支承件
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。
第5章_支承件设计
（2）铸铁稳定化处理
对铸铁类的支承件在一定温度下加热、保温， 使应力得到一定程度的消除，该过程称为铸铁稳定化 处理，也称时效处理。其主要目的是：消除内应力， 使铸铁件避免在使用中因产生应力松弛或重新分布而 引起变形，丧失几何精度。
（3）非铁金属及耐热合金的去应力退火
铝合金类支承件可采用的去除残余应力的热处理 方法。其去应力退火温度常在150～2000C左右。
当壁板面积大于400mm×400mm时，为避免薄壁振 动而在壁板内表面加筋条，提高壁板的抗弯刚度。
3、提高支承件的接触刚度：导轨面、重要的固定
结合面必须配磨或配刮。配磨表面粗糙度值Ra≤16um 时的接触点均匀分布，且精度不同，接触点不同。
第5章 支承件设计
三、支承件的材料和热处理
1、支承件的材料 （1）铸铁：铸造性好，价格便宜，应用广。若导
第5章 支承件设计
（2）合理布置隔板
设置隔板是提高支承件自身刚度的有效方法之一。 在两壁之间起连接作用的内壁被称为隔板。
隔板的功用：把作用于支承件局部区域的载荷传递
给其他壁板，使整个支承件受载，提高支承件的自身 刚度。
第5章 支承件设计
隔板的布置形式一般为纵向、横向和斜向。常 见的隔板连接形式及应用特点如下：
第5章 支承件设计
第五章 支承件设计
一、支承件的功用、基本要求及设计步骤
1、支承件的功用：
1）支承和安装机器 各部分零部件，承受 各静态力及动态力 2）保证各零部件之 间的相对位置和运动 部件的运动精度 3）用作电气箱或液 压油、润滑油、切削 液等的储存器。 4）独立完成某些功能。 机座类支承件 机架类支承件
第5章 支承件设计
第5章 支承件设计
第3章_典型部件设计(主轴、支承件、导轨)
3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承 (1) 角接触球轴承(向心推力球轴承)
角接触球轴承极限转速较高；可以同时承受 径向和一个轴向的载荷，a越大，可承受的进给力 越大。主轴用的a一般取15o或25o。
传动件放在主轴的后悬伸端，较多用于带传 动，可便于传动带的更换，如磨床。
3.1.3.3 主轴传动件位置的合理布置 (2) 驱动主轴的传动轴位置的合理布置 ★在布置传动轴的位置时，应尽量使传动力
Q与切削力P两者引起的主轴轴端位移和轴承受力 的影响能互相抵消一部分。
3.1.3.4 主轴主要结构参数的确定 主轴的主要结构参数有：
3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承 (1) 角接触球轴承 球轴承为点接触，刚度不高，为提高刚度，
同一支承处可多联组配。 组配方式有三种： 背靠背组合；面对面组合；同向组合。
3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承 (2) 双列短圆柱滚子轴承 特点：内圈有1:12的锥孔，轴向移动内圈可
径向圆跳动
端面圆跳动
3.1.4 主轴滚动轴承
主轴轴承的类型、配置方式、精度、安装、 调整、润滑和冷却等都直接影响主轴部件的工作 性能。
常用主轴轴承有滚动轴承、液体动压轴承， 液体静压轴承、空气静压轴承等。
轴承的轴向承载能力和刚度，由强到弱依次 为：推力球轴承、推力角轴承、圆锥滚子轴承、 角接触球轴承；
以调整轴承的径向间隙和预紧； 轴承的滚子能承受较大的
径向载荷和转速； 轴承由两列滚子交叉排列，
数量较多，因此刚度很高； 不能承受轴向载荷。
3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承 (3) 圆锥滚子轴承 特点：刚度和承载能力大，既可承受径向力，
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意的基本要求，可依据机床的类型和布局形式合理地选择支承件的外形，理解支承件结构的设计特点、支承件材料及壁厚的合理选择，把握支承件截面外形选择的一般原则，以及提高支承件结构性能的合理措施等。
