品质的影响，可为系统的优化设计及对轧制过程的参数设定提供基础。
由于冷连轧机无法停产做实验（1676mm冷轧机停产一天的损失就会将近二千万元），因此有必要借助计算机手段，对影响其厚度精度的液压辊缝控制系统进行仿真，以便了解这些因素对板厚精度影响的规律，提出消除或减小该影响的方案。
在板带材工业加工过程中，生产的速度越来越快，要求的效率也越来越高，因而要求液压辊缝控制系统能在最短的时间内达到给定的目标。
这也就要求保证两点：一是控制模型的准确性和合理性；二是液压压下的快速性。
（4）因此，必须对液压辊缝控制的控制算法和执行机构进行进一步的研究，以选择最适合某套轧机的控制模型和提高执行机构的反应能力。
板带材几何尺寸包括纵向厚差，横向厚差和板形。
纵向厚差是指以板宽中点处沿轧制方向的厚度之差；横向厚差是指板带材同一横断面上，中点与边部的厚度之差，板形直观上讲是指板带材的翘曲程度，实质是指板带材内部残余应力沿横向的分布。
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机架或机座设计i
1.机座或机架的作用及基本要求
机座或机架是支承其他零部件的基础部件。
其基本要求是：
（1）刚度与抗振性
刚度是抵抗载荷变形的能力。
动刚度是衡量抗振性的主要指标。
为提高机架或机座的抗振性，可采取如下措施：
1）提高静刚度，即从提高固有振动频率入手，以避免产生共振；
2）增加阻尼，增加阻尼对提高动刚度的作用很大，如液(气)动、静压导轨的阻尼比滚动导轨的大，故抗振性能好；
3）在不降低机架或机座静刚度的前提下，减轻重量可提高固有振动频率，如适当减小壁厚、增加筋和隔板、采用钢材焊接代替铸件等；
4）采取隔振措施，如加减振橡胶垫脚、用空气弹簧隔板等。
（2）热变形
减小热变形。
（3）提高稳定性
除上述要求之外，还应考虑工艺性、经济性及人机工程等方面的要求。
2.机座或机架的结构设计要点
机座或机架的结构设计必须保证其自身刚度、连接处刚度和局部刚度，同时要考虑安装方式、材料选择、结构工艺性以及节省材料、降低成本和缩短生产周期等问题。
筋板及加强筋的形式
（1）机座的结构工艺性
机座一般体积较大、结构复杂、成本高，尤其要注意其结构工艺性，以便于制造和成本低，在保证刚度的条件下，应力求铸件形状简单，起模容易，泥芯要少，便于支撑和制造。
机座壁厚应尽量均匀，力求避免截面的急剧变化，凸起过大、壁厚过薄、过长的分型线和金属的局部堆积等。
铸件要便于清砂，为此，必须开有足够大的清砂口，或几个清砂口。
在同一侧面的加工表面，应处于同一个平面上，以便一起刨出或铣出。
如下图所示，图b 的结构比图a 的好。
加工面要在一个平面上
（2）机座的加工工艺性
机座必须有可靠的加工工艺基面,若因结构原因没有工艺基准，必须铸出四个或两个“工艺凸台”A，如下图所示(图 b 的结构比图a 的好)。
加工时，先把凸台加工好，然后以凸台作基面来加工B面,加工完毕后把凸台割去。
（3）焊接机架的设计
焊接机架具有许多优点：在刚度相同的情况下可减轻重量30％左右；改型快，废品极少；生产周期短、成本低。
机架常用普通碳素结构钢材(钢板、角钢、槽钢、钢管等)焊接制造。
轻型机架也可用铝制型材连结制成。
对于轻载焊接机架，由于其承受载荷较小，故常用型材焊成立体框架，再装上面板、底板及盖板。
板料型材制成的框架接头形式如图1所示。
槽钢制成的框架的接头形式见图2
所示。
角铁构成机架的接头形式如图3所示。
图4（a—是用薄钢板折弯成形后、焊接而成的机箱，顶板的连接可采用图b、c所示的接头形式。
i注：摘自张建民《机电一体化系统设计》第四版。