Wenn Sie sich seit mehreren Jahren oder mehr als zehn Jahren mit mechanischer Konstruktion beschäftigt haben, lesen Sie diesen Artikel sorgfältig durch. Die Erfahrungszusammenfassung, die Sie schreiben möchten, ist bereits hier.
Das mechanische Design (Maschinendesign) konzipiert, analysiert und berechnet entsprechend den Anforderungen des Einsatzes das Funktionsprinzip, die Struktur, den Bewegungsmodus, den Kraft- und Energieübertragungsmodus, das Material, die Form und Größe jedes Teils, die Schmiermethode usw. des Maschine und wandelt sie in eine spezifische Beschreibung um, die als Fertigungsgrundlage für den Arbeitsprozess dient.
Das mechanische Design ist ein wichtiger Teil des Maschinenbaus, der erste Schritt in der mechanischen Produktion und der wichtigste Faktor für die mechanische Leistung.
Das Ziel des mechanischen Designs besteht darin, unter verschiedenen begrenzten Bedingungen (z. B. Materialien, Verarbeitungsfähigkeiten, theoretisches Wissen und Berechnungsmethoden usw.) die besten Maschinen zu entwerfen, also optimale Designs zu erstellen.
Bei einem optimalen Design müssen viele Anforderungen umfassend berücksichtigt werden, darunter im Allgemeinen: die beste Arbeitsleistung, die niedrigsten Herstellungskosten, die kleinste Größe und das geringste Gewicht, die zuverlässigste Verwendung, der niedrigste Verbrauch und die geringste Umweltverschmutzung. Diese Anforderungen sind oft widersprüchlich und ihre relative Bedeutung variiert je nach Art und Anwendung der Maschine. Die Aufgabe des Konstrukteurs besteht darin, die Bedeutung entsprechend der spezifischen Situation abzuwägen und Gesamtpläne zu erstellen, damit die entworfene Maschine die beste umfassende technische und wirtschaftliche Wirkung erzielt.
In der Vergangenheit war die Optimierung des Designs hauptsächlich auf das Wissen, die Erfahrung und die Weitsicht des Designers angewiesen. Mit der Entwicklung neuer Disziplinen wie der Grundlagentheorie des Maschinenbaus, der Wertschöpfung und der Systemanalyse, der Anhäufung technischer und wirtschaftlicher Daten für Herstellung und Nutzung sowie der Popularisierung und Anwendung von Computern gibt die Optimierung allmählich subjektive Urteile auf und verlässt sich darauf wissenschaftliche Berechnungen. (Anmerkung des Herausgebers: „Alte“ Ingenieure sollten aufpassen, wenn sie keine Fortschritte machen, werden sie eliminiert)
Der Entwurf verschiedener Industriemaschinen, insbesondere der mechanische Entwurf des Ganzen und des gesamten Systems, muss mit verschiedenen verwandten Industrietechnologien verknüpft werden, und es ist schwierig, eine unabhängige Disziplin zu bilden. Daher sind professionelle Teildisziplinen des mechanischen Designs entstanden, wie zum Beispiel die Konstruktion landwirtschaftlicher Maschinen, die Konstruktion von Bergbaumaschinen, die Konstruktion von Pumpen, die Konstruktion von Kompressoren, die Konstruktion von Dampfturbinen, die Konstruktion von Verbrennungsmotoren und die Konstruktion von Werkzeugmaschinen. (Anmerkung des Herausgebers: Das alte Sprichwort besagt, dass „Interlacing wie ein Berg“ ist, aber jetzt geht es „zusammen wie ein Berg“. Es ist auch ein mechanisches Design. Sie sind ein Experte auf diesem Gebiet. Wenn Sie in ein anderes Feld wechseln , vielleicht bist du ein Laie)
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Designklassifizierung
Mechanisches Design kann in drei Kategorien unterteilt werden: neues Design, übernommenes Design und Variantendesign.
1. Neues Design
Wenden Sie ausgereifte Wissenschaft und Technologie oder neue Technologien an, die sich durch Experimente als machbar erwiesen haben, um neue, noch nie dagewesene Maschinentypen zu entwickeln.
2. Vererbungsdesign
Entsprechend der Nutzungserfahrung und der technologischen Entwicklung werden die vorhandenen Maschinen so konzipiert und aktualisiert, dass ihre Leistung verbessert, ihre Herstellungskosten gesenkt oder ihre Betriebskosten gesenkt werden.
3. Variantendesign
Um den neuen Anforderungen gerecht zu werden, werden einige Änderungen oder Ergänzungen und Streichungen an den vorhandenen Maschinen vorgenommen, um vom Standardtyp abweichende Produktvarianten zu entwickeln.
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Hauptprozess
1. Formulieren Sie Designaufgaben entsprechend den Kundenbedürfnissen, Marktbedürfnissen und neuen wissenschaftlichen Forschungsergebnissen.
2. Vorläufiger Entwurf. Einschließlich der Bestimmung des Funktionsprinzips und der grundlegenden Strukturform der Maschine, der Durchführung des Bewegungsentwurfs, des Strukturentwurfs sowie der Erstellung einer vorläufigen Gesamtzeichnung und einer vorläufigen Überprüfung.
3. Technisches Design. Einschließlich Änderung des Entwurfs (gemäß der Meinung der ersten Überprüfung), Zeichnung aller Teile und neuer Gesamtzeichnungen sowie der zweiten Überprüfung.
4. Arbeitszeichnungsentwurf. Einschließlich der endgültigen Änderung (gemäß den Meinungen der zweiten Überprüfung), der Erstellung aller Arbeitszeichnungen (z. B. Teilezeichnungen, Komponentenmontagezeichnungen und Gesamtmontagezeichnungen usw.) und der Formulierung aller technischen Dokumente (z. B. Stückliste, Liste). von Verschleißteilen, Gebrauchsanweisungen usw.).
5. Finalisieren Sie das Design. Maschinen für die Serien- oder Massenproduktion. Bei mechanischem Entwurf mit relativ einfachen Entwurfsaufgaben (z. B. Neuentwurf einfacher Maschinen, Vererbungsentwurf oder Variantenentwurf allgemeiner Maschinen usw.) kann auf das Vorentwurfsverfahren verzichtet werden.
