组合钢立柱

组合钢立柱（共4篇）

组合钢立柱 篇1

1 概述

新建铁路小角度跨越既有运营电气化铁路,因两线交叉角较小,受线路纵断面控制,桥下净空不能满足施工条件(施工支架)要求,采用钢结构盖梁门式墩,钢盖梁工厂预制,现场拼装,一次吊装,对减少施工高度和运营铁路上方施工作业时间,降低施工难度及对铁路运营安全的影响,优势十分明显。

2 工程概况

吴淞江西特大桥(43#~46#墩)处跨越既有沪杭铁路,对应既有沪杭铁路里程为K20+920.30~K20+998.46,两线交叉角仅15°,采用门式墩跨越,受线路纵断面控制,门式墩(见图1)横梁底距既有沪杭铁路接触网回流线距离在15cm左右。为确保既有线的安全及正常营运、降低施工难度和不安全因素,上跨既有沪杭铁路门式墩横梁采用钢结构,采取工厂加工、现场吊设安装的施工方案。

3 结构构造

门式墩为钢横梁混凝土柱组合结构(见图2),钢梁与混凝土柱采用插入式连接,43#门式墩跨径为25.5m。

横梁采用钢箱截面结构(见图3),钢梁高2.8 m,宽3.3m,钢柱与钢梁固结,钢柱插入混凝土的部分高4.5m,钢柱外包并内填混凝土。钢结构部分钢材采用Q345qD,混凝土采用C40混凝土。钢梁的顶底板厚度为32mm,腹板厚20mm。钢柱在横桥方向板厚32mm;顺桥向板厚为20mm。顺桥向,钢柱与横梁同宽为3.3m,而横桥向为了不影响净空,钢柱宽度为2.4m,混凝土柱采用直柱。

钢横梁和钢柱的截面加劲肋均采用一字肋形式,加劲肋厚18mm,高180mm。加劲肋采用对称布置,顶底板的加劲肋设置完全相同。左右腹板的加劲肋布置也完全一致。为防止钢梁与钢柱固结处的应力集中现象,改善受力情况,故设在梁柱固结处设加劲肋,并与底板加劲肋一一对应设置,放置于底板加劲肋的下方。为保证局部承压,支座位置横隔板设加劲肋,并位于上部简支梁的支座正下方,此外,为保证支座横隔板受力,纵向加劲肋在此处断开。

根据左右墩受力情况配置焊钉,右柱采用顺桥向一侧648个,横桥向一侧192的布置方式。左柱采用顺桥向一侧567个,横桥向一侧168个的布置方式。此外,每个桥墩在墩与钢梁的衔接处底板下缘分别布置了132个焊钉,承受墩部的横向受力。

4 结构设计

4.1 计算模型

计算软件采用MIDAS,用空间梁单元建模,全桥共离散为31个单元和32个节点,梁柱固结,节点2和节点15为梁和柱的公共节点。计算模型如图4所示。

4.2 计算荷载

1)恒载包括:钢梁自重、简支梁自重、二期恒载。

2)活载包括:列车竖向活载、离心力、横向摇摆力、长钢轨纵向水平力。

3)附加力包括:风力、温度荷载、制动力。

4.3 钢梁计算

1)内力计算及组合。钢梁的计算包括强度计算、变形计算、稳定性计算和疲劳计算四个部分,采用MIDAS建立模型进行计算。荷载组合包括:荷载组合1(主力组合):恒载+列车活载+横向摇摆力+离心力+变位+长钢轨力;荷载组合2(主力+附加力):恒载+列车活载+横向摇摆力+离心力+变位+温度荷载+风力+制动力。

2)强度计算。钢横梁属受弯构件,应满足,其中[σ]为Q345qD钢材的轴向受压基本容许应力为200MPa,主力+附加力组合下容许应力的提高系数为1.2。双线双孔工况为最不利荷载工况。根据MIDAS计算结果,荷载组合1中,钢梁最大压应力为131 MPa、最大拉应力为116MPa<[σ]=200 MPa,荷载组合2中,钢梁最大压应力为137MPa、最大拉应力为121MPa<[σ]=240MPa。

3)支承处局部承压强度。钢混组合门式墩在各墩顶横梁上主梁支座处受到较大的集中荷载的作用,支座下面布置承压横隔板及隔板加劲肋,以传递上部的力。对承压横隔板进行局部承压的校核,按照日本规范,杆件应满足双线双孔工况下荷载组合2中,支座处集中荷载最大,故对其进行局部承压的验算。,满足规范要求。