一、支承件的功能和应满意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。
支承件应满意的基本要求：1）具有足够的刚度和较高的刚度—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、吊运平安，结构工艺性良好。
二、支承件的结构设计设计支承件时，应首先考虑所属机床的类型、布局及常用支承件的外形。
在满意机床工作性能的前提下，综合考虑其工艺性。
还要依据其使用要求，进行受力和变形分析，再依据所受的力和其他要求进行结构设计，初步打算其外形和尺寸。
通过计算机对其进行有限元分析和计算，求出其静态刚度和动态特性，再对设计进行修改和完善，选出最佳结构形式。
既能保证支承件具有良好的性能，又能尽量减小质量，节省材料。
常见支承件的外形：1）箱形类；2）板块类；3）梁类。
支承件结构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。
支承件截面外形不同，即使同一材料、截面积相同，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，而且同样的截面外形和相同大小的面积，形状尺寸大而壁薄的截面，比形状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，特殊是抗扭刚度。
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。
肋板的布置方向取决于支承件的受力变形方向。
第3章 支承件设计_原第五章_
第三章支承件设计第一节概述一、支承件的功用支承件是机床的基本构件，主要是指床身底座、立柱、横梁、工作台、箱体和升降台等大件。
这些大件的作用是支承其它零部件，保证它们之间正确的相互位置关系和相对运动轨迹。
机床切削时，支承件承受着一定的重力、切削力、摩擦力、夹紧力等。
机床中的支承件有的互相固联在一起，有的在导轨上作相对运动。
导轨常与支承件做成一体，也有采用装配、镶嵌或粘接方法与支承件相联接。
支承件受力受热后的变形和振动将直接影响机床的加工精度和表面质量。
因此，正确设计支承件结构、尺寸及布局具有十分重要的意义。
二、支承件的基本要求1. 刚度所谓刚度是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力。
前者称为静刚度，后者称为动刚度。
一般所说的刚度往往指静刚度。
支承件要有足够的静刚度，即在额定载荷作用下，变形不得超过允许值。
2. 抗振性抗振性是指支承件抵抗受迫振动和自激振动的能力。
抵抗受迫振动的能力是指受迫振动的振幅不超过许用值，即要求有足够的静刚度。
抵抗自激振动的能力是指在给定的切削条件下，能保证切削的稳定性。
3. 热变形机床工作时，电动机、传动系统的机械摩擦及切削过程等都会发热，机床周围环境温度的变化也会引起支承件温度变化，产生热变形，从而影响机床的工作精度和几何精度，这一点对精密机床尤为重要。
因此应对支承件的热变形及热应力加以控制。
4. 内应力支承件在铸造、焊接及粗加工的过程中，材料内部会产生内应力，导致变形。
在使用中，由于内应力的重新分布和逐渐消失会使变形增大，超出许用的误差范围。
支承件的设计应从结构和材料上保证其内应力要小，并应在焊、铸等工序后进行失效处理。
5. 其它支承件还应使排屑通畅，操作方便，调运安全，加工及装配工艺性好等。
支承件的性能对整台机床的性能影响很大，其重量约为机床总重的80%以上，所以应正确地对支承件进行结构设计，并对主要支承件进行必要的验证和试验，使其能够满足对它的基本要求，并在此前提下减轻重量，节省材料。
支承件
2、合理布置隔板
（1）隔板：在支承件两外壁间起连接作用的内壁。
（2）隔板的作用：把作用于支承件局部地区的载荷 传递给其他壁板，从而使整个支承件承受载荷，提 高支承件的自身刚度。 （3）当支承件不能做成封闭的截形时，则在其内部
