تُستخدم المنتجات الميكانيكية في جميع مناحي الحياة، ويختلف محتوى ومتطلبات التصميم الهيكلي بشكل كبير. ومع ذلك، فإن تصميم الهياكل الميكانيكية في مختلف الصناعات لا يزال لديه نفس الأجزاء المشتركة.
يتم التعبير عن النتيجة النهائية للتصميم الميكانيكي بشكل هيكلي معين، يتم معالجته وتجميعه حسب الهيكل المصمم لتصنيع المنتج النهائي.
لذلك، يجب أن يلبي تصميم الهيكل الميكانيكي المتطلبات المتعددة الأوجه للمنتج. تشمل المتطلبات الأساسية الوظيفة والموثوقية والحرفية والاقتصاد والمظهر.
بالإضافة إلى ذلك، ينبغي تحسين إجهاد الأجزاء لزيادة القوة والصلابة والدقة والعمر.
صورة
ولذلك، فإن تصميم الهيكل الميكانيكي هو عمل فني شامل.
إذا كان التصميم الهيكلي خاطئًا أو غير معقول، فقد يتسبب ذلك في فشل غير مبرر للأجزاء والمكونات، مما يتسبب في فشل الماكينة في تلبية متطلبات دقة التصميم، مما يسبب إزعاجًا كبيرًا للتجميع والصيانة.
ينبغي مراعاة معايير التصميم الهيكلي الثمانية التالية أثناء عملية تصميم الهيكل الميكانيكي.
01 إرشادات التصميم لتحقيق الوظائف المتوقعة
الغرض الرئيسي من تصميم المنتج هو تحقيق المتطلبات الوظيفية المحددة مسبقًا، وبالتالي فإن معايير التصميم لتحقيق الوظائف المتوقعة هي الاعتبار الأول في التصميم الهيكلي.
لتلبية المتطلبات الوظيفية يجب القيام بما يلي:
(1) توضيح الوظيفة: التصميم الهيكلي هو تحديد حجم المعلمة والشكل الهيكلي بناءً على وظيفتها في الآلة وعلاقة اتصالها بالأجزاء الأخرى.
صورة
تتمثل الوظائف الرئيسية للأجزاء في تحمل الأحمال، ونقل الحركة والطاقة، وضمان أو الحفاظ على الموضع النسبي أو مسار الحركة بين الأجزاء أو المكونات ذات الصلة.
يجب أن يكون الهيكل المصمم قادرًا على تلبية المتطلبات الوظيفية للآلة ككل.
(2) التوزيع المعقول للوظائف: عند تصميم المنتجات، وفقًا لظروف محددة، عادة ما يكون من الضروري تخصيص المهام بشكل معقول، أي تحليل الوظيفة إلى وظائف فرعية متعددة.
يجب أن يكون لكل وظيفة فرعية مسؤولية هيكلية معينة، ويجب أن يكون هناك اتصال معقول ومنسق بين الأجزاء المختلفة للهيكل لتحقيق الوظيفة الشاملة.
يمكن للأجزاء الهيكلية المتعددة التي تحمل نفس الوظيفة أن تقلل العبء على الأجزاء وتطيل عمر الخدمة.
صورة
يعد هيكل قسم الحزام V مثالاً على التوزيع العقلاني للمهام.
يتم استخدام حبل الألياف لتحمل قوة الشد. طبقة الحشو المطاطية تتحمل الشد والضغط عند ثني الحزام؛ تتفاعل طبقة القماش مع أخدود البكرة لتوليد الاحتكاك المطلوب لنقل الحركة.
على سبيل المثال، إذا كنت تعتمد فقط على الاحتكاك الناتج عن شد الترباس لتحمل الحمل الجانبي، فسيكون حجم الترباس كبيرًا جدًا. ويمكن إضافة عناصر مقاومة للقص، مثل الدبابيس والأكمام والمفاتيح، لمشاركة الحمل الجانبي لحل هذه المشكلة. .
(3) تركيز الوظيفة: من أجل تبسيط هيكل المنتجات الميكانيكية، وتقليل تكاليف المعالجة، وتسهيل التثبيت، في بعض الحالات، يمكن لجزء أو مكون واحد أن يتولى وظائف متعددة.
تركيز الوظائف سيجعل شكل الأجزاء أكثر تعقيدا، ولكن يجب أن يتم ذلك بطريقة معتدلة، وإلا فإنه سيؤثر على تكنولوجيا المعالجة ويزيد من تكاليف المعالجة. يجب أن يعتمد التصميم على الموقف المحدد.