4)变形计算。钢横梁必须保证有一定的刚度,整体计算结果表明双线双孔工况下荷载组合2产生的挠度最大,最大值为10节点(梁部支座位置)恒载、活载向下扰度分别为17.6mm、6.8mm。为保证线路的平顺,在钢横梁制造时通过设置预拱度来消除钢梁挠度的影响,钢梁预拱度数值=恒载挠度+1/2活载挠度,相应10节点设预拱度值为21mm。

5)整体稳定性计算。荷载组合1中,最大压应力为131MPa,最大拉应力为116 MPa,荷载组合2中,最大压应力为137MPa,最大拉应力为121MPa,均小于180,所以成立,即结构的整体稳定性满足规范要求。

6)局部稳定性计算。除了整体稳定性之外,截面内的加劲肋还需满足局部的稳定性要求,以避免发生加劲肋的局部屈曲,从而失去加劲肋的作用而影响截面的强度和整体稳定。截面加劲肋采用统一形式对称布置,顶底板的加劲肋设置完全相同,使得截面抵抗正负弯矩的能力相同。其中,加劲肋采用厚度为18mm长度为180mm的钢板。根据《日本本州四国连络桥——上部结构设计标准及解说》进行验算,局部稳定包括:承受压应力的加劲板的验算、加劲肋的验算。

(1)承受压应力的加劲板的验算。承受压应力的双侧加劲板,则加劲板的板厚应满足,而加劲板厚度为18>10.7mm,故承受压应力板满足最小厚度要求。

(2)加劲肋的验算。按照英国规范BS5400检算,加劲肋必须满足不能超过一个限值,具体可见BS5400(1982)9.3.4.1.2。取σys=325MPa,加劲肋验算如表1所示。

7)疲劳计算。门式墩承受列车活载作用,凡承受动荷载的结构构件或连接,应进行疲劳检算;焊接构件及连接需进行疲劳强度检算。对于箱形截面,一边为压压截面,另一边为拉拉截面,当疲劳应力为压应力时,可不检算压应力,对于拉-拉构件(即,应满足。其中,γd为双线桥的双线系数,由于门式墩相当于横梁,故γd=1;γn为损伤修正系数,取γn=1;板厚>25mm,;由强度计算知,结构在双线双孔工况荷载组合2为最不利组合,按照规范,拉力为正,压力为负。(σmax-σmin)可以理解为由活载引起的应力,包括列车活载和温度两个方面γdγn(σmax-σmin)=43.24<γt[σ0]=103.7,结构疲劳满足规范要求。

8)混凝土墩柱计算。提取MIDAS计算的立柱截面内力,按偏心受压构件进行强度、裂缝验算,按轴心受压构件计算稳定,所有截面均满足规范要求。

5 施工工艺综述

门式墩为钢梁混凝土柱混合结构,施工时首先施工钢柱以下混凝土柱,同时精确预埋钢板和临时固定螺栓,钢箱盖梁采用工厂制造,钢横梁分段加工运至现场后进行拼装,在要点时间内采用750t履带吊一次将钢梁吊装到位,将钢柱底部钢板与预埋钢板对齐,与混凝土柱临时固结定位后,再立模浇筑外包混凝土并向钢柱内灌注C40无收缩混凝土,施工流程见图5。

参考文献

[1]朱聘儒,国明超,朱起,等.钢一混凝土组合梁协同工作的分析及试验[J].建筑结构学报,1987(5):45-47.

[2]TB10002.2—2005铁路桥梁钢结构设计规范[S].

组合钢立柱 篇2

抗弯能力 、抗剪能力、刚度的要求：简支组合梁的高跨比为1/18-1/12，一般取1/15，混凝土板厚通常取截面高度的1/3左右，一般采用100mm，120mm，140mm，160mm；荷载特别大的平台结构或桥梁结构的混凝土板厚可采用180mm，200mm甚至300mm，

采用压型钢板的组合楼盖中，压型钢板的凸肋顶面至混凝土板顶面的距离不小于50mm。

钢梁的截面高度ha不宜于截面总高度h 的1/2.5。为保证组合梁腹板的局部稳定性，可按《钢结构设计规范》要求设置加劲肋。

组合梁边梁混凝土翼缘板的构造应满足图示要求。有托板时，伸出长度不应小于hc2；无托板时，应同时满足伸出钢梁中心线不小于150mm、伸出钢梁翼缘边不小于50mm的要求。

