مقدمه ای کلی بر طراحی مکانیکی

اگر چندین سال یا بیش از ده سال طراحی مکانیکی انجام داده اید، پس این مقاله را با دقت بخوانید، خلاصه تجربه ای که می خواهید بنویسید در اینجا آمده است.

طراحی مکانیکی (طراحی ماشین)، با توجه به الزامات استفاده، تصور، تجزیه و تحلیل و محاسبه اصل کار، ساختار، حالت حرکت، حالت انتقال نیرو و انرژی، مواد، شکل و اندازه هر قطعه، روش روانکاری و غیره ماشین و تبدیل آنها به یک توصیف خاص به عنوان پایه تولید برای فرآیند کار استفاده می شود.

طراحی مکانیکی بخش مهمی از مهندسی مکانیک، اولین گام در تولید مکانیکی و مهمترین عامل تعیین کننده عملکرد مکانیکی است.

هدف طراحی مکانیکی طراحی بهترین ماشین آلات در شرایط محدود مختلف (مانند مواد، قابلیت های پردازش، دانش نظری و روش های محاسباتی و ...) یعنی انجام طرح های بهینه است.

طراحی بهینه نیاز به بررسی جامع بسیاری از الزامات دارد، به طور کلی شامل: بهترین عملکرد کاری، کمترین هزینه ساخت، کوچکترین اندازه و وزن، قابل اطمینان ترین در استفاده، کمترین مصرف و کمترین آلودگی محیطی. این الزامات اغلب متناقض هستند و اهمیت نسبی آنها با نوع و کاربرد ماشین آلات متفاوت است. وظیفه طراح این است که اهمیت را با توجه به موقعیت خاص سنجیده و برنامه ریزی های کلی انجام دهد تا ماشین آلات طراحی شده بهترین اثر فنی و اقتصادی جامع را داشته باشد.

در گذشته، بهینه سازی طراحی عمدتاً بر دانش، تجربه و آینده نگری طراح متکی بود. با توسعه رشته های جدید مانند نظریه پایه مهندسی مکانیک، مهندسی ارزش و تجزیه و تحلیل سیستم، انباشت داده های فنی و اقتصادی برای ساخت و استفاده، و رواج و کاربرد رایانه ها، بهینه سازی به تدریج قضاوت های ذهنی را کنار گذاشته و بر آن تکیه می کند. محاسبات علمی (یادداشت سردبیر: مهندسان «قدیمی» توجه کنند اگر پیشرفت نکنند حذف می شوند)

طراحی انواع ماشین آلات صنعتی، به ویژه طراحی مکانیکی کل و کل سیستم، باید به فناوری های مختلف صنعتی مرتبط متصل شود و تشکیل یک رشته مستقل دشوار است. از این رو زیرشاخه های طراحی مکانیک حرفه ای مانند طراحی ماشین آلات کشاورزی، طراحی ماشین آلات معدن، طراحی پمپ، طراحی کمپرسور، طراحی توربین بخار، طراحی موتور احتراق داخلی و طراحی ماشین ابزار پدید آمده است. (یادداشت سردبیر: ضرب المثل قدیمی می گوید "درهم شدن مانند کوه است" اما اکنون "مثل کوه با هم رفتن" است. همچنین یک طراحی مکانیکی است. شما در این زمینه متخصص هستید. اگر به رشته دیگری تغییر دهید. ، ممکن است شما یک غیر روحانی باشید)
1
طبقه بندی طراحی
طراحی مکانیکی را می توان به سه دسته تقسیم کرد: طراحی جدید، طراحی ارثی و طراحی متفاوت.

1. طراحی جدید

از علم و فناوری بالغ یا فناوری‌های جدید که از طریق آزمایش‌ها امکان‌پذیر بودن آن‌ها ثابت شده است برای طراحی انواع جدیدی از ماشین‌آلات که قبلاً دیده نشده‌اند، استفاده کنید.

2. طرح ارثی

با توجه به تجربه استفاده و توسعه فناوری، ماشین آلات موجود برای بهبود عملکرد، کاهش هزینه ساخت و یا کاهش هزینه عملیاتی طراحی و به روز شده است.

3. طراحی متفاوت

به منظور رفع نیازهای جدید، برخی اصلاحات یا اضافات و حذف ها در ماشین آلات موجود انجام می شود تا محصولاتی متفاوت از نوع استاندارد تولید کنند.

2
فرآیند اصلی
1. وظایف طراحی را با توجه به نیازهای مشتری، نیازهای بازار و نتایج تحقیقات علمی جدید تدوین کنید.

2. طراحی اولیه. از جمله تعیین اصل کار و شکل ساختاری اولیه ماشین، انجام طراحی حرکتی، طراحی سازه و ترسیم نقشه کلی اولیه و بررسی اولیه.

3. طراحی فنی. از جمله اصلاح طرح (طبق نظر بررسی اول)، ترسیم کلیه قطعات و نقشه های کلی جدید و بررسی دوم.

4. طراحی کار طراحی. از جمله اصلاح نهایی (طبق نظرات بررسی دوم)، ترسیم کلیه نقشه های کاری (مانند نقشه های قطعات، نقشه های مونتاژ قطعات و نقشه های مجموعه عمومی و غیره) و فرمول بندی کلیه اسناد فنی (مانند لیست قطعات، لیست) از پوشیدن قطعات، دستورالعمل استفاده و غیره).

5. طرح را نهایی کنید. ماشین آلات برای تولید دسته ای یا انبوه. برای طراحی مکانیکی با وظایف طراحی نسبتاً ساده (مانند طراحی جدید ماشین آلات ساده، طراحی ارثی یا طراحی انواع ماشین آلات عمومی و غیره)، روش طراحی اولیه را می توان حذف کرد.

3
فاز طراحی
کیفیت یک ماشین اساساً به کیفیت طراحی بستگی دارد. نقشی که فرآیند تولید بر روی کیفیت ماشین بازی می کند اساساً دستیابی به کیفیت مشخص شده در زمان طراحی است. بنابراین، مرحله طراحی ماشین کلید تشخیص خوب یا بد بودن ماشین است.

