Os produtos mecânicos são usados em todas as esferas da vida, e o conteúdo e os requisitos do projeto estrutural variam amplamente. No entanto, o projeto de estruturas mecânicas em diversas indústrias ainda possui as mesmas partes comuns.
O resultado final do projeto mecânico se expressa em uma determinada forma estrutural, que é processada e montada de acordo com a estrutura projetada para a fabricação do produto final.
Portanto, o projeto da estrutura mecânica deve atender aos requisitos multifacetados do produto. Os requisitos básicos incluem função, confiabilidade, habilidade, economia e aparência.
Além disso, a tensão das peças deve ser melhorada para aumentar a resistência, rigidez, precisão e vida útil.
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Portanto, o projeto de estrutura mecânica é um trabalho técnico abrangente.
Se o projeto estrutural estiver errado ou irracional, poderá causar falha indevida de peças e componentes, fazendo com que a máquina não atenda aos requisitos de precisão do projeto, causando grandes transtornos à montagem e manutenção.
Os oito critérios de projeto estrutural a seguir devem ser considerados durante o processo de projeto da estrutura mecânica.
01Diretrizes de design para alcançar as funções esperadas
O principal objetivo do projeto de produto é atingir requisitos funcionais predeterminados; portanto, os critérios de projeto para atingir as funções esperadas são a primeira consideração no projeto estrutural.
Para atender aos requisitos funcionais, o seguinte deve ser feito:
(1) Esclareça a função: O projeto estrutural consiste em determinar o tamanho do parâmetro e a forma estrutural com base em sua função na máquina e em sua relação de conexão com outras peças.
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As principais funções das peças são suportar cargas, transmitir movimento e potência e garantir ou manter a posição relativa ou trajetória de movimento entre peças ou componentes relacionados.
A estrutura projetada deve ser capaz de atender aos requisitos funcionais da máquina como um todo.
(2) Alocação razoável de funções: Ao projetar produtos, de acordo com circunstâncias específicas, geralmente é necessário alocar tarefas razoavelmente, ou seja, decompor uma função em múltiplas subfunções.
Cada subfunção deve ter uma certa responsabilidade estrutural e deve haver uma ligação razoável e coordenada entre as várias partes da estrutura para alcançar a realização da função global.
Múltiplas peças estruturais com a mesma função podem reduzir a carga sobre as peças e prolongar sua vida útil.
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A estrutura da seção da correia em V é um exemplo de distribuição racional de tarefas.
A corda de fibra é usada para suportar a força de tração; a camada de enchimento de borracha suporta a tensão e a compressão quando a correia é dobrada; a camada de tecido interage com a ranhura da polia para gerar o atrito necessário para a transmissão.
Por exemplo, se você confiar apenas no atrito gerado pela pré-tensão do parafuso para suportar a carga lateral, o tamanho do parafuso será muito grande. Elementos resistentes ao cisalhamento, como pinos, luvas e chavetas, podem ser adicionados para compartilhar a carga lateral para resolver esse problema. .
(3) Concentração de funções: Para simplificar a estrutura dos produtos mecânicos, reduzir custos de processamento e facilitar a instalação, em alguns casos, uma peça ou componente pode assumir múltiplas funções.
A concentração de funções tornará o formato das peças mais complexo, mas deve ser feito de forma moderada, caso contrário afetará a tecnologia de processamento e aumentará os custos de processamento. O design deve ser baseado na situação específica.
02Critérios de projeto para atender aos requisitos de resistência
(1) Critério de resistência igual: As alterações nas dimensões da seção transversal das peças devem ser adaptadas às alterações nas tensões internas para que a resistência de cada seção transversal seja igual.
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Com uma estrutura projetada segundo o princípio da igualdade de resistência, os materiais podem ser totalmente aproveitados, reduzindo peso e custo. Como o design de suportes cantilever e eixos escalonados, etc.
(2) Estrutura de fluxo de força razoável: Para expressar intuitivamente o estado de como a força é transmitida em componentes mecânicos, a força é considerada como a água fluindo no componente, e essas linhas de força convergem para o fluxo de força.
Representar o fluxo desta força desempenha um papel importante nas investigações de projetos estruturais.
O fluxo de força não será interrompido no componente e qualquer linha de força não desaparecerá repentinamente. Deve ser transmitido de um lugar para outro.
Outra característica do fluxo de força é que ele tende a ser transmitido ao longo da rota mais curta, de modo que o fluxo de força é denso próximo à rota mais curta, formando uma zona de alta tensão.