设置隔板，以提高自身刚度。设置隔板是提高刚度
的有效方法之一，其效果比增加壁厚更为显著。
由于微观不平，真正接触的只是一些高点。
（3）接触刚度与自身刚度的不同点
①接触刚度Kj (Mpa/um)是平均压强p与变形δ之比。 ②Kj不是一个固定值，δ 与p的关系是非线性的。 当压强很小时，两个面之 间只有少数高点接触，接触 刚度较低。
当压强较大时，这些高点产生了
变形，实际接触面积增加，接触
第一节 支承件应满足的要求和设计步骤
支承件：是机床的基础构件，包括床身、立柱、
横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降 台等。也称为“大件”。 作用：承载 和作为基准。
支承其它机床 零部件，保持 它们的相对位 置，承受各种 切削力等。
二、对支承件的基本要求
1、使用要求 安装其它零部件、排屑畅通、吊运安全。 2、工艺要求 便于制造和装配。
例：设计摇臂钻床支承件的原则
（1）摇臂：
主要是竖直(yz)面内的弯矩M1=Ff· L、绕y轴的扭矩
M2=Ff· e，以M1为主。因此形状选择原则：
① 截面形状应为空心矩形。四周尽量封闭。
② 竖向尺寸应大于横向尺寸。但由于扭矩的存在，
这两个方向的尺寸不宜相差太大。 ③ 摇臂靠近立柱处的根部弯矩最大，往自由端逐渐 减小，故摇臂的截面也是越靠近根部越大。
20在垂直xz平面内经刀架作用在床身上经工件作用于主轴箱和尾架上的力为f将引起床身在垂直方向的弯矩为mwz的作用点到主轴中心线的距离为d2d工件直径在床身上还作用有扭矩21在水平xy平面内经刀架作用在床身上其反作用力f将引起床身在水平方向的弯矩为mwy由于f的作用点到床身中心轴的距离为h对床身还作用有扭矩
第10章 支承件设计
可以用有限元法，借助于电子计算机进行验算， 2）可以用有限元法，借助于电子计算机进行验算，求解支承件的静刚度和 动态刚度，避免盲目性，提高成功率。 动态刚度，避免盲目性，提高成功率。 3）根据计算结果对设计进行修改，或对几个方案进行对比，选择最佳方 根据计算结果对设计进行修改，或对几个方案进行对比， 案。
第四节 支承件热变形特性
一、支承件热变形 机床和支承件的热变形 机床工作时，存在各种热源，如切削、电动机、 机床工作时，存在各种热源，如切削、电动机、液压系统和机械摩擦都会 发热，使各部件因温度分布不均而产生变形，这就是热变形。 发热，使各部件因温度分布不均而产生变形，这就是热变形。 热变形可以改变机床各执行器官的相对位置及其位移的轨迹， 热变形可以改变机床各执行器官的相对位置及其位移的轨迹，从而降低加 工精度。 工精度。 热变形对普通中小机床加工精度影响不太明显，但对自动机床、自动线、 热变形对普通中小机床加工精度影响不太明显，但对自动机床、自动线、 和精密、高精度机床的影响却很明显。 和精密、高精度机床的影响却很明显。 二、改善支承件热变形特性的措施 改善支承件的热变形特性，就是设法减少热变形，特别是不均匀的热变形， 改善支承件的热变形特性，就是设法减少热变形，特别是不均匀的热变形， 以及降低热变形对精度的影响。 以及降低热变形对精度的影响。 1．散热和隔热 2. 均热 3. 使热变形对精度的影响较小
第三节 支承件动态特性
动态特性一般包括三方面问题： 1) 共振问题 在工作时支承件的固有频率不能与激振频率相重合，应避免发生共振现象。 在工作时支承件的固有频率不能与激振频率相重合，应避免发生共振现象。 2) 动力响应问题 支承件应具有较高的动刚度（共振状态下，激振力的幅值与振幅之比） 支承件应具有较高的动刚度（共振状态下，激振力的幅值与振幅之比）和 较大的阻尼，使支承件在受到一定幅值周期性激振力的作用， 较大的阻尼，使支承件在受到一定幅值周期性激振力的作用，受迫振动的振幅 较小。 较小。 3) 切削稳定性问题 抵抗切削自激振动的能力， 抵抗切削自激振动的能力，研究支承件动态特性就要对切削稳定性进行分 析。 一、支承件固有频率和振型 分析支承件动态特性时，通常可将支承件简化为一个多自由度的系统， 分析支承件动态特性时，通常可将支承件简化为一个多自由度的系统，多 自由度系统的固有频率和主振型，是通过求解系统的无阻尼自由振动方程得到。 自由度系统的固有频率和主振型，是通过求解系统的无阻尼自由振动方程得到。
