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1、机电装备设计本讲稿第一页，共四十六页4.1基本要求及设计步骤基本要求及设计步骤支承件是机电装备中的重要基本构件之一。支承件是机电装备中的重要基本构件之一。组成：组成：机身、立柱、横梁、底座、工作台、箱体及升降机身、立柱、横梁、底座、工作台、箱体及升降台等大件。台等大件。功用：功用：支承其他零部件，使它们之间保持正确的相互位置支承其他零部件，使它们之间保持正确的相互位置和相对运动。支承件还承受各种作用力，不仅承受重力，和相对运动。支承件还承受各种作用力，不仅承受重力，还承受切削力、摩擦力、夹紧力等。有些支承件的内部空还承受切削力、摩擦力、夹紧力等。有些支承件的内部空间较大，常被利用作为切削液、润
2、滑液的储存器或液压油间较大，常被利用作为切削液、润滑液的储存器或液压油的油箱；有时，也可将变速箱、电动机和电气箱等部件放的油箱；有时，也可将变速箱、电动机和电气箱等部件放在其中。在其中。本讲稿第二页，共四十六页1 基本要求1）应具有足够的抵抗变形的能力；）应具有足够的抵抗变形的能力；2）有良好的动特性，有足够大的抵抗受迫振动和自激振动的能力；）有良好的动特性，有足够大的抵抗受迫振动和自激振动的能力；3）具有良好的热稳定性；）具有良好的热稳定性；4）应具有良好的结构工艺性，以减少其内应力；）应具有良好的结构工艺性，以减少其内应力；5）加工及装配工艺性好。）加工及装配工艺性好。支承件的性能对机电装
3、备的性能影响很大，其支承件的性能对机电装备的性能影响很大，其重量占总重量占总重量的重量的80%以上以上。目前主要是根据同类机型上的支承件进行。目前主要是根据同类机型上的支承件进行类比设计。类比设计。本讲稿第三页，共四十六页2 设计步骤设计步骤1）受力和变形分析，确定力和力矩；）受力和变形分析，确定力和力矩；2）利用类比设计法初定其形状和尺寸；）利用类比设计法初定其形状和尺寸；3）采用有限元法（）采用有限元法（FEA），），利用计算机进行验算或分析；利用计算机进行验算或分析；4）在分析基础上，进行热变形和热应力分析；）在分析基础上，进行热变形和热应力分析；5）修改原设计方案，综合对比，从中择优。
4、）修改原设计方案，综合对比，从中择优。4.2 静力分析静力分析 保证支承件具有足够的刚度。保证支承件具有足够的刚度。先进行受力和变形分析先进行受力和变形分析由变形及引起有关零部件之间相对运由变形及引起有关零部件之间相对运动误差动误差合理地进行支承件的结构设计合理地进行支承件的结构设计使其变形控制在允许的误使其变形控制在允许的误差范围之内差范围之内保证机电装备的工作精度。保证机电装备的工作精度。本讲稿第四页，共四十六页4.2.1 受力和变形分析受力和变形分析（以卧式床身为例）（以卧式床身为例）产生的弯矩使床身在垂直面内产生产生的弯矩使床身在垂直面内产生弯曲变形，从而使工件产生的加工误弯曲变形，从
