Механические изделия используются во всех сферах жизни, а содержание и требования к проектированию конструкций сильно различаются. Однако проектирование механических конструкций в различных отраслях промышленности по-прежнему имеет одни и те же общие детали.
Конечный результат механического проектирования выражается в определенной структурной форме, которая обрабатывается и собирается в соответствии с спроектированной конструкцией для изготовления конечного продукта.
Таким образом, конструкция механической конструкции должна отвечать многогранным требованиям продукта. Основные требования включают функциональность, надежность, качество изготовления, экономичность и внешний вид.
Кроме того, необходимо улучшить нагрузку на детали, чтобы увеличить прочность, жесткость, точность и срок службы.
картина
Поэтому проектирование механической конструкции представляет собой комплексную техническую работу.
Если структурный проект неправильный или необоснованный, это может привести к неоправданному выходу из строя деталей и компонентов, в результате чего машина не будет соответствовать требованиям проектной точности, что приведет к большим неудобствам при сборке и обслуживании.
Следующие восемь критериев проектирования конструкции следует учитывать в процессе проектирования механической конструкции.
01Руководство по проектированию для достижения ожидаемых функций
Основной целью проектирования продукта является достижение заранее определенных функциональных требований, поэтому критерии проектирования для достижения ожидаемых функций являются первым соображением при структурном проектировании.
Для удовлетворения функциональных требований необходимо выполнить следующее:
(1) Уточните функцию: проектирование конструкции предназначено для определения размера параметра и формы конструкции на основе ее функции в машине и ее связи с другими частями.
картина
Основные функции деталей — выдерживать нагрузки, передавать движение и мощность, а также обеспечивать или поддерживать относительное положение или траекторию движения между связанными частями или компонентами.
Спроектированная конструкция должна отвечать функциональным требованиям машины в целом.
(2) Разумное распределение функций. При проектировании продукции в зависимости от конкретных обстоятельств обычно необходимо разумно распределять задачи, то есть разлагать функцию на несколько подфункций.
Каждая подфункция должна иметь определенную структурную ответственность, и должна существовать разумная и скоординированная связь между различными частями структуры для достижения реализации общей функции.
Несколько деталей конструкции, выполняющих одну и ту же функцию, могут снизить нагрузку на детали и продлить срок их службы.
картина
Структура клиноременной секции является примером рационального распределения задач.
Веревка из волокна используется, чтобы выдерживать растягивающую силу; слой резинового наполнителя выдерживает растяжение и сжатие при изгибе ремня; слой ткани взаимодействует с канавкой шкива, создавая трение, необходимое для передачи.
Например, если вы полагаетесь только на трение, создаваемое предварительным натяжением болта, чтобы выдержать боковую нагрузку, размер болта будет слишком большим. Для решения этой проблемы можно добавить устойчивые к сдвигу элементы, такие как штифты, втулки и шпонки, чтобы распределить боковую нагрузку. .
(3) Концентрация функций: чтобы упростить структуру механических изделий, снизить затраты на обработку и облегчить установку, в некоторых случаях одна деталь или компонент может выполнять несколько функций.
Концентрация функций усложнит форму деталей, но делать это необходимо умеренно, иначе это повлияет на технологию обработки и увеличит затраты на обработку. Проектирование должно основываться на конкретной ситуации.
02Критерии проектирования, отвечающие требованиям прочности
(1) Критерий равной прочности: Изменения размеров поперечного сечения деталей должны быть адаптированы к изменениям внутреннего напряжения так, чтобы прочность каждого поперечного сечения была одинаковой.
картина
Благодаря конструкции, спроектированной по принципу равной прочности, можно полностью использовать материалы, тем самым снижая вес и стоимость. Например, конструкция консольных кронштейнов, ступенчатых валов и т. д.
(2) Разумная структура потока силы: чтобы интуитивно выразить состояние передачи силы в механических компонентах, сила рассматривается как вода, текущая в компоненте, и эти силовые линии сходятся в силовой поток.
Представление потока этой силы играет важную роль в исследованиях проектирования конструкций.
Поток силы не будет прерван в компоненте, и любая силовая линия не исчезнет внезапно. Его необходимо передать из одного места в другое.
Другой характеристикой потока силы является то, что он имеет тенденцию передаваться по кратчайшему пути, поэтому поток силы плотный вблизи самого короткого пути, образуя зону высокого напряжения.
