Nếu bạn đã làm thiết kế cơ khí vài năm hoặc hơn mười năm thì hãy đọc kỹ bài viết này, phần tổng kết kinh nghiệm bạn muốn viết đã có ở đây rồi.
Thiết kế cơ khí (thiết kế máy), theo yêu cầu sử dụng, lên ý tưởng, phân tích và tính toán nguyên lý làm việc, kết cấu, phương thức chuyển động, phương thức truyền lực và năng lượng, vật liệu, hình dạng và kích thước của từng bộ phận, phương pháp bôi trơn, v.v. máy và chuyển chúng thành Bản mô tả cụ thể được sử dụng làm cơ sở sản xuất cho quá trình làm việc.
Thiết kế cơ khí là một phần quan trọng của kỹ thuật cơ khí, là bước đầu tiên trong sản xuất cơ khí và là yếu tố quan trọng nhất quyết định hiệu suất cơ khí.
Mục tiêu của thiết kế cơ khí là thiết kế máy móc tốt nhất trong các điều kiện hạn chế khác nhau (chẳng hạn như vật liệu, khả năng xử lý, kiến thức lý thuyết và phương pháp tính toán, v.v.), tức là tạo ra các thiết kế tối ưu.
Thiết kế tối ưu cần xem xét toàn diện nhiều yêu cầu, nhìn chung bao gồm: hiệu suất làm việc tốt nhất, chi phí chế tạo thấp nhất, kích thước và trọng lượng nhỏ nhất, sử dụng tin cậy nhất, tiêu thụ ít nhất và ít gây ô nhiễm môi trường nhất. Các yêu cầu này thường trái ngược nhau và tầm quan trọng tương đối của chúng thay đổi theo loại và ứng dụng của máy móc. Nhiệm vụ của nhà thiết kế là cân nhắc tầm quan trọng theo tình hình cụ thể và lập kế hoạch tổng thể để máy móc được thiết kế có hiệu quả kinh tế và kỹ thuật toàn diện tốt nhất.
Trước đây, việc tối ưu hóa thiết kế chủ yếu dựa vào kiến thức, kinh nghiệm và tầm nhìn xa của người thiết kế. Với sự phát triển của các ngành mới như lý thuyết cơ bản về kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật giá trị và phân tích hệ thống, tích lũy dữ liệu kỹ thuật và kinh tế cho sản xuất và sử dụng, cũng như phổ biến và ứng dụng máy tính, tối ưu hóa dần từ bỏ các phán đoán chủ quan và dựa vào tính toán khoa học. (Lưu ý của Editor: Các kỹ sư "già" nên chú ý, nếu không tiến bộ sẽ bị đào thải)
Thiết kế của các loại máy móc công nghiệp, đặc biệt là thiết kế cơ khí của toàn bộ và toàn bộ hệ thống, phải gắn liền với các công nghệ công nghiệp liên quan khác nhau và rất khó để hình thành một chuyên ngành độc lập. Do đó, các phân ngành thiết kế cơ khí chuyên nghiệp như thiết kế máy nông nghiệp, thiết kế máy khai thác mỏ, thiết kế máy bơm, thiết kế máy nén, thiết kế tuabin hơi, thiết kế động cơ đốt trong và thiết kế máy công cụ đã xuất hiện. (Ghi chú của biên tập viên: Người xưa có câu “lưng tựa núi”, bây giờ là “lồng nhau như núi”. Đó cũng là thiết kế cơ khí. Bạn là chuyên gia trong lĩnh vực này. Nếu bạn chuyển sang lĩnh vực khác , bạn có thể là một giáo dân)
1
Phân loại thiết kế
Thiết kế cơ khí có thể được chia thành ba loại: thiết kế mới, thiết kế kế thừa và thiết kế biến thể.
1. Thiết kế mới
Áp dụng khoa học kỹ thuật đã chín muồi hoặc những công nghệ mới đã được chứng minh là khả thi thông qua thực nghiệm để thiết kế ra những loại máy móc mới chưa từng thấy.
2. Thiết kế kế thừa
Theo kinh nghiệm sử dụng và phát triển công nghệ, máy móc hiện có được thiết kế và cập nhật để cải thiện hiệu suất, giảm chi phí sản xuất hoặc giảm chi phí vận hành.
3. Thiết kế biến thể
Để đáp ứng nhu cầu mới, một số sửa đổi hoặc bổ sung và xóa được thực hiện đối với máy móc hiện có để phát triển các sản phẩm biến thể khác với loại tiêu chuẩn.
2
Quy trình chính
1. Hình thành nhiệm vụ thiết kế theo nhu cầu khách hàng, nhu cầu thị trường và kết quả nghiên cứu khoa học mới.
2. Thiết kế sơ bộ. Bao gồm xác định nguyên lý làm việc và dạng kết cấu cơ bản của máy, tiến hành thiết kế chuyển động, thiết kế kết cấu và vẽ bản vẽ tổng thể sơ bộ, sơ bộ.
3. Thiết kế kỹ thuật. Bao gồm sửa đổi thiết kế (theo ý kiến của lần xem xét đầu tiên), bản vẽ của tất cả các bộ phận và bản vẽ chung mới và lần xem xét thứ hai.
4. Thiết kế bản vẽ công trình. Bao gồm sửa đổi cuối cùng (theo ý kiến của lần xem xét thứ hai), bản vẽ của tất cả các bản vẽ làm việc (chẳng hạn như bản vẽ bộ phận, bản vẽ lắp ráp bộ phận và bản vẽ lắp ráp chung, v.v.), và xây dựng tất cả các tài liệu kỹ thuật (chẳng hạn như danh sách bộ phận, danh sách các bộ phận bị mòn, hướng dẫn sử dụng, v.v.).
5. Hoàn thiện thiết kế. Máy móc để sản xuất hàng loạt hoặc hàng loạt. Đối với thiết kế cơ khí với các nhiệm vụ thiết kế tương đối đơn giản (chẳng hạn như thiết kế mới của máy móc đơn giản, thiết kế kế thừa hoặc thiết kế biến thể của máy móc thông thường, v.v.), có thể bỏ qua quy trình thiết kế sơ bộ.