فرآیند طراحی مورد بحث تنها به فرآیند طراحی فنی به معنای محدود اشاره دارد. این یک فرآیند کاری خلاقانه است، اما همچنین کاری است که تا حد امکان از تجربه موفق موجود استفاده می کند. تنها با ترکیب وراثت و نوآوری به خوبی می توانیم ماشین های باکیفیت طراحی کنیم. به عنوان یک ماشین کامل، یک سیستم پیچیده است. برای بهبود کیفیت طراحی، باید رویه طراحی علمی وجود داشته باشد. اگرچه فهرست کردن یک برنامه منحصر به فرد که در هر موقعیتی موثر باشد غیرممکن است، اما بر اساس تجربه طولانی مدت افراد در طراحی ماشین آلات، برنامه طراحی یک ماشین اساساً می تواند مطابق جدول باشد.

تصویر

در زیر هر مرحله به اختصار توضیح داده شده است.

(1) برنامه ریزی

در مرحله برنامه ریزی باید بررسی، تحقیق و تحلیل کافی بر روی تقاضای ماشین طراحی شده انجام شود (یادداشت سردبیر: مانند مطالعه دقیق تقاضای مشتری و ارائه اطلاعات مربوطه، ارتباط مکرر با مشتری برای روشن شدن ایده ها و نیات مشتری، و غیره)، از طریق تجزیه و تحلیل، برای روشن کردن بیشتر عملکردهایی که ماشین باید داشته باشد، و محدودیت های تعیین شده توسط محیط، اقتصاد، پردازش و محدودیت زمانی برای تصمیم گیری های آینده را مطرح می کند. بر این اساس، الزامات و جزییات کلی کار طراحی را به وضوح بنویسید و در نهایت کتاب وظایف طراحی را به عنوان خلاصه ای از این مرحله تشکیل دهید.

کتاب وظایف طراحی به طور کلی باید شامل موارد زیر باشد: عملکرد ماشین، برآورد صرفه جویی و حفاظت از محیط زیست، برآورد تقریبی الزامات ساخت، الزامات استفاده اساسی و محدودیت زمانی مورد انتظار برای تکمیل کار طراحی و غیره در این زمان. ، معمولاً فقط یک محدوده معقول برای این الزامات و شرایط می توان به جای ارقام دقیق ارائه داد. به عنوان مثال، می توان آن را با الزاماتی که باید برآورده شوند، حداقل الزامات و الزاماتی که انتظار می رود محقق شوند، تعیین کرد.

(2) طراحی طرح

با توجه به اصول کاری مختلف، می توان انواع طرح های خاص برای آژانس های مجری طرح کرد. به عنوان مثال، از نظر برش با نخ، قطعه کار را فقط می توان چرخاند و ابزار را می توان به صورت خطی برای برش نخ حرکت داد (مانند برش نخ روی یک ماشین تراش معمولی)، یا قطعه کار را می توان در حالی که ابزار می چرخد ​​و می چرخد، ثابت نگه داشت. برای بریدن نخ حرکت می کند (مانند پردازش نخ ها با قالب ها). به این معنا که حتی برای یک اصل کاری یکسان، ممکن است چندین راه حل ساختاری متفاوت وجود داشته باشد.

طرح قسمت پرایم موور (یادداشت ویرایشگر: قسمت پاور) البته می تواند انتخاب های زیادی نیز داشته باشد. با توجه به جهانی بودن منبع تغذیه و توسعه فناوری محرک الکتریکی، می توان گفت که اکثریت قریب به اتفاق ماشین آلات ثابت اکنون موتور الکتریکی را به عنوان محرک اصلی ترجیح می دهند. موتورهای پرایم حرارتی عمدتاً در هواپیماهای حمل و نقل، ماشین آلات ساختمانی یا ماشین آلات کشاورزی استفاده می شوند. حتی اگر موتور به عنوان محرک اصلی استفاده شود، گزینه هایی برای AC و DC، سرعت بالا و سرعت پایین و غیره نیز وجود دارد.

طرح بخش انتقال پیچیده تر و متنوع تر است. برای یک وظیفه انتقال، می توان آن را با مکانیسم های مختلف و ترکیبی از مکانیسم های مختلف تکمیل کرد. بنابراین، اگر از IV برای نشان دادن تعداد راه حل های ممکن قسمت محرک اصلی استفاده شود و N2 و N3 به ترتیب تعداد حل های ممکن قسمت انتقال و قسمت اجرا را نشان دهند، آنگاه تعداد راه حل های ممکن IV ماشین به عنوان یک کل Ni×N2×N3 است. (یادداشت سردبیر: راه حل های موثر فقط از نظر عملکردی امکان پذیر هستند و سپس از منظر فنی و اقتصادی بررسی می شوند)

موارد فوق فقط از نظر سه قسمت اصلی تشکیل دهنده دستگاه مورد بحث قرار گرفته است. گاهی اوقات لازم است پیکربندی سیستم های کمکی را در نظر بگیرید.

در میان راه حل های بسیار، تنها تعدادی از آنها از نظر فنی امکان پذیر هستند. این چندین طرح عملی باید به طور جامع از جنبه های فناوری، اقتصاد و حفاظت از محیط زیست ارزیابی شوند. روش های ارزیابی بسیاری وجود دارد و ارزیابی اقتصادی به عنوان مثال برای توضیح مختصر در نظر گرفته شده است.

هنگام ارزیابی از نظر اقتصادی، لازم است نه تنها اقتصاد طراحی و ساخت، بلکه اقتصاد استفاده نیز در نظر گرفته شود. اگر طرح ساختاری دستگاه پیچیده تر باشد، هزینه طراحی و ساخت آن نسبتاً افزایش می یابد، اما عملکرد آن کامل تر و بهره وری آن بالاتر خواهد بود، بنابراین اقتصاد استفاده نیز بهتر است. برعکس، برای ماشینی با ساختار نسبتاً ساده و عملکرد ناکافی، اگرچه هزینه های طراحی و ساخت کم است، هزینه عملیاتی افزایش می یابد. هنگام ارزیابی اقتصاد طراحی و ساخت طرح‌های سازه‌ای، می‌توان آن را با هزینه کارایی واحد نیز بیان کرد. به عنوان مثال، هزینه هر واحد توان خروجی، هزینه یک محصول واحد و غیره.

