Реферат на тему этапы проектирования деталей машин
Обновлено: 05.07.2024
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический университет
Кафедра проектирования механизмов и подъемно-транспортных машин
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по дисциплине
“Основы проектирования и конструирования машин”,
для студентов специальности 060800
экстернатной формы обучения
Составители: канд. техн. наук В.А.Нилов, канд. техн. наук Ю.В.Кирпичев, канд. техн. наук Б.Б.Еськов, И.Ю.Кирпичев
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Основы проектирования и конструирования машин”, для студентов специальности 060800 экстернатной формы обучения / Воронеж. гос. техн. ун-т; Сост. В.А.Нилов, Ю.В.Кирпичев, Б.Б.Еськов, И.Ю.Кирпичев. Воронеж, 2002. 24 с.
Методические указания предназначены для студентов, выполняющих курсовую работу по дисциплине “Основы проектирования и конструирования машин”. Представлена методика структурного, кинематического анализа шарнирно-рычажного механизма. Приведенные расчетные зависимости позволяют студентам рассчитать и построить планы скоростей и ускорений, а также выполнить эскизную компоновку цилиндрического редуктора.
Рабочая тетрадь подготовлена в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержится в файле: Экстернат.doc.
Табл.4. Ил.20. Библиогр.: 7 назв.
Рецензент: канд. тех. наук В.Я. Иволгин
Ответственный за выпуск зав. кафедрой, канд. техн. наук В.А. Нилов
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
технический университет, 2002
СОДЕРЖАНИЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа по дисциплине “Основы проектирования и конструирования машин” для студентов-экстернатников специальности 060800 “Экономика и управление на предприятии” состоит из графической части, которая выполняется на двух листах плотной чертежной бумаге формата A1 (594x841) в карандаше и расчетно-пояснительной записки, написанной от руки или набранной машинописным текстом на листах писчей бумаги формата A4 (210x297) на одной стороне страниц где приводятся все расчеты по заданию.
1 ЛИСТ – Структурный и кинематический анализ рычажного механизма. Примеры оформления 1-го листа представлены в приложениях В, Г, Д и выбираются в зависимости от номера задания. В расчетно-пояснительной записке к первому листу должны быть отражены следующие вопросы:
1. Назвать все звенья механизма.
2. Построить план механизма.
3. Построить план скоростей.
4. Построить план ускорений.
2 ЛИСТ – Сборочный чертеж редуктора. Пример оформления 2-го листа представлен в приложении Е. В расчетно-пояснительной записке к первому листу должны быть отражены следующие вопросы:
Взаимозаменяемостью называется свойство независимо изготовленных с заданной точностью деталей обеспечивать возможность сборки без подгонки сопрягаемых деталей в сборочную единицу, а сборочных единиц – в изделие при соблюдении предъявляемых к ним требований.
При наличии взаимозаменяемости деталей упрощается и удешевляется эксплуатация машин и улучшается качество ремонта.
Взаимозаменяемость деталей машин обеспечивается системой допусков и посадок.
Каждая новая конструкция должна быть лучше предыдущей. Поэтому перед конструкторами стоит непростая задача – создать машину, которая не уступала бы мировым аналогам по надежности, ресурсу работы и экономичности, обеспечила повышение производительности труда.
Проектирование представляет собой поиск научно обоснованных, технически осуществимых и экономически целесообразных инженерных решений. Основная особенность проектирования – многовариантность.
Современное проектирование включает следующие основные этапы:
1. Техническое задание. Включает в себя: назначение изделия, область применения, условия эксплуатации и технические требования. Техническое задание составляется совместно заказчиком и исполнителем, затем происходит окончательное оформление документа.
2. Техническое предложение. Это конструкторский документ, обосновывающий технико-экономическую целесообразность разработки изделия на основе анализа вариантов возможных решений с учетом достижений науки и техники, патентных материалов, возможностей машиностроительных заводов и смежных отраслей.
3, 4, 5. Эскизный проект (содержит общий вид и сборочные чертежи в эскизной проработке).