3
giai đoạn thiết kế
Chất lượng của một chiếc máy về cơ bản phụ thuộc vào chất lượng thiết kế. Vai trò của quá trình sản xuất đối với chất lượng của máy chủ yếu là để đạt được chất lượng quy định tại thời điểm thiết kế. Do đó, khâu thiết kế máy chính là mấu chốt quyết định máy tốt hay xấu.
Quy trình thiết kế được thảo luận chỉ đề cập đến quy trình thiết kế kỹ thuật theo nghĩa hẹp. Đó là một quá trình làm việc sáng tạo, nhưng cũng là một công việc sử dụng càng nhiều càng tốt kinh nghiệm thành công hiện có. Chỉ bằng cách kết hợp tốt giữa kế thừa và đổi mới, chúng tôi mới có thể thiết kế những chiếc máy chất lượng cao. Là một cỗ máy hoàn chỉnh, nó là một hệ thống phức tạp. Để nâng cao chất lượng thiết kế phải có quy trình thiết kế khoa học. Mặc dù không thể liệt kê một chương trình duy nhất hiệu quả trong mọi tình huống, nhưng dựa trên kinh nghiệm thiết kế máy lâu năm của mọi người, chương trình thiết kế của máy về cơ bản có thể như trong bảng.
hình ảnh
Mỗi giai đoạn được mô tả ngắn gọn dưới đây.
(1) Lập kế hoạch
Trong giai đoạn lập kế hoạch, cần tiến hành điều tra, nghiên cứu và phân tích đầy đủ theo yêu cầu của máy được thiết kế (Ghi chú của biên tập viên: chẳng hạn như nghiên cứu kỹ nhu cầu của khách hàng và cung cấp thông tin liên quan, liên tục liên lạc với khách hàng để làm rõ ý tưởng và ý định của khách hàng, v.v.), thông qua Phân tích, để làm rõ thêm các chức năng mà máy cần có, đồng thời đưa ra các ràng buộc được xác định bởi môi trường, nền kinh tế, quá trình xử lý và giới hạn thời gian cho việc ra quyết định trong tương lai. Trên cơ sở này, viết rõ ràng các yêu cầu chung và chi tiết của nhiệm vụ thiết kế, cuối cùng lập một sổ nhiệm vụ thiết kế như một bản tóm tắt của giai đoạn này.
Sổ nhiệm vụ thiết kế thường bao gồm: chức năng của máy, ước tính kinh tế và bảo vệ môi trường, ước tính sơ bộ về yêu cầu sản xuất, yêu cầu sử dụng cơ bản và thời hạn dự kiến hoàn thành nhiệm vụ thiết kế, v.v. , nói chung chỉ có thể đưa ra một phạm vi hợp lý cho các yêu cầu và điều kiện này, thay vì các con số chính xác. Ví dụ, nó có thể được xác định bởi các yêu cầu phải được đáp ứng, các yêu cầu tối thiểu và các yêu cầu dự kiến sẽ đạt được.
(2) Thiết kế sơ đồ
Theo các nguyên tắc làm việc khác nhau, có thể xây dựng nhiều phương án cụ thể cho các cơ quan thực hiện. Ví dụ, về mặt cắt ren, phôi chỉ có thể được xoay và dao có thể được di chuyển tuyến tính để cắt ren (chẳng hạn như cắt ren trên máy tiện thông thường) hoặc phôi có thể được giữ yên trong khi dao quay và di chuyển để cắt chỉ ( Chẳng hạn như xử lý các chủ đề với khuôn dập). Điều đó có nghĩa là, ngay cả đối với cùng một nguyên tắc làm việc, có thể có một số giải pháp kết cấu khác nhau.
Sơ đồ của phần động cơ chính (ghi chú của biên tập viên: phần năng lượng) tất nhiên cũng có thể có nhiều sự lựa chọn. Do tính phổ biến của nguồn điện và sự phát triển của công nghệ truyền động điện, có thể nói rằng phần lớn các máy móc cố định hiện nay thích động cơ điện làm động cơ chính. Động cơ nhiệt chủ yếu được sử dụng trong máy bay vận tải, máy móc xây dựng hoặc máy móc nông nghiệp. Ngay cả khi động cơ được sử dụng làm động cơ chính, cũng có các tùy chọn cho AC và DC, tốc độ cao và tốc độ thấp, v.v.
Sơ đồ của phần truyền tải phức tạp và đa dạng hơn. Đối với cùng một nhiệm vụ truyền dẫn, nó có thể được hoàn thành bằng nhiều cơ chế và sự kết hợp của các cơ chế khác nhau. Do đó, nếu IV được sử dụng để đại diện cho số giải pháp có thể có của bộ phận dẫn động chính, và N2 và N3 tương ứng đại diện cho số lượng giải pháp có thể có của bộ phận truyền động và bộ phận thực hiện, thì số lượng giải pháp có thể có IV của máy là toàn bộ là Ni×N2×N3. (Ghi chú của biên tập viên: Các giải pháp hiệu quả chỉ khả thi về mặt chức năng, sau đó được sàng lọc từ các khía cạnh kỹ thuật và kinh tế)
Trên đây chỉ bàn về ba bộ phận chính cấu tạo nên máy. Đôi khi cần phải xem xét cấu hình của các hệ thống phụ trợ.
Trong số rất nhiều giải pháp, chỉ có một số giải pháp khả thi về mặt kỹ thuật. Một số phương án khả thi này cần được đánh giá toàn diện từ các khía cạnh công nghệ, kinh tế và bảo vệ môi trường. Có nhiều phương pháp đánh giá, và đánh giá kinh tế được lấy làm ví dụ minh họa ngắn gọn.
Khi đánh giá về mặt kinh tế, cần xem xét không chỉ tính kinh tế của thiết kế và chế tạo, mà còn tính kinh tế của việc sử dụng. Nếu sơ đồ cấu trúc của máy phức tạp hơn, chi phí thiết kế và chế tạo của nó sẽ tương đối tăng, nhưng các chức năng của nó sẽ hoàn thiện hơn và năng suất của nó sẽ cao hơn, do đó tính kinh tế sử dụng cũng tốt hơn. Ngược lại, đối với một loại máy có kết cấu tương đối đơn giản, chức năng không đầy đủ thì mặc dù chi phí thiết kế, chế tạo thấp nhưng chi phí vận hành sẽ tăng lên. Khi đánh giá tính kinh tế trong thiết kế và sản xuất của các sơ đồ kết cấu, nó cũng có thể được thể hiện bằng chi phí hiệu quả đơn vị. Ví dụ: chi phí trên mỗi đơn vị công suất đầu ra, chi phí của một sản phẩm, v.v.
