機(jī)墩

機(jī)墩是支承其他零部件的基礎(chǔ)部件，它既承受其他零部件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)作用。機(jī)座多采用鑄件，機(jī)架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。其基本特點(diǎn)是尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工面多，幾何精度和相對(duì)位置精度要求較高。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)對(duì)某些關(guān)鍵表面及其相對(duì)位置精度提出相應(yīng)的精度要求，以保證產(chǎn)品總體精度。其次，機(jī)架或機(jī)座的變形和振動(dòng)將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故應(yīng)對(duì)其剛度和抗振性提出下列基本要求。

(1)剛度與抗振性

剛度是抵抗載荷變形的能力。抵抗恒定載荷變形的能力稱靜剛度；抵抗交變載荷變形的能力稱為動(dòng)剛度。如果基礎(chǔ)部件的剛性不足，則在工件的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下，就會(huì)產(chǎn)生變形、振動(dòng)或爬行，而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其他性能。機(jī)座或機(jī)架的靜剛度，主要是指它們的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。動(dòng)剛度與靜剛度、材料阻尼及固有振動(dòng)頻率有關(guān)。動(dòng)剛度是衡量抗振性的主要指標(biāo)。在一般情況下，動(dòng)剛度越大，抗振性越好?？拐裥允侵赋惺苁芷日駝?dòng)的能力。受迫振動(dòng)的振源可能存在于系統(tǒng)(或產(chǎn)品)內(nèi)部，為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)的不平衡等。振源也可能來自于設(shè)備的外部，如鄰近機(jī)器設(shè)備、運(yùn)行車輛、人員活動(dòng)(走路、開門、關(guān)門、搬運(yùn)東西等)以及恒溫設(shè)備等。當(dāng)機(jī)座或機(jī)架受到振源的影響時(shí)，整機(jī)會(huì)搖晃振動(dòng)，使各主要部件及其相互間產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，尤其是當(dāng)振源振動(dòng)頻率與機(jī)座或機(jī)架的固有振動(dòng)頻率重合時(shí)，將產(chǎn)生共振而嚴(yán)重影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的正常工作和使用壽命。為提高機(jī)架或機(jī)座的抗振性，可采取如下措施：

①提高靜剛度，即從提高固有振動(dòng)頻率人手，以避免產(chǎn)生共振。

②增加阻尼，因?yàn)樵黾幼枘釋?duì)提高動(dòng)剛度的作用很大。如液(氣)動(dòng)、靜壓導(dǎo)軌的阻尼比滾動(dòng)導(dǎo)軌大，故抗振性能好。

③在不降低機(jī)架或機(jī)座靜剛度的前提下，減輕質(zhì)量可提高固有振動(dòng)頻率。如適當(dāng)減薄壁厚、增加筋和隔板，采用鋼材焊接代替鑄件等。

④采取隔振措施，如加減振橡膠墊腳、用空氣彈簧隔板等。

(2)熱變形

系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)、強(qiáng)光源、烘箱等熱源散發(fā)的熱量，零部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而摩擦生熱，電子元器件發(fā)熱等，都將傳到機(jī)座或機(jī)架上。如果熱量分布不均勻、散熱性能不同，就會(huì)由于不同部位的溫差而產(chǎn)生熱變形，影響其原有精度。為了減小熱變形，可采取以下措施：

1)控制熱源。除了控制環(huán)境溫度之外，對(duì)機(jī)座或機(jī)架內(nèi)的熱源(如強(qiáng)光源、電動(dòng)機(jī)等)也要嚴(yán)格控制。例如，采用延時(shí)繼電器，以控制燈光的發(fā)光時(shí)間；采用發(fā)光二極管等冷光源；采用膠木、石棉等隔熱墊片；采用風(fēng)扇、冷卻液等措施以充分散熱；將熱源遠(yuǎn)離機(jī)座或機(jī)架；對(duì)于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件，如軸承副、導(dǎo)軌副、絲杠副等，則應(yīng)從結(jié)構(gòu)上和潤(rùn)滑方面改善其摩擦性、減少摩擦生熱和減小熱傳遞。

