机箱侧壁结构设计侧壁加强筋的位置也应根据受力的要求布置,主轴承受有压力的作用,而且力不通过侧壁板中心,形成一个悬壁产生侧向倾翻力矩,所以在主轴承下方必须增设竖筋。实际上反力沿主轴承下半部是不均匀的,沿主轴承垂线中心垂直载荷最大而中心线右侧载荷比左侧大。因此,如老式颚式破碎机侧壁加强筋布置方式是合理的。
另外,对于机箱材料的选择也是机箱设计的重要标准,因此我对机箱材料的选择如下:
4.2.1 方案一:箱体毛坯材料选铸件
分析:耐磨性与消震好。由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油,所以耐磨性好。同样,由于石墨的存在,灰口铸铁的消震性优于钢。
工艺性能好。由于灰口铸铁含碳量高,接近于共晶成分,故熔点比较低,流动性良好,收缩率小,因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。另外,由于石墨使切削加工时易于形成断屑 ,所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢。
4.2.2 方案二:箱体毛坯材料选焊接件
分析:焊接结构件生产周期短、重量轻、所需设备相对简单(不需木模制作、不需熔炼设备)、改型快等优点。焊接件所用材料为碳钢。由于焊接件所用材料E值较大,因此,在同样的载荷作用下,焊接件的静刚度比较大。这有什么好处呢?在受迫振动时,提高物体的静刚度可以降低物体的振幅,还可以提高物体的固有频率,从而减少或避免共振的发生。对自激振动,提高静刚度可以提高自激振动稳定性的极限。
4.3 方案的选择
1,刚性
作为机床上的结构件来说,往往要承受较大的载荷,以龙门加工中心的横樑为例,横樑要同时承受重力、拉力、扭力等等,为了减少变形,要求横樑有较好的刚度。
焊接件所用材料为碳钢,其弹性模量和力学性能大大优于铸件所用的铸铁材料,大家知道,弹性模量E=σ/ε,现在我们假定应力σ相同,那么E大,则材料产生的应变ε就小。也就是说在受力相同的情况下,我们可以把横樑的横截面做得更小一些,由于横樑的跨度较大,所以减小截面所减轻的重量是相当可观的,重量减轻了,横樑的下垂量也就减小了,所以说,使用焊接件在保证机床刚性的同时,也保证了机床的静态几何精度。
2,避免共振
由于焊接件所用材料E值较大,因此,在同样的载荷作用下,焊接件的静刚度比较大。这有什么好处呢?在受迫振动时,提高物体的静刚度可以降低物体的振幅,还可以提高物体的固有频率,从而减少或避免共振的发生。对自激振动,提高静刚度可以提高自激振动稳定性的极限。由于碳钢材料的弹性模量和力学性能大于铸铁材料,所以在刚度相同的前提下,焊接件重量可以比铸件轻许多(相同刚度的焊接件的重量仅为铸件重量的60%),众所周知,物体的固有频率的公式为ω= ,(
ω——固有频率,K——刚度,M——质量),所以,减轻重量即减小质量M,使固有频率
ω得以提高,共振发生的概率降低或避免,设计合理的焊接件的固有频率可以比铸件高50%。
3,吸振性
传统的观点认为:铸铁件的吸振性能优于焊接件,其实不然。
如果是形状简单的尺寸相同的两种不同材料的单体——譬如一段圆柱体的铸铁件和碳钢件,那么毫无疑问,铸铁件吸振性能大大优于碳钢件,
因为铸铁的内阻尼比碳钢平均高出3.2倍。但是,横樑不是简单的一块碳钢件,而是由科学布局的筋板和主板构成的结构件,其内阻尼主要来自于结构件结合面(焊接面)间的摩擦,而不是材料的内阻尼,材料本身的内阻尼在此是微乎其微的,构件结合面之间的摩擦阻尼占全部内阻尼的90%,所以,在一般情况下,焊接件的吸振性能与铸铁件相差无几,而象欧美和日本等先进国家,通过FEM有限元分析法,科学计算,合理布局,这样的结构件吸振阻尼甚至高出铸铁件许多,当然,其吸振性能也就优于铸铁件。
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