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Design-Phase
Die Qualität einer Maschine hängt im Wesentlichen von der Designqualität ab. Die Rolle des Herstellungsprozesses für die Qualität der Maschine besteht im Wesentlichen darin, die zum Zeitpunkt der Konstruktion festgelegte Qualität zu erreichen. Daher ist die Konstruktionsphase der Maschine der Schlüssel zur Bestimmung, ob die Maschine gut oder schlecht ist.
Der besprochene Designprozess bezieht sich nur auf den technischen Designprozess im engeren Sinne. Es handelt sich um einen kreativen Arbeitsprozess, aber auch um eine Arbeit, die die vorhandenen Erfolgserfahrungen so weit wie möglich nutzt. Nur wenn wir Erbe und Innovation gut kombinieren, können wir hochwertige Maschinen entwickeln. Als komplette Maschine handelt es sich um ein komplexes System. Um die Entwurfsqualität zu verbessern, muss es ein wissenschaftliches Entwurfsverfahren geben. Obwohl es unmöglich ist, ein einzigartiges Programm aufzulisten, das in jeder Situation effektiv ist, kann das Designprogramm einer Maschine auf der Grundlage der langjährigen Erfahrung von Menschen in der Konstruktion von Maschinen grundsätzlich wie in der Tabelle dargestellt aussehen.
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Jede Phase wird im Folgenden kurz beschrieben.
(1) Planung
In der Planungsphase sollten angemessene Untersuchungen, Recherchen und Analysen zu den Anforderungen der entworfenen Maschine durchgeführt werden (Anmerkung des Herausgebers: z. B. sorgfältige Untersuchung der Anforderungen des Kunden und Bereitstellung relevanter Informationen, wiederholte Kommunikation mit dem Kunden, um die Ideen und Absichten des Kunden zu klären, usw.), durch Analyse, um die Funktionen, die die Maschine haben sollte, weiter zu klären und die durch die Umgebung, die Wirtschaftlichkeit, die Verarbeitung und das Zeitlimit bestimmten Einschränkungen für zukünftige Entscheidungen aufzuzeigen. Schreiben Sie auf dieser Grundlage klar die Gesamtanforderungen und Details der Entwurfsaufgabe auf und erstellen Sie schließlich ein Entwurfsaufgabenbuch als Zusammenfassung dieser Phase.
Das Konstruktionsaufgabenbuch sollte im Allgemeinen Folgendes enthalten: die Funktion der Maschine, die Einschätzung der Wirtschaftlichkeit und des Umweltschutzes, die grobe Schätzung der Herstellungsanforderungen, die grundlegenden Nutzungsanforderungen und die erwartete Zeitbegrenzung für die Erledigung der Konstruktionsaufgabe usw. Zu diesem Zeitpunkt Für diese Anforderungen und Bedingungen kann in der Regel nur eine sinnvolle Bandbreite angegeben werden, keine genauen Zahlen. Sie kann beispielsweise durch die zu erfüllenden Anforderungen, die Mindestanforderungen und die voraussichtlich zu erreichenden Anforderungen bestimmt werden.
(2) Schemaentwurf
Entsprechend unterschiedlicher Arbeitsprinzipien können unterschiedliche konkrete Schemata für Durchführungsagenturen erstellt werden. Beim Gewindeschneiden kann beispielsweise das Werkstück nur gedreht werden und das Werkzeug kann linear bewegt werden, um das Gewinde zu schneiden (z. B. das Gewindeschneiden auf einer gewöhnlichen Drehmaschine), oder das Werkstück kann stillgehalten werden, während sich das Werkzeug dreht und Bewegungen zum Schneiden des Gewindes (z. B. Bearbeiten von Gewinden mit Matrizen). Das heißt, auch für das gleiche Funktionsprinzip kann es mehrere unterschiedliche konstruktive Lösungen geben.
Das Schema des Antriebsteils (Anmerkung der Redaktion: Leistungsteil) kann natürlich auch viele Möglichkeiten haben. Aufgrund der Universalität der Energieversorgung und der Entwicklung der elektrischen Antriebstechnik kann man sagen, dass die überwiegende Mehrheit der stationären Maschinen heute den Elektromotor als Antriebsmaschine bevorzugt. Thermische Antriebsmaschinen werden vor allem in Transportflugzeugen, Baumaschinen oder Landmaschinen eingesetzt. Auch wenn der Motor als Antriebsmaschine verwendet wird, gibt es auch Optionen für Wechselstrom und Gleichstrom, hohe Geschwindigkeit und niedrige Geschwindigkeit usw.
Das Schema des Getriebeteils ist komplexer und vielfältiger. Die gleiche Übertragungsaufgabe kann durch verschiedene Mechanismen und Kombinationen verschiedener Mechanismen erfüllt werden. Wenn daher IV verwendet wird, um die Anzahl möglicher Lösungen des Antriebsteils darzustellen, und N2 und N3 die möglichen Anzahlen Lösungen des Übertragungsteils bzw. des Ausführungsteils darstellen, dann ist die Anzahl möglicher Lösungen IV der Maschine wie folgt ein Ganzes ist Ni×N2×N3. (Anmerkung der Redaktion: Wirksame Lösungen sind nur funktionell umsetzbar und werden dann unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten überprüft.)
Das Obige wird nur im Hinblick auf die drei Hauptteile besprochen, aus denen die Maschine besteht. Manchmal ist es notwendig, die Konfiguration von Hilfssystemen zu berücksichtigen.
Unter so vielen Lösungen sind nur wenige technisch realisierbar. Diese verschiedenen realisierbaren Maßnahmen sollten unter den Gesichtspunkten Technologie, Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz umfassend bewertet werden. Es gibt viele Bewertungsmethoden. Zur kurzen Veranschaulichung wird die wirtschaftliche Bewertung als Beispiel herangezogen.