5、而使工件产生的加工误差，但对工件直径影响较小。差，但对工件直径影响较小。本讲稿第五页，共四十六页 产生的弯矩使床身在水平产生的弯矩使床身在水平面内产生弯曲变形，并使加工面内产生弯曲变形，并使加工出的工件呈鼓形。变形量以近出的工件呈鼓形。变形量以近似似1：1的比例关系反映在工的比例关系反映在工件的半径误差上。件的半径误差上。本讲稿第六页，共四十六页床身横截面上受到的转矩为床身横截面上受到的转矩为 转矩使床身产生扭转变形，造成前后导轨不平行，丧失了车床的原始精度。车转矩使床身产生扭转变形，造成前后导轨不平行，丧失了车床的原始精度。车床工作时，刀架沿着变了形的导轨移动，使工件产生加工误差。床身受到的
6、床工作时，刀架沿着变了形的导轨移动，使工件产生加工误差。床身受到的扭扭转变形是的占床身变形量的转变形是的占床身变形量的6090。本讲稿第七页，共四十六页本讲稿第八页，共四十六页 设计较长床身时，设计较长床身时，扭转变形扭转变形会使刀尖与工会使刀尖与工件间产生相当大的位移，甚至会成为变形的主件间产生相当大的位移，甚至会成为变形的主要方面，因此要注意要方面，因此要注意提高床身的抗扭刚度提高床身的抗扭刚度。在。在弯曲变形中，弯曲变形中，水平面的弯曲变形水平面的弯曲变形对加工精度影对加工精度影响较大，因此床身一般设计成近似方形，以提响较大，因此床身一般设计成近似方形，以提高其水平面内的抗弯刚度。高其水
7、平面内的抗弯刚度。本讲稿第九页，共四十六页4.2.2 静刚度静刚度 支承件刚度不足，则在重力、夹紧力、切削力和摩擦力等支承件刚度不足，则在重力、夹紧力、切削力和摩擦力等作用下会出现变形，振动或爬行等现象，影响装备的性能和定作用下会出现变形，振动或爬行等现象，影响装备的性能和定位精度、加工精度等。位精度、加工精度等。支承件变形包括三部分；支承件变形包括三部分；自身变形、局部变形和接触变形。自身变形、局部变形和接触变形。1 提高支承件自身刚度提高支承件自身刚度自身刚度：自身刚度：支承件抵抗自身变形的能力。与支承件的材料、支承件抵抗自身变形的能力。与支承件的材料、形状、尺寸及肋板的布置等因素有关。形
8、状、尺寸及肋板的布置等因素有关。1）合理选择支承件的截面形状）合理选择支承件的截面形状 无论圆形、方形或矩形，都是空心截面的惯性矩比实心的大；无论圆形、方形或矩形，都是空心截面的惯性矩比实心的大；圆形截面的抗扭刚度比方形的大，抗弯刚度比方形的小圆形截面的抗扭刚度比方形的大，抗弯刚度比方形的小；封闭截；封闭截面的刚度比不封闭截面的大。面的刚度比不封闭截面的大。本讲稿第十页，共四十六页本讲稿第十一页，共四十六页2）合理布置肋板和肋条）合理布置肋板和肋条 肋板肋板又称隔板，又称隔板，肋条肋条又称加强肋。又称加强肋。肋板和肋条作用肋板和肋条作用:使作用于支承件局部的载荷通过它们传递使作用于支承件局部的
9、载荷通过它们传递给其它部分给其它部分使整个支承件承受载荷使整个支承件承受载荷提高支承件的自身提高支承件的自身刚度。刚度。肋板是在支承件两壁之间起连接作用的连接板。纵向肋板是在支承件两壁之间起连接作用的连接板。纵向肋板：提高抗弯刚度；肋板：提高抗弯刚度；横向肋板：增加抗扭刚度；横向肋板：增加抗扭刚度；斜向肋板：提高抗弯和抗扭刚度作用。斜向肋板：提高抗弯和抗扭刚度作用。为了有效提高抗弯刚度，纵向肋板应布置为了有效提高抗弯刚度，纵向肋板应布置在弯曲平面内。在弯曲平面内。本讲稿第十二页，共四十六页 前者抗弯刚度明显大于后者。前者抗弯刚度明显大于后者。本讲稿第十三页，共四十六页 空心零件在扭转时出现壁翘
