机械设计要考虑哪些方面？

densen110

我正在做石材机械工作台的设计。为了做得更好，
想知道做工作台的设计，都要考虑到哪些方面。
    越具体越好！！谢谢

yeshuidi

呵呵，我也是做石材机械的，石材机械的工作台有很多形式，不知道你要的是哪种形式呢？你是什么石材厂的！

gaoyns

石材加工最大的工作量是直线切割，即将开采的石块切割成一定厚度的板材，这样的工作台台面可固定石块，工作台可往复运动，配置若干种纵向进给机构，可用丝杠丝母及齿轮箱进给装置。最简单的进给也有用钢丝绳牵引装置的。台面以上加上喷水冷却润滑装置，一个石料切割工作台就完成了。

shifeng18

1.应该考虑刀具的旋转速度、进给速度（如果是刀具进给）、动力功率。
, \& A; j0 U# E& Q4 l! j' ]2.工作台石材的固定方式，应该适应各种石材形状，可以牢固固定。
- }+ W& [+ x( |  z3 L3.工作台进给速度及动力功率。
  [) t! ?7 L$ D/ n9 _4 U4.工作台升降及动力功率。
& K* F9 Y2 [3 R% c- y6 h: \" ]5.机架及各部分刚度计算。
6.机械地脚及基础计算。
: E4 n6 ?# p. l$ N" {( N$ ~6 n5 |/ z4 S7.安全防护装置。
! E$ T! Z# `4 }6 Q9 k8.冷却水的供应。

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四滑块工作台中滚动直线导轨副负载的计算
0 s2 \  `9 c; B　　首先根据力学知识可知,对于有q个力Pi,i＝1，…，q；p个力偶矩mi，i＝1，…，p的力系,按照力的平移法则将它们向坐标系的原点o点简化为一合力矢F和一合力偶矩M,即:
　　　　　　　　　　（1）
! X: N. |2 _" i/ O1 e一般情况下所用的滚动直线导轨副为等刚性导轨副,并且用于工作台的滚动直线导轨副一般其预加载荷比较大,所以可以认为其刚性呈线性,即K为常数。通常K值可以由产品样本上查到,或参考文献［1］进行计算。
关于坐标系oxyz的建立,有关的几何尺寸和负载的情况如图1所示。将作用于工作台上的力和力偶矩(不包括滑块作用于工作台的力)按上述方法向坐标原点o简化为一合力矢F和一合力偶矩M，且F＝Fxi＋Fyj＋Fzk，M＝Mxi＋Myj＋Mzk。

图1　四滑块工作台中滚动直线导轨副的负载
$ [# C% r  P; v. o6 E　　由于滚动直线导轨副沿坐标轴x方向无约束,且在实际工作时沿坐标轴x方向的外力主要由滚珠丝杠副来承受,所以在下列力系的平衡方程组中没有列出沿坐标轴x方向的平衡方程。
. q) y+ u! {' H4 j; s7 r& w  h% I　　根据空间一般力系的平衡条件,可列出下列平衡方程组:
　　　　　　　　（2）
% Z' y# Z( n- e: _% x1 j( p式(2)中有八个未知量,却只有五个方程,所以上述问题是一个超静定问题。根据力学知识,需要根据工作台系统受力后的变形协调条件找出三个补充方程,才可解出方程组。
这里把工作台和滑块作为刚性体,滚动直线导轨副中的钢球作为弹性体。

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首先观察工作台沿坐标轴z方向的位移如图2a所示。

（a）　　　　　　　　（b）
图2　四滑块工作台的变形协调示意图
( d  @6 i: r0 }8 Z工作台发生位移前后,其上的1、0、4点始终在一条直线上,所以:
9 `; k4 b7 L6 C0 }+ J4 E$ }8 C- ^δ0＝（δ1＋δ4）／2并且,2、0、3点始终在一条直线上,所以:
. v5 N' g' A7 C2 o8 _# F0 _δ0＝（δ2＋δ3）／2即:δ1＋δ4＝δ2＋δ3
由滚动直线导轨副其刚性呈线性,所以:
" h/ }7 N& T  J' z7 g) I: X# D1 M　　R1＋R4＝R2＋R3　　　　　　　　　　　　　（3）
7 W) f& [% u+ y, U) k* @5 B再来观察工作台沿坐标轴y方向的位移如图2b所示。由于1点和3点是刚体上两点,所以它们在位移前后的距离保持不变,即:δ1′＝δ3′，同理:δ2′＝δ4′。
又得:
* u3 F5 M4 ?' @4 \S1＝S3　　　　　　　　　　　　　　　（4）
7 O, H- V1 Q! WS2＝S4　　　　　　　　　　　　　　　（5）
4 x6 h0 w* b7 Z6 n% z4 a9 M  ~$ u2 D把式（2）～式（5）合并得:
2 @7 m8 p# M. D8 E9 S, a$ r3 Z2 u) k( R 　　　　　　　（6）
9 E' z! a) A5 V! G7 q0 d5 n# I- \2 _　　解方程组(6)得:
: A. V* c; v  ]5 q6 I 　　　　　　　　　　（7）
2　六滑块对称式工作台中滚动直线导轨副负载的计算
1 r. [1 X% m$ {1 r+ d( D8 P5 K  E$ l　　关于坐标系oxyz的建立,有关的几何尺寸和负载的情况如图3所示。
2 [  r$ C( g& w& z6 c- V
/ S2 Q5 ~  c9 s$ V4 t# b3 |图3　六滑块工作台中滚动直线导轨副的负载
将作用于工作台上的力和力偶矩(不包括滑块作用于工作台的力)按上述方法向坐标原点o简化为一合力矢F和一合力偶矩M,且F＝Fxi＋Fyj＋Fzk，M＝Mxi＋Myj＋Mzk。
仿照前面四滑块工作台中滚动直线导轨副负载的计算,得:
; |- h3 o( X% }: _* k; u, M 　　　　　　　　　　（8）

