Механічні вироби використовуються в усіх сферах життя, а зміст і вимоги до проектування конструкцій дуже різноманітні. Проте конструкція механічних конструкцій у різних галузях промисловості все ще має однакові спільні частини.
Кінцевий результат механічного проектування виражається в певній структурній формі, яка обробляється та збирається відповідно до розробленої конструкції для виготовлення кінцевого продукту.
Тому конструкція механічної конструкції повинна відповідати багатогранним вимогам продукту. Основні вимоги включають функціональність, надійність, майстерність, економічність і зовнішній вигляд.
Крім того, слід покращити напругу деталей, щоб збільшити міцність, жорсткість, точність і термін служби.
малюнок
Тому проектування механічної конструкції є комплексною технічною роботою.
Якщо структурна конструкція є неправильною або необґрунтованою, це може спричинити невиправдану поломку частин і компонентів, що призведе до того, що машина не відповідатиме вимогам щодо точності конструкції, що спричинить значні незручності для збирання та обслуговування.
У процесі проектування механічної конструкції слід враховувати наступні вісім критеріїв конструкції.
01 Керівні принципи проектування для досягнення очікуваних функцій
Основна мета проектування продукту полягає в досягненні заздалегідь визначених функціональних вимог, тому критерії проектування для досягнення очікуваних функцій є першочерговим фактором при проектуванні конструкції.
Щоб відповідати функціональним вимогам, необхідно виконати наступне:
(1) Поясніть функцію: структурне проектування полягає у визначенні розміру параметра та структурної форми на основі його функції в машині та його зв’язку з іншими частинами.
малюнок
Основними функціями частин є перенесення навантажень, передача руху та сили, а також забезпечення або підтримання відносного положення чи траєкторії руху між пов’язаними частинами чи компонентами.
Спроектована структура повинна задовольняти функціональні вимоги машини в цілому.
(2) Розумний розподіл функцій: при проектуванні продуктів, відповідно до конкретних обставин, зазвичай необхідно розумно розподілити завдання, тобто розкласти функцію на кілька підфункцій.
Кожна підфункція повинна нести певну структурну відповідальність, і між різними частинами структури має бути розумний та скоординований зв’язок для досягнення реалізації загальної функції.
Кілька структурних частин, що виконують однакову функцію, можуть зменшити навантаження на частини та продовжити термін їх служби.
малюнок
Будова клинопасової секції є прикладом раціонального розподілу завдань.
Волокниста мотузка використовується, щоб витримувати силу розтягування; шар гумового наповнювача сприймає натяг і стиск при згині стрічки; шар тканини взаємодіє з канавкою шківа, створюючи тертя, необхідне для передачі.
Наприклад, якщо ви покладаєтеся лише на тертя, створене попереднім натягом болта, щоб витримати бічне навантаження, розмір болта буде занадто великим. Для вирішення цієї проблеми можна додати стійкі до зсуву елементи, такі як шпильки, втулки та шпонки, щоб розподілити бічне навантаження. .
(3) Концентрація функцій: щоб спростити структуру механічних виробів, зменшити витрати на обробку та полегшити встановлення, у деяких випадках одна частина або компонент може виконувати декілька функцій.
Концентрація функцій зробить форму деталей більш складною, але це має бути зроблено помірковано, інакше це вплине на технологію обробки та збільшить витрати на обробку. Дизайн повинен будуватися з урахуванням конкретної ситуації.
02 Критерії проектування для відповідності вимогам міцності
(1) Критерій однакової міцності: зміни в розмірах поперечного перерізу деталей повинні бути адаптовані до змін внутрішнього напруження, щоб міцність кожного поперечного перерізу була однаковою.
малюнок
Завдяки конструкції, спроектованій відповідно до принципу рівної міцності, матеріали можуть бути використані повністю, тим самим зменшуючи вагу та вартість. Таких як конструкція консольних кронштейнів і ступінчастих валів тощо.
(2) Розумна структура потоку сили: щоб інтуїтивно виразити стан передачі сили в механічних компонентах, сила розглядається як вода, що тече в компоненті, і ці силові лінії сходяться в потік сили.
Відображення потоку цієї сили відіграє важливу роль у дослідженнях конструкції конструкції.
Потік сил не буде перериватися в компоненті, і жодна силова лінія не зникне раптово. Його потрібно передавати з одного місця в інше.
Іншою характеристикою потоку сили є те, що він має тенденцію передаватися вздовж найкоротшого шляху, так що потік сили є щільним поблизу найкоротшого шляху, утворюючи зону високого напруження.