02 معايير التصميم لتلبية متطلبات القوة
(1) معيار القوة المتساوية: يجب أن تتكيف التغييرات في أبعاد المقطع العرضي للأجزاء مع التغيرات في الإجهاد الداخلي بحيث تكون قوة كل مقطع عرضي متساوية.
صورة
مع الهيكل المصمم وفقًا لمبدأ القوة المتساوية، يمكن استخدام المواد بالكامل، وبالتالي تقليل الوزن والتكلفة. مثل تصميم الأقواس الكابولية والأعمدة المتدرجة، وما إلى ذلك.
(2) هيكل تدفق القوة المعقول: من أجل التعبير بشكل بديهي عن حالة كيفية انتقال القوة في المكونات الميكانيكية، تعتبر القوة مثل تدفق الماء في المكون، وتتقارب خطوط القوة هذه في تدفق القوة.
يلعب تمثيل تدفق هذه القوة دورًا مهمًا في تحقيقات التصميم الهيكلي.
لن ينقطع تدفق القوة في المكون، ولن يختفي أي خط قوة فجأة. ويجب أن تنتقل من مكان إلى آخر.
من الخصائص الأخرى لتدفق القوة أنها تميل إلى الانتقال عبر أقصر طريق، بحيث يكون تدفق القوة كثيفًا بالقرب من أقصر طريق، مما يشكل منطقة ضغط عالية.
صورة
تدفق القوة في الأجزاء الأخرى متناثر أو حتى غير موجود. ومن منظور الإجهاد، لا يتم استغلال المادة بالكامل.
لذلك، من أجل تحسين صلابة المكون، يجب تصميم شكل الجزء وفقًا لأقصر مسار لتدفق القوة قدر الإمكان لتقليل مساحة الحامل، بحيث يكون التشوه التراكمي أصغر، والصلابة تم تحسين المكون بأكمله، ويتم استخدام المادة بالكامل.
(3) تقليل هيكل تركيز الضغط: عندما يتحول اتجاه تدفق القوة بشكل حاد، سيكون تدفق القوة كثيفًا جدًا عند نقطة التحول، مما يتسبب في تركيز الضغط. في التصميم، ينبغي اتخاذ التدابير الهيكلية لجعل تدفق القوة يدور بسلاسة.
يعد تركيز الإجهاد عاملاً مهمًا يؤثر على قوة الكلال للأجزاء.
أثناء التصميم الإنشائي، ينبغي تجنب تركيز الإجهاد أو تقليله قدر الإمكان.
وسيتم عرض الأساليب في الفصول المقابلة، مثل زيادة الشرائح الزائدة، واعتماد هياكل التفريغ، وما إلى ذلك.
(4) موازنة هيكل الحمل: عندما تعمل الآلة، غالبًا ما يتم توليد بعض القوى غير المفيدة، مثل قوة القصور الذاتي، والقوة المحورية للتروس الحلزونية، وما إلى ذلك. هذه القوى لا تزيد فقط من الحمل على أجزاء مثل الأعمدة والبطانات، ولكن أيضًا تقليل دقتها وعمرها. ، كما يقلل من كفاءة نقل الماكينة.
صورة
يشير ما يسمى بموازنة الحمل إلى اتخاذ تدابير هيكلية لموازنة الحمل جزئيًا أو كليًا دون استخدام القوة لتقليل آثاره الضارة أو إزالتها.
تعتمد هذه التدابير الهيكلية بشكل أساسي عناصر متوازنة وترتيبات متماثلة وما إلى ذلك
03 تلبية معايير التصميم للصلابة الهيكلية
من أجل ضمان قدرة الأجزاء على أداء وظائفها بشكل صحيح خلال فترة خدمتها، يجب أن تتمتع بالصلابة الكافية.
04 ضع في اعتبارك معايير التصميم لتكنولوجيا المعالجة
الغرض الرئيسي من التصميم الهيكلي للأجزاء الميكانيكية هو ضمان تحقيق الوظائف وتمكين المنتج من تحقيق الأداء المطلوب.
ومع ذلك، فإن نتائج التصميم الهيكلي لها تأثير لا يمكن الاستهانة به على تكلفة الإنتاج وجودة أجزاء المنتج.
لذلك، في التصميم الهيكلي، يجب علينا أن نسعى جاهدين لضمان أن المنتج لديه تكنولوجيا معالجة جيدة.