幕墙钢横梁和钢立柱的焊接问题 篇3

进入二十一世纪, 钢结构在幕墙工程中大量应用, 这是2000年以前根本没估计到的。随之而来就产生了幕墙工程中钢横梁和钢立柱可否采用焊接的现实问题。因为现行《金属及石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.6.6条规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”, 由此而来在许多工程中引发争议, 被迫停工的事件也时有发生。

如何理解JGJ133-2001规范中第5.6.6条规定的实际含义, 如何在幕墙钢结构中合理应用焊接连接, 已经成为不可回避的问题。

二、JGJ133规范编制的时代背景

《金属及石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001颁布于2001年, 编制于1996～1997年, 是上一个世纪九十年代的产物, 距离今天已经有十四五年的历史了。理解和应用JGJ133规范, 不能离开当时的历史背景和技术水平。

我国从上个世纪八十年代开始出现幕墙, 九十年代初形成幕墙行业。但是最初进入这一行业的并不是建筑公司, 而是飞机制造公司。当时幕墙公司几乎全是军转民的飞机制造厂, 它们熟悉铝合金材料, 但对钢结构比较陌生。当时幕墙主要应用于办公楼和酒店, 层高一般3m～4m, 采用铝合金型材完全可以满足受力要求。因此幕墙行业的共识是幕墙只用铝合金结构, 不采用钢结构。当时幕墙的普遍称呼是“铝合金建筑幕墙”、“铝合金玻璃幕墙”。

1993～1995年编制《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96期间, 经过努力, 终于去掉了“铝合金”三个字, 但是在幕墙中采用钢结构并没有被行业的大多数人接受。因此JGJ102-96和JGJ133-2001两本规范就是针对铝合金结构编制的, 仅仅因为连接件不能不涉及钢材, 所以才列入一些有关钢材的内容。正因为如此, 规范许多条文的规定不适用于钢结构。

十五年前的技术条件下, 铝合金结构现场焊接还很难实现;而螺栓和螺钉连接对飞机制造厂来说轻车熟路, 非常习惯。所以JGJ102-96、JGJ133-2001两本规范很自然规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”。这对当时的铝合金结构是万无一失的可靠作法, 自然得到幕墙厂家的肯定。

十五年前编制JGJ133规范时, 并没有幕墙设计审查制度, 对黑体字条文的理解是“强调、提醒、着重”, 提醒幕墙厂家“无特殊理由不要违反”。那时候谁也没有预料到后来会出现审查单位, 会演变成今天的按条审查, “一条否决”。所以黑体字的强制性条文列得比较多, 为了引起重视, 甚至连一些并非唯一的具体做法也写成黑体字, 产生了后来强制性条文管得过宽的结果。

十五年过去了, 客观现实已经发生了巨大变化, 完全不同于上一个世纪的情况。但是规范一直没有修订, 已经远远滞后于当前的技术水平, 也不适应当前的技术管理制度。这就是问题和矛盾产生的历史原因。

三、《钢结构设计规范》是幕墙钢结构设计的基本依据

既然JGJ102、JGJ133规范是针对铝合金结构编制的, 不完全适用于钢结构, 那么在规范的新修订版本颁布之前, 幕墙钢结构设计的基本依据就应该是现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003。

《钢结构设计规范》GB50017适用于主体钢结构和围护钢结构。幕墙钢结构是钢结构的一部分, 是处于《钢结构设计规范》的适用范围。

GB50017规范对普遍适用的钢结构焊接做出了详细明确的规定, 幕墙钢结构是钢结构的一部分, 当然可以采用焊接。

时代在发展, 技术在进步。十五年前铝合金结构现场难以焊接的问题现在已经不再是不可解决的困难。新颁布的《铝合金结构设计规范》GB50429对铝合金结构的焊接做出了明确的规定。现在, 即使是铝合金型材也不是非要螺栓连接不可, 也可以采用焊接了。

四、幕墙钢结构采用焊接已经有十多年历史

规范JGJ133是在1996年开始编制的, 由于它是针对铝合金型材编制, 所以没有涉及钢结构如何设计的问题。于是九十年代有一些工程不接受规范JGJ133的约束, 直接按照《钢结构设计规范》JGJ17-87的规定, 设计和建造了钢结构支承的幕墙, 而且是采用焊接。

