Mechanische Produkte werden in allen Lebensbereichen eingesetzt und die Inhalte und Anforderungen an die Konstruktionskonstruktion sind sehr unterschiedlich. Die Konstruktion mechanischer Strukturen in verschiedenen Branchen weist jedoch immer noch dieselben gemeinsamen Teile auf.
Das Endergebnis des mechanischen Designs wird in einer bestimmten Strukturform ausgedrückt, die entsprechend der entworfenen Struktur verarbeitet und zusammengebaut wird, um das Endprodukt herzustellen.
Daher sollte das Design der mechanischen Struktur den vielfältigen Anforderungen des Produkts gerecht werden. Zu den Grundanforderungen gehören Funktion, Zuverlässigkeit, Verarbeitung, Wirtschaftlichkeit und Optik.
Darüber hinaus soll die Beanspruchung der Teile verbessert werden, um Festigkeit, Steifigkeit, Genauigkeit und Lebensdauer zu erhöhen.
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Daher ist der Entwurf mechanischer Strukturen eine umfassende technische Arbeit.
Wenn die Konstruktionskonstruktion falsch oder unangemessen ist, kann dies zu einem übermäßigen Ausfall von Teilen und Komponenten führen, wodurch die Maschine die Anforderungen an die Konstruktionsgenauigkeit nicht erfüllt, was zu großen Unannehmlichkeiten bei Montage und Wartung führt.
Die folgenden acht strukturellen Designkriterien sollten während des mechanischen Strukturdesignprozesses berücksichtigt werden.
01Designrichtlinien zur Erreichung der erwarteten Funktionen
Der Hauptzweck des Produktdesigns besteht darin, vorgegebene funktionale Anforderungen zu erfüllen. Daher sind die Designkriterien zur Erreichung der erwarteten Funktionen die erste Überlegung beim Strukturdesign.
Um die funktionalen Anforderungen zu erfüllen, muss Folgendes getan werden:
(1) Klären Sie die Funktion: Beim Strukturdesign werden die Parametergröße und Strukturform basierend auf ihrer Funktion in der Maschine und ihrer Verbindungsbeziehung mit anderen Teilen bestimmt.
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Die Hauptfunktionen von Teilen bestehen darin, Lasten zu tragen, Bewegung und Kraft zu übertragen und die relative Position oder Bewegungsbahn zwischen zugehörigen Teilen oder Komponenten sicherzustellen oder aufrechtzuerhalten.
Die entworfene Struktur sollte in der Lage sein, die funktionalen Anforderungen der Maschine als Ganzes zu erfüllen.
(2) Angemessene Funktionszuweisung: Beim Entwerfen von Produkten ist es unter bestimmten Umständen in der Regel erforderlich, Aufgaben angemessen zuzuweisen, dh eine Funktion in mehrere Unterfunktionen zu zerlegen.
Jede Unterfunktion muss eine bestimmte strukturelle Verantwortung haben, und es sollte eine vernünftige und koordinierte Verbindung zwischen den verschiedenen Teilen der Struktur bestehen, um die Realisierung der Gesamtfunktion zu erreichen.
Mehrere Strukturteile mit gleicher Funktion können die Belastung der Teile verringern und ihre Lebensdauer verlängern.
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Der Aufbau der Keilriemenstrecke ist ein Beispiel für eine rationelle Aufgabenverteilung.
Das Faserseil dient dazu, der Zugkraft standzuhalten; Die Gummifüllschicht trägt die Spannung und den Druck, wenn der Riemen gebogen wird. Die Stoffschicht interagiert mit der Riemenscheibennut, um die für die Übertragung erforderliche Reibung zu erzeugen.
Wenn Sie sich beispielsweise nur auf die durch die Vorspannung der Schraube erzeugte Reibung verlassen, um die seitliche Belastung zu tragen, ist die Größe der Schraube zu groß. Zur Lösung dieses Problems können scherfeste Elemente wie Stifte, Hülsen und Keile hinzugefügt werden, um die seitliche Belastung zu verteilen. .
(3) Funktionskonzentration: Um die Struktur mechanischer Produkte zu vereinfachen, die Verarbeitungskosten zu senken und die Installation zu erleichtern, kann in einigen Fällen ein Teil oder eine Komponente mehrere Funktionen übernehmen.