10、曲，引起截面畸变。空心零件在扭转时出现壁翘曲，引起截面畸变。增加横向肋板后，畸变几乎消失，端部位移大大减增加横向肋板后，畸变几乎消失，端部位移大大减小。小。变形变形相同相同时材时材料消料消耗的耗的比值比值本讲稿第十四页，共四十六页支承件受扭时，截面支承件受扭时，截面a1b1c1d1 相对于截面相对于截面a2b2c2d2产生扭转，使产生扭转，使a1与与b2,d1与与c2 之间的之间的距离发生变化，引起距离发生变化，引起截面畸变。截面畸变。增加斜向肋板后，使增加斜向肋板后，使畸变减小，提高了抗畸变减小，提高了抗弯刚度。弯刚度。本讲稿第十五页，共四十六页a)“T”形肋板形肋板：提高水平面上的抗弯刚度
11、，：提高水平面上的抗弯刚度，b)“”形肋板形肋板：垂直面和水平面的抗弯刚度都比较高，应用较多。：垂直面和水平面的抗弯刚度都比较高，应用较多。c)肋板肋板“W”形布置形布置：提高水平面上的抗弯、抗扭刚度；：提高水平面上的抗弯、抗扭刚度；d)采用封闭截面采用封闭截面：提高了床身的刚度，又能自由排屑：提高了床身的刚度，又能自由排屑，铸造较困难，铸造较困难 本讲稿第十六页，共四十六页本讲稿第十七页，共四十六页 肋条的作用与肋板相同，一般配置在支承件的内壁上，以肋条的作用与肋板相同，一般配置在支承件的内壁上，以提高壁板的抗弯刚度提高壁板的抗弯刚度，减少局部变形。当壁板面积大于，减少局部变形。当壁板面积大
12、于400mm400mm时，在支承件的内壁上增加肋条可避免出现薄时，在支承件的内壁上增加肋条可避免出现薄壁振动现象壁振动现象。本讲稿第十八页，共四十六页3）合理开孔和加盖）合理开孔和加盖 开孔是工艺上的需要，为了安装机件或清砂，减轻重量及造型等的需要。窗开孔是工艺上的需要，为了安装机件或清砂，减轻重量及造型等的需要。窗孔对支承件的刚度的影响取决于它的大小和位置。孔对支承件的刚度的影响取决于它的大小和位置。0/为开孔前后扭转角之比，为开孔前后扭转角之比，实线表示在前壁上开一孔的情况，虚线表示前、后壁各开一孔的情况。实线表示在前壁上开一孔的情况，虚线表示前、后壁各开一孔的情况。本讲稿第十九页，共四十
13、六页2 提高支承件的连接刚度和局部刚度提高支承件的连接刚度和局部刚度连接刚度：连接刚度：支承件在连接处抵抗变形的能力。支承件在连接处抵抗变形的能力。局部刚度：局部刚度：支承件抵抗局部变形的能力。支承件抵抗局部变形的能力。连接刚度影响因素：连接刚度影响因素：连接处的材料、几何形状与尺寸，连接处的材料、几何形状与尺寸，接触处硬度及表面粗糙度、几何精度和加工方法等因素接触处硬度及表面粗糙度、几何精度和加工方法等因素有关。有关。当支承件以凸缘连接时，连接刚度取决于螺钉刚当支承件以凸缘连接时，连接刚度取决于螺钉刚度、凸缘刚度和接触刚度。为了保证支承件具有一定的度、凸缘刚度和接触刚度。为了保证支承件具有一
14、定的接触刚度，接合面上的压力应不小于接触刚度，接合面上的压力应不小于1.52.0MPa,本讲稿第二十页，共四十六页埋入式埋入式图图a）无肋板刚度较低；图）无肋板刚度较低；图b）加了）加了4条肋板刚度较高；图条肋板刚度较高；图c）店）店面为封闭式结构，向内加了工艺凹孔，面为封闭式结构，向内加了工艺凹孔，6个螺钉在个螺钉在4个方向，其个方向，其刚度最高。图刚度最高。图4-13显示了在两种不同的连接设计中，受载时显示了在两种不同的连接设计中，受载时E点点处在处在y方向上的变形量。方向上的变形量。本讲稿第二十一页，共四十六页 增加凸缘厚度可提高惯性矩，但螺栓要相应加长，使螺栓增加凸缘厚度可提高惯性矩，
