Los productos mecánicos se utilizan en todos los ámbitos de la vida y el contenido y los requisitos del diseño estructural varían ampliamente. Sin embargo, el diseño de estructuras mecánicas en diversas industrias todavía tiene las mismas partes comunes.
El resultado final del diseño mecánico se expresa en una determinada forma estructural, que se procesa y ensambla de acuerdo con la estructura diseñada para fabricar el producto final.
Por lo tanto, el diseño de la estructura mecánica debe cumplir con los requisitos multifacéticos del producto. Los requisitos básicos incluyen función, confiabilidad, artesanía, economía y apariencia.
Además, se debe mejorar la tensión de las piezas para aumentar la resistencia, la rigidez, la precisión y la vida útil.
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Por tanto, el diseño de estructuras mecánicas es un trabajo técnico integral.
Si el diseño estructural es incorrecto o irrazonable, puede causar fallas indebidas de piezas y componentes, lo que hace que la máquina no cumpla con los requisitos de precisión del diseño, lo que genera grandes inconvenientes para el montaje y el mantenimiento.
Durante el proceso de diseño de la estructura mecánica se deben considerar los siguientes ocho criterios de diseño estructural.
01Pautas de diseño para lograr las funciones esperadas
El objetivo principal del diseño de un producto es lograr requisitos funcionales predeterminados, por lo que los criterios de diseño para lograr las funciones esperadas son la primera consideración en el diseño estructural.
Para cumplir con los requisitos funcionales, se debe hacer lo siguiente:
(1) Aclarar la función: El diseño estructural consiste en determinar el tamaño del parámetro y la forma estructural en función de su función en la máquina y su relación de conexión con otras partes.
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Las funciones principales de las piezas son soportar cargas, transmitir movimiento y potencia, y asegurar o mantener la posición relativa o trayectoria del movimiento entre piezas o componentes relacionados.
La estructura diseñada debe poder cumplir con los requisitos funcionales de la máquina en su conjunto.
(2) Asignación razonable de funciones: al diseñar productos, de acuerdo con circunstancias específicas, generalmente es necesario asignar tareas de manera razonable, es decir, descomponer una función en múltiples subfunciones.
Cada subfunción debe tener una cierta responsabilidad estructural y debe haber una conexión razonable y coordinada entre las distintas partes de la estructura para lograr la realización de la función general.
Múltiples piezas estructurales que llevan la misma función pueden reducir la carga sobre las piezas y extender su vida útil.
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La estructura de la sección de correas trapezoidales es un ejemplo de distribución racional de tareas.
La cuerda de fibra se utiliza para resistir la fuerza de tracción; la capa de relleno de caucho soporta la tensión y la compresión cuando se dobla la correa; la capa de tela interactúa con la ranura de la polea para generar la fricción necesaria para la transmisión.
Por ejemplo, si solo confía en la fricción generada por la pretensión del perno para soportar la carga lateral, el tamaño del perno será demasiado grande. Se pueden agregar elementos resistentes al corte, como pasadores, manguitos y chavetas, para compartir la carga lateral y resolver este problema. .
(3) Concentración de funciones: para simplificar la estructura de los productos mecánicos, reducir los costos de procesamiento y facilitar la instalación, en algunos casos, una pieza o componente puede asumir múltiples funciones.
La concentración de funciones hará que la forma de las piezas sea más compleja, pero debe hacerse de manera moderada, de lo contrario afectará la tecnología de procesamiento y aumentará los costos de procesamiento. El diseño debe basarse en la situación específica.
02Criterios de diseño para cumplir los requisitos de resistencia
(1) Criterio de igualdad de resistencia: los cambios en las dimensiones de la sección transversal de las piezas deben adaptarse a los cambios en la tensión interna para que la resistencia de cada sección transversal sea igual.
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Con una estructura diseñada según el principio de igual resistencia, los materiales se pueden aprovechar al máximo, reduciendo así el peso y el coste. Como el diseño de soportes voladizos y ejes escalonados, etc.
(2) Estructura de flujo de fuerza razonable: para expresar intuitivamente el estado de cómo se transmite la fuerza en los componentes mecánicos, la fuerza se considera como agua que fluye en el componente y estas líneas de fuerza convergen en un flujo de fuerza.
Representar el flujo de esta fuerza juega un papel importante en las investigaciones de diseño estructural.
El flujo de fuerza no se interrumpirá en el componente y ninguna línea de fuerza desaparecerá repentinamente. Debe transmitirse de un lugar a otro.
Otra característica del flujo de fuerza es que tiende a transmitirse a lo largo de la ruta más corta, de modo que el flujo de fuerza es denso cerca de la ruta más corta, formando una zona de alta tensión.
