机架的截面形状、肋的布置及壁板上的孔

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肋的布置

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肋的布置

布肋的一般原则

一、肋的布置应有效地提高机架的强度和刚度
项目 图 例 说 明
为有效地提高机架抗弯刚度，肋应布置在弯曲平面内 将外力作用下轴承孔中心线的旋转角δ，用作度量箱壁的变形。图b中的θ为其相对旋转刚度。从图中可知，当肋与力偶矩矢量的夹角β=90°时，刚度可提高40～70倍，而当β=90°时，几乎不提高刚度。由此，还可得知：肋的长短和肋的位置均影响到刚度的提高，但其中肋的位置影响大
应有利于将局部载荷传递给其他壁板是指均衡地承担载荷 加肋后，可把载荷传递到下壁，并把上壁的弯曲变形转化为肋板的拉伸和压缩变形，因而有效地减少上壁的弯曲变形

直列龙门式柴油机机体横隔支撑壁上肋的布置 		机体横隔支撑壁同时承受拉应力和弯曲应力。为提高其刚度，一般有数条竖肋和斜肋，按力的传递要求，主轴承作螺栓搭子上的竖肋从轴承搭子延伸到水腔壁与气缸盖螺栓搭子相连，从而减轻因紧螺栓时机体的变形，有利于力的传递
应有利于将局部载荷传递给其他壁板是指均衡地承担载荷
V型柴油机机体横隔支撑上的布肋 		对于V型柴油机机体横隔支撑壁上，除螺栓搭子上的加强肋外，按受力方向还设置了与各列气缸中心线平行的肋
带孔肋板应避免布置在高梁柱传力肋板的位置上
a)31500kN液压机下衡量裂纹示意图 		液压机(或水压机)横梁属于箱形截面高梁。液压机横梁产生裂纹的部位大多在柱传力肋板工艺孔的孔边。这是由于剪力变形引起孔边严重应力集中，超过材料的疲劳极限所至 图a为31500kN液压机下横梁，使用2年后，由于纵向主传力肋板的出砂孔出现裂纹，最后失效报废
带孔肋板应避免布置在高梁柱传力肋板的位置上
b)120000kN锻造水压机动梁简图。由于取消了上面板A，使a、b带孔肋板载荷剧增 		又如120000kN水压机动梁裂纹，也是基于上述原因(图b)
二、布肋应考虑弹性匹配
图 例 说明
δL—轴承的角变形 δW—轴承的角变形 F—轴承载荷 Hmin—最小间隙 机架的刚度置应考虑弹性匹配，否则将影响机器的性能。左图中轴承的角变形与轴颈的角变形不等(δL≠δW)，致使轴承载荷能力下降，而当δL =δW时，则轴承处于最佳载荷能力下工作。故布肋应考虑这一弹性匹配问题
三、布肋应考虑经济性。即在满足强、刚度的前提下，应选用材料消耗少，焊接费用低的布肋方式

布肋对开始箱形结构的影响

截面图 模型体积 弯曲刚度(x-x) 扭转刚度
cm^3 指数 N/mm 指数 N·m/rad 指数
75.5 1 1980 1 303 1
90 1.19 2710 1.37 405 1.34
90.9 1.19 3100 1.57 446 1.48
90 1.19 3300 1.67 567 1.87
82.7 1.08 2000 1.01 426 1.41
82.7 1.08 2140 1.07 526 1.75
82.7 1.08 2340 1.18 660 2.18
91.5 1.2 2440 1.23 656 2.17
91.5 1.2 2470 1.25 791 2.61
95.8 1.26 2780 1.4 左扭890 右扭1075 2.94 3.44
95.8 1.26 2850 1.44 1230 4.06