Bei der Bewertung im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit ist es notwendig, nicht nur die Wirtschaftlichkeit von Design und Herstellung, sondern auch die Wirtschaftlichkeit der Nutzung zu berücksichtigen. Wenn das Strukturschema der Maschine komplizierter ist, erhöhen sich ihre Konstruktions- und Herstellungskosten relativ, aber ihre Funktionen werden vollständiger und ihre Produktivität wird höher, sodass auch die Nutzungsökonomie besser ist. Umgekehrt steigen bei einer Maschine mit relativ einfachem Aufbau und unzureichenden Funktionen die Betriebskosten, obwohl die Konstruktions- und Herstellungskosten niedrig sind. Bei der Bewertung der Entwurfs- und Fertigungsökonomie von Strukturplänen kann diese auch durch die Kosten der Einheitseffizienz ausgedrückt werden. Zum Beispiel die Kosten pro Einheit Ausgangsleistung, die Kosten eines einzelnen Produkts usw.
Bei der Bewertung der Maschine ist es notwendig, die Zuverlässigkeit der Maschine zu analysieren und die Zuverlässigkeit als Bewertungsindex zu verwenden. Unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit ist es oft unklug, komplexe Strukturen blind zu verfolgen. Generell gilt: Je komplexer das System, desto geringer ist die Zuverlässigkeit des Systems. Um die Zuverlässigkeit des komplexen Systems zu verbessern, ist es notwendig, das parallele Backup-System zu erhöhen, was zwangsläufig die Kosten der Maschine erhöht.
Auch der Umweltschutz ist ein wichtiger Aspekt, der bei der Gestaltung sorgfältig berücksichtigt werden muss. Technische Lösungen, die negative Auswirkungen auf die Umwelt haben, müssen detailliert analysiert und technisch ausgereifte Lösungen vorgeschlagen werden.
Durch die Programmbewertung wird die endgültige Entscheidung getroffen, ein schematisches Diagramm oder ein schematisches Diagramm der Mechanismusbewegung für den nächsten Schritt des technischen Entwurfs zu ermitteln.
In der Entwurfsphase des Schemas muss die Beziehung zwischen Referenz und Innovation richtig gehandhabt werden. Die erfolgreichen Vorgänger ähnlicher Maschinen sollten als Referenz herangezogen werden und die ursprünglichen Schwachstellen und Teile, die den Anforderungen bestehender Aufgaben nicht genügen, sollten verbessert oder grundlegend geändert werden. Es ist notwendig, aktiv Innovationen voranzutreiben und sich dem Konservatismus und dem Kopieren des Originaldesigns zu widersetzen. Außerdem müssen wir den beiden falschen Tendenzen entgegentreten, Innovationen blind zu verfolgen und vernünftige Originalerfahrungen zu verwerfen. (Anmerkung des Herausgebers: Der Schlüssel zum Lernen besteht darin, die Mängel der ursprünglichen Berechnung herauszufinden.)
(3) Technisches Design
Ziel der technischen Entwurfsphase ist die Erstellung einer allgemeinen Montageskizze und einer Komponentenmontageskizze. Bestimmen Sie die Form und Grundgröße jeder Komponente und ihrer Teile durch Skizzenentwurf, einschließlich der Verbindung zwischen Teilen, der Form und Grundgröße von Teilen und Komponenten. Zeichnen Sie abschließend die Arbeitszeichnungen, Komponentenzusammenbauzeichnungen und Gesamtzusammenbauzeichnungen der Teile.
Um die Grundgröße der Hauptteile zu ermitteln, müssen folgende Arbeiten durchgeführt werden:
(1) Kinematikdesign der Maschine.
Bestimmen Sie anhand des ermittelten Strukturschemas die Parameter des ursprünglichen beweglichen Teils (Leistung, Drehzahl, Lineargeschwindigkeit usw.). Führen Sie dann kinematische Berechnungen durch, um die Bewegungsparameter (Geschwindigkeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung usw.) jeder beweglichen Komponente zu bestimmen.
(2) Dynamische Berechnung der Maschine.
In Kombination mit den Struktur- und Bewegungsparametern jedes Teils werden die Größe und Eigenschaften der Belastung jedes Hauptteils berechnet. Die zu diesem Zeitpunkt erhaltene Last ist nur die Nennlast (oder Nennlast), die auf das Teil einwirkt, da das Teil nicht konstruiert wurde.
(3) Das Arbeitskapazitätsdesign der Teile.
Die vorläufige Auslegung von Teilen und Komponenten kann erfolgen, wenn die Größe und Eigenschaften der Nennlast der Hauptteile bekannt sind. Die Arbeitskapazitätskriterien, auf denen die Konstruktion basiert, müssen unter Berücksichtigung der allgemeinen Ausfallbedingungen, Betriebseigenschaften und Umgebungsbedingungen von Teilen und Komponenten sinnvoll formuliert werden. Im Allgemeinen gibt es Kriterien wie Festigkeit, Steifigkeit, Vibrationsstabilität und Lebensdauer. Durch Berechnung oder Analogie können die Grundmaße von Teilen und Komponenten ermittelt werden.
(4) Entwurf von Komponentenmontageskizzen und allgemeinen Montageskizzen.
Basierend auf den ermittelten Grundabmessungen der Hauptteile und Komponenten werden die Komponentenmontageskizze und die Gesamtmontageskizze entworfen. Die Umrisse und Abmessungen aller Teile müssen auf der Skizze strukturell festgelegt werden. In diesem Schritt ist es notwendig, die Struktur und Größe jedes Teils gut zu koordinieren und die strukturelle Herstellbarkeit der entworfenen Teile und Komponenten vollständig zu berücksichtigen, damit alle Teile die sinnvollste Konfiguration haben.
(5) Überprüfung der Hauptteile.
Für einige Teile im obigen Schritt (3) ist es aufgrund der unklaren spezifischen Struktur schwierig, eine detaillierte Berechnung der Arbeitskapazität durchzuführen, sodass nur eine vorläufige Berechnung und Konstruktion durchgeführt werden kann. Nachdem die Komponentenmontageskizze und die allgemeine Montageskizze gezeichnet wurden, sind Struktur und Größe aller Teile bekannt, und auch die Beziehung zwischen benachbarten Teilen ist bekannt. Nur zu diesem Zeitpunkt kann die auf das Teil einwirkende Belastung genauer bestimmt und verschiedene detaillierte Faktoren bestimmt werden, die sich auf die Arbeitsfähigkeit des Teils auswirken. Nur unter dieser Voraussetzung ist es möglich und notwendig, für einige wichtige Teile oder Teile mit komplexen Formen und Spannungszuständen genaue Kontrollberechnungen durchzuführen. Entsprechend den Ergebnissen der Prüfung werden Struktur und Größe der Teile wiederholt geändert, bis sie zufrieden sind.