هنگام ارزیابی ماشین، لازم است قابلیت اطمینان ماشین را تجزیه و تحلیل کرد و قابلیت اطمینان را به عنوان یک شاخص ارزیابی در نظر گرفت. از نقطه نظر قابلیت اطمینان، اغلب عاقلانه نیست که کورکورانه ساختارهای پیچیده را دنبال کنیم. به طور کلی، هر چه سیستم پیچیده تر باشد، قابلیت اطمینان سیستم کمتر است. به منظور بهبود قابلیت اطمینان سیستم پیچیده، افزایش سیستم پشتیبان موازی ضروری است که به طور اجتناب ناپذیری هزینه دستگاه را افزایش می دهد.

حفاظت از محیط زیست نیز جنبه مهمی است که باید در طراحی به دقت مورد توجه قرار گیرد. راه‌حل‌های فنی که اثرات نامطلوبی بر محیط‌زیست دارند، باید به تفصیل مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند و راه‌حل‌های کامل فنی پیشنهاد شوند.

از طریق ارزیابی برنامه، تصمیم نهایی برای تعیین یک نمودار شماتیک یا یک نمودار شماتیک حرکت مکانیسم برای مرحله بعدی طراحی فنی گرفته می شود.

در مرحله طراحی طرح، رابطه بین مرجع و نوآوری باید به درستی مدیریت شود. سوابق موفقیت آمیز ماشین های مشابه باید به عنوان مرجع مورد استفاده قرار گیرد و پیوندهای ضعیف اصلی و قطعاتی که الزامات وظایف موجود را برآورده نمی کنند باید بهبود یا اساساً تغییر کنند. باید فعالانه نوآوری کرد و با محافظه کاری و کپی برداری از طرح اصلی مخالفت کرد و همچنین با دو گرایش نادرست دنبال کردن کورکورانه نوآوری و کنار گذاشتن تجربه اصلی منطقی مخالفت کرد. (یادداشت سردبیر: نکته کلیدی برای یادگیری این است که کاستی های محاسبه اصلی را بیابید)

(3) طراحی فنی

هدف از مرحله طراحی فنی، تولید یک طرح مونتاژ عمومی و یک طرح مونتاژ اجزا است. شکل و اندازه اصلی هر جزء و قطعات آن را از طریق طراحی اسکیس، از جمله اتصال بین قطعات، شکل و اندازه اصلی قطعات و اجزا تعیین کنید. در نهایت نقشه های کاری، نقشه های مونتاژ اجزا و نقشه های مونتاژ کلی قطعات را رسم کنید.

برای تعیین اندازه اصلی قطعات اصلی، کارهای زیر باید انجام شود:

(1) طراحی سینماتیک ماشین.

با توجه به طرح ساختاری تعیین شده، پارامترهای قسمت متحرک اصلی (قدرت، سرعت چرخش، سرعت خطی و غیره) را تعیین کنید. سپس محاسبات سینماتیکی را برای تعیین پارامترهای حرکت (سرعت، سرعت، شتاب و ...) هر جزء متحرک انجام دهید.

(2) محاسبه دینامیکی دستگاه.

با ترکیب ساختار و پارامترهای حرکت هر قطعه، مقدار و ویژگی های بار روی هر قطعه اصلی محاسبه می شود. بار بدست آمده در این زمان فقط بار اسمی (یا اسمی) وارد بر قطعه است زیرا قطعه طراحی نشده است.

(3) طراحی ظرفیت کاری قطعات.

طراحی اولیه قطعات و اجزاء در صورتی قابل انجام است که اندازه و مشخصات بار اسمی روی قطعات اصلی مشخص باشد. معیارهای ظرفیت کاری که طراحی بر اساس آن استوار است باید به طور منطقی با توجه به شرایط عمومی خرابی، ویژگی های کاری و شرایط محیطی قطعات و اجزای سازنده ترسیم شود. به طور کلی معیارهایی مانند استحکام، سفتی، پایداری ارتعاش و عمر مفید وجود دارد. با محاسبه یا قیاس می توان ابعاد اصلی قطعات و اجزا را تعیین کرد.

(4) طراحی طرح های مونتاژ اجزا و طرح های مونتاژ عمومی.

با توجه به ابعاد اولیه قطعات و اجزای اصلی که تعیین شده است، کروکی مونتاژ قطعات و کروکی مجموعه عمومی طراحی می شود. طرح کلی و ابعاد تمام قطعات باید به صورت ساختاری بر روی طرح طراحی شود. در این مرحله باید ساختار و اندازه هر قطعه را به خوبی هماهنگ کرد و قابلیت ساخت سازه ای قطعات و اجزای طراحی شده را به طور کامل در نظر گرفت تا تمامی قطعات معقول ترین پیکربندی را داشته باشند.

(5) بررسی قطعات اصلی.

برای برخی از قطعات، در مرحله (3) بالا، به دلیل ساختار مشخص نامشخص، انجام محاسبه دقیق ظرفیت کاری دشوار است، بنابراین فقط محاسبه و طراحی اولیه می تواند انجام شود. پس از ترسیم طرح مونتاژ اجزا و طرح مجموعه عمومی، ساختار و اندازه تمام قطعات مشخص می شود و رابطه بین قطعات مجاور نیز مشخص می شود. فقط در این زمان می توان بار وارد شده بر روی قطعه را با دقت بیشتری تعیین کرد و عوامل مختلفی را که بر توانایی کار قطعه تأثیر می گذارد، تعیین کرد. فقط در این شرایط می توان محاسبات چک دقیقی را برای برخی از قطعات یا قطعات مهم با اشکال پیچیده و شرایط تنش انجام داد. با توجه به نتایج بررسی، ساختار و اندازه قطعات به طور مکرر اصلاح می شود تا زمانی که آنها راضی شوند.