Durch die Konzentration der Funktionen wird die Form der Teile komplexer, sie muss jedoch auf moderate Weise erfolgen, da sie sonst die Verarbeitungstechnologie beeinträchtigt und die Verarbeitungskosten erhöht. Die Gestaltung sollte sich an der konkreten Situation orientieren.
02Designkriterien zur Erfüllung der Festigkeitsanforderungen
(1) Gleiches Festigkeitskriterium: Änderungen der Querschnittsabmessungen von Teilen sollten an Änderungen der inneren Spannung angepasst werden, sodass die Festigkeit jedes Querschnitts gleich ist.
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Mit einer nach dem Prinzip der gleichen Festigkeit konzipierten Struktur können die Materialien vollständig ausgenutzt werden, wodurch Gewicht und Kosten reduziert werden. Wie zum Beispiel die Gestaltung von Auslegerhalterungen und Stufenwellen usw.
(2) Angemessene Kraftflussstruktur: Um den Zustand der Kraftübertragung in mechanischen Komponenten intuitiv auszudrücken, wird die Kraft als wie in der Komponente fließendes Wasser betrachtet, und diese Kraftlinien konvergieren zum Kraftfluss.
Die Darstellung des Kraftflusses spielt bei konstruktiven Entwurfsuntersuchungen eine wichtige Rolle.
Der Kraftfluss im Bauteil wird nicht unterbrochen und eine Kraftlinie verschwindet nicht plötzlich. Es muss von einem Ort zum anderen übertragen werden.
Ein weiteres Merkmal des Kraftflusses besteht darin, dass er tendenziell auf dem kürzesten Weg übertragen wird, sodass der Kraftfluss in der Nähe des kürzesten Weges dicht ist und eine Zone hoher Spannung bildet.
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Der Kraftfluss in andere Teile ist spärlich oder gar nicht vorhanden. Unter Belastungsgesichtspunkten wird das Material nicht vollständig ausgenutzt.
Um die Steifigkeit des Bauteils zu verbessern, sollte daher die Form des Teils so weit wie möglich nach dem kürzesten Weg des Kraftflusses gestaltet werden, um die tragende Fläche zu reduzieren, so dass die kumulative Verformung kleiner ist, die Steifigkeit des gesamten Bauteils wird verbessert und das Material wird vollständig ausgenutzt.
(3) Spannungskonzentrationsstruktur reduzieren: Wenn sich die Richtung des Kraftflusses stark ändert, ist der Kraftfluss am Wendepunkt zu dicht, was zu Spannungskonzentrationen führt. Bei der Konstruktion sollten bauliche Maßnahmen getroffen werden, um einen reibungslosen Kraftfluss zu gewährleisten.
Spannungskonzentration ist ein wichtiger Faktor, der die Ermüdungsfestigkeit von Teilen beeinflusst.
Bei der Tragwerksplanung sollten Spannungskonzentrationen möglichst vermieden bzw. reduziert werden.
Die Methoden werden in den entsprechenden Kapiteln vorgestellt, z. B. das Erhöhen überschüssiger Verrundungen, die Übernahme von Entladestrukturen usw.
(4) Balancieren Sie die Laststruktur: Wenn die Maschine arbeitet, werden häufig einige nutzlose Kräfte erzeugt, wie z. B. Trägheitskräfte, Axialkräfte von Schrägverzahnungen usw. Diese Kräfte erhöhen nicht nur die Belastung von Teilen wie Wellen und Buchsen, sondern auch ihre Genauigkeit und Lebensdauer verringern. , und verringert auch die Übertragungseffizienz der Maschine.
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Unter dem sogenannten Lastausgleich versteht man das Ergreifen baulicher Maßnahmen, um die Last ohne Kraftaufwand teilweise oder vollständig auszugleichen und so ihre nachteiligen Auswirkungen zu verringern oder zu beseitigen.
Diese strukturellen Maßnahmen umfassen hauptsächlich ausgewogene Elemente, symmetrische Anordnungen usw.
03Entwurfskriterien für strukturelle Steifigkeit erfüllen
Damit die Teile während ihrer Lebensdauer ihre Funktion ordnungsgemäß erfüllen können, müssen sie über eine ausreichende Steifigkeit verfügen.
04Berücksichtigen Sie Designkriterien für die Verarbeitungstechnologie
Der Hauptzweck der strukturellen Gestaltung mechanischer Teile besteht darin, die Realisierung von Funktionen sicherzustellen und dem Produkt die erforderliche Leistung zu ermöglichen.
Allerdings haben die Ergebnisse des Strukturdesigns einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf die Produktionskosten und die Qualität der Produktteile.