3 – оценивают нагрузки и напряжения, определяют характерные отказы и главный критерий работоспособности.
4 – выбор материала конструкции, оценка его механических характеристик, определяют допускаемые значения критериев работоспособности.
5 – составление приближенной математической модели, предварительное определение размеров конструкции, эскизная компоновка и проверочные расчеты по критериям работоспособности.
6. Технический проект. Составление уточненной математической модели, окончательная обработка конструкции, проверочные расчеты по всему комплексу критериев и оптимизация конструкции.
7. Рабочий проект. Окончательное оформление рабочих чертежей, составление рабочей документации, технологических карт, проведение заводских испытаний опытного образца и государственные испытания, выпуск головной партии.
Проектированиемназывается процесс разработки комплексной технической документации, содержащей технико-экономические обоснования, расчеты, чертежи, макеты, сметы, пояснительные записки и другие материалы, необходимые для производства машины. По типу изображения объекта различают чертежноеи объемное проектирование;последнее включает выполнение макета или модели объекта. Для деталей машин характерен чертежный метод проектирования.
Совокупность конструкторских документов, полученных в результате проектирования, называется проектом.
Правила проектирования и оформления проектов стандартизованы в Единой системе конструкторской документации (ЕСКД), которая устанавливает пять стадий разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности, а именно:
– техническое заданиеустанавливает основное назначение и технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию;
– техническое предложение– совокупность конструкторских документов, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания, сравнительной оценки возможных решений с учетом особенностей разрабатываемого и существующих подобных изделий, а также патентных материалов;
– эскизный проект – совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальныеконструктивные решения, дающие общие представления об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие его основные параметры и габаритные размеры;
– технический проект– совокупность конструкторских документов, содержащих окончательныетехнические решения, дающие полное представление об устройстве изделия и исходные данные для разработки рабочей конструкторской документации.
Разработка технической документациивключает чертежи узлов и деталей, спецификации, технические условия на изготовление, сборку, испытание изделия и др.
В соответствии с разработанной в процессе проектирования конструкторской документацией в дальнейшем создается технологическая документация, которая определяет технологию изготовления изделия.
Конструкторские, технологические, а также нормативно-технические документы (последние включают стандарты всех категорий, руководящие технические материалы, общие технические требования и т.п.) в совокупности составляют техническую документацию, необходимую для организации и осуществления производства, испытаний, эксплуатации и ремонта предмета производства (изделия).
Условия работы деталей машин бывают весьма разнообразными и трудно поддающимися точному учету, поэтому расчеты деталей машин часто выполняют по приближенным, а иногда эмпирическим формулам, являющимся результатом обобщения накопленного опыта проектирования, испытаний и эксплуатации деталей и узлов машин.
В процессе проектирования деталей машин встречаются два вида расчетов, а именно: проектный расчет, при котором обычно определяются основные размеры деталей или узла,проверочный расчет,когда для созданной конструкции определяется, например, значение напряжений в опасных сечениях, тепловой режим, долговечность и другие параметры.
В настоящее время успешно развивается система автоматизации проектирования САПР.
Любое изделие, отвечающее своему назначению, может быть выполнено во многих вариантах. Оптимизация – это выбор наилучшего проектного решения.
Результатом традиционного проектирования является получение лишь работоспособных, но не всегда наилучших вариантов конструкторских решений.
При оптимальном проектировании поиск наилучшего из работоспособных вариантов осуществляется на основе математической теории оптимизации.
Для того чтобы использовать теорию оптимизации на практике, необходимо построить математическую модель объекта проектирования. Моделирование начинается с определения величин, значениями которых можно варьировать (управляемые параметры), а также фиксированных величин. Определение значений управляемых параметров, которым соответствует наилучшее (оптимальное) решение, представляет собой задачу оптимизации.
В реальных условиях на выбор значений управляемых параметров налагаются ограничения. Совокупность этих ограничений определяет так называемое допустимое множество задачи оптимизации.