Khi đánh giá máy cần phân tích độ tin cậy của máy, lấy độ tin cậy làm chỉ số đánh giá. Từ quan điểm về độ tin cậy, việc theo đuổi các cấu trúc phức tạp một cách mù quáng là điều không khôn ngoan. Nói chung, hệ thống càng phức tạp thì độ tin cậy của hệ thống càng thấp. Để cải thiện độ tin cậy của hệ thống phức tạp, cần phải tăng hệ thống dự phòng song song, điều này chắc chắn sẽ làm tăng giá thành của máy.
Bảo vệ môi trường cũng là một khía cạnh quan trọng phải được xem xét cẩn thận trong thiết kế. Các giải pháp kỹ thuật có tác động xấu đến môi trường phải được phân tích chi tiết và đề xuất các giải pháp kỹ thuật hoàn thiện.
Thông qua đánh giá chương trình, quyết định cuối cùng được đưa ra để xác định sơ đồ hoặc sơ đồ chuyển động của cơ chế cho bước tiếp theo của thiết kế kỹ thuật.
Trong giai đoạn thiết kế chương trình, mối quan hệ giữa tham khảo và đổi mới phải được xử lý đúng cách. Các tiền lệ thành công của các máy tương tự nên được sử dụng để tham khảo và các liên kết yếu ban đầu và các bộ phận không đáp ứng yêu cầu của các nhiệm vụ hiện có nên được cải thiện hoặc thay đổi cơ bản. Cần tích cực đổi mới, phản đối bảo thủ, sao chép thiết kế ban đầu, đồng thời phản đối hai khuynh hướng sai lầm là theo đuổi sáng tạo một cách mù quáng và loại bỏ kinh nghiệm nguyên bản hợp lý. (Ghi chú của biên tập viên: Mấu chốt của việc rút kinh nghiệm là tìm ra những thiếu sót của phép tính ban đầu)
(3) Thiết kế kỹ thuật
Mục tiêu của giai đoạn thiết kế kỹ thuật là tạo ra một phác thảo lắp ráp chung và một phác thảo lắp ráp thành phần. Xác định hình dạng và kích thước cơ bản của từng bộ phận và các bộ phận của nó thông qua thiết kế phác thảo, bao gồm kết nối giữa các bộ phận, hình dạng và kích thước cơ bản của các bộ phận và bộ phận. Cuối cùng, vẽ các bản vẽ làm việc, bản vẽ lắp ráp thành phần và bản vẽ lắp ráp chung của các bộ phận.
Để xác định kích thước cơ bản của các bộ phận chính, phải thực hiện các công việc sau:
(1) Thiết kế động học của máy.
Theo sơ đồ kết cấu đã xác định, xác định các tham số của bộ phận chuyển động ban đầu (công suất, tốc độ quay, tốc độ tuyến tính, v.v.). Sau đó thực hiện tính toán động học để xác định các thông số chuyển động (tốc độ, tốc độ, gia tốc, v.v.) của từng thành phần chuyển động.
(2) Tính toán động học của máy.
Kết hợp với các thông số kết cấu và chuyển động của từng bộ phận sẽ tính được độ lớn và đặc điểm của tải trọng tác dụng lên từng bộ phận chính. Tải trọng thu được lúc này chỉ là tải trọng danh định (hay danh định) tác dụng lên chi tiết do chi tiết đó chưa được thiết kế.
(3) Thiết kế khả năng làm việc của các bộ phận.
Thiết kế sơ bộ của các bộ phận và thành phần có thể được thực hiện nếu biết kích thước và đặc điểm của tải trọng danh định trên các bộ phận chính. Các tiêu chí về khả năng làm việc làm cơ sở cho thiết kế phải được soạn thảo một cách hợp lý có tham chiếu đến các điều kiện hỏng hóc chung, đặc điểm làm việc và điều kiện môi trường của các bộ phận và bộ phận. Nói chung, có các tiêu chí như độ bền, độ cứng, độ ổn định rung và tuổi thọ. Bằng phép tính hoặc phép loại suy, có thể xác định được các kích thước cơ bản của các bộ phận và bộ phận.
(4) Thiết kế phác thảo lắp ráp linh kiện và phác thảo lắp ráp tổng thể.
Theo kích thước cơ bản của các bộ phận và thành phần chính đã được xác định, bản phác thảo lắp ráp thành phần và bản phác thảo lắp ráp chung được thiết kế. Đường viền và kích thước của tất cả các bộ phận cần được thiết kế theo cấu trúc trên bản phác thảo. Trong bước này, cần phối hợp tốt cấu trúc và kích thước của từng bộ phận, đồng thời xem xét đầy đủ khả năng sản xuất kết cấu của các bộ phận và bộ phận được thiết kế, để tất cả các bộ phận có cấu hình hợp lý nhất.
(5) Kiểm tra các bộ phận chính.
Đối với một số bộ phận ở bước (3) trên đây do chưa xác định được kết cấu cụ thể nên khó tính toán chi tiết khả năng làm việc nên chỉ có thể tính toán thiết kế sơ bộ. Sau khi vẽ bản phác thảo lắp ráp thành phần và bản phác thảo lắp ráp chung, cấu trúc và kích thước của tất cả các bộ phận được biết đến và mối quan hệ giữa các bộ phận liền kề cũng được biết đến. Chỉ tại thời điểm này, tải trọng tác động lên bộ phận mới có thể được xác định chính xác hơn và có thể xác định các yếu tố chi tiết khác nhau ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ phận. Chỉ trong điều kiện này, có thể và cần thiết để thực hiện các phép tính kiểm tra chính xác đối với một số bộ phận hoặc bộ phận quan trọng có hình dạng và điều kiện căng thẳng phức tạp. Theo kết quả kiểm tra, cấu trúc và kích thước của các bộ phận được sửa đổi nhiều lần cho đến khi chúng hài lòng.