در هر مرحله از طراحی فنی، فناوری طراحی بهینه سازی توسعه یافته در 30 تا 40 سال گذشته به طور فزاینده ای توانایی خود را در بهینه سازی انتخاب پارامترهای ساختاری نشان داده است. برخی از روش‌های محاسبات عددی جدید، مانند روش اجزای محدود، می‌توانند نتایج محاسباتی تقریبی عالی را برای مسائلی که قبلاً محاسبه کمی آنها دشوار بود، به دست آورند. برای تعداد کمی از قطعات بسیار مهم، پیچیده و گران قیمت باید از روش تست مدل برای طراحی در مواقع ضروری استفاده شود، یعنی مدل طبق نقشه های اولیه طراحی ساخته شود و قطعات ضعیف سازه یا مقاطع اضافی از طریق آن پیدا شوند. تست ها اندازه، با توجه به آن تقویت یا کاهش برای اصلاح طرح اصلی، و در نهایت رسیدن به سطح کمال. تئوری قابلیت اطمینان مکانیکی در مرحله طراحی فنی استفاده می شود. از منظر قابلیت اطمینان، می‌تواند ارزیابی کند که آیا قطعات طراحی‌شده و سازه‌های اجزا و پارامترهای آن‌ها الزامات قابلیت اطمینان را برآورده می‌کنند یا خیر، و پیشنهاداتی را برای بهبود طراحی ارائه می‌کند و در نتیجه کیفیت طراحی ماشین را بیشتر بهبود می‌بخشد. . روش ها و مفاهیم جدید طراحی فوق الذکر باید در طراحی به کار گرفته و ترویج شود تا بر اساس آن توسعه یابد.

پس از اتمام طراحی اسکیس می توان نقشه کاری قطعه را با توجه به اندازه اصلی قطعه که در کروکی تعیین شده طراحی کرد. در این مرحله، هنوز تعداد زیادی از جزئیات ساختاری قطعات برای اصلاح و تعیین وجود دارد. هنگام طراحی نقشه های کاری، لازم است فرآیند پردازش و مونتاژ قطعات، الزامات بازرسی و روش های اجرای قطعات در حین و پس از پردازش به طور کامل در نظر گرفته شود. اگر برخی از تمهیدات دقیق تأثیر شایسته ای بر کارایی قطعات داشته باشد، لازم است برای بررسی مجدد توانایی کار به عقب برگردید. در نهایت نقشه های کاری تمام قسمت ها به جز قطعات استاندارد را بکشید.

نقشه مونتاژ اجزا و نقشه مونتاژ عمومی را با توجه به ساختار و اندازه روی نقشه نهایی کار قطعه دوباره ترسیم کنید. از طریق این کار می توان خطاهای ابعادی و ساختاری را که ممکن است در نقشه قطعه کار پنهان شده باشد بررسی کرد. مردم این کار را در عامیانه مونتاژ روی کاغذ می نامند. (توجه سردبیر: اکنون با استفاده از طراحی نرم افزار سه بعدی، اصلاح آن بسیار راحت است، بنابراین می توان از مراحل طراحی فنی عبور کرد، اما ضروری است. البته در برخی بررسی ها می توان از عملکردهای خود نرم افزار استفاده کرد.)

(4) تدوین اسناد فنی

انواع مختلفی از اسناد فنی وجود دارد و مواردی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند شامل دستورالعمل های طراحی و محاسبه ماشین، دستورالعمل های عملیاتی و لیست قطعات استاندارد (BOM) می باشد.

هنگام تدوین مشخصات محاسباتی طراحی، باید تمام مطالب قطعی انتخاب طرح و طراحی فنی را شامل شود.

هنگام تدوین دفترچه راهنمای ماشین برای کاربران، محدوده پارامترهای عملکرد، روش های بهره برداری، تعمیر و نگهداری روزانه و روش های ساده تعمیر، کاتالوگ قطعات یدکی و ... دستگاه باید به کاربران معرفی شود.

سایر مدارک فنی از قبیل گواهی بازرسی، لیست قطعات خریداری شده و شرایط پذیرش و ... به صورت جداگانه در صورت نیاز تهیه می شود.

(5) کاربرد کامپیوتر در طراحی مکانیکی

با توسعه فناوری رایانه، رایانه ها به طور گسترده ای در طراحی مکانیکی مورد استفاده قرار گرفته اند و بسیاری از نرم افزارهای طراحی و تجزیه و تحلیل با کارایی بالا به وجود آمده اند. از این نرم افزارها می توان برای مقایسه طرح های متعدد در مرحله طراحی استفاده کرد و به طور دقیق مقاومت سازه، سختی و ویژگی های دینامیکی طرح های مختلف از جمله طرح های بزرگ و پیچیده را تحلیل کرد. در عین حال، امکان ساخت یک نمونه اولیه مجازی بر روی رایانه و استفاده از شبیه سازی نمونه اولیه مجازی برای تأیید طراحی وجود دارد تا امکان سنجی طرح در مرحله طراحی به طور کامل ارزیابی شود. می توان گفت ترویج و استفاده از فناوری کامپیوتر در طراحی مکانیکی، روند طراحی مکانیکی را تغییر داده و دارد و پیش بینی مزایای آن در بهبود کیفیت و کارایی طراحی دشوار است.