малюнок
Силовий потік в інших частинах розріджений або навіть відсутній. З точки зору стресу, матеріал використовується не повністю.
Тому, щоб покращити жорсткість компонента, форма деталі повинна бути розроблена відповідно до найкоротшого шляху потоку сили, наскільки це можливо, щоб зменшити несучу площу, щоб сукупна деформація була меншою, жорсткість всього компонента покращується, а матеріал використовується повністю.
(3) Структура зменшення концентрації напруги: коли напрямок потоку сили різко змінюється, потік сили буде занадто щільним у точці повороту, що спричиняє концентрацію напруги. У конструкції слід вжити конструктивних заходів, щоб потік сили обертався плавно.
Важливим фактором, що впливає на втомну міцність деталей, є концентрація напружень.
Під час структурного проектування концентрації напруги слід уникати або зменшити, наскільки це можливо.
Методи будуть представлені у відповідних розділах, наприклад, збільшення надмірних галтелів, прийняття структур розвантаження тощо.
(4) Збалансуйте структуру навантаження: коли машина працює, часто генеруються деякі непотрібні сили, такі як сила інерції, осьова сила гвинтової шестерні тощо. Ці сили не тільки збільшують навантаження на такі деталі, як вали та втулки, але й зменшити їх точність і термін служби. , а також знижує ефективність трансмісії машини.
малюнок
Так зване вирівнювання навантаження відноситься до вжиття структурних заходів для часткового або повного збалансування навантаження без застосування сили для зменшення або усунення його несприятливих наслідків.
Ці структурні заходи в основному приймають збалансовані елементи, симетричне розташування тощо
03 Відповідає критеріям конструкції щодо структурної жорсткості
Щоб деталі могли належним чином виконувати свої функції протягом терміну служби, вони повинні мати достатню жорсткість.
04 Розгляньте критерії проектування технології обробки
Основна мета структурного проектування механічних частин полягає в тому, щоб забезпечити реалізацію функцій і дозволити продукту досягти необхідної продуктивності.
Однак результати структурного проектування впливають на вартість виробництва та якість деталей продукту, який неможливо недооцінити.
Тому при проектуванні конструкції ми повинні прагнути до того, щоб продукт мав хорошу технологію обробки.
малюнок
Так звана хороша технологія обробки означає, що структуру деталей легко обробляти та виготовляти. Будь-який метод обробки може не дати можливості виготовити деталі з певною структурою, або вартість виробництва буде високою, або це вплине на якість.
Тому для дизайнерів дуже важливо розуміти характеристики методу обробки, щоб вони могли максимізувати свої сильні сторони та уникнути слабких сторін під час проектування конструкції.
На практиці конструктивна технологічність деталей обмежена багатьма факторами. Наприклад, розмір виробничої партії вплине на спосіб формування заготовок; умови виробничого обладнання можуть обмежувати розмір заготовки; крім того, впливають такі аспекти, як форма, точність, термообробка та вартість. Це може мати обмежувальний вплив на майстерність виготовлення компонентної структури.
Тому вплив вищевказаних факторів на технологічність слід повністю враховувати при проектуванні конструкції.
05 Розгляньте вказівки щодо проектування для складання
Збірка є важливим процесом у процесі виробництва продукту. Конструкція деталей безпосередньо впливає на якість і вартість складання.
малюнок
Нижче коротко наведено вказівки щодо проектування конструкції для складання:
(1) Розумний поділ складальних одиниць: всю машину слід розкласти на кілька одиниць (компонентів або вузлів), які можна збирати окремо для досягнення паралельних і спеціалізованих операцій складання, скорочення циклу складання та полегшення рівня за рівень технічного огляду та обслуговування.
(2) Переконайтеся, що деталі встановлено правильно: забезпечте точне розташування деталей, уникайте подвійної координації та запобігайте помилкам у складанні.
(3) Зробіть деталі легкими для збирання та розбирання: у конструктивному проекті має бути забезпечено достатній простір для складання, наприклад місце для гайкового ключа; уникайте надмірно довгих підгонок, щоб уникнути збільшення труднощів при складанні та спричинення подряпин на сполучених поверхнях, таких як конструкція деяких ступінчастих валів; Для полегшення розбирання деталей слід передбачити місце для інструментів для розбирання, наприклад для розбирання підшипників.
