I prodotti meccanici sono utilizzati in tutti gli ambiti della vita e il contenuto e i requisiti della progettazione strutturale variano ampiamente. Tuttavia, la progettazione di strutture meccaniche in vari settori presenta ancora le stesse parti comuni.
Il risultato finale della progettazione meccanica è espresso in una determinata forma strutturale, che viene elaborata e assemblata secondo la struttura progettata per realizzare il prodotto finale.
Pertanto, la progettazione della struttura meccanica dovrebbe soddisfare i molteplici requisiti del prodotto. I requisiti di base includono funzionalità, affidabilità, artigianalità, economia e aspetto.
Inoltre, lo stress delle parti dovrebbe essere migliorato per aumentare resistenza, rigidità, precisione e durata.
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Pertanto, la progettazione della struttura meccanica è un lavoro tecnico completo.
Se il progetto strutturale è sbagliato o irragionevole, potrebbe causare guasti eccessivi di parti e componenti, impedendo alla macchina di soddisfare i requisiti di precisione del progetto, causando gravi disagi al montaggio e alla manutenzione.
Durante il processo di progettazione della struttura meccanica dovrebbero essere considerati i seguenti otto criteri di progettazione strutturale.
01Linee guida di progettazione per il raggiungimento delle funzioni previste
Lo scopo principale della progettazione del prodotto è raggiungere requisiti funzionali predeterminati, quindi i criteri di progettazione per ottenere le funzioni previste rappresentano la prima considerazione nella progettazione strutturale.
Per soddisfare i requisiti funzionali è necessario:
(1) Chiarire la funzione: la progettazione strutturale consiste nel determinare la dimensione dei parametri e la forma strutturale in base alla sua funzione nella macchina e alla sua relazione di connessione con le altre parti.
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Le funzioni principali delle parti sono sopportare carichi, trasmettere movimento e potenza e garantire o mantenere la posizione relativa o la traiettoria di movimento tra parti o componenti correlati.
La struttura progettata dovrà essere in grado di soddisfare i requisiti funzionali della macchina nel suo insieme.
(2) Assegnazione ragionevole delle funzioni: quando si progettano prodotti, in base a circostanze specifiche, è solitamente necessario assegnare ragionevolmente i compiti, ovvero scomporre una funzione in più sottofunzioni.
Ciascuna sub-funzione deve avere una certa responsabilità strutturale e dovrebbe esserci un collegamento ragionevole e coordinato tra le varie parti della struttura per raggiungere la realizzazione della funzione complessiva.
Più parti strutturali che svolgono la stessa funzione possono ridurre il carico sulle parti e prolungarne la durata.
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La struttura della sezione della cinghia trapezoidale è un esempio di distribuzione razionale dei compiti.
La corda in fibra viene utilizzata per resistere alla forza di trazione; lo strato di riempimento in gomma sopporta la tensione e la compressione quando la cinghia viene piegata; lo strato di tela interagisce con la gola della puleggia per generare l'attrito necessario alla trasmissione.
Ad esempio, se per sostenere il carico laterale si fa affidamento solo sull'attrito generato dalla pretensione del bullone, la dimensione del bullone sarà troppo grande. È possibile aggiungere elementi resistenti al taglio, come perni, manicotti e chiavi, per condividere il carico laterale e risolvere questo problema. .
(3) Concentrazione di funzioni: al fine di semplificare la struttura dei prodotti meccanici, ridurre i costi di lavorazione e facilitare l'installazione, in alcuni casi, una parte o un componente può assumere più funzioni.
La concentrazione delle funzioni renderà la forma delle parti più complessa, ma deve essere eseguita in modo moderato, altrimenti influenzerà la tecnologia di lavorazione e aumenterà i costi di lavorazione. La progettazione dovrebbe essere basata sulla situazione specifica.
02Criteri di progettazione per soddisfare i requisiti di resistenza
(1) Criterio di pari resistenza: i cambiamenti nelle dimensioni della sezione trasversale delle parti dovrebbero essere adattati ai cambiamenti nello stress interno in modo che la resistenza di ciascuna sezione trasversale sia uguale.
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Con una struttura progettata secondo il principio della pari resistenza, i materiali possono essere pienamente utilizzati, riducendo così peso e costi. Come la progettazione di staffe a sbalzo e alberi a gradini, ecc.
(2) Struttura ragionevole del flusso di forza: per esprimere intuitivamente lo stato di come la forza viene trasmessa nei componenti meccanici, la forza è considerata come l'acqua che scorre nel componente e queste linee di forza convergono nel flusso di forza.
Rappresentare il flusso di questa forza gioca un ruolo importante nelle indagini di progettazione strutturale.
Il flusso di forza non verrà interrotto nel componente e qualsiasi linea di forza non scomparirà improvvisamente. Deve essere trasmesso da un luogo all'altro.
Un'altra caratteristica del flusso di forza è che tende a essere trasmesso lungo il percorso più breve, per cui il flusso di forza è denso in prossimità del percorso più breve, formando una zona ad alto stress.
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Il flusso di forza in altre parti è scarso o addirittura inesistente. Dal punto di vista dello stress, il materiale non è completamente utilizzato.