15、但螺栓要相应加长，使螺栓的伸长变形量增加，降低了接触刚度，故凸缘厚度不宜太大。的伸长变形量增加，降低了接触刚度，故凸缘厚度不宜太大。本讲稿第二十二页，共四十六页 支承件的局部变形主要发生在载荷较集中的局部结构处，它支承件的局部变形主要发生在载荷较集中的局部结构处，它与局部变形处的结构及尺寸等因素有关与局部变形处的结构及尺寸等因素有关 本讲稿第二十三页，共四十六页4.3 动态特性动态特性4.3.1 动态分析动态分析 支承件设计除了要满足静刚度的要求外，还应满足动态特性的要求。即支承件设计除了要满足静刚度的要求外，还应满足动态特性的要求。即支承件的固有频率不能与激振频率重合；应具有较高的动刚度（共
16、振状态下，支承件的固有频率不能与激振频率重合；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激振力的幅值与振幅之比）和较大的阻尼）和较大的阻尼支承件在受到一定幅值的周期支承件在受到一定幅值的周期性激振力的作用下，其受迫振动的幅值较小。性激振力的作用下，其受迫振动的幅值较小。动态分析在已知系统的动力学模型、外部激振力和系统工作状态，动态分析在已知系统的动力学模型、外部激振力和系统工作状态，分析以下问题。分析以下问题。1 固有特性频率固有特性频率目的：目的：避免系统在工作时发生共振，对系统作进一步的动态分析。避免系统在工作时发生共振，对系统作进一步的动态分析。取决于物理模型。取决于物理模型
17、。支承件看成为简单振动系统支承件看成为简单振动系统：其固有特性主要指系统的固有频率；：其固有特性主要指系统的固有频率；支承件看成为复杂振动系统：支承件看成为复杂振动系统：其固有特性是指系统的各阶固有频其固有特性是指系统的各阶固有频率、阻尼和模态振型等。率、阻尼和模态振型等。本讲稿第二十四页，共四十六页2 动力响应动力响应 外部激振力作用时外部激振力作用时系统将产生动力振动系统将产生动力振动系统的构件内系统的构件内部产生动态应力部产生动态应力导致构件出现疲劳损坏。导致构件出现疲劳损坏。振动响应引起过大的动态位移，影响机电装备的的工作性振动响应引起过大的动态位移，影响机电装备的的工作性能。能。3
18、动力稳定性动力稳定性目的：目的：确定机电装备发生共振的临界条件，保证机电装备在规确定机电装备发生共振的临界条件，保证机电装备在规定的工作条件下不出现共振。定的工作条件下不出现共振。固有频率和振型合称为模态。固有频率和振型合称为模态。自激振动自激振动：由系统本身的动力特性及系统工作过程所决定，不受由系统本身的动力特性及系统工作过程所决定，不受外部激振力的影响。外部激振力的影响。颤振和爬行为自激振动。颤振和爬行为自激振动。自激振动系统称为不稳定系统。自激振动系统称为不稳定系统。本讲稿第二十五页，共四十六页图图a）为第）为第一阶模态一阶模态的整机摇晃振动，频率范围约在的整机摇晃振动，频率范围约在15