In jedem Schritt des technischen Entwurfs hat die in den letzten 30 bis 40 Jahren entwickelte Optimierungsentwurfstechnologie zunehmend ihre Fähigkeit unter Beweis gestellt, die Auswahl struktureller Parameter zu optimieren. Einige neue numerische Berechnungsmethoden, wie die Finite-Elemente-Methode, können hervorragende ungefähre quantitative Berechnungsergebnisse für Probleme erzielen, die zuvor schwer quantitativ zu berechnen waren. Für eine kleine Anzahl sehr wichtiger, komplexer und teurer Teile muss bei Bedarf die Modelltestmethode zum Entwurf verwendet werden, d Tests. Größe, je nachdem, ob das ursprüngliche Design gestärkt oder verkleinert werden soll, um schließlich das Niveau der Perfektion zu erreichen. Die mechanische Zuverlässigkeitstheorie wird in der technischen Entwurfsphase verwendet. Unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit kann bewertet werden, ob die entworfenen Teile und Komponentenstrukturen sowie deren Parameter den Zuverlässigkeitsanforderungen entsprechen, und Vorschläge zur Verbesserung des Designs unterbreitet werden, wodurch die Designqualität der Maschine weiter verbessert wird. . Die oben genannten neuen Designmethoden und -konzepte sollten im Design angewendet und gefördert werden, damit sie entsprechend weiterentwickelt werden können.
Nachdem der Skizzenentwurf abgeschlossen ist, kann die Arbeitszeichnung des Teils entsprechend der in der Skizze festgelegten Grundgröße des Teils entworfen werden. Zu diesem Zeitpunkt müssen noch zahlreiche Strukturdetails der Teile verfeinert und bestimmt werden. Beim Entwerfen von Arbeitszeichnungen müssen der Verarbeitungs- und Montageprozess der Teile, die Prüfanforderungen und die Implementierungsmethoden der Teile während und nach der Verarbeitung vollständig berücksichtigt werden. Wenn einige detaillierte Vorkehrungen einen nennenswerten Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der Teile haben, ist eine erneute Überprüfung der Funktionsfähigkeit erforderlich. Zeichnen Sie abschließend die Arbeitszeichnungen aller Teile mit Ausnahme der Standardteile.
Zeichnen Sie die Komponentenmontagezeichnung und die Gesamtmontagezeichnung entsprechend der Struktur und Größe der fertigen Teilarbeitszeichnung neu. Durch diese Arbeit können Maß- und Strukturfehler, die möglicherweise in der Teilarbeitszeichnung verborgen sind, überprüft werden. Umgangssprachlich nennt man diese Arbeit Montage auf Papier. (Anmerkung des Herausgebers: Mit dem 3D-Softwaredesign ist es jetzt sehr bequem zu ändern, sodass die Schritte des technischen Designs gekreuzt werden können, aber es ist unverzichtbar. Natürlich können einige Prüfungen die eigenen Funktionen der Software verwenden.)
(4) Zusammenstellung technischer Unterlagen
Es gibt viele Arten von technischen Dokumenten. Zu den am häufigsten verwendeten gehören Maschinenkonstruktions- und Berechnungsanweisungen, Bedienungsanleitungen und Standardteilelisten (BOM).
Bei der Erstellung der Entwurfsberechnungsspezifikation sind alle schlüssigen Inhalte der Konzeptauswahl und technischen Auslegung einzubeziehen.
Bei der Zusammenstellung der Bedienungsanleitung der Maschine für Benutzer sollten den Benutzern die verschiedenen Leistungsparameter, Betriebsmethoden, täglichen Wartungs- und einfachen Reparaturmethoden, der Ersatzteilkatalog usw. der Maschine vorgestellt werden.
Weitere technische Unterlagen, wie z. B. das Prüfzeugnis, die Kaufteileliste, Abnahmebedingungen etc. werden bei Bedarf gesondert erstellt.
(5) Anwendung von Computern im mechanischen Design
Mit der Entwicklung der Computertechnologie wurden Computer in großem Umfang in der mechanischen Konstruktion eingesetzt und es entstanden zahlreiche hocheffiziente Konstruktions- und Analysesoftware. Diese Software kann zum Vergleich mehrerer Schemata in der Entwurfsphase verwendet werden und kann die strukturelle Festigkeit, Steifigkeit und dynamischen Eigenschaften verschiedener Schemata, einschließlich großer und komplexer Schemata, genau analysieren. Gleichzeitig ist es auch möglich, einen virtuellen Prototyp am Computer zu erstellen und die Simulation des virtuellen Prototyps zur Überprüfung des Entwurfs zu verwenden, um die Machbarkeit des Entwurfs bereits in der Entwurfsphase vollständig zu bewerten. Man kann sagen, dass die Förderung und Nutzung der Computertechnologie im mechanischen Design den Prozess des mechanischen Designs verändert hat und verändert und dass seine Vorteile bei der Verbesserung der Designqualität und -effizienz schwer vorherzusagen sind.
Das Obige stellt kurz den Konstruktionsvorgang der Maschine vor. Im Großen und Ganzen ist es im Herstellungsprozess der Maschine jederzeit möglich, die Konstruktion aus prozesstechnischen Gründen zu ändern. Wenn Änderungen erforderlich sind, sollten bestimmte Genehmigungsverfahren befolgt werden (Anmerkung des Herausgebers: Engineering Change, Engineering Chan
ge, EC). Nachdem die Maschine das Werk verlässt, sollten Folgeuntersuchungen planmäßig durchgeführt werden; Darüber hinaus melden Benutzer während des Gebrauchs auch Probleme an die Fertigungs- oder Konstruktionsabteilung. Basierend auf diesen Informationen kann die Designabteilung nach der Analyse den ursprünglichen Entwurf ändern oder sogar umgestalten. Diese Aufgaben sind zwar im Großen und Ganzen Teil des Designprozesses, stellen jedoch eine weitere Problemebene dar. Als Designer sollte man ein ausgeprägtes soziales Verantwortungsbewusstsein haben, seine Arbeitsvision auf den gesamten Prozess der Herstellung, Nutzung und sogar Verschrottung ausdehnen und das Design wiederholt verbessern, um die Qualität der Maschine kontinuierlich zu verbessern und bessere Anforderungen zu erfüllen die Bedürfnisse der Produktion und des Lebens.