در بالا به طور خلاصه روش طراحی دستگاه معرفی می شود. به طور کلی، در فرآیند ساخت ماشین، امکان تغییر طرح به دلایل فرآیندی در هر زمان وجود دارد. در صورت نیاز به اصلاح، مراحل تأیید خاصی باید دنبال شود (یادداشت سردبیر: تغییر مهندسی، مهندسی چان

ge، EC). پس از خروج ماشین از کارخانه، بررسی های بعدی باید به صورت برنامه ریزی شده انجام شود. علاوه بر این، کاربران همچنین مشکلات را در حین استفاده به بخش تولید یا طراحی گزارش خواهند کرد. بر اساس این اطلاعات، بخش طراحی ممکن است پس از تجزیه و تحلیل، طرح اصلی را اصلاح یا حتی بازسازی کند. این وظایف، در حالی که به طور گسترده بخشی از فرآیند طراحی هستند، سطح دیگری از مشکل هستند. به عنوان یک طراح، فرد باید احساس مسئولیت اجتماعی قوی داشته باشد، دید خود را از کار به کل فرآیند ساخت، استفاده و حتی اسقاط گسترش دهد و طرح را به طور مکرر بهبود بخشد تا کیفیت ماشین را به طور مداوم بهبود بخشد و بهتر ملاقات کند. نیازهای تولید و زندگی

شرح مرحله

(1) مرحله برنامه ریزی

پس از صدور وظایف پروژه، مرحله برنامه ریزی فقط یک مرحله مقدماتی است. در این مرحله، فقط یک ایده مبهم از ماشینی که باید طراحی شود وجود دارد.

(2) مرحله طراحی طرح

این مرحله نقش اساسی در موفقیت یا شکست طراحی دارد. در این مرحله همچنین ویژگی های راه حل های متعدد (طرح ها) را در کار طراحی به طور کامل نشان می دهد.

تجزیه و تحلیل عملکرد ماشین برای انجام یک تجزیه و تحلیل جامع از الزامات، حداقل الزامات و الزامات مورد انتظار توابع ماشین پیشنهاد شده در کتاب وظایف طراحی است، یعنی اینکه آیا این توابع قابل تحقق هستند، آیا تضادهایی بین عملکردهای متعدد وجود دارد یا خیر؟ و اینکه آیا می توان آنها را با یکدیگر جایگزین کرد یا خیر. در نهایت، پارامترهای عملکردی به عنوان مبنایی برای طراحی بیشتر تعیین می شوند. در این گام باید تضادهای احتمالی بین نیازها و امکانات، آرمان ها و واقعیت ها، اهداف توسعه و اهداف فعلی به درستی مدیریت شود.

پس از تعیین پارامترهای عملکردی، می توان راه حل های ممکن را پیشنهاد کرد، یعنی راه حل های ممکن را پیشنهاد کرد. هنگام جستجوی راه حل، می توان آن را به طور جداگانه با توجه به قسمت محرک، قسمت انتقال و قسمت اجرا مورد بحث قرار داد. بیشتر رایج است که ابتدا بحث را با قسمت عملیاتی شروع کنیم.

هنگام بحث در مورد قسمت اجرایی ماشین، ابتدا در مورد انتخاب اصل کار است (یادداشت سردبیر: یعنی روش پیاده سازی). به عنوان مثال، هنگام طراحی یک ماشین برای ساخت پیچ، اصل کار آن می تواند یا روش چرخاندن رزوه ها با ابزار تراش بر روی یک صفحه استوانه ای یا روش نورد رزوه ها با قالب نورد روی یک صفحه استوانه ای باشد. این دو اصل عملیاتی متفاوت را ارائه می دهد. اصول کار متفاوت است و البته ماشین های طراحی شده اساسا متفاوت خواهند بود. به ویژه، باید تأکید کرد که اصول جدید کار باید به طور مستمر مورد تحقیق و توسعه قرار گیرد. این یک راه مهم برای طراحی توسعه فناوری است.

4
مراحل طراحی
قبل از شروع طراحی، وظایف طراحی فرموله می شوند.

هنگامی که کار طراحی پیچیده تر است، طراحی سه مرحله ای به طور کلی اتخاذ می شود، یعنی طراحی اولیه، طراحی فنی و طراحی نقشه کاری. هنگامی که کار نسبتاً ساده است، مانند طراحی جدید ماشین آلات ساده، طرح ارثی یا طراحی انواع ماشین آلات عمومی، طراحی در ابتدا به عمق طراحی فنی طراحی می شود و طراحی نقشه کار پس از انجام خواهد شد. بررسی، اصلاح و تایید، که به یک طراحی دو مرحله ای تبدیل می شود.

در مرحله طراحی اولیه طرح سه مرحله ای، مراحل اصلی طراحی عبارتند از: تعیین اصل کار و نوع پایه سازه، طراحی حرکت، طراحی قطعات و اجزای اصلی، ترسیم نقشه کلی اولیه و بررسی طرح اولیه.

در مرحله طراحی فنی مراحل اصلی عبارتند از: اصلاح طرح با توجه به نظرات بررسی، طراحی کلیه قطعات و اجزاء، ترسیم نقشه کلی جدید و بررسی طرح فنی.

در مرحله طراحی نقشه کاری، طرح را با توجه به نظرات بررسی اصلاح کنید، تمام نقشه های کاری را ترسیم کنید و کلیه اسناد فنی را تدوین کنید. برای محصولات دسته ای یا تولید انبوه، طراحی نهایی نیز مورد نیاز است.

در هر مرحله از طراحی، می توان متوجه شد که برخی از تصمیمات در مراحل قبلی غیر معقول هستند که مستلزم بازگشت به مرحله قبل، تجدید نظر در تصمیمات غیر منطقی و انجام مجدد کار طراحی بعدی است.

(1) وظایف طراحی را فرموله کنید

این کار مقدماتی طراحی است. وظایف طراحی بر اساس سفارشات کاربر، نیازهای بازار و نتایج تحقیقات علمی جدید است. بخش طراحی از فناوری‌های مختلف و هوشمندی بازار استفاده می‌کند، برنامه‌های ممکن را ترسیم می‌کند، مزایا و معایب آن‌ها را مقایسه می‌کند، با بخش تجاری و کاربران بحث می‌کند، و اهداف کار طراحی معقولی را تدوین می‌کند. این امر به ویژه برای طراحی های جدید بسیار مهم است. اشتباه در اهداف ماموریت منجر به خسارات اقتصادی شدید و حتی شکست کامل خواهد شد.