Trong từng bước thiết kế kỹ thuật, công nghệ thiết kế tối ưu hóa được phát triển trong 30 đến 40 năm trở lại đây ngày càng thể hiện khả năng tối ưu hóa việc lựa chọn các tham số kết cấu. Một số phương pháp tính toán số mới, chẳng hạn như phương pháp phần tử hữu hạn, có thể thu được kết quả tính toán định lượng gần đúng tuyệt vời cho các bài toán mà trước đây rất khó tính toán định lượng. Đối với một số ít các bộ phận rất quan trọng, phức tạp và đắt tiền, phương pháp thử nghiệm mô hình phải được sử dụng để thiết kế khi cần thiết, nghĩa là mô hình được sản xuất theo bản vẽ thiết kế sơ bộ, và các bộ phận cấu trúc yếu hoặc các phần thừa được tìm thấy thông qua các bài kiểm tra. Kích thước, theo đó tăng cường hoặc giảm bớt để sửa đổi thiết kế ban đầu, và cuối cùng đạt đến mức độ hoàn hảo. Lý thuyết độ tin cậy cơ học được sử dụng trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật. Từ góc độ độ tin cậy, nó có thể đánh giá xem các bộ phận được thiết kế và cấu trúc thành phần cũng như các tham số của chúng có đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy hay không và đưa ra các đề xuất để cải thiện thiết kế, từ đó nâng cao hơn nữa chất lượng thiết kế của máy. . Các phương pháp và khái niệm thiết kế mới nêu trên nên được áp dụng và phát huy trong thiết kế, để chúng có thể được phát triển cho phù hợp.
Sau khi hoàn thành thiết kế phác thảo, bản vẽ làm việc của bộ phận có thể được thiết kế theo kích thước cơ bản của bộ phận đã được xác định trong bản phác thảo. Tại thời điểm này, vẫn còn một số lượng lớn các chi tiết cấu trúc của các bộ phận cần được tinh chỉnh và xác định. Khi thiết kế bản vẽ làm việc, cần xem xét đầy đủ quá trình gia công và lắp ráp các bộ phận, các yêu cầu kiểm tra và phương pháp thực hiện các bộ phận trong và sau khi gia công. Nếu một số bố trí chi tiết có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng làm việc của các chi tiết thì cần phải quay lại kiểm tra lại khả năng làm việc. Cuối cùng, vẽ các bản vẽ làm việc của tất cả các bộ phận ngoại trừ các bộ phận tiêu chuẩn.
Vẽ lại bản vẽ lắp ráp thành phần và bản vẽ lắp ráp chung theo cấu trúc và kích thước trên bản vẽ làm việc của bộ phận đã hoàn thành. Thông qua công việc này, có thể kiểm tra các lỗi về kích thước và cấu trúc có thể ẩn trong bản vẽ chi tiết gia công. Người ta gọi công việc này một cách thông tục là lắp ráp trên giấy. (Ghi chú của biên tập viên: Bây giờ sử dụng thiết kế phần mềm 3D, sửa đổi rất thuận tiện, vì vậy các bước thiết kế kỹ thuật có thể được thực hiện, nhưng nó là không thể thiếu. Tất nhiên, một số kiểm tra có thể sử dụng các chức năng riêng của phần mềm.)
(4) Biên soạn tài liệu kỹ thuật
Có nhiều loại tài liệu kỹ thuật và những loại thường được sử dụng bao gồm hướng dẫn tính toán và thiết kế máy, hướng dẫn vận hành và danh sách bộ phận tiêu chuẩn (BOM).
Khi lập hồ sơ tính toán thiết kế phải bao gồm đầy đủ các nội dung kết luận về lựa chọn phương án và thiết kế kỹ thuật.
Khi biên soạn hướng dẫn sử dụng máy cho người dùng, phạm vi thông số hiệu suất, phương pháp vận hành, phương pháp bảo trì hàng ngày và sửa chữa đơn giản, danh mục phụ tùng thay thế, v.v. của máy nên được giới thiệu cho người dùng.
Các tài liệu kỹ thuật khác, chẳng hạn như chứng chỉ kiểm tra, danh sách các bộ phận đã mua và các điều kiện chấp nhận, v.v., phải được chuẩn bị riêng khi cần thiết.
(5) Ứng dụng máy tính trong thiết kế cơ khí
Với sự phát triển của công nghệ máy tính, máy tính đã được sử dụng rộng rãi trong thiết kế cơ khí, và nhiều phần mềm phân tích và thiết kế hiệu quả cao đã xuất hiện. Các phần mềm này có thể được sử dụng để so sánh nhiều sơ đồ trong giai đoạn thiết kế và có thể phân tích chính xác cường độ kết cấu, độ cứng và các đặc tính động của các sơ đồ khác nhau bao gồm cả các sơ đồ lớn và phức tạp. Đồng thời, cũng có thể xây dựng một nguyên mẫu ảo trên máy tính và sử dụng mô phỏng nguyên mẫu ảo để xác minh thiết kế, để đánh giá đầy đủ tính khả thi của thiết kế trong giai đoạn thiết kế. Có thể nói, việc thúc đẩy và sử dụng công nghệ máy tính trong thiết kế cơ khí đã và đang thay đổi quá trình thiết kế cơ khí, và những lợi thế của nó trong việc nâng cao chất lượng và hiệu quả thiết kế là rất khó dự đoán.
Trên đây giới thiệu ngắn gọn quy trình thiết kế của máy. Nói rộng ra, trong quá trình sản xuất máy, có thể sửa đổi thiết kế vì lý do quy trình bất cứ lúc nào. Nếu cần phải sửa đổi, thì phải tuân thủ một số quy trình phê duyệt nhất định (Ghi chú của biên tập viên: Thay đổi kỹ thuật, Kỹ thuật Chan
ge, EC). Sau khi máy rời khỏi nhà máy, các cuộc điều tra tiếp theo nên được thực hiện theo kế hoạch; Ngoài ra, người dùng cũng sẽ báo cáo các sự cố cho bộ phận sản xuất hoặc thiết kế trong quá trình sử dụng. Dựa trên những thông tin này, bộ phận thiết kế có thể sửa đổi hoặc thậm chí sửa sang lại thiết kế ban đầu sau khi phân tích. Những nhiệm vụ này, trong khi nói chung là một phần của quá trình thiết kế, là một cấp độ khác của vấn đề. Là một nhà thiết kế, người ta phải có ý thức trách nhiệm xã hội mạnh mẽ, mở rộng tầm nhìn về công việc của mình đến toàn bộ quá trình sản xuất, sử dụng và thậm chí loại bỏ, đồng thời cải tiến thiết kế nhiều lần, để liên tục cải thiện chất lượng của máy và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của sản xuất và đời sống.
mô tả sân khấu
(1) Giai đoạn lập kế hoạch
Sau khi các nhiệm vụ của dự án được ban hành, giai đoạn lập kế hoạch chỉ là giai đoạn chuẩn bị. Tại thời điểm này, chỉ có một ý tưởng mơ hồ về chiếc máy sẽ được thiết kế.