Pertanto, al fine di migliorare la rigidità del componente, la forma della parte dovrebbe essere progettata secondo il percorso più breve del flusso di forza il più possibile per ridurre l'area portante, in modo che la deformazione cumulativa sia minore, la rigidità dell'intero componente è migliorata e il materiale è completamente utilizzato.
(3) Ridurre la struttura della concentrazione dello stress: quando la direzione del flusso di forza gira bruscamente, il flusso di forza sarà troppo denso nel punto di svolta, causando una concentrazione di stress. Nella progettazione, dovrebbero essere adottate misure strutturali per far sì che il flusso di forza ruoti senza intoppi.
La concentrazione delle sollecitazioni è un fattore importante che influenza la resistenza alla fatica delle parti.
Durante la progettazione strutturale, la concentrazione delle sollecitazioni dovrebbe essere evitata o ridotta il più possibile.
Le modalità verranno introdotte nei capitoli corrispondenti, come l'aumento dei filetti eccessivi, l'adozione di strutture di scarico, ecc.
(4) Bilanciare la struttura del carico: quando la macchina è in funzione, vengono spesso generate alcune forze inutili, come la forza inerziale, la forza assiale dell'ingranaggio elicoidale, ecc. Queste forze non solo aumentano il carico su parti come alberi e boccole, ma anche ridurne la precisione e la durata. , e riduce anche l'efficienza di trasmissione della macchina.
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Il cosiddetto bilanciamento del carico si riferisce all'adozione di misure strutturali per bilanciare parzialmente o completamente il carico senza forza per ridurre o eliminare i suoi effetti negativi.
Queste misure strutturali adottano principalmente elementi equilibrati, assetti simmetrici, ecc.
03Rispettare i criteri di progettazione per la rigidità strutturale
Per garantire che le parti possano svolgere correttamente le loro funzioni durante la loro vita utile, devono avere una rigidità sufficiente.
04Considerare i criteri di progettazione per la tecnologia di elaborazione
Lo scopo principale della progettazione strutturale delle parti meccaniche è garantire la realizzazione delle funzioni e consentire al prodotto di raggiungere le prestazioni richieste.
Tuttavia, i risultati della progettazione strutturale hanno un impatto che non può essere sottovalutato sui costi di produzione e sulla qualità delle parti del prodotto.
Pertanto, nella progettazione strutturale, dovremmo sforzarci di garantire che il prodotto abbia una buona tecnologia di lavorazione.
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La cosiddetta buona tecnologia di lavorazione significa che la struttura delle parti è facile da lavorare e produrre. Qualsiasi metodo di lavorazione potrebbe non essere in grado di produrre parti con determinate strutture, oppure il costo di produzione sarà elevato o la qualità ne risentirà.
Pertanto, è molto importante che i progettisti comprendano le caratteristiche di un metodo di lavorazione in modo da poter massimizzare i propri punti di forza ed evitare punti deboli durante la progettazione della struttura.
In pratica, la producibilità strutturale delle parti è limitata da molti fattori. Ad esempio, la dimensione del lotto di produzione influenzerà il metodo di generazione dei grezzi; le condizioni delle attrezzature di produzione possono limitare le dimensioni del pezzo; inoltre, vengono influenzati aspetti quali forma, precisione, trattamento termico e costi. Potrebbe avere un effetto restrittivo sulla lavorazione artigianale della struttura del componente.
Pertanto, l'impatto dei fattori di cui sopra sulla lavorabilità dovrebbe essere pienamente considerato nella progettazione strutturale.
05Considerare le linee guida di progettazione per l'assemblaggio
L'assemblaggio è un processo importante nel processo di fabbricazione del prodotto. La struttura delle parti ha un impatto diretto sulla qualità e sul costo dell'assemblaggio.
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Le linee guida di progettazione strutturale per l’assemblaggio sono brevemente riassunte di seguito:
(1) Divisione ragionevole delle unità di assemblaggio: l'intera macchina dovrebbe poter essere scomposta in più unità (componenti o assiemi) che possono essere assemblate individualmente per ottenere operazioni di assemblaggio parallele e specializzate, abbreviare il ciclo di assemblaggio e facilitare livello per livello livello di ispezione tecnica e manutenzione.
(2) Assicurarsi che le parti siano installate correttamente: garantire il posizionamento accurato delle parti, evitare il doppio coordinamento e prevenire errori di assemblaggio.
(3) Rendere le parti facili da montare e smontare: nella progettazione strutturale, dovrebbe essere garantito uno spazio di assemblaggio sufficiente, come lo spazio per la chiave inglese; evitare accoppiamenti eccessivamente lunghi per evitare di aumentare la difficoltà di montaggio e causare graffi sulle superfici di accoppiamento, come il design di alcuni alberi a gradini; Per facilitare lo smontaggio delle parti, dovrebbe essere indicata la posizione degli strumenti di smontaggio, come lo smontaggio dei cuscinetti.