19、30 Hz，常见的为，常见的为2025Hz。图。图b）为第）为第二阶模态二阶模态的扭摆振动，频率范围约在的扭摆振动，频率范围约在30120Hz，常，常见的是见的是4070 Hz。图。图c）为垂直弯曲振动，频率约为）为垂直弯曲振动，频率约为80 140 Hz。图。图d）为水）为水平弯曲振动。频率范围为平弯曲振动。频率范围为90150Hz。本讲稿第二十六页，共四十六页4.3.2 改善动态特性的措施改善动态特性的措施 上式可看出，提高结构动刚度的措施：提高系统的静刚上式可看出，提高结构动刚度的措施：提高系统的静刚度度K，增大系统中的阻尼比，增大系统中的阻尼比，改变激振角频率，改变激振角频率和系统的固
20、有和系统的固有角频率角频率n。本讲稿第二十七页，共四十六页对于不同的激振频率段，在提高动刚度时，采取的措施面有所不同。对于不同的激振频率段，在提高动刚度时，采取的措施面有所不同。激振频率在激振频率在“准静态区准静态区”，即，即0 （0.60.7）时，提高结构的静刚度）时，提高结构的静刚度K；在在“共振区共振区”，即，即(0.60.7)(1.31.4)时，增加阻尼时，增加阻尼；在在“惯性区惯性区”，即，即(1.31.4)时，可加大结构重量。时，可加大结构重量。本讲稿第二十八页，共四十六页改善动态特性措施：改善动态特性措施：1 提高静态刚度提高静态刚度 合理地设计支承件的结构和尺寸，合理地布置肋板
21、和肋条。合理地设计支承件的结构和尺寸，合理地布置肋板和肋条。此外，还应注意支承件的整体刚度、局部刚度和接触刚度的匹此外，还应注意支承件的整体刚度、局部刚度和接触刚度的匹配等。配等。2 增加阻尼增加阻尼 在振动频率较高且接近固有频率时，增加阻尼是提高支承在振动频率较高且接近固有频率时，增加阻尼是提高支承件动刚度的有力措施，可大大降低其振幅，减小振动。件动刚度的有力措施，可大大降低其振幅，减小振动。常用方法：常用方法：保留铸件中的型芯，采用具有阻尼性能的焊接结保留铸件中的型芯，采用具有阻尼性能的焊接结构，在支承件中灌注混凝土，表面喷涂具有高内阻尼的粘滞构，在支承件中灌注混凝土，表面喷涂具有高内阻尼
22、的粘滞性材料性材料，利用接合面间的摩擦阻尼来减小振动。，利用接合面间的摩擦阻尼来减小振动。本讲稿第二十九页，共四十六页本讲稿第三十页，共四十六页3 调整固有频率调整固有频率 激振力的频率一般较低，而支承件的固有频率应远激振力的频率一般较低，而支承件的固有频率应远离激振力的频率。离激振力的频率。方法：方法：方法：方法：增加支承件的刚度或减少质量，都可以提高固有频增加支承件的刚度或减少质量，都可以提高固有频率；而改变阻尼系数，对固有频率的变化影响不大。率；而改变阻尼系数，对固有频率的变化影响不大。4 采用减振器采用减振器 采用减振器也是提高抗振性的一种有效的方法。其特点采用减振器也是提高抗振性的一
23、种有效的方法。其特点是结构轻巧，在某些情况下比单纯提高支承件结构的刚度容是结构轻巧，在某些情况下比单纯提高支承件结构的刚度容易实现。易实现。本讲稿第三十一页，共四十六页4.4 热变形特性热变形特性4.4.1 热平衡热平衡 机电装备在单位时间内的发热量等于其散热量，就达机电装备在单位时间内的发热量等于其散热量，就达到了热平衡。到了热平衡。机床一般要运机床一般要运转转23h，才能达，才能达到热平衡。到热平衡。本讲稿第三十二页，共四十六页支承件的热量主要来自于某几个相应的热源。热源处温度比其他部分的温度高，离热源越远则温度越低，这样就形成了温度场。温度场通常可用等温线来表示。从图中可发现，主轴箱前后