(2) اصل کار و نوع ساختار اصلی را تعیین کنید

اگر وظیفه طراحی به وضوح تعریف نشده باشد، اولین گام در طراحی، تعیین نقشه کلی است، یعنی تعیین اصل کاری که باید اعمال شود و نوع سازه مربوطه.

به عنوان مثال، برای طراحی یک موتور دیزل دریایی پرقدرت، ابتدا باید تعیین کرد که آیا از موتور دیزل دو زمانه، دو اثره، کراس هد، کم سرعت، یا چهار زمانه، تک اثره، متوسط ​​استفاده شود. -موتور دیزلی با سرعت

مثال دیگر ماشین های خرد کن طراحی شده برای خرد کردن درشت سنگ ها است. ابتدا باید مشخص شود که آیا از سنگ شکن فکی یا چرخشی با اکستروژن و خمش به عنوان عمل خردایش اصلی استفاده شود یا سنگ شکن ضربه ای تک روتور یا دو روتور با ضربه به عنوان عمل اصلی.

(3) طراحی حرکت

پس از مشخص شدن پلان کلی طرح، باید با استفاده از دانش مکانیزم، مکانیزم مناسب را برای به دست آوردن پلان حرکتی مورد نیاز انتخاب کرد. سنگ شکن فکی فوق الذکر به چرخش فک متحرک خود متکی است تا سنگ وارد شده به حفره سنگ شکن را با فشردن، خم شدن و شکافتن خرد کند، در حالی که چرخش فک متحرک می تواند یک چرخش ساده یک مکانیسم ضامن دوبل یا یک تاب پیچیده باشد. از یک مکانیسم ضامن. در طرح های جدید، ممکن است نیاز به سنتز مکانیزم جدیدی برای به دست آوردن طرح حرکتی مورد نیاز باشد، که اغلب کار دشواری است. بنابراین، طراحان عموماً سعی می‌کنند طرح‌های حرکتی را که توسط مکانیسم‌های موجود و بالغ پیشنهاد شده‌اند، اعمال کنند.

(4) طراحی سازه و نقشه کلی اولیه

پس از طراحی حرکت، طراح طراحی سازه را شروع می کند، نیرو، استحکام، شکل، اندازه و وزن قطعات اصلی دستگاه را محاسبه می کند و طرح هایی از قطعات و اجزای اصلی را ترسیم می کند. در این زمان، اگر مشخص شد که ساختار اصلی انتخاب شده قابل اجرا نیست، ساختار باید تنظیم یا اصلاح شود. همچنین باید به احتمال گرم شدن بیش از حد، سایش بیش از حد یا لرزش توجه کرد.

در این مرحله طراح با کشیدن کروکی به تناقضاتی در شکل، اندازه، تناسب و ... هر قسمت پی خواهد برد. تقویت یا بهبود یک جنبه ممکن است جنبه دیگر را ضعیف یا بدتر کند. در این زمان باید اهمیت را سنجید و برای رسیدن به بهترین اثر جامع هماهنگ کرد. (یادداشت سردبیر: ماهیت طراحی، فرآیند سنجش دائمی انتخاب ها است). پس از اینکه طرح به طور مکرر اصلاح شد و در ابتدا رضایت بخش تلقی شد، می توان نقشه کلی اولیه و هزینه برآورد شده (برآورد هزینه) را ترسیم کرد. نقشه کلی اولیه کاملاً به مقیاس ترسیم می شود و نماها و بخش های کافی انتخاب می شوند.

(5) بررسی مقدماتی

پس از ترسیم نقشه کلی اولیه، لازم است از پرسنل مجرب طراحی، ساخت و استفاده کننده این نوع ماشین آلات و همچنین نمایندگان کاربر یا واحد طراحی مورد اعتماد برای بررسی اولیه دعوت به عمل آید. اگر نتایج بررسی نشان دهد که طرح قابل اجرا نیست (مانند وزن و حجم بیش از حد، هزینه بسیار بالا، تردید در مورد قابلیت اطمینان سازه و غیره)، طرح حرکتی باید دوباره طراحی شود یا حتی با طرح دیگری جایگزین شود. اصول کار و انواع ساختاری اساسی در بیشتر موارد، برخی از بهبودها در طراحی انجام می شود.

(6) طراحی فنی

با توجه به نظرات بررسی اولیه، طرح اصلاح شده و تمام قطعات و نقشه های مونتاژ ترسیم شده است. تجزیه و تحلیل تنش دقیق را بر روی قطعات و اجزای اصلی انجام دهید، شکل، اندازه و سایر جزئیات قطعات را با توجه به نتایج آنالیز اصلاح کنید و مواد و عملیات حرارتی را مشخص کنید. دقت ماشینکاری قطعات و شرایط مونتاژ قطعات و مجموعه های نهایی را تعیین کنید. طراحی کامل روغن کاری، طراحی الکتریکی (درایو و کنترل). نقشه کلی دوباره ترسیم می شود و برخی از ماشین آلات مهم و تولید انبوه گاهی مجبور به ساخت مدل می شوند. طرح فنی تکمیل شده را برای بررسی دوم ارسال کنید.

(7) نمودار کار را رسم کنید
را
پس از اصلاح نهایی با توجه به نظرات بررسی دوم، می توان نقشه های قطعات رسمی، نقشه های مونتاژ قطعات و نقشه های مجموعه عمومی را ترسیم کرد و اسناد فنی مانند لیست قطعات، لیست قطعات آسیب پذیر و راهنمای کاربر را تهیه کرد. مسئول طراحی باید به هماهنگی ابعاد بین قطعات، بررسی تلرانس تناسب بین قطعات کوپلینگ و بررسی استحکام و صلبیت برخی از قطعات توجه کند.

پس از اتمام رسم قطعه، بررسی نقشه کشی شروع می شود که کار بسیار مهمی است. نقشه های تصحیح شده با دقت می تواند مونتاژ صاف را پس از پردازش تضمین کند. مطمئن ترین روش تصحیح، ترسیم مجدد نقشه مجموعه عمومی بر اساس نقشه قطعات ترسیم شده است (یادداشت ویرایشگر: قطعات طراحی شده را در کامپیوتر بر اساس روش اتصال مونتاژ بکشید تا مجموعه عمومی دوباره رسم شود) و تمام تناقضات نمایش داده می شود.