1996～1998年间, 笔者参与了广州的广东省公安厅、广东省交通大厦、广东省建设银行大厦幕墙工程, 其石材幕墙部分均采用了焊接钢结构 (图1) 。至今已经十多年过去, 中间还经历了多次强台风的考验, 使用情况一直良好。

最令人难忘的是发生在1998年的关于幕墙采用焊接钢结构的大辩论。四川成都地区在九十年代初期已经采用焊接钢结构建造了大批铝板和石材幕墙, 1998年《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133进入送审阶段, 送审稿传到四川后, 根据第5.6.6条关于应采用螺栓连接的规定, 省里有关部门下令全部拆除钢横梁立柱焊接的已建幕墙, 这引起成都市有关部门的激烈反对, 双方展开了长时间的争论。钢横梁与钢立柱能不能焊接, 现有大批幕墙要不要拆除成为针锋相对的焦点问题。最后吵到了北京, 会议上双方都拍了桌子。在从事钢结构的技术人员的劝和下, 这批幕墙幸存了下来, 静静地度过了整整十年。谁也没有想到, 1998年双方都不服的“技术诉讼”, 终于在十年后由2008年汶川大地震给出了判决。

五、实践证明幕墙完全可以采用焊接钢结构

幕墙钢结构采用焊接不仅符合《钢结构设计规范》的规定, 而更重要的是, 十多年的科学试验和工程经验都表明:幕墙钢结构不许采用焊接是毫无道理的。

实践是检验真理的唯一标准。

十多年来, 我国已建的采用焊接钢结构支承的铝板和石材幕墙, 从未因采用焊接钢结构而发生过安全事故;广州、深圳等地的这类工程甚至经历了多次12级到14级强台风的吹袭而完好无损。

十年来, 国内进行过多次石材幕墙的振动台试验, 仅笔者参与的实验就有五个。为了挑战极限, 支承结构都采用了柔性的焊接钢结构, 试验地震加速度大大超过设防烈度7、8度, 达到相当于9度, 甚至10度。幕墙试件的位移达到1/70～1/50。在这样的位移下, 实际房屋的主体结构早已倒塌;而幕墙试件的焊接钢结构和面板都保持完好。这些振动台试验结果表明:幕墙采用焊接钢结构完全可以满足抗震要求。

2008年5月12日发生了汶川大地震, 成都地区的幕墙经历了空前的大考验。1998年备受争议、但幸运地得以保存达十年之久的焊接钢结构幕墙, 如同那些螺接钢结构幕墙一样, 在7度区的成都、8度区的德阳、9度区的都江堰、绵阳都保持完好。震害调查表明:采用焊接钢结构的金属和石材幕墙具有优良的抗震性能。

我们可以列举大量例子证明幕墙采用焊接钢结构是安全的, 但是谁又能举出例子, 说明仅仅是因为支承钢结构采用了焊接就发生安全事故, 哪怕举出一个工程也行!

经历了如此大范围、如此严酷的考验, 在实践这个真理的标准面前, 还有什么理由不许幕墙采用焊接钢结构呢?

六、现在大量幕墙工程采用焊接钢结构

进入二十一世纪, 钢结构大量应用于幕墙骨架, 焊接自然成为许多工程支承钢结构的连接方式。尽管有人反对, 但是“青山挡不住, 毕竟东流去”, 幕墙钢结构采用焊接是不可能阻挡的。

2009年建成的青岛大剧院石材幕墙4万平方米, 外形复杂多变, 装饰线脚和造型非常多, 全部钢骨架采用焊接 (图2) 。2008年建成的广州新白云机场, 候机楼的点支玻璃幕墙由方钢管梁柱支承, 不但梁柱本身焊接, 而且幕墙整个骨架直接焊在主结构上 (图3) 。

2007年建成的北京首都机场T3航站楼, 玻璃幕墙双夹胶中空, 板块尺寸3.6m×1.8m, 由跨度为10.8m的钢铝组合梁支承。钢梁通过焊接牛腿连接到幕墙的竖向钢桁架 (图4) 。同样宁夏银川机场候机楼的玻璃幕墙由方钢管横梁和立柱组成的焊接结构支承 (图5) 。

不仅大型公共建筑, 而且许多高层建筑的幕墙也采用焊接钢结构。天津地铁大厦洞石幕墙高达175m, 采用了焊接钢骨架 (图6) 。中国建筑科学研究院办公楼的观光电梯高90m, 处于室外环境, 方钢管一通到顶, 不分段;梁柱全部焊接, 与主体结构也是焊接, 整个结构没有一个螺栓 (图7、图8) 。