Etappenbeschreibung
(1) Planungsphase
Nach der Erteilung der Projektaufgaben ist die Planungsphase lediglich eine Vorbereitungsphase. Zu diesem Zeitpunkt gibt es nur eine vage Vorstellung von der zu entwerfenden Maschine.
(2) Schemaentwurfsphase
Diese Phase spielt eine Schlüsselrolle für den Erfolg oder Misserfolg des Entwurfs. In dieser Phase werden auch die Merkmale mehrerer Lösungen (Schemata) in der Entwurfsarbeit vollständig demonstriert.
Die Funktionsanalyse der Maschine besteht darin, eine umfassende Analyse der Anforderungen, Mindestanforderungen und erwarteten Anforderungen der im Konstruktionsaufgabenbuch vorgeschlagenen Maschinenfunktionen durchzuführen, d. h. ob diese Funktionen realisiert werden können, ob es Widersprüche zwischen mehreren Funktionen gibt, und ob sie durcheinander ersetzt werden können. Abschließend werden die Funktionsparameter als Grundlage für die weitere Gestaltung ermittelt. In diesem Schritt sollten mögliche Konflikte zwischen Bedürfnissen und Möglichkeiten, Idealen und Realität, Entwicklungszielen und aktuellen Zielen richtig gehandhabt werden.
Nachdem die Funktionsparameter ermittelt wurden, können mögliche Lösungen vorgeschlagen werden, d. h. mögliche Lösungen können vorgeschlagen werden. Bei der Suche nach einer Lösung kann diese getrennt nach Antriebsteil, Getriebeteil und Ausführungsteil besprochen werden. Üblicher ist es, die Diskussion zunächst mit dem operativen Teil zu beginnen.
Wenn es um den Ausführungsteil der Maschine geht, geht es zunächst um die Wahl des Arbeitsprinzips (Anm. d. Red.: also der Art und Weise der Umsetzung). Wenn beispielsweise eine Maschine zur Herstellung von Schrauben konstruiert wird, kann ihr Arbeitsprinzip entweder das Verfahren des Gewindedrehens mit einem Drehwerkzeug an einem zylindrischen Rohling oder das Verfahren des Gewindewalzens mit einer Rollmatrize an einem zylindrischen Rohling sein. Dabei handelt es sich um zwei unterschiedliche Funktionsprinzipien. Die Arbeitsprinzipien sind unterschiedlich, und natürlich werden auch die konstruierten Maschinen grundlegend unterschiedlich sein. Besonders hervorzuheben ist, dass kontinuierlich neue Arbeitsprinzipien erforscht und weiterentwickelt werden müssen. Dies ist eine wichtige Möglichkeit, die Technologieentwicklung zu gestalten.
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Gestaltungsschritte
Bevor mit dem Entwurf begonnen wird, werden die Entwurfsaufgaben formuliert.
Wenn die Entwurfsaufgabe komplizierter ist, wird im Allgemeinen ein dreistufiger Entwurf verwendet, nämlich vorläufiger Entwurf, technischer Entwurf und Arbeitszeichnungsentwurf. Wenn die Aufgabe relativ einfach ist, wie z. B. das neue Design einfacher Maschinen, das Vererbungsdesign oder das Variantendesign allgemeiner Maschinen, wird das Design zu Beginn bis zur Tiefe des technischen Designs entworfen und anschließend wird das Arbeitszeichnungsdesign erstellt Überprüfung, Änderung und Genehmigung, was zu einem zweistufigen Entwurf wird.
In der vorläufigen Entwurfsphase des dreistufigen Entwurfs sind die Hauptschritte des Entwurfs: Bestimmung des Arbeitsprinzips und des grundlegenden Strukturtyps, Bewegungsentwurf, Entwurf der Hauptteile und Komponenten, Erstellung einer vorläufigen Gesamtzeichnung und Überprüfung des vorläufigen Entwurfs.
In der Phase des technischen Entwurfs sind die Hauptschritte: Änderung des Entwurfs gemäß den Überprüfungsmeinungen, Entwurf aller Teile und Komponenten, Zeichnen einer neuen Gesamtzeichnung und Überprüfung des technischen Entwurfs.
Ändern Sie in der Phase des Arbeitszeichnungsentwurfs den Entwurf gemäß den Überprüfungsmeinungen, zeichnen Sie alle Arbeitszeichnungen und formulieren Sie alle technischen Dokumente. Für Serien- oder Massenprodukte ist außerdem ein finales Design erforderlich.
In jedem Schritt des Entwurfs kann festgestellt werden, dass einige Entscheidungen in den vorherigen Schritten unangemessen sind. Dies erfordert eine Rückkehr zum vorherigen Schritt, eine Überarbeitung der unangemessenen Entscheidungen und eine Wiederholung der nachfolgenden Entwurfsarbeit.
(1) Designaufgaben formulieren
Dies ist die Vorarbeit des Entwurfs. Gestaltungsaufgaben basieren auf Nutzeraufträgen, Marktbedürfnissen und neuen wissenschaftlichen Forschungsergebnissen. Die Designabteilung nutzt verschiedene Technologien und Marktinformationen, erstellt mögliche Pläne, vergleicht deren Vor- und Nachteile, diskutiert mit der Fachabteilung und den Benutzern und formuliert sinnvolle Ziele für die Designaufgabe. Dies ist insbesondere bei neuen Designs wichtig. Fehler bei den Missionszielen führen zu schweren wirtschaftlichen Verlusten und sogar zum völligen Scheitern.
(2) Bestimmen Sie das Funktionsprinzip und den Grundstrukturtyp
Wenn die Entwurfsaufgabe nicht klar definiert ist, besteht der erste Schritt des Entwurfs in der Festlegung des Gesamtplans, d. h. in der Festlegung des anzuwendenden Wirkprinzips und des entsprechenden Strukturtyps.
