机墩的结构设计必须保证其自身刚度、连接处刚度和局部刚度,同时要考虑安装方式、材料选择、结构工艺性以及节省材料、降低成本和缩短生产周期等问题。
1)保证自身刚度的措施
①合理选择截面形状和尺寸。机墩虽受力复杂,但不外是拉、压、弯、扭的作用。当受简单拉、压作用时,变形只和截面积有关;设计时主要根据拉力或压力的大小选择合理的结构尺寸。如果受弯曲和扭转载荷,机墩的变形不但与截面面积大小有关,且与截面形状(截面惯性矩)有关。合理选择截面形状,可以提高机墩的自身刚度。一般来讲:
A.封闭空心截面结构的自身刚度比实心的大。
B.无论是实心截面还是空心的封闭截面,都是矩形的抗弯刚度最大,圆形的最小,而抗扭刚度则相反,圆形最大;矩形最小。
C.保持横截面积不变,减小壁厚、增大轮廓尺寸,可提高刚度。
D.封闭截面比不封闭截面的抗扭刚度大的多。
②合理布置筋板和加强筋。封闭空心截面的刚度较高,但为了便于铸造清砂及其内部零部件的装配和调整,需要在机墩上开“窗口”,结果使其刚度显著降低。为了提高其刚度,则应增加筋板或筋条。在两壁之间起连接作用的内壁,称为筋板,又称隔板。纵向筋板,主要用于提高抗弯刚度;横向筋板,主要用于提高空心构件的抗扭刚度;斜向筋板兼有提高抗弯和抗扭刚度之效果。加强筋一般布置在内壁上,以减少构件的局部变形和薄壁振动。加强筋也有纵向、横向和斜向等基本形式,其作用与筋板相同。常见的加强筋有直形筋,其结构简单,铸造容易但刚度较差,一般用于窄壁和受载较小的机座或机身上;十字筋结构较简单,但是由于在交叉处金属有堆积现象,会产生内应力,一般用于箱形截面机身或平板上;斜向筋呈三角形分布,具有足够的刚度,多用于矩形截面机座的宽壁处。加强筋的高度,一般不应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合理的开孔和加盖。在机墩壁上开窗孔,将显著降低机墩的刚度,特别是扭转刚度。在开孔上加盖板,并用螺钉紧固,则可将弯曲刚度恢复到接近未开孔时的刚度,而对提高抗扭刚度无明显效果。
2)提高机墩连接处的接触刚度
在两个平面接触处,由于微观的不平度,实际接触的只是凸起部分。当受外力作用时,接触点的压力增大,产生一定的变形,这种变形称为接触变形。为了提高连接处的接触刚度,固定接触面的表面粗糙度应小于2.5μm,以便增加实际接触面积。