机械零件分类
机械零件分类机械零件是指机器、设备、仪器等各种机械装置中的零部件。
它们是构成机械装置的基本单元，具有不同的形状、尺寸和材料，能够协同工作，完成各种机械运动和功能。
根据不同的分类标准，机械零件可以分为多个类别。
一、按功能分类1.连接件：连接件是指用于连接两个或多个零部件的元件，如螺钉、螺母、垫圈、销子等。
2.传动件：传动件是指用于传递动力和运动的零部件，如齿轮、皮带轮、链轮等。
3.支承件：支承件是指用于支撑和固定其他零部件的元件，如轴承、滑轨、导向套等。
4.密封件：密封件是指用于防止液体或气体泄漏的元件，如油封、密封圈等。
5.控制元器件：控制元器件是指用于控制或调节机械运动和工艺过程的元器件，如电磁阀、开关等。
二、按材料分类1.金属零件：金属零件是指由金属材料制成的零部件，如铸铁、钢、铝合金等。
2.非金属零件：非金属零件是指由非金属材料制成的零部件，如塑料、橡胶、陶瓷等。
三、按形状分类1.旋转体：旋转体是指在运动过程中可以绕自身轴线旋转的零部件，如齿轮、轴承等。
2.平移体：平移体是指在运动过程中只能做直线运动的零部件，如导轨、滑块等。
3.弹性元件：弹性元件是指具有一定弹性变形能力的零部件，如弹簧、垫片等。
4.刚性元件：刚性元件是指不具有弹性变形能力的零部件，如机床床身、机架等。
四、按加工方式分类1.锻造零件：锻造零件是指通过锤击或压力使金属材料发生塑性变形而制成的零部件，如曲轴、活塞等。
2.铸造零件：铸造零件是指通过将熔化的金属或合金浇注到模具中冷却凝固而制成的零部件，如铸铁机床床身、铝合金车轮等。
3.机械加工零件：机械加工零件是指通过机械加工方法将原材料切削、钻孔、磨削等工艺制成的零部件，如齿轮、螺纹等。
以上是机械零件分类的主要内容。
在实际生产中，了解和掌握这些分类方法对于正确选型、设计和维护机械装置都具有重要意义。
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五、窗孔
(1)支承件外壁开窗孔，会降低抗弯、抗扭刚度，其 中抗扭刚度降低更大。应避免在主要承受扭矩的 支承件上开孔。
(2) 材料和截面积相同而形状不同时，截面惯性矩相 差很大。
(3) 提高支承件的刚度，必须选取有利的截面形状。
表11—2，截面积近似地皆为10000mm2八种不同截面形状 的抗弯和抗扭惯性矩的比较。
四、隔板
（1）隔板：在支承件两外壁间起连接作用的内壁。 （2）隔板的作用：把作用于支承件局部地区的载荷
① 如自身刚度和局部刚度较高，则接触压强 的分布基本上是均匀的，接触刚度也较高。
② 如自身刚度或局部刚度不足，则在集中载 荷作用下，构件变形较大，使接触压强分 布不均，使接触变形分布也不均，降低了 接触刚度。
三、支承件的形状选择的原则
(1) 支承件的变形，主要是弯曲和扭转，与截面惯性 矩有关，即与截面形状有关。
2、合理选择螺钉尺寸、数量和布置 固定螺钉应在接触面上造成一个预压力。 通常应使接触面间的平均预压压强约为 2MPa。
八、壁厚
支承件的壁厚应根据工艺上的可能选择得薄一些。 按照目前的工艺水平，砂模铸造铸铁件的外壁厚可
2．局部刚度
（1）局部刚度： 抵抗局部变形 的能力。 （2）局部变形发
生在载荷集中 的地方。
（3）局部刚度与支承件局部受载荷处的结构、尺寸 等有关。
3．接触刚度
（1）接触刚度：支承件的结合面在外载荷的作用 下抵抗接触变形的能力。
（2）两个平面接触，平面有一定的宏观不平度， 因而实际接触面积只是名义接触面积的一部分； 由于微观不平，真正接触的只是一些高点。
如中型车床、铣床、钻床、加工中心等。 2．精密和高精度机床：载荷以移动件的重力和热
应力为主。切削力较小（因以精加工为主）忽略 不计。
如双柱立式坐标镗床等。 3．大型机床：载荷必须同时考虑工件重力、切削