(2) Giai đoạn thiết kế đề án
Công đoạn này đóng vai trò then chốt quyết định sự thành bại của thiết kế. Ở giai đoạn này, nó cũng thể hiện đầy đủ các đặc điểm của nhiều giải pháp (phương án) trong công việc thiết kế.
Phân tích chức năng của máy là tiến hành phân tích toàn diện các yêu cầu, yêu cầu tối thiểu và yêu cầu dự kiến của các chức năng máy được đề xuất trong sổ nhiệm vụ thiết kế, nghĩa là liệu các chức năng này có thể được thực hiện hay không, liệu có mâu thuẫn giữa nhiều chức năng hay không, và liệu chúng có thể được thay thế cho nhau hay không. Cuối cùng, các tham số chức năng được xác định làm cơ sở cho thiết kế tiếp theo. Trong bước này, những xung đột có thể xảy ra giữa nhu cầu và khả năng, lý tưởng và thực tế, mục tiêu phát triển và mục tiêu hiện tại cần được xử lý đúng đắn.
Sau khi các tham số chức năng được xác định, các giải pháp khả thi có thể được đề xuất, nghĩa là các giải pháp khả thi có thể được đề xuất. Khi tìm kiếm một giải pháp, nó có thể được thảo luận riêng theo phần lái xe, phần truyền tải và phần thực hiện. Thông thường hơn là bắt đầu thảo luận với phần hoạt động trước.
Khi thảo luận về phần thực hiện của máy, trước tiên là về việc lựa chọn nguyên tắc làm việc (lưu ý của người biên tập: tức là phương pháp thực hiện). Ví dụ, khi thiết kế máy sản xuất vít, nguyên tắc làm việc của nó có thể là phương pháp tiện ren bằng dụng cụ tiện trên phôi hình trụ hoặc phương pháp lăn ren bằng khuôn lăn trên phôi hình trụ. Điều này trình bày hai nguyên tắc hoạt động khác nhau. Các nguyên tắc làm việc là khác nhau, và tất nhiên các máy được thiết kế sẽ khác nhau về cơ bản. Đặc biệt, cần nhấn mạnh rằng các nguyên tắc làm việc mới phải được tiếp tục nghiên cứu và phát triển. Đây là một cách quan trọng để thiết kế phát triển công nghệ.
4
các bước thiết kế
Trước khi thiết kế bắt đầu, các nhiệm vụ thiết kế được xây dựng.
Khi nhiệm vụ thiết kế phức tạp hơn, thiết kế ba giai đoạn thường được áp dụng, cụ thể là thiết kế sơ bộ, thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công; khi nhiệm vụ tương đối đơn giản, chẳng hạn như thiết kế mới của máy móc đơn giản, thiết kế kế thừa hoặc thiết kế biến thể của máy móc thông thường, thiết kế sẽ được thiết kế theo chiều sâu của thiết kế kỹ thuật ngay từ đầu và thiết kế bản vẽ làm việc sẽ được thực hiện sau đó xem xét, sửa đổi và phê duyệt, trở thành một thiết kế hai giai đoạn.
Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ của thiết kế ba giai đoạn, các bước thiết kế chính là: xác định nguyên lý làm việc và loại kết cấu cơ bản, thiết kế chuyển động, thiết kế các bộ phận và bộ phận chính, vẽ bản vẽ tổng thể sơ bộ và xem xét thiết kế sơ bộ.
Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, các bước chính là: sửa đổi thiết kế theo ý kiến phản biện, thiết kế tất cả các bộ phận và cấu kiện, vẽ bản vẽ tổng thể mới và thẩm định thiết kế kỹ thuật.
Trong giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công, chỉnh sửa thiết kế theo các ý kiến phản biện, vẽ tất cả các bản vẽ thi công và lập tất cả các tài liệu kỹ thuật. Đối với các sản phẩm sản xuất hàng loạt hoặc hàng loạt, thiết kế cuối cùng cũng được yêu cầu.
Trong mỗi bước của thiết kế, có thể thấy rằng một số quyết định trong các bước trước là không hợp lý, điều này đòi hỏi phải quay lại bước trước, sửa đổi các quyết định không hợp lý và thực hiện lại công việc thiết kế tiếp theo.
(1) Lập nhiệm vụ thiết kế
Đây là công việc sơ bộ của thiết kế. Nhiệm vụ thiết kế dựa trên đơn đặt hàng của người sử dụng, nhu cầu của thị trường và kết quả nghiên cứu khoa học mới. Bộ phận thiết kế sử dụng nhiều công nghệ và thông tin thị trường khác nhau, đưa ra các kế hoạch khả thi, so sánh ưu và nhược điểm của chúng, thảo luận với bộ phận kinh doanh và người dùng, đồng thời xây dựng các mục tiêu nhiệm vụ thiết kế hợp lý. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các thiết kế mới. Những sai lầm trong mục tiêu nhiệm vụ sẽ dẫn đến thiệt hại kinh tế nghiêm trọng và thậm chí là thất bại hoàn toàn.
(2) Xác định nguyên lý làm việc và dạng kết cấu cơ bản
Nếu nhiệm vụ thiết kế không được xác định rõ ràng, bước đầu tiên trong thiết kế là xác định kế hoạch tổng thể, nghĩa là xác định nguyên tắc làm việc sẽ được áp dụng và loại kết cấu tương ứng.