Um beispielsweise einen Hochleistungs-Schiffsdieselmotor zu entwerfen, muss zunächst entschieden werden, ob ein doppeltwirkender Zweitakt-Kreuzkopf-Dieselmotor mit niedriger Drehzahl oder ein einfachwirkender mittlerer Viertakt-Dieselmotor verwendet werden soll -schneller Dieselmotor.
Ein weiteres Beispiel sind Brechmaschinen, die für die grobe Zerkleinerung von Gestein konzipiert sind. Zunächst muss entschieden werden, ob ein Backen- oder Kreiselbrecher mit Extrusion und Biegung als Hauptzerkleinerungswirkung oder ein Einrotor- oder Doppelrotor-Prallbrecher mit Schlag als Hauptzerkleinerungswirkung eingesetzt werden soll.
(3) Bewegungsdesign
Nachdem der Gesamtplan des Entwurfs festgelegt wurde, ist es notwendig, das Wissen über Mechanismen zu nutzen, um den geeigneten Mechanismus auszuwählen, um den erforderlichen Bewegungsplan zu erhalten. Der oben erwähnte Backenbrecher beruht auf der Schwingung seiner beweglichen Backe, um das in den Brechhohlraum gelangende Gestein durch Quetschen, Biegen und Spalten zu zerkleinern, während die Schwingung der beweglichen Backe eine einfache Schwingung eines Doppelkniehebelmechanismus oder eine komplexe Schwingung sein kann eines einzigen Kniehebelmechanismus. Bei neuen Designs kann es erforderlich sein, einen neuen Mechanismus zu synthetisieren, um das erforderliche Bewegungsschema zu erhalten, was oft eine schwierige Aufgabe ist. Daher versuchen Designer im Allgemeinen, die Bewegungsschemata anzuwenden, die von vorhandenen und ausgereiften Mechanismen vorgeschlagen werden.
(4) Strukturentwurf und vorläufige Gesamtzeichnung
Nach dem Bewegungsentwurf beginnt der Konstrukteur mit dem Strukturentwurf, berechnet die Kraft, Stärke, Form, Größe und das Gewicht der Hauptteile der Maschine und zeichnet Skizzen der Hauptteile und Komponenten. Wenn sich zu diesem Zeitpunkt herausstellt, dass die ursprünglich ausgewählte Struktur nicht realisierbar ist, muss die Struktur angepasst oder geändert werden. Auch die Möglichkeit einer Überhitzung, übermäßigen Verschleißes oder Vibrationen sollte berücksichtigt werden.
In diesem Schritt findet der Designer Widersprüche in Form, Größe, Proportionen usw. jedes Teils, indem er eine Skizze zeichnet. Die Stärkung oder Verbesserung eines Aspekts kann einen anderen schwächen oder verschlechtern. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, die Wichtigkeit abzuwägen und zu koordinieren, um den besten umfassenden Effekt zu erzielen. (Anmerkung des Herausgebers: Das Wesentliche am Design ist der Prozess des ständigen Abwägens von Entscheidungen.) Nachdem die Skizze mehrfach überarbeitet wurde und zunächst für zufriedenstellend befunden wird, können die vorläufige Gesamtzeichnung und der Kostenvoranschlag (Kostenvoranschlag) erstellt werden. Die vorläufige Gesamtzeichnung wird streng maßstabsgetreu erstellt und es werden ausreichend Ansichten und Schnitte ausgewählt.
(5) Vorläufige Überprüfung
Nachdem die vorläufige Gesamtzeichnung erstellt wurde, ist es notwendig, erfahrenes Konstruktions-, Fertigungs- und Benutzerpersonal dieser Art von Maschinen sowie Vertreter des Benutzers oder der beauftragten Konstruktionseinheit einzuladen, um eine Vorprüfung durchzuführen. Wenn die Überprüfungsergebnisse darauf hinweisen, dass das Design nicht anwendbar ist (z. B. zu viel Gewicht und Volumen, zu hohe Kosten, Zweifel an der Zuverlässigkeit der Struktur usw.), muss das Bewegungsdesign neu entworfen oder sogar durch ein anderes ersetzt werden Arbeitsprinzipien und grundlegende Strukturtypen. In den meisten Fällen werden einige Verbesserungen am Design vorgenommen.
(6) Technisches Design
Gemäß den vorläufigen Überprüfungskommentaren wird das Design geändert und alle Teile und Montagezeichnungen werden gezeichnet. Führen Sie eine genaue Spannungsanalyse der Hauptteile und Komponenten durch, korrigieren Sie Form, Größe und andere Details der Teile entsprechend den Analyseergebnissen und legen Sie das Material und die Wärmebehandlung fest. Bestimmen Sie die Bearbeitungsgenauigkeit von Teilen und die Montagebedingungen von Komponenten und Endbaugruppen. Komplettes Schmierungsdesign, elektrisches Design (Antrieb und Steuerung). Die allgemeine Zeichnung wird neu gezeichnet, und einige wichtige und in Massenproduktion hergestellte Maschinen müssen manchmal Modelle herstellen. Reichen Sie den fertigen technischen Entwurf zur zweiten Überprüfung ein.
(7) Arbeitsdiagramm zeichnen
Die
Nachdem die endgültige Änderung gemäß den Meinungen der zweiten Überprüfung vorgenommen wurde, können formale Teilezeichnungen, Komponentenmontagezeichnungen und allgemeine Montagezeichnungen erstellt sowie technische Dokumente wie Teileliste, Liste gefährdeter Teile und Benutzerhandbuch erstellt werden. Die für die Konstruktion verantwortliche Person sollte darauf achten, die Abmessungen zwischen den Teilen zu koordinieren, die Toleranzpassung zwischen den Kupplungsteilen zu prüfen und die Festigkeit und Steifigkeit einiger Teile zu überprüfen.