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O fluxo de força em outras partes é escasso ou mesmo inexistente. Do ponto de vista do estresse, o material não é totalmente utilizado.
Portanto, a fim de melhorar a rigidez do componente, a forma da peça deve ser projetada de acordo com o caminho mais curto do fluxo de força, tanto quanto possível para reduzir a área de suporte de carga, de modo que a deformação cumulativa seja menor, a rigidez de todo o componente é melhorado e o material é totalmente utilizado.
(3) Reduza a estrutura de concentração de tensão: Quando a direção do fluxo de força muda bruscamente, o fluxo de força será muito denso no ponto de viragem, causando concentração de tensão. No projeto, medidas estruturais devem ser tomadas para fazer com que o fluxo de força gire suavemente.
A concentração de tensão é um fator importante que afeta a resistência à fadiga das peças.
Durante o projeto estrutural, a concentração de tensões deve ser evitada ou reduzida tanto quanto possível.
Os métodos serão introduzidos nos capítulos correspondentes, como aumento de filetes excessivos, adoção de estruturas de descarga, etc.
(4) Equilibre a estrutura de carga: Quando a máquina está funcionando, algumas forças inúteis são frequentemente geradas, como força inercial, força axial da engrenagem helicoidal, etc. reduzir sua precisão e vida útil. , e também reduz a eficiência de transmissão da máquina.
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O chamado balanceamento de carga refere-se à tomada de medidas estruturais para equilibrar parcial ou totalmente a carga sem forçar para reduzir ou eliminar seus efeitos adversos.
Estas medidas estruturais adotam principalmente elementos equilibrados, arranjos simétricos, etc.
03Atender aos critérios de projeto para rigidez estrutural
Para garantir que as peças possam desempenhar adequadamente as suas funções durante a sua vida útil, elas devem ter rigidez suficiente.
04Considere critérios de projeto para tecnologia de processamento
O principal objetivo do projeto estrutural de peças mecânicas é garantir a realização das funções e permitir que o produto atinja o desempenho exigido.
No entanto, os resultados do projeto estrutural têm um impacto que não pode ser subestimado no custo de produção e na qualidade das peças do produto.
Portanto, no projeto estrutural, devemos nos esforçar para garantir que o produto possua uma boa tecnologia de processamento.
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A chamada boa tecnologia de processamento significa que a estrutura das peças é fácil de processar e fabricar. Qualquer método de processamento pode não ser capaz de fabricar peças com determinadas estruturas, ou o custo de produção será alto, ou a qualidade será afetada.
Portanto, é muito importante que os projetistas compreendam as características de um método de processamento para que possam maximizar seus pontos fortes e evitar pontos fracos ao projetar a estrutura.
Na prática, a capacidade de fabricação estrutural das peças é restringida por muitos fatores. Por exemplo, o tamanho do lote de produção afetará o método de geração dos espaços em branco; as condições do equipamento de produção podem limitar o tamanho da peça; além disso, aspectos como forma, precisão, tratamento térmico e custo são afetados. Pode ter um efeito restritivo no acabamento da estrutura do componente.
Portanto, o impacto dos fatores acima na processabilidade deve ser totalmente considerado no projeto estrutural.
05Considere as diretrizes de projeto para montagem
A montagem é um processo importante no processo de fabricação do produto. A estrutura das peças tem impacto direto na qualidade e no custo da montagem.
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As diretrizes de projeto estrutural para montagem estão resumidas abaixo:
(1) Divisão razoável de unidades de montagem: A máquina inteira deve poder ser decomposta em várias unidades (componentes ou conjuntos) que podem ser montadas individualmente para alcançar operações de montagem paralelas e especializadas, encurtar o ciclo de montagem e facilitar nível por - nível de inspeção técnica e manutenção.
(2) Certifique-se de que as peças estejam instaladas corretamente: garanta o posicionamento preciso das peças, evite coordenação dupla e evite erros de montagem.
(3) Facilite a montagem e desmontagem das peças: No projeto estrutural, deve ser garantido espaço de montagem suficiente, como espaço para chaves; evite ajustes excessivamente longos para evitar aumentar a dificuldade de montagem e causar arranhões nas superfícies de contato, como no desenho de alguns eixos escalonados; para Para facilitar a desmontagem das peças, deve ser informado o local das ferramentas de desmontagem, como a desmontagem dos rolamentos.