24、轴承处温度较高。本讲稿第三十三页，共四十六页4.4.2 热变形和热应力热变形和热应力 支承件的热变形分为自由状态热变形和非自由状态热变支承件的热变形分为自由状态热变形和非自由状态热变形。由于温度变化，机电装备中的每个单元都要产生热变形；形。由于温度变化，机电装备中的每个单元都要产生热变形；同时，单元又是整体的一部分，它不能进行自由变形，要受到同时，单元又是整体的一部分，它不能进行自由变形，要受到其他单元的约束，故在单元与单元联接的其他单元的约束，故在单元与单元联接的节点上产生了热应节点上产生了热应力力。将热应力看作是等效的外力，就可求出等效力作用下支承。将热应力看作是等效的外力，就可求出等效力
25、作用下支承件的变形件的变形支承件的热变形。该方法可将热变形计算转化为支承件的热变形。该方法可将热变形计算转化为静刚度计算问题。静刚度计算问题。4.4.3 减少热变形的措施减少热变形的措施1 控制温升；控制温升；2 均衡温度场；均衡温度场；3 采用热对称结构；采用热对称结构；4 采用温度补偿装置；采用温度补偿装置；5 在发生热伸长主要部位采用热膨胀系数小的材料；在发生热伸长主要部位采用热膨胀系数小的材料；本讲稿第三十四页，共四十六页4.5 结构设计4.5.1 截面形状选择截面形状选择a)前后顶三面封闭，容易制造，但刚度低；前后顶三面封闭，容易制造，但刚度低；b)前后底三面密封，床身内的空间前后底
26、三面密封，床身内的空间可用于存储润滑油和切削液，以及安装驱动机构等，但床身前后壁之间无隔可用于存储润滑油和切削液，以及安装驱动机构等，但床身前后壁之间无隔板相连，故刚度低；板相连，故刚度低；c)为两面封闭的床身，刚度低，但便于排屑和冷却液的流通，为两面封闭的床身，刚度低，但便于排屑和冷却液的流通，用于对刚度要求不高的机床；用于对刚度要求不高的机床；d)大型和重型机床的床身，采用三道壁，导轨多大型和重型机床的床身，采用三道壁，导轨多达达45个。个。本讲稿第三十五页，共四十六页立柱的截面形状由刚度决定。对承受弯矩为主的立柱采用矩形截立柱的截面形状由刚度决定。对承受弯矩为主的立柱采用矩形截面，如面，
27、如g和和h所示。对于受转矩为主的支承件（如摇臂钻床和立钻所示。对于受转矩为主的支承件（如摇臂钻床和立钻的立柱），应采用圆形截面，如的立柱），应采用圆形截面，如e所示，外表面起导轨作用；对所示，外表面起导轨作用；对于同时承受弯曲和扭转的支承件应采用近似方形的截面，如于同时承受弯曲和扭转的支承件应采用近似方形的截面，如f所所示，一般示，一般B/H=0.51.5。本讲稿第三十六页，共四十六页4.5.2 壁厚设计壁厚设计 为了减轻重量，节约材料，减小驱动力，节能，应为了减轻重量，节约材料，减小驱动力，节能，应在结构工艺可行的条件下，尽量减小支承件的壁厚。在结构工艺可行的条件下，尽量减小支承件的壁厚。铸