صورة
إن ما يسمى بتكنولوجيا المعالجة الجيدة يعني أن هيكل الأجزاء سهل المعالجة والتصنيع. قد لا تتمكن أي طريقة معالجة من تصنيع أجزاء ذات هياكل معينة، أو ستكون تكلفة الإنتاج مرتفعة، أو ستتأثر الجودة.
لذلك، من المهم جدًا أن يفهم المصممون خصائص طريقة المعالجة حتى يتمكنوا من تعظيم نقاط قوتهم وتجنب نقاط الضعف عند تصميم الهيكل.
من الناحية العملية، فإن قابلية التصنيع الهيكلي للأجزاء مقيدة بالعديد من العوامل. على سبيل المثال، سيؤثر حجم دفعة الإنتاج على طريقة توليد الفراغات؛ ظروف معدات الإنتاج قد تحد من حجم الشغل؛ بالإضافة إلى ذلك، تتأثر جوانب مثل الشكل والدقة والمعالجة الحرارية والتكلفة. قد يكون لها تأثير مقيد على براعة هيكل المكون.
ولذلك، ينبغي أن يؤخذ تأثير العوامل المذكورة أعلاه على قابلية المعالجة في الاعتبار بشكل كامل في التصميم الهيكلي.
05 ضع في اعتبارك إرشادات التصميم للتجميع
التجميع هو عملية مهمة في عملية تصنيع المنتج. هيكل الأجزاء له تأثير مباشر على جودة وتكلفة التجميع.
صورة
تم تلخيص إرشادات التصميم الهيكلي للتجميع بإيجاز أدناه:
(1) التقسيم المعقول لوحدات التجميع: يجب أن تكون الآلة بأكملها قادرة على التحلل إلى عدة وحدات (مكونات أو تجميعات) يمكن تجميعها بشكل فردي لتحقيق عمليات تجميع متوازية ومتخصصة، وتقصير دورة التجميع، وتسهيل المستوى تلو الآخر. مستوى الفحص الفني والصيانة.
(2) تأكد من تركيب الأجزاء بشكل صحيح: تأكد من تحديد موضع الأجزاء بدقة، وتجنب التنسيق المزدوج، ومنع أخطاء التجميع.
(3) جعل الأجزاء سهلة التجميع والتفكيك: في التصميم الهيكلي، يجب ضمان مساحة تجميع كافية، مثل مساحة مفتاح الربط؛ تجنب التركيبات الطويلة جدًا لتجنب زيادة صعوبة التجميع والتسبب في خدوش على أسطح التزاوج، مثل تصميم بعض الأعمدة المتدرجة؛ لتسهيل تفكيك الأجزاء يجب تحديد مكان أدوات التفكيك مثل تفكيك المحامل.
06 ضع في اعتبارك معايير التصميم للصيانة والإصلاحات
(1) يجب ترتيب تكوين المنتج وفقًا لمعدل الفشل وسهولة الصيانة والحجم والجودة وخصائص التثبيت. يجب أن تتمتع جميع الأجزاء والمكونات التي تحتاج إلى الإصلاح بإمكانية الوصول إليها بشكل جيد؛ معدل الفشل يجب أن توفر الأجزاء الأعلى التي تتطلب صيانة متكررة ومفاتيح الطوارئ إمكانية الوصول الأمثل.
صورة
(2) يجب أن يكون تفكيك المنتج وتجميعه، وخاصة الأجزاء القابلة للتآكل والأجزاء التي يتم تفكيكها بشكل متكرر والمعدات الإضافية، بسيطًا. يجب أن يكون مسار الدخول والخروج للأجزاء أثناء التفكيك والتجميع خطًا مستقيمًا أو منحنى لطيفًا.
(3) ينبغي ترتيب نقاط فحص المنتج ونقاط الاختبار ونقاط صيانة النظام الأخرى في مواقع يسهل الوصول إليها.
(4) يجب أن تتوفر حول المنتجات التي تتطلب الصيانة والتفكيك مساحة تشغيل كافية.
(5) يجب أن تكون العمليات الداخلية مرئية بشكل عام أثناء الصيانة. بالإضافة إلى القدرة على استيعاب أيدي أو أذرع موظفي الصيانة، يجب أن يترك الممر أيضًا فجوة مناسبة للمراقبة.