Разрабатываемые изделия характеризуются определенными свойствами. Свойства, по которымведут оценку при выборе лучшего решения, называются критериями.
Обязательной составной частью математической модели является числовое значение критерия, минимальному или максимальному значению которого (в зависимости от конкретной задачи) соответствует наилучший вариант конструктивного решения. Величина этого критерия является функцией управляемых параметров и называется целевой функцией.
Различают задачи однокритериальные, проводимые по одному обобщенному или доминирующему критерию (например, массе), и многокритериальные (задачи векторной оптимизации), проводимые одновременно по нескольким частным критериям.
Обобщенным критерием, к которому следует стремиться, является принцип минимума затраты живого и овеществленного труда при изготовлении и эксплуатации с учетом распределения трудовых затрат по времени, но реализация этого критерия затрудняется его сложностью. Этот критерий применяют также в упрощенной форме:
– для технологических машин в виде минимизации себестоимости единицы продукции;
– для энергетических машин в виде минимизации себестоимости единицы электроэнергии;
– для транспортных машин – минимизации себестоимости перевозки единицы массы грузов на единицу расстояния и т.д.
Важнейшими частными критериями механических конструкций являются:
– минимум массы, отнесенный к единице мощности, или момента, массоподъемности, производительности и т.д.; – этот критерий является простым и достаточно эффективным, так как стоимость материала составляет значительную часть стоимости несложных машин;
– минимум объема (габаритов); – этот критерий тесно связан с массой;
– жесткость, отнесенная к единице массы, – простейший критерий, эффективный для многих деталей машин и элементов несущих конструкций.
При малом взаимном влиянии частных критериев оптимизации (или его отсутствии) эффективнопроводить оптимизацию, пользуясь комплексным критерием, включающим с разумно выбраннымивесовыми коэффициентами частные целевые функции. Весовые коэффициенты можно устанавливать по экспертным оценкам или по расчетам хорошо зарекомендовавших себя конструкций.
"ДМ" – научная дисциплина по теории, расчету и конструированию деталей и узлов общемашиностроительного применения. В ее задачи входят обобщение инженерного опыта создания машиностроительных конструкций, разработка научных основ расчета и проектирования надежных элементов и узлов конструкций.
В учебном курсе "ДМ" комплексно рассматривают конструирование, расчет и технологию изготовления отдельных деталей и узлов машин. Эта дисциплина наглядно демонстрирует как инженерный замысел претворяется в конструкцию. "ДМ" – наука о рациональном проектировании – является базой для построения специальных дисциплин ("Подъемно–транспортные машины", "Гусеничные и колесные машины", "Двигатели внутреннего сгорания", "Металлорежущие станки", "Металлургические машины и агрегаты" и др.).
Курс "ДМ", являясь одним из ведущих и старейших курсов общеинженерной подготовки, непрерывно развивается вместе с прогрессом науки и техники (появляются новые направления в технике, новые материалы и технологии, требующие новых конструктивных решений, совершенствования методов расчета). Необходимость повышения производительности, быстроходности и надежности машин при уменьшении их массы и создание машин новых поколений требует непрерывного углубления теории и уточнения расчетов деталей и узлов машин.
В курсе "ДМ" вероятностные расчеты используют в следующих видах:
– принимают значения некоторых параметров, обеспечивающие заданную надежность (например, коэффициента безопасности – аналога квантили – в расчетах зубчатых и волновых передач, коэффициента надежности при расчетах подшипников качения);
– определяют рассеяние значений с заданной вероятностью (например, при расчете зазоров в подшипниках скольжения или натягов в соединениях с натягом).
В изделии детали находятся во взаимосвязи и взаимозависимости, определяющих качественные характеристики изделия. Детали, следовательно, являются элементами системы и необходим системный подходпри их расчете и разработке.
Тем большее значение приобретают физические основы и общие принципы построения расчетов, их связь с конструированием.
Механизмомназывают систему твердых тел, предназначенную для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел (редуктор, коробка передач и др.).
Машинойназывают механизм или устройство, выполняющее механические движения, служащие для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения или замены физического или умственного труда человека и повышения его производительности.