Ví dụ, để thiết kế động cơ diesel hàng hải công suất cao, trước tiên cần xác định xem nên sử dụng động cơ diesel hai thì, tác động kép, thanh trượt, tốc độ thấp hay động cơ diesel bốn thì, tác động đơn, tốc độ trung bình. -Động cơ diesel tốc độ.
Một ví dụ khác là máy nghiền được thiết kế để nghiền đá thô. Đầu tiên, phải xác định xem nên sử dụng máy nghiền hàm hoặc máy nghiền con quay với tác dụng ép đùn và uốn làm tác động nghiền chính, hay máy nghiền tác động một rô-to hoặc hai rô-to với tác động chính là tác động.
(3) Thiết kế chuyển động
Sau khi kế hoạch tổng thể của thiết kế được xác định, cần phải sử dụng kiến thức về cơ chế để chọn cơ chế thích hợp để có được kế hoạch chuyển động cần thiết. Máy nghiền hàm nói trên dựa vào chuyển động của hàm di động để nghiền đá đi vào khoang nghiền bằng cách ép, uốn và tách, trong khi chuyển động của hàm di động có thể là chuyển động đơn giản của cơ chế chuyển đổi kép hoặc chuyển động phức tạp. của một cơ chế chuyển đổi duy nhất. Trong các thiết kế mới, có thể cần phải tổng hợp một cơ chế mới để có được sơ đồ chuyển động cần thiết, đây thường là một nhiệm vụ khó khăn. Do đó, các nhà thiết kế thường cố gắng áp dụng các sơ đồ chuyển động được đề xuất bởi các cơ chế hiện có và trưởng thành.
(4) Thiết kế kết cấu và bản vẽ tổng thể sơ bộ
Sau khi thiết kế chuyển động, nhà thiết kế bắt đầu thiết kế kết cấu, tính toán lực, cường độ, hình dạng, kích thước và trọng lượng của các bộ phận chính của máy và vẽ các bản phác thảo của các bộ phận và bộ phận chính. Tại thời điểm này, nếu thấy rằng cấu trúc được chọn ban đầu là không khả thi, cấu trúc đó phải được điều chỉnh hoặc sửa đổi. Cũng nên xem xét khả năng quá nhiệt, mài mòn hoặc rung động quá mức.
Ở bước này, người thiết kế sẽ tìm ra sự mâu thuẫn về hình dạng, kích thước, tỷ lệ,… của từng bộ phận bằng cách vẽ phác thảo. Để củng cố hoặc cải thiện một khía cạnh có thể làm suy yếu hoặc làm xấu đi một khía cạnh khác. Lúc này cần cân nhắc tầm quan trọng và phối hợp để đạt hiệu quả toàn diện tốt nhất. (Ghi chú của biên tập viên: Bản chất của thiết kế là quá trình liên tục cân nhắc các lựa chọn). Sau khi bản phác thảo đã được chỉnh sửa nhiều lần và bước đầu được coi là đạt yêu cầu, bản vẽ tổng thể sơ bộ và chi phí ước tính (ước tính chi phí) có thể được rút ra. Bản vẽ tổng thể sơ bộ được vẽ theo đúng tỷ lệ, chọn đủ các hình chiếu và mặt cắt.
(5) Đánh giá sơ bộ
Sau khi vẽ xong bản vẽ tổng thể sơ bộ, cần mời những người có kinh nghiệm thiết kế, chế tạo và sử dụng loại máy móc này, cũng như đại diện của người sử dụng hoặc đơn vị thiết kế được ủy thác để tiến hành thẩm định sơ bộ. Nếu kết quả xem xét chỉ ra rằng thiết kế không phù hợp (chẳng hạn như trọng lượng và khối lượng quá lớn, chi phí quá cao, nghi ngờ về độ tin cậy của kết cấu, v.v.), thiết kế chuyển động phải được thiết kế lại hoặc thậm chí thay thế bằng thiết kế khác. nguyên lý làm việc và các dạng kết cấu cơ bản. Trong hầu hết các trường hợp, một số cải tiến đối với thiết kế được thực hiện.
(6) Thiết kế kỹ thuật
Theo ý kiến đánh giá sơ bộ, thiết kế được sửa đổi và tất cả các bộ phận và bản vẽ lắp ráp được vẽ. Tiến hành phân tích ứng suất chính xác trên các bộ phận và bộ phận chính, sửa hình dạng, kích thước và các chi tiết khác của các bộ phận theo kết quả phân tích, đồng thời chỉ định vật liệu và xử lý nhiệt. Xác định độ chính xác gia công của các bộ phận và điều kiện lắp ráp của các bộ phận và cụm lắp ráp cuối cùng. Thiết kế bôi trơn hoàn chỉnh, thiết kế điện (truyền động và điều khiển). Bản vẽ chung được vẽ lại, và một số máy móc quan trọng và sản xuất hàng loạt đôi khi phải làm mô hình. Gửi thiết kế kỹ thuật đã hoàn thành để xem xét lần thứ hai.
(7) Vẽ sơ đồ làm việc
các
Sau khi sửa đổi lần cuối theo ý kiến của lần xem xét thứ hai, có thể vẽ các bản vẽ bộ phận chính thức, bản vẽ lắp ráp bộ phận và bản vẽ lắp ráp chung, đồng thời có thể chuẩn bị các tài liệu kỹ thuật như danh sách bộ phận, danh sách các bộ phận dễ bị tổn thương và hướng dẫn sử dụng. Người phụ trách thiết kế cần chú ý phối hợp kích thước giữa các bộ phận, kiểm tra dung sai độ khớp giữa các bộ phận ghép nối, xem xét độ bền và độ cứng của một số bộ phận.
Sau khi hoàn thành bản vẽ bộ phận, công việc kiểm tra bản vẽ được bắt đầu, đây là một công việc rất quan trọng. Các bản vẽ được đọc cẩn thận có thể đảm bảo quá trình lắp ráp diễn ra suôn sẻ sau khi xử lý. Phương pháp hiệu đính đáng tin cậy nhất là vẽ lại bản vẽ lắp ráp tổng thể dựa trên bản vẽ các bộ phận đã vẽ (lưu ý của biên tập viên: vẽ các bộ phận được thiết kế trong máy tính theo phương pháp kết nối lắp ráp để vẽ lại tổng thể), và tất cả các mâu thuẫn sẽ được hiển thị.