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El flujo de fuerza en otras partes es escaso o incluso inexistente. Desde el punto de vista del estrés, el material no se aprovecha por completo.
Por lo tanto, para mejorar la rigidez del componente, la forma de la pieza debe diseñarse de acuerdo con la ruta más corta de flujo de fuerza tanto como sea posible para reducir el área de carga, de modo que la deformación acumulada sea menor, la rigidez Se mejora el aspecto de todo el componente y se aprovecha al máximo el material.
(3) Reducir la estructura de concentración de tensión: cuando la dirección del flujo de fuerza gira bruscamente, el flujo de fuerza será demasiado denso en el punto de giro, lo que provocará la concentración de tensión. En el diseño, se deben tomar medidas estructurales para que el flujo de fuerza gire suavemente.
La concentración de tensiones es un factor importante que afecta la resistencia a la fatiga de las piezas.
Durante el diseño estructural, se debe evitar o reducir la concentración de tensiones tanto como sea posible.
Los métodos se introducirán en los capítulos correspondientes, como aumentar los filetes excesivos, adoptar estructuras de descarga, etc.
(4) Equilibrar la estructura de carga: cuando la máquina está funcionando, a menudo se generan algunas fuerzas inútiles, como la fuerza de inercia, la fuerza axial del engranaje helicoidal, etc. Estas fuerzas no solo aumentan la carga en piezas como ejes y casquillos, sino también reducir su precisión y vida útil. , y también reduce la eficiencia de transmisión de la máquina.
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El llamado equilibrio de carga se refiere a la adopción de medidas estructurales para equilibrar parcial o totalmente la carga sin fuerza para reducir o eliminar sus efectos adversos.
Estas medidas estructurales adoptan principalmente elementos equilibrados, disposiciones simétricas, etc.
03Cumplir con los criterios de diseño de rigidez estructural
Para garantizar que las piezas puedan realizar correctamente sus funciones durante su vida útil, deben tener la rigidez suficiente.
04Considerar criterios de diseño para la tecnología de procesamiento
El objetivo principal del diseño estructural de piezas mecánicas es garantizar la realización de funciones y permitir que el producto alcance el rendimiento requerido.
Sin embargo, los resultados del diseño estructural tienen un impacto que no puede subestimarse en el costo de producción y la calidad de las piezas del producto.
Por lo tanto, en el diseño estructural, debemos esforzarnos por garantizar que el producto tenga una buena tecnología de procesamiento.
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La llamada buena tecnología de procesamiento significa que la estructura de las piezas es fácil de procesar y fabricar. Es posible que cualquier método de procesamiento no permita fabricar piezas con determinadas estructuras, que el coste de producción sea elevado o que la calidad se vea afectada.
Por lo tanto, es muy importante que los diseñadores comprendan las características de un método de procesamiento para poder maximizar sus fortalezas y evitar las debilidades al diseñar la estructura.
En la práctica, la capacidad de fabricación estructural de piezas está restringida por muchos factores. Por ejemplo, el tamaño del lote de producción afectará el método de generación de espacios en blanco; las condiciones del equipo de producción pueden limitar el tamaño de la pieza de trabajo; Además, se ven afectados aspectos como la forma, la precisión, el tratamiento térmico y el coste. Puede tener un efecto restrictivo en la artesanía de la estructura del componente.
Por lo tanto, el impacto de los factores anteriores sobre la procesabilidad debe considerarse plenamente en el diseño estructural.
05Considerar pautas de diseño para el montaje
El ensamblaje es un proceso importante en el proceso de fabricación del producto. La estructura de las piezas tiene un impacto directo en la calidad y el coste del montaje.
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Los lineamientos de diseño estructural para el montaje se resumen brevemente a continuación:
(1) División razonable de las unidades de ensamblaje: toda la máquina debe poder descomponerse en varias unidades (componentes o ensamblajes) que se puedan ensamblar individualmente para lograr operaciones de ensamblaje paralelas y especializadas, acortar el ciclo de ensamblaje y facilitar nivel por Inspección técnica y mantenimiento de nivel.
(2) Asegúrese de que las piezas estén instaladas correctamente: garantice el posicionamiento preciso de las piezas, evite la doble coordinación y evite errores de montaje.
(3) Hacer que las piezas sean fáciles de montar y desmontar: en el diseño estructural, se debe garantizar suficiente espacio de montaje, como espacio para llaves; evitar ajustes excesivamente largos para evitar aumentar la dificultad de montaje y provocar rayones en las superficies de contacto, como el diseño de algunos ejes escalonados; Para facilitar el desmontaje de piezas, se debe dar la ubicación para las herramientas de desmontaje, como por ejemplo el desmontaje de rodamientos.