布肋对闭式箱形结构刚度的影响

序号 模型体积 弯曲刚度(x-x) 扭转刚度
cm^3 指数 N/mm 指数 N·m/rad 指数
1077 1 3700 1 2490 1
1220 1.13 4290 1.16 3580 1.44
1220 1.13 4390 1.18 3970 1.59
1220 1.13 5190 1.4 4470 1.8
1148 1.06 3790 1.02 3300 1.33
1146 1.06 3840 1.03 3640 1.46
1148 1.06 3860 1.04 4680 1.88
1236 1.15 4120 1.11 4150 1.67
1236 1.15 4210 1.13 5020 2.02
1278 1.19 4220 1.14 左钮4570右扭5010 1.84 2.02
1278 1.19 4370 1.18 5460 2.02

开式床身的布肋

截面图 说明
斜肋板的抗扭与抗弯性能都比较好，适用于既受弯曲变形又受扭转变形的床身，如金属切削机床中的轻型龙门刨床、导轨磨床的床身
除斜肋外，在床身中心线上有一条长的纵向肋，故抗弯、抗扭都较高，适用于重载和长的床身，如及属切削机床中的大型龙门铣床、刨床的床身
纵、横向组合肋，适用于载荷大的床身
米字形肋，这种布肋刚性最高，适用于要求变形量很小或载荷大的床身，如大型高精度的仪器；丝杠动态检查仪、自动比长仪、测长机的床身，以及大型外圆磨床的床身等。米字形肋铸造工艺较复杂

具有不同布肋的闭式床身(模型)柔度、材料体积和焊缝长度比值

注：所耗材料的体积和柔度特性值，表示材料使用的经济性；焊缝长度和柔度的乘积，表示焊接费用的技术效益。

模型 柔度 材料体积 焊缝长度
百分数 百分数 百分数
100 100 100
98 114 136
93 129 171
92 116 139
92 107 121
89 120 155
88 114 143
86 132 185
85 123 168
83 133 177
82 126 173
80 139 214
79 129 192
78 132 145
78 136 179
78 140 223
77 140 177
77 148 246
70 140 177
69 155 219
64 164 218

闭式床身(模型)内布肋的经济性比较

注：所耗材料的体积和柔度特性值，表示材料使用的经济性；焊缝长度和柔度的乘积，表示焊接费用的技术效益。

模型序号 柔度×体积(%)(六种载荷总和) 柔度×焊缝长度(%)(六种载荷总和)
120 160
114 189
113.7 160
112.3 133
111.4 171
111 148
110.5 147
109.4 187
108.4 137
107.4 129
107 137
106 150
106 139
105 143
103.7 142
103.5 113
101.6 152
101 126
100
99 112
98.4 124

布肋对空心立柱抗弯及抗扭刚度的影响

注：表中振型Ⅰ系指截面畸变比较严重的扭振；振型Ⅱ指纯扭转的扭振。

模型 类别 静刚度 动刚度 说明
抗弯刚度 抗扭刚度
简图 顶板 抗弯刚度相对值 抗扭刚度相对值
相对值 单位重量刚度相对值 相对值 单位重量刚度相对值 振型Ⅰ 振型 Ⅱ
无 1 1 1 1 1 1.22 7.7 顶板对立柱抗扭静刚度和动刚度有良好的作用，但对抗弯影响不明显
有 1 1 7.9 7.9 2.3 44
无 1.17 0.94 1.4 1.1 1.2 纵向助板可提高抗弯静刚度和无顶板时的抗扭静刚度
有 1.13 0.90 7.9 6.5
无 1.14 0.76 2.3 1.54 3.8 3.76 6.5
有 1.14 0.76 7.9 5.7
无 1.21 0.90 10 7.45 5.8 10.5 对角线纵向助板对抗弯有一定的提高。无顶板时，可有效地减小截面的畸变
有 1.19 0.90 12.2 9.3
无 1.32 0.81 18 10.8 3.5 61.5 在纵向助板中，对角线交叉助板对扭转刚度提高效果最佳
有 1.32 0.83 19.4 12.2
无 0.91 0.85 15 14 3.0 12.2 6.1 具有横向主办的立柱其抗扭刚度较好，对抗弯静刚度无作用，但能提高抗弯动刚度和振型Ⅰ的抗扭动刚度
有 42.0
无 0.85 0.75 17 14.6 2.75 11.7 6.1
有 3.0 26.3