Nachdem die Teilezeichnung abgeschlossen ist, wird mit der Zeichnungsprüfung begonnen, was eine sehr wichtige Aufgabe ist. Durch sorgfältiges Korrekturlesen der Zeichnungen kann eine reibungslose Montage nach der Bearbeitung gewährleistet werden. Die zuverlässigste Methode zum Korrekturlesen besteht darin, eine Gesamtbaugruppenzeichnung basierend auf der gezeichneten Teilezeichnung neu zu zeichnen (Anmerkung des Herausgebers: Zeichnen Sie die entworfenen Teile im Computer entsprechend der Baugruppenverbindungsmethode, um die Gesamtbaugruppe erneut zu zeichnen), und alle Widersprüche werden angezeigt.
Beim Zeichnen der Teilezeichnung müssen zwei Aufgaben ausgeführt werden: Eine davon ist die technische Überprüfung, um die Teile einfach zu verarbeiten und die Herstellungskosten zu senken. Das andere ist die Standardüberprüfung, um sicherzustellen, dass die Strukturelemente, Abmessungen, Passtoleranzen, technischen Bedingungen der Wärmebehandlung, Standards und allgemeine Teile der Teile den Anforderungen der Norm entsprechen.
(8) Probeproduktion und endgültiges Design
Für die Einzelstück- oder Kleinserienproduktion von Maschinen können die in den oben genannten Schritten erstellten Konstruktionszeichnungen in die formelle Produktion übernommen werden. Bei Maschinen, die in Losgrößen oder in großen Stückzahlen hergestellt werden, müssen vor der formellen Produktion Prototypen getestet sowie Funktionstests und Gutachten durchgeführt werden. Nach dem Bestehen wird eine Chargenversuchsproduktion gemäß dem Massenproduktionsprozess durchgeführt. Probleme, die während der Serienproduktion auftreten, erfordern möglicherweise entsprechende Änderungen am Design, bevor es zu einem endgültigen Design werden kann, das in der formellen Produktion verwendet werden kann.
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Einschränkungen (Entwurfskriterien)
Das Design mechanischer Teile unterliegt vielen Einschränkungen, und die Designkriterien sind die Einschränkungen, die das Design erfüllen sollte.
(1) Technische Leistungskriterien
Die technische Leistung umfasst alle Leistungen, einschließlich Produktfunktion, Herstellungs- und Betriebsbedingungen, und bezieht sich sowohl auf die statische Leistung als auch auf die dynamische Leistung. Zum Beispiel die Leistung, Effizienz, Lebensdauer, Festigkeit, Steifigkeit, Reibungsbeständigkeit, Verschleißleistung, Vibrationsstabilität und thermische Eigenschaften, die das Produkt übertragen kann.
Das technische Leistungskriterium bedeutet, dass die jeweilige technische Leistung den festgelegten Anforderungen genügen muss. Beispielsweise erzeugen Vibrationen zusätzliche dynamische Belastungen und variable Spannungen, insbesondere wenn ihre Frequenz nahe an der Eigenfrequenz des mechanischen Systems oder der Teile liegt, es zu Resonanzen kommt und die Amplitude stark ansteigt, was zu einer schnellen Beschädigung von Teilen oder Teilen führen kann sogar das gesamte System. Das Schwingungsstabilitätskriterium besteht darin, die relevanten Schwingungsparameter des mechanischen Systems oder seiner Teile, wie Eigenfrequenz, Amplitude, Geräusch usw., innerhalb des angegebenen zulässigen Bereichs zu begrenzen. Ein weiteres Beispiel ist die beim Betrieb der Maschine entstehende Wärme, die zu thermischer Belastung, thermischer Belastung und sogar zu thermischen Schäden führen kann. Das Kriterium der thermischen Eigenschaften besteht darin, verschiedene verwandte thermische Parameter (wie thermische Spannung, thermische Belastung, Temperaturanstieg usw.) innerhalb des angegebenen Bereichs zu begrenzen.
(2) Standardisierungskriterien
Die wichtigsten Standards im Zusammenhang mit der Konstruktion mechanischer Produkte lauten grob wie folgt:
Konzeptstandardisierung: Begriffe, Symbole, Maßeinheiten usw., die in den Designprozess einbezogen werden, sollten den Standards entsprechen;
Standardisierung der physischen Form: Die strukturelle Form, Größe, Leistung usw. von Teilen, Rohstoffen, Geräten und Energiequellen sollten nach einheitlichen Vorschriften ausgewählt werden.
Methodenstandardisierung: Betriebsmethoden, Messmethoden, Testmethoden usw. sollten gemäß den entsprechenden Vorschriften umgesetzt werden.
Das Standardisierungskriterium bedeutet, dass alle Verhaltensweisen im gesamten Designprozess die oben genannten Standardisierungsanforderungen erfüllen müssen. Die veröffentlichten Normen im Zusammenhang mit der Konstruktion mechanischer Teile können hinsichtlich des Anwendungsbereichs in drei Ebenen unterteilt werden: nationale Normen, Industrienormen und Unternehmensstandards. Hinsichtlich der obligatorischen Verwendung kann sie in obligatorisch und empfohlen unterteilt werden.
(3) Zuverlässigkeitskriterien
Zuverlässigkeit: Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Produkt oder eine Komponente unter bestimmten Nutzungsbedingungen die angegebene Funktion innerhalb der erwarteten Lebensdauer erfüllen kann. Das Zuverlässigkeitskriterium bedeutet, dass das entworfene Produkt, die Komponente oder das entworfene Teil die festgelegten Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllen sollte.
(4) Sicherheitsrichtlinien
Zur Maschinensicherheit gehört:
Teilesicherheit: bezieht sich auf die Tatsache, dass es bei den Teilen unter der angegebenen äußeren Belastung und innerhalb der angegebenen Zeit nicht zu Brüchen, übermäßiger Verformung, übermäßigem Verschleiß und Stabilitätsverlust kommt.
Die Sicherheit der gesamten Maschine: bezieht sich auf die Anforderung, dass die Maschine garantiert, dass unter den angegebenen Bedingungen keine Ausfälle auftreten und dass die allgemeinen Funktionen normal ausgeführt werden können.
Arbeitssicherheit: bezieht sich auf den Schutz des Bedienpersonals, die Gewährleistung der persönlichen Sicherheit sowie der körperlichen und geistigen Gesundheit usw.