در هنگام ترسیم نقشه قطعه باید دو کار انجام شود: یکی بررسی فنی برای آسان کردن قطعات برای پردازش و کاهش هزینه ساخت. مورد دیگر بررسی استاندارد است تا عناصر ساختاری، ابعاد، تناسب تحمل، شرایط فنی عملیات حرارتی، استانداردها و قطعات کلی قطعات مطابق با الزامات استاندارد باشند.

(8) تولید آزمایشی و طراحی نهایی

برای تولید ماشین‌آلات تک‌تکه یا دسته‌ای کوچک، نقشه‌های طراحی تکمیل‌شده در مراحل بالا را می‌توان در تولید رسمی قرار داد. برای ماشین‌هایی که به صورت دسته‌ای یا در مقادیر زیاد تولید می‌شوند، نمونه‌های اولیه باید قبل از تولید رسمی به صورت آزمایشی تولید شوند و آزمایش‌ها و ارزیابی‌های عملکردی باید انجام شود. پس از گذراندن، تولید آزمایشی دسته ای طبق فرآیند تولید انبوه انجام می شود. مشکلاتی که در طول تولید آزمایشی دسته‌ای به وجود می‌آیند، ممکن است نیاز به اصلاحات مربوطه در طرح داشته باشند تا بتواند به طرح نهایی تبدیل شود و بتواند در تولید رسمی استفاده شود.
5
محدودیت ها (معیارهای طراحی)
طراحی قطعات مکانیکی دارای محدودیت های زیادی است و معیارهای طراحی محدودیت هایی است که طرح باید رعایت کند.

(1) معیارهای عملکرد فنی

عملکرد فنی شامل کلیه عملکردها از جمله عملکرد محصول، شرایط ساخت و عملیات است و به عملکرد ایستا و عملکرد پویا اشاره دارد. به عنوان مثال، قدرت، کارایی، عمر مفید، استحکام، سختی، مقاومت در برابر اصطکاک، عملکرد سایش، پایداری ارتعاش و ویژگی های حرارتی که محصول می تواند منتقل کند.

معیار عملکرد فنی به این معنی است که عملکرد فنی مربوطه باید الزامات مشخص شده را برآورده کند. به عنوان مثال، ارتعاش بار دینامیکی اضافی و تنش متغیر ایجاد می کند، به خصوص زمانی که فرکانس آن نزدیک به فرکانس طبیعی سیستم یا قطعات مکانیکی باشد، تشدید ایجاد می شود و دامنه به شدت افزایش می یابد، که ممکن است منجر به آسیب سریع به قطعات یا قطعات شود. حتی کل سیستم معیار پایداری ارتعاش، محدود کردن پارامترهای ارتعاش مربوط به سیستم یا قطعات مکانیکی مانند فرکانس طبیعی، دامنه، نویز و غیره در محدوده مجاز مشخص شده است. مثال دیگر گرمای تولید شده هنگام کار دستگاه است که ممکن است باعث تنش حرارتی، کرنش حرارتی و حتی آسیب حرارتی شود. معیار خصوصیات حرارتی محدود کردن پارامترهای حرارتی مختلف مرتبط (مانند تنش حرارتی، کرنش حرارتی، افزایش دما و غیره) در محدوده مشخص شده است.

(2) معیارهای استانداردسازی

استانداردهای اصلی مربوط به طراحی محصولات مکانیکی تقریباً به شرح زیر است:

استانداردسازی مفهوم: اصطلاحات، نمادها، واحدهای اندازه گیری و غیره درگیر در فرآیند طراحی باید استانداردها را برآورده کنند.

استانداردسازی فرم فیزیکی: شکل ساختاری، اندازه، عملکرد و غیره قطعات، مواد اولیه، تجهیزات و منابع انرژی باید بر اساس مقررات یکسان انتخاب شود.

استانداردسازی روش: روش‌های عملیات، روش‌های اندازه‌گیری، روش‌های آزمایش و غیره باید مطابق با مقررات مربوطه اجرا شوند.

معیار استانداردسازی به این معنی است که همه رفتارها در کل فرآیند طراحی باید الزامات استانداردسازی فوق را برآورده کنند. استانداردهای منتشر شده مربوط به طراحی قطعات مکانیکی را می توان به سه سطح استانداردهای ملی، استانداردهای صنعتی و استانداردهای سازمانی از نظر دامنه کاربرد تقسیم کرد. از نظر استفاده اجباری می توان آن را به اجباری و توصیه شده تقسیم کرد.

(3) معیارهای قابلیت اطمینان

قابلیت اطمینان: احتمال اینکه یک محصول یا جزء بتواند عملکرد مشخص شده را در طول عمر مورد انتظار تحت شرایط استفاده مشخص تکمیل کند. معیار قابلیت اطمینان به این معنی است که محصول، جزء یا قطعه طراحی شده باید الزامات قابلیت اطمینان مشخص شده را برآورده کند.

(4) دستورالعمل های امنیتی

ایمنی ماشین شامل:

ایمنی قطعات: به این واقعیت اطلاق می شود که قطعات از قبیل شکستگی، تغییر شکل بیش از حد، سایش بیش از حد و از دست دادن پایداری تحت بار خارجی مشخص و در مدت زمان تعیین شده رخ ندهند.

ایمنی کل ماشین: به این شرط اشاره دارد که ماشین تضمین می کند که در شرایط مشخص شده هیچ خرابی وجود ندارد و عملکردهای کلی می توانند به طور معمول انجام شوند.

ایمنی کار: به حفاظت از اپراتورها، تضمین ایمنی فردی و سلامت جسمی و روانی و غیره اشاره دارد.