2010年上海世博会的世博轴上有6个玻璃的阳光谷, 为高度41.5m、直径90m～97m的大喇叭花, 玻璃幕墙和采光顶总面积达31500m2 (图8) 。采用全焊接方钢管单层网壳结构。三向布置的方钢管杆件30738根, 长度1.0m～3.5m, 截面高度180mm～550mm;大部分采用焊接箱形6牛腿节点, 少量采用实心铸钢6牛腿节点;杆件与节点构件采用全熔透一级焊缝连接 (图9、图10) 。

2010年正在施工的北京凤凰传媒中心是一座面包圈形的钢结构 (图11) , 主要承重结构是梯形截面的钢箱梁, 为长达200米的空间双曲线 (图12) , 幕墙钢结构为圆钢管爬梯形双曲空间骨架 (图13) 。幕墙爬梯形钢骨架在工厂预先焊在主结构的梯形截面曲梁上, 分段运到工地安装, 焊接为整体 (图14) 。

上述如此大型、如此复杂的玻璃幕墙钢结构都能采用全焊接, 还有什么幕墙钢结构不能焊接呢?

应该说, 幕墙的钢横梁和钢立柱可以采用螺栓或螺钉连接;也可以采用焊缝连接;还可以部分节点用螺栓连接, 而另外部分节点用焊接。设计者可以根据工程特点和自己的习惯灵活选用。图15为天津中船大厦, 花岗岩幕墙高148m, 其钢横梁与钢立柱一端为焊接, 另一端为螺栓连接。

七、幕墙规范修订条文已经修改

规范是成熟经验的总结, 只有在工程中广泛采用、技术成熟的内容才能列入规范的条文。因此, 总是先有实践, 后有规范。实践已经向前推进了, 规范就必须进行修订。

正因为老规范的规定不是为钢结构编制的, 许多规定不适用于钢结构。所以修改老的幕墙规范是大势所趋。《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003已经将原规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”修改为“横梁可通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”, 意味着钢横梁与钢立柱“可不”用螺栓连接, 可以采用焊接。“应”改为“可”, 一字之差为幕墙钢结构采用焊接打开了口子。

目前, JGJ133规范修订已进入送审报批阶段, JGJ102规范已经进行新的修订。修订后的条文将统一表达为:“钢结构可以采用焊缝连接、螺栓或螺钉连接, 也可以部分节点采用焊缝连接、部分节点采用螺栓或螺钉连接。焊缝连接的设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017和《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018的规定;焊接的施工应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定。”

在规范修订正式颁布之前, 可以根据已有的工程实践经验和现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定, 在幕墙钢结构中采用焊接。

八、小结

1.JGJ133-2001第5.6.6条的规定是针对铝合金型材编制的, 不能直接套用到钢结构中。

2.焊接是钢结构的基本连接方法, 同样也是幕墙钢结构的基本连接方法。幕墙钢结构的设计应遵照《钢结构设计规范》GB50017规定的精神进行。其连接可以采用螺栓、焊缝或者两者在同一工程中混合使用。

3. 已建工程的经验和多次振动台试验结果, 以及2008年汶川大地震的考验, 都表明了幕墙采用焊接钢结构是没有问题的。

4. 目前, 许多大型公共建筑和大量的高层建筑的幕墙工程都在采用焊接钢结构。

5.实践是检验真理的唯一标准, 实践已经走在规范的前面。现行规范已经阻碍实践向前发展, 产生了许多麻烦。应该尽快完成规范修订的程序, 尽快颁布施行。

摘要：《金属及石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001是90年代针对铝合金型材而编制的, 第5.6.6条的规定不适用于钢结构。幕墙钢结构采用焊接已有十多年历史, 并经历了2008年汶川大地震的考验。目前许多大型公共建筑和高层建筑的幕墙都在采用焊接钢结构。实践表明某幕墙钢结构采用焊接是没有问题的。新修订的幕墙规范已经对幕墙钢结构焊接问题做出相应规定。

组合钢立柱 篇4

18-100侧架是中国北车集团齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司向独联体国家出口的铁路货车转向架配件 (见图1) , 在该侧架的制造过程中, 立柱磨耗板安装孔是其加工的重要环节, 该安装孔对称布置在侧架中央方框的两侧, 单面4个共8个, 尺寸精度要求很高。同时, 交货周期短, 单班须达到8台车 (32个侧架) 才能满足生产进度。如果采用普通钻床进行加工, 不但生产任务难以保证, 且精度也达不到设计要求。因此, 针对其8个孔对称布置在侧架中央方框两侧这一特点, 结合生产转K2、转K6型转向架侧架的经验, 决定研制一台组合钻床来满足加工要求。