Umweltsicherheit: bezieht sich auf die Nichtverschmutzung und Schädigung der Umwelt und der Menschen in der Umgebung der Maschine.
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Design Methodik
Der Zweck der Designmethodik besteht darin, das Designdenken zu einem rationalen Prozess zu machen, sodass Design nach einer bestimmten Logik durchgeführt werden kann, sodass mehr Designer gute Designs erstellen können. Im Allgemeinen umfasst es folgende Inhalte:
(1) Unterteilen Sie die Phasen des Entwurfs in sehr feine Schritte und machen Sie jede Phase zu einer gedanklichen Aktivität mit zu befolgenden Regeln und zu befolgenden Beweisen.
(2) Speichern Sie erfolgreiche oder gute Designs und richten Sie eine Designdatenbank als Referenz oder Übernahme in zukünftige Designs ein.
(3) Führen Sie das Konzept und die Methode des Value Engineering in die Entwurfsarbeit ein und gleichen Sie Funktion und Kosten des Widerspruchs im Entwurf aus, um einen guten Nutzungseffekt zu erzielen.
(4) Nutzen Sie das Wissen neuer Disziplinen wie Tribologie, Vibration, Bruchmechanik, Finite-Elemente-Methode, Zuverlässigkeitsdesign, Optimierungsdesign, Systemtechnik und Ergonomie im Design, um den wissenschaftlichen Charakter des Designs zu verbessern und Blindheit zu reduzieren.
(5) Erweitern Sie den Umfang der Designarbeit und erstrecken Sie sich vorwärts auf Marktprognosen und rückwärts auf den Kundendienst.
(6) Verwenden Sie computergestütztes Design, um den Designaufwand zu reduzieren, die Designgeschwindigkeit und die Designqualität zu verbessern.
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Ausblick
In Zukunft wird mechanisches Design auch in Branchen wie der Halbleiterfertigung, der Biotechnik, der Nanotechnologie und der Robotik Einzug halten. Während es Beiträge zur gesellschaftlichen Entwicklung leistet, wird es sich weiterhin verbessern und seine Theorie weiter erneuern.
(1) Um die Systematisierung weiter zu verwirklichen
Das heißt, ausgehend vom Systemstandpunkt wird das mechanische Produkt als System oder Ganzes betrachtet und stützt sich auf Computertechnologie, um die Koordination zwischen Mensch, Maschine und Umwelt zu realisieren. Insbesondere wird das Gesamtsystem in mehrere Subsysteme zerlegt, verschiedene moderne Designtheorien und -methoden übernommen und die Systemoptimierung als Ziel verfolgt, um das Design und die Anpassung jedes Subsystems zu koordinieren.
(2) Intelligentes Design vertiefen
Mit dem Fortschritt und der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sollten beim Design immer mehr Faktoren der Intelligenz berücksichtigt werden. Ein großer Teil des Designinhalts kann durch die Erstellung von Modellen zur Beschreibung des Verhaltens verschiedener Arbeitsbedingungen mechanischer Produkte beschrieben werden. Durch die Lösung der Modelle können die Leistung des Produkts, die Rationalität und die Optimalität des Designs vorhergesagt werden. Beispielsweise wurden bei der Entwicklung und dem Design neuer Fahrzeuge intelligente Entscheidungssysteme für verschiedene Fahrzeugleistungsbewertungen, Getriebedesign-Expertensysteme und Fehlerdiagnosesysteme eingesetzt.
(3) Schenken Sie dem grünen Denken mehr Aufmerksamkeit
Green Design Technology ist eine Technologie zur Gestaltung von Produkten in ihrem Lebenszyklus nach den Anforderungen des Umweltschutzes, höchster Ressourcennutzung und geringstem Energieverbrauch. Designer sind verpflichtet, die Umweltattribute und grundlegenden Eigenschaften von Produkten im gesamten Zyklus zu berücksichtigen und ihre Entwürfe stets auf die körperliche und geistige Gesundheit der Menschen sowie den Umweltschutz auszurichten. Gleichzeitig müssen die entworfenen Produkte recycelbar sein und die Umwelt nur minimal belasten.
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moderne Designmethode
1. Professionell und modern
Von Mechanikdesignern und Computerfachleuten gemeinsam entwickelte Computersoftware kann verschiedene Schadens-, Ausfall- und Zerstörungsmechanismen mechanischer Produkte unter tatsächlichen Arbeitsbedingungen widerspiegeln und beschreiben. Es kann das dynamische Verhalten mechanischer Teile und Maschinen quantitativ analysieren und berechnen und ein festes Konstruktionsprogramm erstellen. Hierbei handelt es sich um eine professionelle moderne Entwurfsmethode, wie z. B. Schwingungsanalyse und -entwurf, Tribologieentwurf, thermodynamischer Wärmeübertragungsentwurf, Festigkeits-, Steifigkeitsentwurf, Temperaturfeldanalyse usw. Diese Software wird alle auf der Grundlage traditioneller Entwurfsmethoden und unter Verwendung von Computertechnologie entwickelt . Beispielsweise sind die Verwendung der Pro/M-Software zur Analyse der dynamischen Eigenschaften mechanischer Geräte und die Verwendung der ANSYS-Software zur Spannungsanalyse gute Beispiele in dieser Hinsicht, die den Grundstein für die genaue Beurteilung der Zuverlässigkeit des Geräts und die Auswahl von Designparametern legen.
2. Universelle Moderne
Um den hohen Anforderungen an die Leistung mechanischer Produkte gerecht zu werden, wird im mechanischen Design häufig Computertechnologie für unterstütztes Design und Systemanalyse eingesetzt, eine gängige moderne Designmethode. Zu den gängigen Methoden gehören Optimierung, Finite-Elemente-Methoden, Zuverlässigkeit, Simulation, Expertensysteme und CAD. Diese Methoden dienen nicht nur der Erforschung mechanischer Produkte, sondern verfügen auch über eigene wissenschaftliche Theorien und Methoden.
1) Optimiertes Design
Mechanisches Optimierungsdesign ist die Übertragung und Anwendung von Optimierungstechnologie im Bereich des mechanischen Designs. Seine Grundidee basiert auf der Theorie des mechanischen Designs.