06Considerare i criteri di progettazione per la manutenzione e le riparazioni
(1) La configurazione del prodotto deve essere organizzata in base al tasso di guasto, alla facilità di manutenzione, alle dimensioni, alla qualità e alle caratteristiche di installazione. Tutte le parti e i componenti che necessitano di riparazione dovrebbero avere una buona accessibilità; il tasso di guasto Le parti più alte che richiedono una manutenzione frequente e gli interruttori di emergenza dovrebbero fornire un'accessibilità ottimale.
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(2) Lo smontaggio e il montaggio del prodotto, in particolare delle parti soggette ad usura, delle parti frequentemente smontate e delle apparecchiature aggiuntive, dovrebbero essere semplici. Il percorso di entrata e uscita delle parti durante lo smontaggio e il montaggio deve essere una linea retta o una curva delicata.
(3) I punti di ispezione del prodotto, i punti di prova e altri punti di manutenzione del sistema dovrebbero essere disposti in luoghi facilmente accessibili.
(4) I prodotti che richiedono manutenzione e smontaggio devono avere attorno uno spazio operativo sufficiente.
(5) Le operazioni interne dovrebbero generalmente essere visibili durante la manutenzione. Il passaggio, oltre a poter accogliere le mani o le braccia del personale addetto alla manutenzione, dovrà anche lasciare un adeguato spazio di osservazione.
07Considera le linee guida per la progettazione dello stile
Il design del prodotto non deve solo soddisfare i requisiti funzionali, ma considerare anche il valore estetico della forma del prodotto per renderlo attraente per le persone.
Da un punto di vista psicologico, il 60% delle decisioni delle persone dipende dalla prima impressione.
Gli attributi sociali dei prodotti tecnici sono merci. Nell'era del mercato dell'acquirente, progettare l'aspetto del prodotto in grado di attrarre i clienti è un importante requisito di progettazione; allo stesso tempo, prodotti dall'aspetto gradevole possono ridurre gli errori degli operatori causati dalla fatica.
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Il design dell'aspetto comprende tre aspetti: forma, colore e trattamento superficiale.
Quando si considera lo stile, è necessario prestare attenzione alle proporzioni delle dimensioni coordinate, alle forme semplici e unificate, al supporto e all'abbellimento di colori e motivi.
I colori solidi vengono utilizzati solo per i widget di piccole dimensioni.
I componenti di grandi dimensioni, soprattutto in movimento, appariranno monotoni e senza strati se viene utilizzato un solo colore. Un piccolo blocco di colore aggiuntivo ravviverà l'intero tono.
Quando coesistono più colori, dovrebbe esserci un colore di sfondo dominante e il colore corrispondente al colore di sfondo è chiamato colore contrastante.
Ma su un prodotto, il numero di toni diversi non dovrebbe essere eccessivo. Troppi colori daranno alle persone una sensazione appariscente.
I colori confortevoli vanno dal giallo chiaro, al giallo verdastro al marrone.
Questa tendenza sta diventando sempre più calda, il giallo e il verde spesso sembrano scomodi; i forti toni di grigio sembrano deprimenti.
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Per gli ambienti freddi utilizzare colori caldi come il giallo, l'arancione e il rosso.
Per gli ambienti caldi usate colori freddi come l'azzurro.
Tutti i colori dovrebbero essere attenuati.
Inoltre, alcune configurazioni di colore possono far apparire il prodotto sicuro e stabile. I piani con piccoli cambiamenti di forma e grandi aree dovrebbero essere disposti in colori chiari, mentre i componenti con contorni mobili e attivi dovrebbero essere disposti in colori scuri; i colori scuri vanno posizionati nella parte inferiore della macchina, mentre i colori chiari nella parte superiore.
08Linee guida di progettazione che considerano i costi
Le operazioni del prodotto e di manutenzione dovrebbero essere semplificate in fase di progettazione:
(1) Durante la progettazione, analisi e pesatura delle funzioni del prodotto, unire funzioni identiche o simili ed eliminare le funzioni non necessarie per semplificare le operazioni del prodotto e di manutenzione.
(2) Durante la progettazione, la struttura dovrebbe essere semplice, il numero di livelli di prodotto e di unità componenti dovrebbe essere ridotto il più possibile e la forma delle parti dovrebbe essere semplificata rispettando i requisiti funzionali specificati.
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(3) I prodotti dovrebbero essere progettati con meccanismi di regolazione semplici e affidabili quanto più possibile per eliminare i guasti comuni causati dall'usura o dalla deriva.
Le parti di valore soggette a usura locale dovrebbero essere progettate come gruppi regolabili o rimovibili per facilitare la sostituzione o la riparazione locale. Evitare o ridurre aggiustamenti ripetuti che si coinvolgono a vicenda.
(4) Organizzare in modo ragionevole le posizioni di ciascun componente, ridurre il numero di parti di collegamento e di fissaggio e rendere semplici e convenienti le operazioni di manutenzione come l'ispezione e la sostituzione delle parti. Durante la riparazione di qualsiasi parte, cercare di garantire che nessun smontaggio, nessun movimento o minore smontaggio, sposti meno le altre parti per ridurre i requisiti di livello di abilità e il carico di lavoro del personale di manutenzione.