2组合钻床的基本结构和技术参数

组合钻床的整体结构如图2所示, 技术参数为:钻削轴数8根;钻头直径21 mm;主轴转速196.5 r/min;进给量0.21 mm/r;电机功率5.5 kW;进给速度41.3 mm/min;单侧行程220 mm。

组合钻床切削运动的主体是钻削动力头。钻削的切深运动由丝杠丝母螺旋副旋转带动床身在滑台上移动进行。侧架吊装到夹紧装置上通过小导框的顶面和侧面定位, 工件纵向由于受到空间限制采用手动夹紧, 横向采用气动夹紧。工件通过一次装夹后进行两次走刀就可以完成两侧8个孔的加工, 方便快捷。

1-轴Ⅰ;2-钻柄卡键;3-齿轮Ⅰ;4-轴Ⅱ;5-齿轮Ⅱ;6-轴Ⅲ;7-齿轮Ⅲ;8-轴Ⅳ;9-齿轮Ⅳ;10-伞齿轮。

工件的切削由普通麻花钻头完成, 但钻柄为特制的直柄带键槽的钻柄。加工工件时的横向切削进给靠气缸推动床身沿滑台快速移动实现, 此种方式进给速度快, 进给位置准确。纵向切削进给通过传动箱外挂齿轮带动丝杠丝母沿滑台移动实现, 采用此种方式不用再单独布置进给电机, 既节约了费用又使传动机构更趋紧凑, 优化了设计。电气控制采用常规的控制方式, 气缸的电控按钮也随之一起布置在操纵台上, 使操作更加灵活方便。被加工件上孔的分布位置是8孔两侧对称布置, 在设计钻削动力头时考虑要实现单侧面4个孔同时加工, 就要将主轴箱的单面钻削主轴设计成4根。另外, 对面的4个孔要在工件一次装夹下通过床身的位置移动完成加工, 就需要将主轴箱设计成单面4轴共8根钻削轴的多轴动力头。因此, 如何在有限的空间里完成钻削动力头的主轴箱和箱体的设计是整台组合钻床研制的重点和难点。

3主轴箱的设计

各级齿轮及轴的分布情况如图3所示。从动力源到输出轴之间的各级传动齿轮均采用直齿轮, 降低了制造难度, 提高了传动效率。

3.1 主轴的设计

该组合钻床在工作时4个孔同时加工, 因此主轴箱有4根同步的工作主轴。主轴设计成两端小中间大的空心阶梯轴 (见图4) , 主轴的两个端部均要安装钻头, 由于受到空间的限制, 轴的端部钻柄安装内孔形状未采用标准的钻削类主轴内孔的锥面形式, 而是采用了配套直柄钻头的非标准化直孔设计, 钻柄与主轴装配后通过卡键固定并传递力矩。设计过程中通过有限元分析, 在满足主轴的扭转刚度、强度和空间尺寸的前提下, 设计成此种形状更趋于合理, 从而优化了设计。

3.2 箱体的设计

由于被加工侧架中央方框型腔尺寸较小, 因此该组合钻床主轴箱的箱体采用前后和上下都是阶梯形的结构。进入工件内部的部分设计得小巧紧凑, 而外部适当放宽, 使设计、加工制造及安装相对容易。为缩短制造周期, 该组合钻床的箱体未采用铸造结构而采用钢板焊接结构, 由于所用板材的厚度对箱体的强度、刚度及焊接变形有决定性的影响, 因此选取合适的钢板厚度尤为重要, 同时采取合理的焊接工艺参数及焊接顺序也能有效地控制箱体的焊接变形。为此利用Pro/E三维设计软件进行了实体建模, 并借助I-DEAS软件对箱体所用板材进行了有限元分析, 优化了箱体的结构, 从分析结果来看, 各项检测指标均小于材料的许用值, 完全满足设计要求。另外, 为防止在使用过程中由于残余应力重新分布引起箱体变形, 影响机床精度, 在设计及制造过程中除了采用合理的结构形式和焊接工艺以减少残余应力外, 还在焊后进行了必要的热处理工艺, 以达到完全消除应力的目的。

4结束语