ایمنی محیطی: به عدم آلودگی و آسیب به محیط زیست و افراد اطراف دستگاه اشاره دارد.
6
روش شناسی طراحی
هدف از روش شناسی طراحی، ارتقای تفکر طراحی به یک فرآیند منطقی است، به طوری که طراحی می تواند بر اساس یک منطق خاص انجام شود تا طراحان بیشتری بتوانند طرح های خوبی انجام دهند. به طور کلی شامل مطالب زیر است:

(1) مراحل طراحی را به مراحل بسیار ظریف تقسیم کنید، و هر مرحله را به یک فعالیت فکری با قوانینی برای پیروی و شواهدی برای پیروی تبدیل کنید.

(2) طرح های موفق یا خوب را ذخیره کنید و یک پایگاه داده طراحی برای ارجاع یا پذیرش در طرح های آینده ایجاد کنید.

(3) مفهوم و روش مهندسی ارزش را در کار طراحی معرفی کنید و عملکرد و هزینه تضاد در طراحی را متعادل کنید تا یک اثر استفاده خوب به دست آورید.

(4) از دانش رشته های نوظهور مانند تریبولوژی، ارتعاش، مکانیک شکست، روش اجزای محدود، طراحی قابلیت اطمینان، طراحی بهینه سازی، مهندسی سیستم و ارگونومی در طراحی برای بهبود ماهیت علمی طراحی و کاهش کوری استفاده کنید.

(5) دامنه کار طراحی را گسترش دهید، به سمت پیش بینی بازار و به عقب به خدمات پس از فروش گسترش دهید.

(6) از طراحی به کمک رایانه برای کاهش کار طراحی، بهبود سرعت طراحی و کیفیت طراحی استفاده کنید.
7
چشم انداز
در آینده، طراحی مکانیکی در صنایعی مانند ساخت نیمه هادی ها، مهندسی زیستی، فناوری نانو و روباتیک نفوذ خواهد کرد. در حالی که به توسعه اجتماعی کمک می کند، به بهبود خود و نوآوری بیشتر نظریه خود ادامه می دهد.

(1) برای تحقق بیشتر نظام مندی

یعنی با شروع از دیدگاه سیستمی، محصول مکانیکی به عنوان یک سیستم یا یک کل در نظر گرفته می شود که با تکیه بر فناوری رایانه ای هماهنگی بین انسان، ماشین و محیط را تحقق بخشد. به طور خاص، کل سیستم را به چندین زیرسیستم تجزیه می کند، نظریه ها و روش های مختلف طراحی مدرن را اتخاذ می کند و بهینه سازی سیستم را به عنوان هدف هماهنگ کردن طراحی و تطبیق هر زیرسیستم دنبال می کند.

(2) طراحی هوشمند را عمیق تر کنید

با پیشرفت و توسعه علم و فناوری، عوامل هوشمندی بیش از پیش در طراحی باید در نظر گرفته شود. مقدار زیادی از محتوای طراحی را می توان با ایجاد مدل هایی برای توصیف رفتار شرایط کاری مختلف محصولات مکانیکی توصیف کرد و با حل مدل ها می توان عملکرد محصول، عقلانیت و بهینه بودن طراحی را پیش بینی کرد. به عنوان مثال، سیستم‌های تصمیم‌گیری هوشمند برای ارزیابی‌های مختلف عملکرد خودرو، سیستم‌های خبره طراحی گیربکس و سیستم‌های تشخیص عیب در توسعه و طراحی خودروهای جدید استفاده شده‌اند.

(3) به تفکر سبز توجه بیشتری داشته باشید

فناوری طراحی سبز، فناوری طراحی محصولات در چرخه زندگی آنها با توجه به الزامات حفاظت از محیط زیست، بیشترین استفاده از منابع و کمترین مصرف انرژی است. طراحان موظفند ویژگی های محیطی و ویژگی های اساسی محصولات را از کل چرخه در نظر بگیرند و همیشه طرح های خود را بر اساس سلامت جسمی و روانی افراد و حفاظت از محیط زیست قرار دهند. ضمناً لازم است محصولات طراحی شده قابل بازیافت بوده و کمترین آسیب را به محیط زیست وارد کنند.
8
روش طراحی مدرن
1. حرفه ای و مدرن

نرم افزار کامپیوتری که به طور مشترک توسط طراحی مکانیک و متخصصان کامپیوتر توسعه یافته است، می تواند مکانیسم های مختلف آسیب، خرابی و تخریب محصولات مکانیکی را تحت شرایط کاری واقعی منعکس و توصیف کند. می تواند به صورت کمی رفتار دینامیکی قطعات و ماشین آلات مکانیکی را تحلیل و محاسبه کند و یک برنامه طراحی ثابت را تشکیل دهد. این یک روش طراحی مدرن حرفه ای است، مانند آنالیز و طراحی ارتعاش، طراحی تریبولوژی، طراحی انتقال حرارت ترمودینامیکی، استحکام، طراحی سختی، تجزیه و تحلیل میدان دما و غیره. . به عنوان مثال: استفاده از نرم افزار Pro/M برای تجزیه و تحلیل ویژگی های دینامیکی دستگاه های مکانیکی و استفاده از نرم افزار ANSYS برای تجزیه و تحلیل تنش نمونه های خوبی در این زمینه است که پایه و اساس قضاوت دقیق قابلیت اطمینان دستگاه و انتخاب پارامترهای طراحی را فراهم می کند.

2. جهانی مدرن

به منظور برآورده کردن الزامات بالای عملکرد محصول مکانیکی، فناوری رایانه به طور گسترده در طراحی مکانیکی برای طراحی کمکی و تجزیه و تحلیل سیستم استفاده می شود که یک روش طراحی مدرن رایج است. روش های رایج شامل بهینه سازی، المان محدود، قابلیت اطمینان، شبیه سازی، سیستم های خبره و CAD می باشد. این روش ها تنها برای تحقیق محصولات مکانیکی نیستند، بلکه نظریه ها و روش های علمی خاص خود را دارند.

1) طراحی بهینه
طراحی بهینه سازی مکانیکی پیوند و کاربرد فناوری بهینه سازی در زمینه طراحی مکانیکی است. ایده اصلی آن بر اساس تئوری طراحی مکانیکی است.