力和移动件的重力。
如重型车床、落地镗铣床、龙门式机床等。
第三节 支承件的静刚度和形状选择的原则
支承件的变形
3、合理配置加强肋（筋）
(1)有些支承件的内部要安装其它机构，不但不能封 闭，即使安装隔板也会有所妨碍，这时采用加强 肋来提高Байду номын сангаас度。
(2)合理配置加强肋是提高局部刚度的有效方法。 (3)加强肋的高度可取为壁厚的4～5倍，厚度与壁厚
之比为0．8～1。
七、提高接触刚度
1、提高结合面质量 导轨面 、重要的固定结合面必须磨配或刮 配。
第一节 支承件应满足的要求和设计步骤
支承件：是机床的基础构件，包括床身、立柱、
横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降 台等。也称为“大件”。
作用：承载 和作为基准。
支承其它机床 零部件，保持 它们的相对位 置，承受各种 切削力等。
• 二、对机床支承件的基本要求
• (一)应具有足够的静刚废和较高的刚度一重量比。 • 性。设计时应力求在满足刚度的基础上，减轻机床重量 • (二)应有较好的动态特性 • 后者在很大程度上反映了设计的合理 • 节约原材料，降低机床造价。 • 这包括有较大的动刚废和阻尼；与其它部件相配合，使
整机的各阶固有频串不致与激振频
• 率重合而产生共振；不会发生薄壁振动而产生噪声等。 • (二)应具有较好的热变形特性，使整机的热变形较小或
热变形对加工精度、表面质量的影
• 响较小。 • (四)应考虑到便于排屑、清砂，吊运安全；合理地布置
液压，电气等器件，并具有良好的工
• 艺性，便于制造和装配。
（五）、性能要求
自身变形 局部变形 接触变形
➢ 例：床身
载荷是通过导轨面施加到床身上去的。变形包 括床身自身的变形，导轨部分局部的变形，导 轨表面的接触变形。
1．自身刚度
（1）自身刚度：在外载荷作用下，支承件本 体抵抗变形的能力。
（2）自身刚度主要应考虑弯曲刚度和扭转刚 度。
（3）主要决定于支承件的材料、形状、尺寸、 隔板的布置等。
(2)对抗弯刚度，与弯曲平面垂直的壁上的窗孔，影 响最大。对抗扭刚度，较窄壁上的窗孔，比较宽 壁上的影响大。
(3)窗孔应靠近支承件的几何中心线附近，孔宽或孔 径不超过支承件宽度的0.25倍。
(4)窗孔边缘厚一些(翻边)，工作时加盖，并用螺钉 上紧，可补偿一部分刚度的损失。
六、提高局部刚度
1.合理选择连接部位的结构
二、刚度的折算和比较
①接触刚度Kj (Mpa/um)是平均压强p与变形δ之比。
②Kj不是一个固定值，δ与p的关系是非线性的。 ➢ 当压强很小时，两个面之
间只有少数高点接触，接触 刚度较低。 ➢ 当压强较大时，这些高点产生了 变形，实际接触面积增加，接触 刚度提高。
支承件的自身刚度和局部刚度对接触压强 分布有影响。
散热、隔热。加大散热面积、加设散热片、风扇、人工致 冷、隔离热源。
均热。 采用：“热对称”等结构，使热变形对 精度的影响较小。
二、重要支承件的设计步骤
1、进行受力分析。 2、初步决定其形状和尺寸。 3、进行验算。 4、修改、对比，选择最佳方案。
第二节 支承件的静力分析
1．中、小型机床：载荷以切削力为主。重量（工 件、移动部件）忽略不计。
（1）应具有足够的静刚度、较高的刚度—重量比。 （2）应具有较好的动态特性。 支承件的固有频率不致与激振频率重合而产生共
振；
应具有较大的动刚度（激振力的副值与振副之 比）、较大的阻尼，使支承件受到一定副值周期 性激振力的作用时，受迫振动的振幅较小。
（3）应具有较好的热变形特性。 设法减小热变形、不均匀热变形，以降低对加工精 度的影响。
(1) 设图a的一般凸缘连接，相对连接刚度为1.0 (2) 图b有加强筋的凸 缘连接为1.06 (3) 图c凹槽式为1.80 (4) 图dU型加强筋结构 为1.85
2、注意局部过渡
例，车床床身，由于床身的基本部分较薄而导轨较 厚，如设计成图11-8a的形状，则在载荷F的作用 下，导轨处易发生局部变形。 采用加厚的过渡壁，并加肋(图b)，可显著地提 高导轨处的局部刚度。