07 ضع في اعتبارك المبادئ التوجيهية لتصميم التصميم
يجب ألا يلبي تصميم المنتج المتطلبات الوظيفية فحسب، بل يجب أيضًا أن يأخذ في الاعتبار القيمة الجمالية لشكل المنتج لجعله جذابًا للناس.
من الناحية النفسية، 60% من قرارات الناس تعتمد على الانطباعات الأولى.
السمات الاجتماعية للمنتجات التقنية هي السلع. في عصر سوق المشتري، يعد تصميم مظهر المنتج الذي يمكن أن يجذب العملاء أحد متطلبات التصميم المهمة؛ وفي الوقت نفسه، يمكن للمنتجات ذات المظهر الجميل أن تقلل من سوء تشغيل المشغلين الناتج عن التعب.
صورة
يتضمن تصميم المظهر ثلاثة جوانب: الشكل واللون ومعالجة السطح.
عند التفكير في التصميم، ينبغي الاهتمام بنسب الحجم المنسقة والأشكال البسيطة والموحدة ودعم وتزيين الألوان والأنماط.
تُستخدم الألوان الصلبة فقط للعناصر الصغيرة.
ستظهر المكونات الكبيرة، وخاصة المتحركة، رتيبة وبدون طبقات إذا تم استخدام لون واحد فقط. ستعمل كتلة ألوان إضافية صغيرة على إضفاء الحيوية على النغمة بأكملها.
عندما تتواجد عدة ألوان معًا، يجب أن يكون هناك لون خلفية سائد، ويسمى اللون المطابق للون الخلفية باللون المتباين.
ولكن بالنسبة للمنتج، لا ينبغي أن يكون عدد النغمات المختلفة كثيرًا. الكثير من الألوان ستمنح الناس شعورًا مبهرجًا.
تتراوح الألوان المريحة من الأصفر الفاتح والأصفر المخضر إلى البني.
أصبح هذا الاتجاه أكثر دفئًا، وغالبًا ما يبدو اللون الأصفر والأخضر غير مريح؛ تبدو النغمات الرمادية القوية محبطة.
صورة
بالنسبة للبيئات الباردة استخدم الألوان الدافئة مثل الأصفر والبرتقالي والأحمر.
بالنسبة للبيئات الحارة، استخدم الألوان الباردة مثل الأزرق الفاتح.
ينبغي تخفيف جميع الألوان.
بالإضافة إلى ذلك، تكوينات ألوان معينة يمكن أن تجعل المنتج يبدو آمنًا ومستقرًا. يجب ترتيب المستويات ذات التغييرات الصغيرة في الشكل والمساحات الكبيرة بألوان فاتحة، بينما يجب ترتيب المكونات ذات الملامح المتحركة والنشطة بألوان داكنة؛ يجب وضع الألوان الداكنة في الجزء السفلي من الماكينة، والألوان الفاتحة في الجزء العلوي.
08إرشادات التصميم التي تأخذ في الاعتبار التكلفة
يجب تبسيط عمليات المنتج والصيانة أثناء التصميم:
(1) عند تصميم وظائف المنتج وتحليلها ووزنها، قم بدمج الوظائف المتطابقة أو المتشابهة، وقم بإزالة الوظائف غير الضرورية لتبسيط عمليات المنتج والصيانة.
(2) عند التصميم، يجب أن يكون الهيكل بسيطًا، ويجب تقليل عدد مستويات المنتج ووحدات المكونات قدر الإمكان، ويجب تبسيط شكل الأجزاء مع تلبية المتطلبات الوظيفية المحددة.
صورة
(3) يجب تصميم المنتجات بآليات تعديل بسيطة وموثوقة قدر الإمكان لإزالة الأخطاء الشائعة الناتجة عن التآكل أو الانجراف.
يجب تصميم الأجزاء القيمة المعرضة للتآكل المحلي على شكل مجموعات قابلة للتعديل أو للفصل لتسهيل الاستبدال أو الإصلاح المحلي. تجنب أو قلل من التعديلات المتكررة التي تتضمن بعضها البعض.
(4) ترتيب مواضع كل مكون بشكل معقول، وتقليل عدد أجزاء التوصيل وتثبيت الأجزاء، وجعل عمليات الصيانة مثل فحص الأجزاء واستبدالها بسيطة ومريحة. عند إصلاح أي جزء، حاول التأكد من عدم التفكيك أو الحركة أو التفكيك بشكل أقل، قم بتحريك الأجزاء الأخرى بشكل أقل لتقليل متطلبات مستوى المهارة وعبء العمل على موظفي الصيانة.