картина
Поток сил в других частях скуден или даже отсутствует. С точки зрения стресса материал не используется полностью.
Следовательно, чтобы улучшить жесткость компонента, форма детали должна быть спроектирована в соответствии с кратчайшим путем потока силы, чтобы максимально уменьшить несущую площадь, чтобы совокупная деформация была меньше, жесткость весь компонент улучшается, и материал полностью используется.
(3) Уменьшите структуру концентрации напряжения: когда направление потока силы резко меняется, поток силы в точке поворота будет слишком плотным, что приведет к концентрации напряжения. При проектировании следует принять конструктивные меры, обеспечивающие плавность поворота силового потока.
Концентрация напряжений является важным фактором, влияющим на усталостную прочность деталей.
При проектировании конструкции следует избегать или уменьшать концентрацию напряжений, насколько это возможно.
В соответствующих главах будут представлены такие методы, как увеличение чрезмерных скруглений, принятие разгрузочных структур и т. д.
(4) Сбалансируйте структуру нагрузки: во время работы машины часто возникают некоторые бесполезные силы, такие как сила инерции, осевая сила винтовой передачи и т. д. Эти силы не только увеличивают нагрузку на такие детали, как валы и втулки, но также снижают их точность и срок службы. , а также снижает КПД трансмиссии машины.
картина
Так называемая балансировка нагрузки подразумевает принятие структурных мер для частичного или полного балансирования нагрузки без применения силы, чтобы уменьшить или устранить ее неблагоприятные последствия.
Эти структурные меры в основном включают сбалансированные элементы, симметричные конструкции и т. д.
03Соответствует критериям проектирования по жесткости конструкции
Чтобы детали могли правильно выполнять свои функции в течение всего срока службы, они должны обладать достаточной жесткостью.
04Учитывайте критерии проектирования технологии обработки
Основная цель структурного проектирования механических частей — обеспечить реализацию функций и позволить изделию достичь требуемых характеристик.
Однако результаты структурного проектирования оказывают влияние, которое нельзя недооценивать, на себестоимость и качество деталей изделия.
Поэтому при проектировании конструкции мы должны стремиться к тому, чтобы продукт имел хорошую технологию обработки.
картина
Так называемая хорошая технология обработки означает, что структуру деталей легко обрабатывать и изготовлять. Любой метод обработки может оказаться невозможным для изготовления деталей определенной структуры, или себестоимость производства будет высокой, или качество пострадает.
Поэтому проектировщикам очень важно понимать характеристики метода обработки, чтобы они могли максимизировать свои сильные стороны и избежать недостатков при проектировании конструкции.
На практике конструктивная технологичность деталей ограничивается многими факторами. Например, размер производственной партии повлияет на метод изготовления заготовок; условия производственного оборудования могут ограничивать размеры заготовки; кроме того, затрагиваются такие аспекты, как форма, точность, термообработка и стоимость. Это может иметь ограничительное воздействие на качество изготовления конструкции компонента.
Следовательно, влияние вышеуказанных факторов на технологичность следует полностью учитывать при проектировании конструкций.
05Учитывайте рекомендации по сборке
Сборка – важный процесс в процессе производства продукции. Строение деталей оказывает прямое влияние на качество и стоимость сборки.
картина
Рекомендации по структурному проектированию сборки кратко изложены ниже:
(1) Разумное разделение сборочных единиц: вся машина должна иметь возможность разобрать на несколько единиц (компонентов или узлов), которые можно собирать по отдельности, чтобы обеспечить параллельные и специализированные сборочные операции, сократить цикл сборки и облегчить поэтапную сборку. уровень технического осмотра и обслуживания.
(2) Убедитесь, что детали установлены правильно: обеспечьте точное расположение деталей, избегайте двойной координации и предотвращайте ошибки сборки.
(3) Обеспечьте удобство сборки и разборки деталей: при проектировании конструкции должно быть обеспечено достаточное пространство для сборки, например, место для гаечного ключа; избегайте слишком длинных посадок, чтобы избежать увеличения сложности сборки и появления царапин на сопрягаемых поверхностях, как, например, в конструкции некоторых ступенчатых валов; Для облегчения разборки деталей следует указать место для демонтажных инструментов, например, для разборки подшипников.
06Учитывайте критерии проектирования технического обслуживания и ремонта.