Hai nhiệm vụ cần được thực hiện trong khi vẽ bản vẽ bộ phận: một là xem xét kỹ thuật để làm cho các bộ phận dễ gia công và giảm chi phí sản xuất; khác là xem xét tiêu chuẩn để làm cho các yếu tố kết cấu, kích thước, dung sai phù hợp, điều kiện kỹ thuật xử lý nhiệt, tiêu chuẩn và các bộ phận chung của các bộ phận đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn.
(8) Sản xuất thử nghiệm và hoàn thiện thiết kế
Đối với sản xuất máy móc đơn chiếc hoặc hàng loạt nhỏ, các bản vẽ thiết kế đã hoàn thành qua các bước trên có thể được đưa vào sản xuất chính thức. Đối với máy sản xuất hàng loạt, số lượng lớn phải sản xuất thử mẫu trước khi sản xuất chính thức, đồng thời phải tiến hành kiểm tra, thẩm định chức năng. Sau khi thông qua sẽ tiến hành sản xuất thử hàng loạt theo quy trình sản xuất hàng loạt. Các vấn đề phát sinh trong quá trình sản xuất thử nghiệm hàng loạt có thể yêu cầu sửa đổi thiết kế tương ứng trước khi nó có thể trở thành một thiết kế hoàn thiện có thể được sử dụng trong sản xuất chính thức.
5
Các ràng buộc (tiêu chí thiết kế)
Thiết kế của các bộ phận cơ khí có nhiều ràng buộc và tiêu chí thiết kế là những ràng buộc mà thiết kế phải đáp ứng.
(1) Tiêu chí hiệu suất kỹ thuật
Hiệu suất kỹ thuật bao gồm tất cả hiệu suất kể cả chức năng sản phẩm, điều kiện sản xuất và vận hành, đồng thời đề cập đến cả hiệu suất tĩnh và hiệu suất động. Ví dụ: công suất, hiệu quả, tuổi thọ, độ bền, độ cứng, khả năng chống ma sát, hiệu suất mài mòn, độ ổn định rung và các đặc tính nhiệt mà sản phẩm có thể truyền tải.
Tiêu chí hiệu suất kỹ thuật có nghĩa là hiệu suất kỹ thuật có liên quan phải đáp ứng các yêu cầu quy định. Ví dụ, rung động sẽ tạo ra tải trọng động bổ sung và ứng suất thay đổi, đặc biệt là khi tần số của nó gần với tần số tự nhiên của hệ thống cơ khí hoặc các bộ phận, cộng hưởng sẽ xảy ra và biên độ sẽ tăng mạnh, có thể dẫn đến hư hỏng nhanh chóng cho các bộ phận hoặc thậm chí toàn bộ hệ thống. Tiêu chí ổn định rung là giới hạn các thông số rung có liên quan của hệ thống cơ khí hoặc các bộ phận, chẳng hạn như tần số tự nhiên, biên độ, tiếng ồn, v.v., trong phạm vi cho phép đã chỉ định. Một ví dụ khác là nhiệt sinh ra khi máy hoạt động có thể gây ra ứng suất nhiệt, biến dạng nhiệt và thậm chí là hư hỏng do nhiệt. Tiêu chí của các đặc tính nhiệt là giới hạn các thông số nhiệt liên quan khác nhau (chẳng hạn như ứng suất nhiệt, biến dạng nhiệt, tăng nhiệt độ, v.v.) trong phạm vi quy định.
(2) Tiêu chí chuẩn hóa
Các tiêu chuẩn chính liên quan đến thiết kế sản phẩm cơ khí đại khái như sau:
Chuẩn hóa khái niệm: các thuật ngữ, ký hiệu, đơn vị đo lường,… tham gia vào quá trình thiết kế phải đạt chuẩn;
Tiêu chuẩn hóa hình thức vật lý: Hình thức cấu trúc, kích thước, hiệu suất, v.v. của các bộ phận, nguyên liệu thô, thiết bị và nguồn năng lượng nên được lựa chọn theo các quy định thống nhất.
Tiêu chuẩn hóa phương pháp: phương pháp vận hành, phương pháp đo lường, phương pháp kiểm tra, v.v. phải được thực hiện theo các quy định tương ứng.
Tiêu chí chuẩn hóa có nghĩa là tất cả các hành vi trong toàn bộ quá trình thiết kế phải đáp ứng các yêu cầu chuẩn hóa nêu trên. Các tiêu chuẩn được công bố liên quan đến thiết kế các bộ phận cơ khí có thể được chia thành ba cấp độ: tiêu chuẩn quốc gia, tiêu chuẩn ngành và tiêu chuẩn doanh nghiệp về phạm vi áp dụng. Về mặt bắt buộc sử dụng, nó có thể được chia thành bắt buộc và khuyến nghị.
(3) Tiêu chí độ tin cậy
Độ tin cậy: Xác suất mà một sản phẩm hoặc thành phần có thể hoàn thành chức năng được chỉ định trong vòng đời dự kiến trong các điều kiện sử dụng được chỉ định. Tiêu chí độ tin cậy có nghĩa là sản phẩm, thành phần hoặc bộ phận được thiết kế phải đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy đã chỉ định.
(4) Nguyên tắc bảo mật
An toàn máy bao gồm:
An toàn bộ phận: đề cập đến thực tế là các bộ phận không xảy ra gãy xương, biến dạng quá mức, hao mòn quá mức và mất ổn định dưới tải trọng bên ngoài quy định và trong thời gian quy định.
Sự an toàn của toàn bộ máy: đề cập đến yêu cầu máy đảm bảo rằng sẽ không có lỗi trong các điều kiện được chỉ định và các chức năng chung có thể được thực hiện bình thường.
An toàn lao động: đề cập đến việc bảo vệ người vận hành, đảm bảo an toàn cá nhân và sức khỏe thể chất và tinh thần, v.v.
An toàn môi trường: đề cập đến việc không gây ô nhiễm và gây hại cho môi trường và những người xung quanh máy.
6
phương pháp thiết kế
Mục đích của phương pháp thiết kế là nâng cao tư duy thiết kế thành một quy trình hợp lý, để thiết kế có thể được thực hiện theo một logic nhất định, để nhiều nhà thiết kế có thể tạo ra những thiết kế tốt. Nó thường bao gồm các nội dung sau:
(1) Chia các giai đoạn thiết kế thành các bước rất nhỏ, biến mỗi giai đoạn thành một hoạt động tư duy với các quy tắc và bằng chứng để tuân theo.