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3　工作台上任意一点的静刚度
由前面所求的滚动直线导轨副负载,可以很方便地计算滚动直线导轨副的寿命,并且还可利用运动学知识得到,在有工作载荷作用时,与工作台相连的空间任意一点A的位移量ΔA＝δxi＋δyj＋δzk。
  b7 |3 f- P$ H由于工作台为刚体,而刚体的运动总可以分解为随任选参考点的平动和绕该参考点的转动。
9 m  t+ q6 j2 m: r  g( [3 P先讨论四滑块工作台上任意一点A的位移,坐标系的建立仍与前面分析负载时一样,A点的位移如图4所示。
$ G7 J3 Y, C3 W' Y) x! A) f) [. G
图4　刚体上任意一点的位移示意图
　　以坐标系oxyz的原点o为参考点,则与坐标系oxyz固连的A点(其矢径a＝Xai＋Yaj＋Zak)的位移ΔA,可视为随坐标系oxyz平移到坐标系o1x1y1z1产生的位移ΔA1与绕o1转动Δφ＝φxi＋φyj＋φzk，到坐标系o1x2y2z2产生的位移ΔA2之合,即:
: ]# F6 f+ ?2 H6 ]8 G( g; |0 G　　ΔA＝ΔA1＋ΔA2　　　　　　　　　　　（9）
9 A$ m0 G* E7 p* P9 _/ P0 L8 A# y8 K 　　　　　　　　　（10）
9 ?. T. |0 I8 G4 y5 n9 j1 R这样就可利用前面关于滚动直线导轨副负载计算的结果来求固连于工作台上任意一点A的位移量。不过使滚动直线导轨副的滑块发生位移的力与前面所求的力Ri、Si，i＝1，…，4,大小相等,方向相反,所以计算时以－Ri、－Si带入计算。
由图2所示,根据几何与力学知识,并且考虑到Δφ很小,所以:
. Q( h3 H/ q% H 　　　　　　　（11）
把式(11)带入式(10),则:
2 F( ?7 v. o3 H/ M- e' }; S4 r 　（12）
, Z( ]& o! Q  Z$ I; oΔA1为原点o的位移:
　　　　　（13）
把式(13)、式(12)带入式(9),得A点的位移量:
　　　　　　　　（14）
  L+ R! o. R- V) M. k　　对于六滑块对称式工作台,可以仿照前面对四滑块工作台的推理,得:
　　　　　　　　（15）
　　对于以上问题,作者已经用C＋＋语言编制了实用程序,并且在计算机上调试通过。另外实际计算某点的位移量时,应该用所有工作载荷使该点产生的位移量减去只有重力等永久载荷使该点产生的位移量。

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4　计算实例
/ e9 W9 |9 A8 S. g- q  v如图5所示为一进给四滑块工作台。假设因钻孔加工产生的负载F 长时间存在。请求出在下述使用条件下,力F 的作用点A的位移量和滚动直线导轨副的负载。注意,以下各量与坐标轴方向相同为正,相反为负。
●　使用的滚动直线导轨副:HTSD－LG25AA　P2
●　其刚度值为：427　280　N／mm
滚动直线导轨副上滑块的安装间隔：L1＝300mm
8 {* D1 j9 Q: n# [工作台上两导轨的安装间隔：L2＝250mm
工作台的重量：W＝3920N
工作台的重心位置：x0＝z0＝0，y0＝－50mm
作用负载：F＝－1960N
作用负载的位置：x1＝300mm，y1＝－50mm，z1＝－200mm

图5　某四滑块工作台的受力图
6 F- G0 y* R, y1 L, f(1)钻孔加工前的导轨副负载与A点的位移量
: \1 D" S/ O3 H9 R/ w导轨副负载为:
R1＝R2＝－588　N，R3＝R4＝－1372N，
S1＝S2＝S3＝S4＝0
A点的位移量为:
δx1＝0，δy1＝－0．0015mm，δz1＝0．0027mm
9 v3 R1 q6 i/ l) C% Y) O- W（2）钻孔加工进行中的导轨副负载与A点的位移量
6 \2 A7 H# ]' \导轨副负载为:
" }* t/ u/ I* pR1＝65．66N，R2＝－1241．66N，R3＝－718．34N，
/ T/ d2 j; O* ~; k! {( vR4＝－2025．66N
　　S1＝163．66N，S2＝－163．66N，S3＝163．66N，
) h; t9 C8 @8 O4 O! O4 v. W/ qS4＝－163．66N
. w* j* _+ U# BA点的位移量为:δx2＝－0．0022mm，δy2＝－0．0022mm，δz2＝－0．0004mm
0 i0 t7 Z; Z0 M: q/ |) o（3）钻孔加工进行中,A点的有意义的位移量
A点的有意义的位移量为上面第2项求得的位移量减去第1项求得的位移量。
$ z$ I- f" g( Y/ a1 zδx＝δx2－δx1＝－0．0022mm，同理,δy＝－0．0007mm，δz＝－0．0031mm
. ~; V5 q! P# d9 f2 R
: S# [. G& a2 r% S

9 t$ L$ P* q. Q; r& E
, [; c) {, K$ x3 G' }: Q# B
- x. X% O2 b% T+ c" V6 A% d8 @里面的图没弄上来   就把过程参考下吧