机械设计基础之机架设计

一、机架零件的基本要求
（1）足够的强度和刚度；
（2）形状简单，便于制造；
（3）便于在机架上安装附件；
（4）对于带有缸体、导轨等的机架零件，还应有良好的耐磨性；
（5）高速机器的机架零件还应满足振动稳定性的要求。
二、材料
（1）多数机架零件由于形状较复杂，故多采用铸件。铸铁的铸造性能好、价廉、吸振能力较强，所以在机架零件中应用最广。
（2）受载情况严重的机架常用铸钢，例如轧钢机机架。
（3）要求质量轻时可以采用轻合金，例如飞机发动机的气缸体多用铝合金铸成。
（4）在载荷比较强烈、形状不很复杂、生产批量又较少时，最好采用钢材焊接机架。

三、截面形状的合理选择
1．各种截面形状梁的相对强度和相对刚度
几种截面面积相等而形状不同（矩形、空心圆管、矩形管、工字钢）的机架零件在弯曲强度、弯曲刚度、扭转强度、扭转刚度等方面会有差异，设计时应合理选择截面形状。
（1）主要受弯曲的零件以选用工字形截面为最好，弯曲强度和刚度都以它为最大；
（2）主要受扭转的零件，从强度方面考虑，以圆管形截面为最好，空心矩形的次之；
（3）从刚度方面考虑，则以选用空心矩形截面的为最合理。由于机架受载情况一般都较复杂，对刚度要求又较高，因而选用空心矩形截面比较有利，它也便于附装其他零件。

2．不同尺寸的工字形截面粱在受弯曲作用时的相对性能（总质量、静载强度和动载性能）也会有所差异。
只要合理设计截面形状，即使截面面积并不增加，也可以提高机架承受动载的能力。

3．最大的弯曲刚度和扭转刚度的获取
为了得到最大的弯曲刚度和扭转刚度，还应在设计机架时尽量使材料沿截面周边分布。

四、间壁和肋
设置间壁和肋在提高强度和刚度方面常常是最有效的，因此经常采用。其效果在很大程度上决定于布置是否正确，设置间壁方法不同空心矩形梁在弯曲刚度、扭转刚度方面也会有较大差异。

五、壁厚的选择
1．影响壁厚的因素
当机架零件的重量将在很大程度上取决于壁厚，因而在满足强度、刚度、振动稳定性等条件下，应尽量选用最小的壁厚。但面大而壁薄的箱体，容易因齿轮、滚动轴承的噪声引起共鸣，故壁厚宜适当取厚一些，并适当布置肋板以提高箱壁刚度。
2．壁厚的选择原则
（1）选用壁厚一般要比为满足强度、刚度要求所需的壁厚大得多，例如轻型机床床身，取壁厚为12mm～15mm；中型的取18mm～22mm；重型的取23mm～25mm；
（2）钢铸件由于铸造工艺的关系，其最小壁厚应比铸铁约大20％～40％；
（3）同一铸件的壁厚应力求趋于相近。当壁厚不同时，在厚壁和薄壁相联接处应设置平缓的过渡圆角或斜度。
六、隔振
1．振动的危害

影响产品精度之外，还有可能造成联接的松动、零件的疲劳，从而降低机器的使用寿命，甚至造成严重的破坏。由于振动及其传输所引发的噪声也会使操作人员思想不集中、困乏，影响健康。
2．隔震

（1）隔震的方法
隔振常用的方法是在机器或仪器的底座与基础之间设置弹性零件，通常称为隔振器或隔振垫。在设计机器时，首先应考虑到有可能产生振动的振动源，并设法在设计工作中采取相应的改善措施。
（2）橡胶材料的选用条件

隔振器中的弹性零件可以是金属弹簧，也可以是橡胶弹簧。橡胶材料可根据使用条件不同来选用：
①在一般环境下工作的，可选用耐疲劳性和蠕变性都较好的天然橡胶，顺丁橡胶在动载荷下发热量少，但强度稍差；
②在需要耐油环境下工作的，可选用耐油的丁腈橡胶；
③在露置环境下工作的，可选用耐气候性较好的氯丁橡胶；
④在受冲击较大环境中工作的，可选用振动衰减较快的丁基橡胶；
⑤在温度偏高的环境中工作的，可选用耐热性较好的乙丙橡胶。

（4）安装应注意的问题
①要留有一定的空间，允许它能自由地振动；
②凡有和外界相联的管路、电路、联轴器等，在联接处都应设有挠性零件，以免降低或破坏隔振效果。