Daher sollten wir bei der strukturellen Gestaltung darauf achten, dass das Produkt über eine gute Verarbeitungstechnologie verfügt.
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Die sogenannte gute Verarbeitungstechnologie führt dazu, dass die Struktur der Teile leicht zu verarbeiten und herzustellen ist. Mit jeder Verarbeitungsmethode können Teile mit bestimmten Strukturen möglicherweise nicht hergestellt werden, die Produktionskosten sind hoch oder die Qualität wird beeinträchtigt.
Daher ist es für Designer sehr wichtig, die Eigenschaften einer Verarbeitungsmethode zu verstehen, damit sie beim Entwurf der Struktur ihre Stärken maximieren und Schwächen vermeiden können.
In der Praxis wird die strukturelle Herstellbarkeit von Teilen durch viele Faktoren eingeschränkt. Beispielsweise hat die Größe der Produktionscharge Einfluss auf die Art der Rohlingserzeugung; die Bedingungen der Produktionsausrüstung können die Größe des Werkstücks begrenzen; Darüber hinaus werden Aspekte wie Form, Genauigkeit, Wärmebehandlung und Kosten beeinflusst. Es kann sich einschränkend auf die handwerkliche Ausführung des Bauteilaufbaus auswirken.
Daher sollten die Auswirkungen der oben genannten Faktoren auf die Verarbeitbarkeit bei der Strukturkonstruktion vollständig berücksichtigt werden.
05Berücksichtigen Sie die Designrichtlinien für die Montage
Die Montage ist ein wichtiger Prozess im Produktherstellungsprozess. Die Struktur der Teile hat direkten Einfluss auf die Qualität und die Kosten der Montage.
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Nachfolgend sind die konstruktiven Gestaltungsrichtlinien für die Montage kurz zusammengefasst:
(1) Angemessene Aufteilung der Montageeinheiten: Die gesamte Maschine sollte in mehrere Einheiten (Komponenten oder Baugruppen) zerlegt werden können, die einzeln zusammengebaut werden können, um parallele und spezialisierte Montagevorgänge zu ermöglichen, den Montagezyklus zu verkürzen und die schrittweise Montage zu erleichtern. technische Inspektion und Wartung auf höchstem Niveau.
(2) Stellen Sie sicher, dass die Teile korrekt installiert sind: Stellen Sie sicher, dass die Teile genau positioniert sind, vermeiden Sie doppelte Koordination und verhindern Sie Montagefehler.
(3) Erleichtern Sie die Montage und Demontage von Teilen: Bei der Strukturkonstruktion sollte für ausreichend Montageraum gesorgt werden, z. B. Platz für Schraubenschlüssel. Vermeiden Sie übermäßig lange Passungen, um eine Erhöhung der Montageschwierigkeiten und die Entstehung von Kratzern auf den Passflächen zu vermeiden, wie z. B. bei der Konstruktion einiger abgestufter Wellen. Um die Demontage von Teilen zu erleichtern, sollte der Standort für Demontagewerkzeuge angegeben werden, beispielsweise für die Demontage von Lagern.
06Berücksichtigen Sie Designkriterien für Wartung und Reparaturen
(1) Die Konfiguration des Produkts sollte nach Ausfallrate, Wartungsfreundlichkeit, Größe und Qualität sowie Installationseigenschaften erfolgen. Alle Teile und Komponenten, die repariert werden müssen, sollten gut zugänglich sein; Die Ausfallrate. Höchste Teile, die häufig gewartet werden müssen, und Notschalter sollten eine optimale Zugänglichkeit bieten.
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(2) Die Demontage und Montage des Produkts, insbesondere von Verschleißteilen, häufig demontierten Teilen und Zusatzgeräten, sollte einfach sein. Der Ein- und Austrittsweg der Teile bei der Demontage und Montage sollte eine gerade Linie oder eine sanfte Kurve sein.
(3) Produktinspektionspunkte, Testpunkte und andere Systemwartungspunkte sollten an leicht zugänglichen Orten angeordnet werden.
(4) Um Produkte, die gewartet und demontiert werden müssen, muss ausreichend Betriebsraum vorhanden sein.
(5) Interne Vorgänge sollten während der Wartung grundsätzlich sichtbar sein. Neben der Möglichkeit, die Hände oder Arme des Wartungspersonals unterzubringen, sollte der Durchgang auch einen angemessenen Beobachtungsraum lassen.