(1) Конфигурация продукта должна быть организована в соответствии с интенсивностью его отказов, простотой обслуживания, размером и качеством, а также характеристиками установки. Все детали и узлы, подлежащие ремонту, должны иметь хорошую доступность; интенсивность отказов. Самые высокие детали, требующие частого технического обслуживания, и аварийные выключатели должны обеспечивать оптимальную доступность.
картина
(2) Разборка и сборка изделия, особенно изнашиваемых частей, часто разбираемых деталей и дополнительного оборудования, должна быть простой. Маршрут входа и выхода деталей при разборке и сборке должен представлять собой прямую линию или пологую кривую.
(3) Точки проверки продукции, точки тестирования и другие точки обслуживания системы должны быть расположены в легкодоступных местах.
(4) Изделия, требующие обслуживания и разборки, должны иметь достаточное рабочее пространство вокруг них.
(5) Внутренние операции, как правило, должны быть видны во время технического обслуживания. Помимо возможности размещения рук обслуживающего персонала, проход также должен оставлять достаточное пространство для наблюдения.
07Обратите внимание на рекомендации по стилю дизайна
Дизайн продукта должен не только отвечать функциональным требованиям, но и учитывать эстетическую ценность формы продукта, чтобы сделать его привлекательным для людей.
С психологической точки зрения 60% решений людей зависят от первого впечатления.
Социальными атрибутами технических продуктов являются товары. В эпоху покупательского рынка разработка внешнего вида продукта, способного привлечь клиентов, является важным требованием к дизайну; в то же время красивый вид продукции может снизить количество ошибок в работе операторов, вызванных усталостью.
картина
Дизайн внешнего вида включает в себя три аспекта: форму, цвет и обработку поверхности.
При выборе стиля следует уделять внимание согласованным пропорциям размеров, простым и унифицированным формам, а также поддержке и украшению цветов и узоров.
Сплошные цвета используются только для небольших виджетов.
Большие, особенно движущиеся компоненты будут выглядеть монотонными и бесслойными, если использовать только один цвет. Небольшой дополнительный цветовой блок оживит весь тон.
Когда сосуществуют несколько цветов, должен быть доминирующий цвет фона, а цвет, соответствующий цвету фона, называется контрастным цветом.
Но на изделии количество разных тонов не должно быть слишком большим. Слишком много цветов создаст у людей ощущение роскоши.
Комфортные цвета варьируются от светло-желтого, зеленовато-желтого до коричневого.
Эта тенденция становится все теплее, желтый и зеленый часто выглядят некомфортно; сильные серые тона выглядят удручающе.
картина
Для холодных помещений используйте теплые цвета, такие как желтый, оранжевый и красный.
Для жарких помещений используйте холодные цвета, например светло-голубой.
Все цвета должны быть смягчены.
Кроме того, определенные цветовые конфигурации могут сделать продукт безопасным и стабильным. Плоскости с небольшими изменениями формы и большими площадями следует оформлять светлыми цветами, а компоненты с подвижными и активными контурами — темными цветами; темные цвета следует размещать в нижней части машины, а светлые – в верхней.
08Рекомендации по проектированию, учитывающие стоимость
На этапе проектирования следует упростить операции с изделием и его обслуживанием:
(1) При проектировании, анализе и взвешивании функций продукта объединяйте идентичные или похожие функции и устраняйте ненужные функции, чтобы упростить операции по обслуживанию продукта и его обслуживанию.
(2) При проектировании структура должна быть простой, количество уровней изделия и комплектующих единиц должно быть максимально уменьшено, а форма деталей должна быть упрощена при соблюдении заданных функциональных требований.
картина
(3) Изделия должны быть разработаны с простыми и надежными механизмами регулировки, чтобы максимально исключить распространенные неисправности, вызванные износом или смещением.
Ценные детали, склонные к местному износу, должны быть спроектированы как регулируемые или съемные узлы, чтобы облегчить местную замену или ремонт. Избегайте или сократите повторяющиеся корректировки, которые связаны друг с другом.
(4) Разумно расположите положения каждого компонента, уменьшите количество соединительных и крепежных деталей, а также сделайте операции по техническому обслуживанию, такие как проверка и замена деталей, простыми и удобными. При ремонте любой детали старайтесь избегать разборки, перемещения или меньшей разборки. Меньше перемещайте другие детали, чтобы снизить требования к уровню квалификации и рабочую нагрузку обслуживающего персонала.