06Considerar criterios de diseño para mantenimiento y reparaciones
(1) La configuración del producto debe organizarse de acuerdo con su tasa de fallas, facilidad de mantenimiento, tamaño y calidad y características de instalación. Todas las piezas y componentes que deban repararse deben tener buena accesibilidad; la tasa de fallas Las piezas más altas que requieren mantenimiento frecuente e interruptores de emergencia deben proporcionar una accesibilidad óptima.
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(2) El desmontaje y montaje del producto, especialmente las piezas de desgaste, las piezas que se desmontan con frecuencia y el equipo adicional, deben ser sencillos. La ruta de entrada y salida de las piezas durante el desmontaje y montaje debe ser una línea recta o una curva suave.
(3) Los puntos de inspección del producto, puntos de prueba y otros puntos de mantenimiento del sistema deberían disponerse en lugares de fácil acceso.
(4) Los productos que requieren mantenimiento y desmontaje deben tener suficiente espacio operativo a su alrededor.
(5) Las operaciones internas generalmente deberían ser visibles durante el mantenimiento. Además de poder acomodar las manos o los brazos del personal de mantenimiento, el paso también debe dejar un espacio adecuado para la observación.
07Considerar las pautas para el diseño de estilismo
El diseño del producto no sólo debe cumplir con los requisitos funcionales, sino también considerar el valor estético de la forma del producto para hacerlo atractivo para las personas.
Desde una perspectiva psicológica, el 60% de las decisiones de las personas dependen de las primeras impresiones.
Los atributos sociales de los productos técnicos son mercancías. En la era del mercado del comprador, diseñar una apariencia para el producto que pueda atraer clientes es un requisito de diseño importante; al mismo tiempo, los productos de apariencia hermosa pueden reducir las malas operaciones de los operadores causadas por la fatiga.
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El diseño de apariencia incluye tres aspectos: forma, color y tratamiento superficial.
Al considerar el estilo, se debe prestar atención a las proporciones de tamaño coordinadas, las formas simples y unificadas, y el apoyo y adorno de colores y patrones.
Los colores sólidos sólo se utilizan para widgets pequeños.
Los componentes grandes, especialmente los móviles, parecerán monótonos y sin capas si solo se utiliza un color. Un pequeño bloque de color adicional animará todo el tono.
Cuando coexisten varios colores, debe haber un color de fondo dominante y el color correspondiente al color de fondo se denomina color de contraste.
Pero en un producto el número de tonos diferentes no debe ser demasiado. Demasiados colores darán a la gente una sensación llamativa.
Los colores cómodos van desde el amarillo claro, el amarillo verdoso hasta el marrón.
Esta tendencia se está volviendo cada vez más cálida: el amarillo y el verde a menudo resultan incómodos; Los tonos grises fuertes parecen deprimentes.
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Para ambientes fríos utilice colores cálidos como el amarillo, naranja y rojo.
Para ambientes cálidos utilice colores fríos como el azul claro.
Todos los colores deben atenuarse.
Además, determinadas configuraciones de color pueden hacer que el producto parezca seguro y estable. Los planos con pequeños cambios de forma y áreas grandes se deben organizar en colores claros, mientras que los componentes con contornos móviles y activos se deben organizar en colores oscuros; Los colores oscuros deben colocarse en la parte inferior de la máquina y los colores claros en la parte superior.
08Pautas de diseño que consideran el costo
Las operaciones del producto y de mantenimiento deben simplificarse durante el diseño:
(1) Al diseñar, analizar y pesar funciones del producto, fusionar funciones idénticas o similares y eliminar funciones innecesarias para simplificar las operaciones del producto y de mantenimiento.
(2) Al diseñar, la estructura debe ser simple, el número de niveles de producto y unidades de componentes debe reducirse tanto como sea posible y la forma de las piezas debe simplificarse cumpliendo con los requisitos funcionales especificados.
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(3) Los productos deben diseñarse con mecanismos de ajuste simples y confiables en la medida de lo posible para eliminar fallas comunes causadas por desgaste o deriva.
Las piezas valiosas que son propensas al desgaste local deben diseñarse como conjuntos ajustables o desmontables para facilitar el reemplazo o reparación local. Evite o reduzca ajustes repetidos que involucren entre sí.
(4) Organizar razonablemente las posiciones de cada componente, reducir la cantidad de piezas de conexión y piezas de fijación y hacer que las operaciones de mantenimiento, como la inspección y el reemplazo de piezas, sean simples y convenientes. Al reparar cualquier pieza, trate de asegurarse de que no haya desmontaje, ningún movimiento o menos desmontaje. Mueva menos otras piezas para reducir los requisitos de nivel de habilidad y la carga de trabajo del personal de mantenimiento.