06Considere critérios de projeto para manutenção e reparos
(1) A configuração do produto deve ser organizada de acordo com sua taxa de falhas, facilidade de manutenção, tamanho e qualidade e características de instalação. Todas as peças e componentes que necessitam de reparação devem ter boa acessibilidade; a taxa de falhas As peças mais altas que requerem manutenção frequente e interruptores de emergência devem fornecer acessibilidade ideal.
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(2) A desmontagem e montagem do produto, especialmente peças de desgaste, peças frequentemente desmontadas e equipamentos adicionais, devem ser simples. A rota de entrada e saída das peças durante a desmontagem e montagem deve ser uma linha reta ou uma curva suave.
(3) Os pontos de inspeção de produtos, pontos de teste e outros pontos de manutenção do sistema devem ser dispostos em locais de fácil acesso.
(4) Os produtos que requerem manutenção e desmontagem devem ter espaço operacional suficiente ao seu redor.
(5) As operações internas geralmente devem ser visíveis durante a manutenção. Além de poder acomodar as mãos ou braços do pessoal de manutenção, a passagem também deve deixar um espaço adequado para observação.
07Considere as diretrizes para design de estilo
O design do produto não deve apenas atender aos requisitos funcionais, mas também considerar o valor estético do formato do produto para torná-lo atraente para as pessoas.
Do ponto de vista psicológico, 60% das decisões das pessoas dependem das primeiras impressões.
Os atributos sociais dos produtos técnicos são mercadorias. Na era do mercado comprador, projetar uma aparência para o produto que possa atrair clientes é um requisito importante de design; ao mesmo tempo, produtos bonitos podem reduzir operações incorretas causadas pela fadiga dos operadores.
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O design de aparência inclui três aspectos: forma, cor e tratamento de superfície.
Ao considerar o estilo, deve-se prestar atenção às proporções de tamanho coordenadas, às formas simples e unificadas e ao suporte e embelezamento de cores e padrões.
As cores sólidas são usadas apenas para widgets pequenos.
Componentes grandes, especialmente móveis, parecerão monótonos e sem camadas se apenas uma cor for usada. Um pequeno bloco de cores adicional irá animar todo o tom.
Quando várias cores coexistem, deve haver uma cor de fundo dominante, e a cor correspondente à cor de fundo é chamada de cor contrastante.
Mas num produto, o número de tons diferentes não deve ser demasiado. Muitas cores darão às pessoas uma sensação chamativa.
As cores confortáveis variam do amarelo claro, amarelo esverdeado ao marrom.
Essa tendência está ficando mais quente, o amarelo e o verde costumam parecer desconfortáveis; tons fortes de cinza parecem deprimentes.
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Para ambientes frios utilize cores quentes como amarelo, laranja e vermelho.
Para ambientes quentes use cores frias como o azul claro.
Todas as cores devem ser atenuadas.
Além disso, certas configurações de cores podem fazer com que o produto pareça seguro e estável. Planos com pequenas alterações de forma e grandes áreas devem ser dispostos em cores claras, enquanto componentes com contornos móveis e ativos devem ser dispostos em cores escuras; as cores escuras devem ser colocadas na parte inferior da máquina e as cores claras na parte superior.
08Diretrizes de design que consideram o custo
As operações de produto e manutenção devem ser simplificadas durante o projeto:
(1) Ao projetar, analisar e pesar funções do produto, mesclar funções idênticas ou semelhantes e eliminar funções desnecessárias para simplificar as operações do produto e de manutenção.
(2) Ao projetar, a estrutura deve ser simples, o número de níveis de produto e unidades de componentes deve ser reduzido tanto quanto possível e a forma das peças deve ser simplificada, atendendo aos requisitos funcionais especificados.
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(3) Os produtos devem ser projetados com mecanismos de ajuste simples e confiáveis, tanto quanto possível, para eliminar falhas comuns causadas por desgaste ou desvio.
Peças valiosas que são propensas ao desgaste local devem ser projetadas como conjuntos ajustáveis ou destacáveis para facilitar a substituição ou reparo local. Evite ou reduza ajustes repetidos que envolvam uns aos outros.
(4) Organize razoavelmente as posições de cada componente, reduza o número de peças de conexão e fixação e torne as operações de manutenção, como inspeção e substituição de peças, simples e convenientes. Ao reparar qualquer peça, tente garantir que não haja desmontagem, nenhum movimento ou menos desmontagem. Mova menos outras peças para reduzir os requisitos de nível de habilidade e a carga de trabalho do pessoal de manutenção.