布肋对底座刚度的影响

序号 扭转(0-0轴) 弯曲(x-x轴)
相对抗扭刚度 单位质量相对抗扭刚度 固有频率/Hz 相对抗弯刚度 单位质量相对抗弯刚度 固有频率/Hz
1 1 168 1 1 422
1.2 1.1 177 1.4 1.3 742
1.4 1.2 188 1.1 0.9 530
1.3 1.2 191 1.4 1.2 642
2.6 2.1 231 1.6 1.3 680
1.5 1.5 192 1.1 1.1 405
7.8 6.6 409 1.1 0.9 645
12.3 8.8 513 1.3 0.9 530
6.3 4.5 367 2.2 1.6 800
8.7 6.3 429 2.2 1.6 748
6.9 4.8 360 1.5 1.1 633
3.6 2.9 276 2.2 1.8 459
22 14 571 4 2.5 880
61.1 35.5 ＞640 3.4 2 491
92 47.5 1160 6.1 3.2 995

平板类机架布肋举例

形式 零件名称 说明
闭式 模锻水压机基础平台(70t) 为保证基础平台的刚度，在纵横方向加肋组成若干个箱形结构，并有两条贯穿平台的纵肋来提高整体的刚度
闭式 金属切削机床大型工作台 在闭式工作台内部设有纵向肋和横向肋，纵向肋布置在T形槽的下面，以减少台面加紧时的局部变形
开式 摇臂钻床的底座 底座的内部除有纵、横肋外，还设有对角肋，以提高抗扭刚度。为了使力柱的重力分布均匀，在安装立柱的部分布置有环形肋及径向肋

壁板上常见的布肋形式

简图 肋的布置形式 说明
直肋 直肋容易制造，应用于狭窄壁
三角形肋 三角形肋有足够的刚度，一般布置在平板上
交叉肋 交叉肋有足够的刚度，一般布置在平板上，交叉肋制造成本高
蜂窝形箱 蜂窝形肋在肋的连接处不堆积金属Ｔ内应力小，不容易产生裂纹，刚度亦高
米字肋 米字形肋抗弯抗扭刚度高，但铸造困难，多用于焊接机架
井字肋 井字形的抗弯刚度接近米字形，但抗扭刚度比米字形肋低，应用于较宽的矩形壁板上

柴油机、空气压缩机、破碎机和金属切削机床壁上肋的布置

机架名称 布肋形式 说明
柴油机机体
 直肋 根据机体纵向壁的有效宽厚比及载荷情况，布置不同距离和形式的肋。为有利于力的传递和刚度提高，肋应与螺栓搭子相连，并尽量不终断地延伸到机体底部
柴油机机体
 井字肋 根据机体纵向壁的有效宽厚比及载荷情况，布置不同距离和形式的肋。为有利于力的传递和刚度提高，肋应与螺栓搭子相连，并尽量不终断地延伸到机体底部
柴油机机体
 三角形肋 根据机体纵向壁的有效宽厚比及载荷情况，布置不同距离和形式的肋。为有利于力的传递和刚度提高，肋应与螺栓搭子相连，并尽量不终断地延伸到机体底部
空气压缩机机身
 井字肋 根据机体纵向壁的有效宽厚比及载荷情况，布置不同距离和形式的肋。为有利于力的传递和刚度提高，肋应与螺栓搭子相连，并尽量不终断地延伸到机体底部
破碎机下架体
 井字肋 在外壁上布肋，提高整个机架及侧壁的强度和刚度
金属切削机床立柱
 直肋 由于圆柱形立柱具有较高的抗扭刚度，因此在圆柱内壁上布纵向肋，以提高立柱的抗弯刚度。径向力由横贯圆心的Y形肋支承
金属切削机床立柱
 井字肋 卧镗及矩形铣床的立柱多采用矩形。壁上的纵向肋有助于提高立柱的抗弯刚度，横向肋提高了抗扭刚度，并防止截面畸变。纵、横肋共同阻止各段壁板振动
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