2)熱平衡。采用熱平衡的辦法，控制各處的溫差，從而減小其相對(duì)變形。

(3)穩(wěn)定性。機(jī)座或機(jī)架的穩(wěn)定性是指長(zhǎng)時(shí)間地保持其幾何尺寸和主要表面相對(duì)位置的精度，以防止產(chǎn)品原有精度的喪失。為此，對(duì)鑄件機(jī)座應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理來消除產(chǎn)生機(jī)座變形的內(nèi)應(yīng)力。時(shí)效的常用方法有自然時(shí)效和人工時(shí)效(熱處理法和振動(dòng)法等)。振動(dòng)時(shí)效，是將鑄件或焊接件在其固有振動(dòng)頻率下，共振10-40min即可。其優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間短，設(shè)備費(fèi)用低，消耗動(dòng)力少；結(jié)構(gòu)輕巧，操作簡(jiǎn)便；可以消除熱處理無法處理的非金屬材料的內(nèi)應(yīng)力；時(shí)效后無氧化皮和尺寸變化，也不會(huì)因振動(dòng)而引起新的內(nèi)應(yīng)力。

(4)其他要求。除上述要求之外，還應(yīng)考慮工藝性、經(jīng)濟(jì)性及人機(jī)工程等方面的要求。

機(jī)墩材料應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工藝、成本、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)周期等要求選擇，常用的有以下幾種。

①鑄鐵、用鑄鐵作為機(jī)座的材料，其工藝性能好，容易獲得結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，鑄鐵的內(nèi)摩擦大，阻尼作用大，動(dòng)態(tài)剛性好，有良好的抗振性，價(jià)格比較便宜。其缺點(diǎn)是需做模具，制造周期長(zhǎng)，單件生產(chǎn)成本高，鑄造易出廢品，如有時(shí)會(huì)產(chǎn)生縮孔、氣泡、砂眼等缺陷；鑄件的加工余量大，機(jī)加工費(fèi)用大。

②鋼、用鋼材焊成的機(jī)座具有造型簡(jiǎn)單，對(duì)改型和單件小批生產(chǎn)適應(yīng)性較強(qiáng)，其生產(chǎn)周期比鑄鐵縮短30%～50%；鋼的彈性模量比鑄鐵的大，在同樣的載荷下，壁厚可做得比鑄鐵的薄，質(zhì)量輕(比鑄鐵輕20%一50%)，固有振動(dòng)頻率高；在單件小批生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短；所需制造設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低。但鋼的抗振性能比鑄鐵差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量大；成批生產(chǎn)時(shí)，成本較高；

③其他材料?；◢弾r、大理石、天然巖石已廣泛作為各種高精度機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)墩材料。

機(jī)墩一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，必須具有足強(qiáng)度和剛度，振動(dòng)的振幅要小，保證彈性穩(wěn)定。它的型式隨機(jī)組容量的不同而有如下幾種：

1、圓筒式機(jī)墩。整個(gè)機(jī)墩為一厚壁圓筒，其上開有一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)入洞，以便于工作人員下至水輪機(jī)井中。這種機(jī)墩受力均勻，抗震、抗扭性能好，常用于大型機(jī)組。

2、環(huán)梁立柱式機(jī)墩。頂部為一水平環(huán)形圈梁，發(fā)電機(jī)定子及支架固定在它的上面，環(huán)梁下面設(shè)四根或三根立柱，立柱載面呈扇形。這種機(jī)墩的結(jié)構(gòu)型式比較緊湊合理，抗震、抗扭性能尚好，中、小容量的機(jī)組采用較多。

3、剛架式機(jī)墩。整個(gè)機(jī)墩由具有矩形截面的水平和垂直桿件組合而成，故又叫做框架式機(jī)墩。這種機(jī)墩的受力條件和抗震抗扭性能均不如前者，但構(gòu)件形狀規(guī)則，施工簡(jiǎn)便，故中、小型機(jī)組亦常采用。