28、铁的壁厚应尽可能设计成均匀的形式，避免出现内应力。铸铁的壁厚应尽可能设计成均匀的形式，避免出现内应力。焊接结构通常用钢板和型钢焊接而成。由于钢的弹性焊接结构通常用钢板和型钢焊接而成。由于钢的弹性模量约比铸铁大一倍，故用钢板焊接成的支承件的抗弯模量约比铸铁大一倍，故用钢板焊接成的支承件的抗弯刚度约为铸铁支承件的刚度约为铸铁支承件的1.45倍。但钢的阻尼是铸铁倍。但钢的阻尼是铸铁1/3，抗振性差。抗振性差。在设计焊接件时，还应在结构和焊缝上采取相应的抗在设计焊接件时，还应在结构和焊缝上采取相应的抗振措施。振措施。本讲稿第三十七页，共四十六页4.5.3结构工艺性结构工艺性本讲稿第三十八页，共四十六页
29、4.5.4 焊接结构焊接结构 由于没有铸件的截面形状限制，故可做成封闭形由于没有铸件的截面形状限制，故可做成封闭形式，可根据受力情况合理布置肋板和肋条来提高支承件式，可根据受力情况合理布置肋板和肋条来提高支承件的抗弯刚度和抗扭刚度。的抗弯刚度和抗扭刚度。应尽量使焊接件有简单的形应尽量使焊接件有简单的形状，减少焊接和钳工工作量。状，减少焊接和钳工工作量。采用对称结构等。采用对称结构等。本讲稿第三十九页，共四十六页4.5.5 常用材料与时效处理常用材料与时效处理1 铸铁铸铁 铸造性能好，内摩擦力较大，阻尼系数大，使振动衰减的铸造性能好，内摩擦力较大，阻尼系数大，使振动衰减的性能好，材料成本较低。常
30、用性能好，材料成本较低。常用HT200、HT150、HT100。2 钢材钢材 可做成封闭结构，刚性较好，质量轻，固有频率高。可做成封闭结构，刚性较好，质量轻，固有频率高。利用计算机，对焊接件的结构和刚度进行分析，根据受利用计算机，对焊接件的结构和刚度进行分析，根据受力情况，合理布置肋板和肋条，选择合适厚度的材料，力情况，合理布置肋板和肋条，选择合适厚度的材料，来提高支承件的动静刚度。节材来提高支承件的动静刚度。节材2050%，抗振性差。，抗振性差。本讲稿第四十页，共四十六页3 预应力钢筋混凝土预应力钢筋混凝土数控车床的混泥土底座和铸数控车床的混泥土底座和铸铁床身的组合铁床身的组合：结构阻尼性结
31、构阻尼性能好，支承件动刚度很高，能好，支承件动刚度很高，安装时不用地基。底座由安装时不用地基。底座由钢板焊接而成的箱体，内钢板焊接而成的箱体，内充填混凝土，其中有钢筋充填混凝土，其中有钢筋支承，床身连在它上面。支承，床身连在它上面。床身是一个封闭的箱形铸床身是一个封闭的箱形铸件，里面保留型砂，可提件，里面保留型砂，可提高床身的阻尼。高床身的阻尼。本讲稿第四十一页，共四十六页4 天然花岗岩天然花岗岩优点：优点：性能稳定，精度保持性好，抗震性好，阻尼系性能稳定，精度保持性好，抗震性好，阻尼系数比钢大数比钢大15倍，耐腐蚀性比铁高倍，耐腐蚀性比铁高56倍，热导率和线倍，热导率和线胀系数小，热稳定性好
32、，抗氧化性强，不导电，抗胀系数小，热稳定性好，抗氧化性强，不导电，抗磁，与金属不粘合，易于加工，通过研磨和抛光可以磁，与金属不粘合，易于加工，通过研磨和抛光可以得到很高的表面粗糙度。得到很高的表面粗糙度。缺点：缺点：抗冲击性能差，脆性大，油和水等液体一渗入抗冲击性能差，脆性大，油和水等液体一渗入晶界中，使表面局部变形涨大。晶界中，使表面局部变形涨大。本讲稿第四十二页，共四十六页5 树脂混凝土树脂混凝土 采用合成树脂为粘接剂，加入固化剂、稀释剂、增韧剂等将骨料固采用合成树脂为粘接剂，加入固化剂、稀释剂、增韧剂等将骨料固结而成。称人造花岗岩结而成。称人造花岗岩 特点：特点：刚度高，具有良好的阻尼性