07Berücksichtigen Sie die Richtlinien für das Styling-Design
Das Design des Produkts muss nicht nur die funktionalen Anforderungen erfüllen, sondern auch den ästhetischen Wert der Produktform berücksichtigen, um es für Menschen attraktiv zu machen.
Aus psychologischer Sicht hängen 60 % aller Entscheidungen von Menschen vom ersten Eindruck ab.
Die sozialen Eigenschaften technischer Produkte sind Waren. Im Zeitalter des Käufermarktes ist die Gestaltung eines Erscheinungsbildes für das Produkt, das Kunden anlocken kann, eine wichtige Designanforderung; Gleichzeitig können optisch ansprechende Produkte ermüdungsbedingte Fehlbedienungen des Bedieners reduzieren.
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Das Erscheinungsbild umfasst drei Aspekte: Form, Farbe und Oberflächenbehandlung.
Bei der Gestaltung sollte auf abgestimmte Größenproportionen, einfache und einheitliche Formen sowie die Unterstützung und Verschönerung von Farben und Mustern geachtet werden.
Volltonfarben werden nur für kleine Widgets verwendet.
Große, insbesondere bewegte Bauteile wirken eintönig und schichtlos, wenn nur eine Farbe verwendet wird. Ein kleiner zusätzlicher Farbblock belebt den Gesamtton.
Wenn mehrere Farben nebeneinander vorhanden sind, sollte es eine dominierende Hintergrundfarbe geben, und die Farbe, die der Hintergrundfarbe entspricht, wird als Kontrastfarbe bezeichnet.
Aber bei einem Produkt sollte die Anzahl der verschiedenen Farbtöne nicht zu groß sein. Zu viele Farben geben den Leuten ein auffälliges Gefühl.
Die angenehmen Farben reichen von Hellgelb über Grüngelb bis Braun.
Dieser Trend wird wärmer, Gelb und Grün wirken oft ungemütlich; Starke Grautöne wirken deprimierend.
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Verwenden Sie für kalte Umgebungen warme Farben wie Gelb, Orange und Rot.
Verwenden Sie für heiße Umgebungen kühle Farben wie Hellblau.
Alle Farben sollten abgeschwächt werden.
Darüber hinaus können bestimmte Farbkonfigurationen das Produkt sicher und stabil erscheinen lassen. Ebenen mit kleinen Formänderungen und großen Flächen sollten in hellen Farben angeordnet werden, Bauteile mit bewegten und aktiven Konturen hingegen in dunklen Farben; Dunkle Farben sollten im unteren Teil der Maschine platziert werden, helle Farben im oberen Teil.
08Designrichtlinien, die die Kosten berücksichtigen
Produkt- und Wartungsvorgänge sollten während des Entwurfs vereinfacht werden:
(1) Führen Sie beim Entwerfen, Analysieren und Abwägen von Produktfunktionen identische oder ähnliche Funktionen zusammen und eliminieren Sie unnötige Funktionen, um Produkt- und Wartungsvorgänge zu vereinfachen.
(2) Beim Entwerfen sollte die Struktur einfach sein, die Anzahl der Produktebenen und Komponenteneinheiten sollte so weit wie möglich reduziert werden und die Form der Teile sollte vereinfacht werden, während gleichzeitig die festgelegten Funktionsanforderungen erfüllt werden.
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(3) Produkte sollten so weit wie möglich mit einfachen und zuverlässigen Einstellmechanismen ausgestattet sein, um häufige Fehler aufgrund von Verschleiß oder Drift auszuschließen.
Wertvolle Teile, die einem örtlichen Verschleiß unterliegen, sollten als verstellbare oder abnehmbare Baugruppen konzipiert sein, um den Austausch oder die Reparatur vor Ort zu erleichtern. Vermeiden oder reduzieren Sie wiederholte Anpassungen, die sich gegenseitig betreffen.
(4) Ordnen Sie die Positionen jeder Komponente angemessen an, reduzieren Sie die Anzahl der Verbindungs- und Befestigungsteile und gestalten Sie Wartungsvorgänge wie Inspektion und Austausch von Teilen einfach und bequem. Versuchen Sie bei der Reparatur eines Teils sicherzustellen, dass keine Demontage, keine Bewegung oder weniger Demontage erfolgt. Bewegen Sie andere Teile weniger, um die Qualifikationsanforderungen und die Arbeitsbelastung des Wartungspersonals zu reduzieren.