(2) Lưu trữ các thiết kế thành công hoặc tốt và thiết lập cơ sở dữ liệu thiết kế để tham khảo hoặc áp dụng cho các thiết kế trong tương lai.
(3) Giới thiệu khái niệm và phương pháp kỹ thuật giá trị trong công việc thiết kế, đồng thời cân bằng chức năng và chi phí của mâu thuẫn trong thiết kế để đạt được hiệu quả sử dụng tốt.
(4) Sử dụng kiến thức của các ngành mới nổi như ma sát, rung động, cơ học đứt gãy, phương pháp phần tử hữu hạn, thiết kế độ tin cậy, thiết kế tối ưu hóa, kỹ thuật hệ thống và công thái học trong thiết kế để cải thiện tính chất khoa học của thiết kế và giảm sự mù quáng.
(5) Mở rộng phạm vi công việc thiết kế, mở rộng về dự báo thị trường và lùi về dịch vụ hậu mãi.
(6) Sử dụng máy tính hỗ trợ thiết kế để giảm lao động thiết kế, cải thiện tốc độ thiết kế và chất lượng thiết kế.
7
quan điểm
Trong tương lai, thiết kế cơ khí sẽ thâm nhập vào các ngành công nghiệp như sản xuất chất bán dẫn, kỹ thuật sinh học, công nghệ nano và người máy. Trong khi đóng góp cho sự phát triển xã hội, nó sẽ tiếp tục cải thiện bản thân và đổi mới hơn nữa lý thuyết của mình.
(1) Tiếp tục thực hiện hệ thống hóa
Nghĩa là, bắt đầu từ quan điểm hệ thống, sản phẩm cơ khí được coi là một hệ thống hoặc một tổng thể, dựa vào công nghệ máy tính để nhận ra sự phối hợp giữa con người, máy móc và môi trường. Cụ thể, nó phân tách toàn bộ hệ thống thành nhiều hệ thống con, áp dụng nhiều lý thuyết và phương pháp thiết kế hiện đại khác nhau, đồng thời theo đuổi mục tiêu tối ưu hóa hệ thống để phối hợp thiết kế và kết hợp của từng hệ thống con.
(2) Đào sâu thiết kế thông minh
Với sự tiến bộ và phát triển của khoa học và công nghệ, ngày càng có nhiều yếu tố trí tuệ cần được xem xét trong thiết kế. Một lượng lớn nội dung thiết kế có thể được mô tả bằng cách thiết lập các mô hình để mô tả hành vi của các điều kiện làm việc khác nhau của các sản phẩm cơ khí và việc giải quyết các mô hình có thể dự đoán hiệu suất của sản phẩm, tính hợp lý và tối ưu của thiết kế. Ví dụ, các hệ thống ra quyết định thông minh để đánh giá hiệu suất xe khác nhau, hệ thống chuyên gia thiết kế hộp số và hệ thống chẩn đoán lỗi đã được áp dụng trong quá trình phát triển và thiết kế xe mới.
(3) Quan tâm nhiều hơn đến tư duy xanh
Công nghệ thiết kế xanh là công nghệ thiết kế sản phẩm trong vòng đời của chúng theo yêu cầu bảo vệ môi trường, sử dụng tài nguyên cao nhất và tiêu thụ năng lượng thấp nhất. Các nhà thiết kế được yêu cầu xem xét các thuộc tính môi trường và các thuộc tính cơ bản của sản phẩm trong toàn bộ chu trình, đồng thời luôn thiết kế các thiết kế của họ dựa trên sức khỏe thể chất và tinh thần của con người cũng như bảo vệ môi trường. Đồng thời, các sản phẩm được thiết kế được yêu cầu phải có thể tái chế và gây ra thiệt hại tối thiểu cho môi trường.
8
phương pháp thiết kế hiện đại
1. Chuyên nghiệp và hiện đại
Phần mềm máy tính do thiết kế cơ khí và các chuyên gia máy tính cùng phát triển có thể phản ánh và mô tả các cơ chế hư hỏng, hỏng hóc và phá hủy khác nhau của các sản phẩm cơ khí trong điều kiện làm việc thực tế. Nó có thể phân tích và tính toán định lượng hành vi động của các bộ phận cơ khí và máy móc, đồng thời tạo thành một chương trình thiết kế cố định. Đây là một phương pháp thiết kế hiện đại chuyên nghiệp, chẳng hạn như phân tích và thiết kế rung động, thiết kế ma sát, thiết kế truyền nhiệt nhiệt động lực học, thiết kế độ bền, độ cứng, phân tích trường nhiệt độ, v.v. Các phần mềm này đều được phát triển trên cơ sở phương pháp thiết kế truyền thống và sử dụng công nghệ máy tính . Ví dụ: sử dụng phần mềm Pro/M để phân tích các đặc tính động học của thiết bị cơ khí và sử dụng phần mềm ANSYS để phân tích ứng suất là những ví dụ điển hình về vấn đề này, tạo cơ sở cho việc đánh giá chính xác độ tin cậy của thiết bị và lựa chọn các thông số thiết kế.
2. Phổ cập hiện đại
Để đáp ứng các yêu cầu cao về hiệu suất của sản phẩm cơ khí, công nghệ máy tính được sử dụng rộng rãi trong thiết kế cơ khí để hỗ trợ thiết kế và phân tích hệ thống, đây là một phương pháp thiết kế hiện đại phổ biến. Các phương pháp phổ biến bao gồm tối ưu hóa, phần tử hữu hạn, độ tin cậy, mô phỏng, hệ thống chuyên gia và CAD. Các phương pháp này không chỉ phục vụ cho việc nghiên cứu các sản phẩm cơ khí mà còn có các lý thuyết và phương pháp khoa học riêng.
1) Thiết kế tối ưu
Thiết kế tối ưu hóa cơ khí là việc cấy ghép và ứng dụng công nghệ tối ưu hóa vào lĩnh vực thiết kế cơ khí. Ý tưởng cơ bản của nó dựa trên lý thuyết về thiết kế cơ học.