06 Розгляньте критерії проектування для технічного обслуговування та ремонту
(1) Конфігурація продукту повинна бути організована відповідно до його частоти відмов, простоти обслуговування, розміру та якості та характеристик встановлення. Всі деталі і вузли, які потребують ремонту, повинні мати хороший доступ; частота відмов Найвищі частини, які потребують частого обслуговування та аварійних перемикачів, повинні забезпечувати оптимальний доступ.
малюнок
(2) Розбирання та збирання виробу, особливо зношуваних частин, частин, що часто розбираються, і додаткового обладнання, має бути простим. Маршрут входу та виходу деталей під час розбирання та складання має бути прямою лінією або пологою кривою.
(3) Пункти перевірки продукції, пункти тестування та інші пункти обслуговування системи повинні бути розташовані в легкодоступних місцях.
(4) Продукти, які потребують технічного обслуговування та розбирання, повинні мати достатній робочий простір навколо них.
(5) Внутрішні операції, як правило, повинні бути видимими під час технічного обслуговування. Крім можливості розміщення рук або рук обслуговуючого персоналу, у проході також має залишатися відповідна щілина для спостереження.
07 Розгляньте вказівки щодо дизайну стилю
Дизайн виробу повинен відповідати не тільки функціональним вимогам, але й враховувати естетичну цінність форми виробу, щоб зробити його привабливим для людей.
З психологічної точки зору, 60% рішень людей залежать від першого враження.
Соціальними атрибутами технічної продукції є товари. В епоху ринку покупця розробка зовнішнього вигляду продукту, який може залучити клієнтів, є важливою вимогою дизайну; у той же час красиві продукти можуть зменшити помилки операторів, спричинені втомою.
малюнок
Дизайн зовнішнього вигляду включає три аспекти: форму, колір і обробку поверхні.
Розглядаючи стиль, слід звернути увагу на узгоджені пропорції розмірів, прості та єдині форми, а також підтримку та прикрасу кольорів та візерунків.
Суцільні кольори використовуються лише для невеликих віджетів.
Великі, особливо рухомі компоненти виглядатимуть монотонними та безшаровими, якщо використовувати лише один колір. Невеликий додатковий кольоровий блок пожвавить весь тон.
Коли співіснують кілька кольорів, має бути домінуючий фоновий колір, а колір, що відповідає фоновому кольору, називається контрастним кольором.
Але на виробі кількість різних тонів не повинно бути занадто багато. Занадто багато кольорів створять людям яскраве відчуття.
Зручні кольори варіюються від світло-жовтого, зеленувато-жовтого до коричневого.
Цей тренд стає теплішим, жовтий і зелений часто виглядають незатишно; сильні сірі тони виглядають гнітюче.
малюнок
Для холодних середовищ використовуйте теплі кольори, такі як жовтий, оранжевий і червоний.
Для спекотного середовища використовуйте холодні кольори, наприклад світло-блакитний.
Всі кольори повинні бути приглушеними.
Крім того, певні конфігурації кольорів можуть зробити продукт безпечним і стабільним. Площини з невеликими змінами форми і великими площами розташовувати в світлих тонах, а компоненти з рухомими і активними контурами - в темних тонах; темні кольори повинні розташовуватися в нижній частині машини, а світлі - у верхній.
08Рекомендації щодо дизайну, які враховують вартість
Продукти та операції з обслуговування повинні бути спрощені під час проектування:
(1) Під час проектування, аналізу та зважування функцій продукту об’єднуйте ідентичні або подібні функції та видаляйте непотрібні функції, щоб спростити операції з продуктом і технічне обслуговування.
(2) Під час проектування структура має бути простою, кількість рівнів продукту та складових одиниць має бути зменшена, наскільки це можливо, а форма частин має бути спрощена, відповідаючи визначеним функціональним вимогам.
малюнок
(3) Продукти повинні бути розроблені з простими та надійними механізмами регулювання, наскільки це можливо, для усунення типових несправностей, викликаних зносом або дрейфом.
Цінні деталі, які схильні до локального зносу, повинні бути розроблені як регульовані або знімні вузли, щоб полегшити локальну заміну або ремонт. Уникайте або зменшуйте кількість повторних коригувань, які включають одне одного.
(4) Розумно організуйте положення кожного компонента, зменшіть кількість з’єднувальних і кріпильних деталей і зробіть операції з технічного обслуговування, такі як перевірка та заміна частин, простими та зручними. Під час ремонту будь-якої частини намагайтеся забезпечити відсутність розбирання, руху або менше розбирання. Менше переміщуйте інші частини, щоб зменшити вимоги до рівня кваліфікації та навантаження на обслуговуючий персонал.