4、板梁式機(jī)墩。整個(gè)機(jī)墩僅由主、次梁和支承面板組成。機(jī)組荷載由主梁傳給廠房側(cè)墻，再由側(cè)墻傳給基礎(chǔ)。由于板、梁承受荷載的能力有限，故這種機(jī)墩只適用于小型機(jī)組。

機(jī)墩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時(shí)要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性以及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期等問題。

1)保證自身剛度的措施

①合理選擇截面形狀和尺寸。機(jī)墩雖受力復(fù)雜，但不外是拉、壓、彎、扭的作用。當(dāng)受簡(jiǎn)單拉、壓作用時(shí)，變形只和截面積有關(guān)；設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)拉力或壓力的大小選擇合理的結(jié)構(gòu)尺寸。如果受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，機(jī)墩的變形不但與截面面積大小有關(guān)，且與截面形狀(截面慣性矩)有關(guān)。合理選擇截面形狀，可以提高機(jī)墩的自身剛度。一般來講：

A．封閉空心截面結(jié)構(gòu)的自身剛度比實(shí)心的大。

B．無論是實(shí)心截面還是空心的封閉截面，都是矩形的抗彎剛度最大，圓形的最小，而抗扭剛度則相反，圓形最大；矩形最小。

C．保持橫截面積不變，減小壁厚、增大輪廓尺寸，可提高剛度。

D．封閉截面比不封閉截面的抗扭剛度大的多。

②合理布置筋板和加強(qiáng)筋。封閉空心截面的剛度較高，但為了便于鑄造清砂及其內(nèi)部零部件的裝配和調(diào)整，需要在機(jī)墩上開“窗口”，結(jié)果使其剛度顯著降低。為了提高其剛度，則應(yīng)增加筋板或筋條。在兩壁之間起連接作用的內(nèi)壁，稱為筋板，又稱隔板。縱向筋板，主要用于提高抗彎剛度；橫向筋板，主要用于提高空心構(gòu)件的抗扭剛度；斜向筋板兼有提高抗彎和抗扭剛度之效果。加強(qiáng)筋一般布置在內(nèi)壁上，以減少構(gòu)件的局部變形和薄壁振動(dòng)。加強(qiáng)筋也有縱向、橫向和斜向等基本形式，其作用與筋板相同。常見的加強(qiáng)筋有直形筋，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鑄造容易但剛度較差，一般用于窄壁和受載較小的機(jī)座或機(jī)身上；十字筋結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但是由于在交叉處金屬有堆積現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，一般用于箱形截面機(jī)身或平板上；斜向筋呈三角形分布，具有足夠的剛度，多用于矩形截面機(jī)座的寬壁處。加強(qiáng)筋的高度，一般不應(yīng)大于支承部件壁厚的5倍，厚度一般取壁厚的0.7～0.8倍。

③合理的開孔和加蓋。在機(jī)墩壁上開窗孔，將顯著降低機(jī)墩的剛度，特別是扭轉(zhuǎn)剛度。在開孔上加蓋板，并用螺釘緊固，則可將彎曲剛度恢復(fù)到接近未開孔時(shí)的剛度，而對(duì)提高抗扭剛度無明顯效果。

2)提高機(jī)墩連接處的接觸剛度

在兩個(gè)平面接觸處，由于微觀的不平度，實(shí)際接觸的只是凸起部分。當(dāng)受外力作用時(shí)，接觸點(diǎn)的壓力增大，產(chǎn)生一定的變形，這種變形稱為接觸變形。為了提高連接處的接觸剛度，固定接觸面的表面粗糙度應(yīng)小于2.5μm，以便增加實(shí)際接觸面積。

繡墩與凳的最大區(qū)別是：沒有四條“腿”，而采用攢鼓的做法，形成兩端小中間大的腰鼓形。墩，在漢代時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)，以前多用竹藤制作而成，后來才在墩面上裝飾繡套，而成為“繡墩”。