33、能，阻尼比是灰铸铁的刚度高，具有良好的阻尼性能，阻尼比是灰铸铁的810倍；倍；抗振性好；热容量大，热导率只有铸铁的抗振性好；热容量大，热导率只有铸铁的140125，热稳定性高，热稳定性高，构件的热变形小；构件的热变形小；密度是铸铁的密度是铸铁的13，重量轻，可获得良好的几何形状精度，表面粗糙度也较，重量轻，可获得良好的几何形状精度，表面粗糙度也较低；低；对切削液、润滑剂、冷却液有极好的耐腐蚀性；对切削液、润滑剂、冷却液有极好的耐腐蚀性；与金属的粘结力强，可根据不同的结构要求，预埋金属件，减少机与金属的粘结力强，可根据不同的结构要求，预埋金属件，减少机械加工量，降低成本；械加工量，降低成本；浇注
34、时无大气污染；生产周期短，工艺流程短。浇注时无大气污染；生产周期短，工艺流程短。缺点缺点：某些力学性能低，但可通过预埋金属或添加加强纤维来提高其：某些力学性能低，但可通过预埋金属或添加加强纤维来提高其力学性能。力学性能。本讲稿第四十三页，共四十六页浇注树脂混凝浇注树脂混凝土到金属型材土到金属型材焊接框架焊接框架用粘接剂将各部用粘接剂将各部分连接起来分连接起来本讲稿第四十四页，共四十六页时效处理时效处理时效处理时效处理 支承件在铸造或焊接后因冷却收缩产生内应力支承件在铸造或焊接后因冷却收缩产生内应力应力分布应力分布不均匀不均匀随着时间推移随着时间推移内应力将重新分布并逐渐消失内应力将重新分布并逐
35、渐消失使支使支承件产生变形承件产生变形影响装备的工作性能。影响装备的工作性能。必须对支承件进行时效处理，以消除由于冷却收缩及加必须对支承件进行时效处理，以消除由于冷却收缩及加工过程中的切削热在支承件内部产生的残余应力。工过程中的切削热在支承件内部产生的残余应力。时效处理方法有时效处理方法有自然时效自然时效、人工时效人工时效和和振动时效振动时效等等三种。三种。1）自然时效）自然时效 将铸铁毛坯或粗加工后的半成品在露天环境存放将铸铁毛坯或粗加工后的半成品在露天环境存放3个个月到几年，逐渐消除其内应力，使材料内部性能逐渐趋于稳月到几年，逐渐消除其内应力，使材料内部性能逐渐趋于稳定，然后再进行加工。定
36、，然后再进行加工。本讲稿第四十五页，共四十六页2）人工时效）人工时效 又称焖火，将工件放在又称焖火，将工件放在200以下的退火炉中，以不超过以下的退火炉中，以不超过80h的速度加热到的速度加热到500550，经，经68h保温，消除工件的保温，消除工件的内应力，然后以不超过内应力，然后以不超过40h的速度缓慢地冷却，以免产生新的速度缓慢地冷却，以免产生新的内应力，当冷却到的内应力，当冷却到400以下后，从炉中取出工件。以下后，从炉中取出工件。3）振动时效）振动时效 一种新型时效方法。将工件放在两个弹性支座上，激振器一种新型时效方法。将工件放在两个弹性支座上，激振器装在工件的中部。将激振器的激振频率调到等于工件一次弯曲装在工件的中部。将激振器的激振频率调到等于工件一次弯曲振动的固有频率，使工件发生共振，其弯曲应力加上内应力将振动的固有频率，使工件发生共振，其弯曲应力加上内应力将有一部分超过材料的屈服点，使材料产生一定的塑性变形，从有一部分超过材料的屈服点，使材料产生一定的塑性变形，从而消除内应力。主要用于如机床床身、横梁等的时效处理。而消除内应力。主要用于如机床床身、横梁等的时效处理。本讲稿第四十六页，共四十六页