Любая машина состоит из деталей.
Деталь– часть машины, которую изготовляют без сборочных операций. Детали могут быть простыми (винт, шпонка) или сложными (коленчатый вал, станина станка). Несколько деталей, собранных в одно целое, образуют сборочную единицу или узел. Среди множества разнообразных деталей и узлов можно выделить такие, которые применяют в разных машинах: крепежные винты, зубчатые колеса, валы, подшипники качения, муфты. Эти детали (узлы) называют деталями (узлами) общемашиностроительного примененияи изучают в курсе "ДМ".
Другие детали – поршни, гребные винты, лопатки турбин и др. – применяют только в одном или нескольких типах машин. Их относят к деталям специального назначения и изучают в соответствующих курсах.
Детали и узлы общемашиностроительного применения изготовляют ежегодно в больших количествах (в одном легковом автомобиле более пяти тысяч типодеталей, более тридцати подшипников), поэтому знание основных методов расчета, правил и норм проектирования, подтвержденных статистикой эксплуатации, очень важно для конструкторской подготовки.
Среди общих правил конструирования можно отметить следующие три.
Первое.При проектировании рассчитывают на нормальные условия эксплуатации. Так, если рассчитывать детали велосипеда из условий их неповреждения при наезде на непреодолимое препятствие, то получится перетяжеленная конструкция, которая будет трудна в эксплуатации.
Второе.Конструирование есть поиск оптимального компромиссного решения. Часто при проектировании должны быть удовлетворены противоречивые требования. Так, у боевого самолета должно быть обеспечено и достаточное бронирование кабины пилота (что требует увеличения массы) и необходимая дальность и скорость полета (что требует снижения массы).
Третье.При конструировании должно быть выполнено условие равнопрочности. Очевидно, что нецелесообразно конструировать отдельные элементы машины с излишними запасами несущей способности, которые все равно не могут быть реализованы в связи с отказом конструкции из–за разрушения или повреждения других элементов.
Тема 2 Основы проектирования, конструирования и расчета деталей и узлов машин (0,5/-/- часа)
1. Проектировочный расчет
2. Проверочный расчет
3. Комплексное и системное проектирование
Проектировочным расчетомназывают определение основных размеров детали при выбранном материале и по формулам, соответствующим главному критерию работоспособности (прочности, жесткости, износостойкости и др.). Этот расчет применяют в тех случаях, когда размеры конструкции заранее не известны. Проектировочные расчеты являются упрощенными, их выполняют как предварительные.
Проверочным расчетомназывают определение фактических характеристик главного критерия работоспособности детали или определение наибольшей допустимой нагрузки на деталь по допускаемым значениям главного критерия работоспособности. При проверочном расчете определяют фактические (расчетные) напряжения и коэффициенты запаса прочности, действительные прогибы и углы наклона сечений, температуру, ресурс при заданной нагрузке или допустимую нагрузку при заданных размерах и т.д.
Проверочный расчет является уточненным, его проводят, когда форма и размеры детали известны из проектировочного расчета или приняты конструктивно, когда определена технология изготовления (способ получения заготовки, вид термообработки, качество поверхности и др.).
Расчеты и конструирование органически связаны. Конструированиемназывают творческий процесс создания механизма или машины в чертежах на основе проектировочных и проверочных расчетов. При разработке конструкции машины рассматривают различные варианты с целью получения оптимальной конструкции при наименьшей стоимости ее изготовления и эксплуатации. Конструирование подразумевает проведение всестороннего анализа статистического материала, отражающего опыт проектирования, изготовления и эксплуатации машин данного типа. Задачи оптимизации выполняют с применением ЭВМ.
Современная проектно–конструкторская деятельность подразумевает системный образ мышления и комплексный подходк проектированию машин.
Проектирование – один из этапов так называемого жизненного цикла изделия, в который входят также этапы производства, эксплуатации и утилизации.
Проектирование представляет собой процесс решения многовариантнойи в соответствии с многочисленными и разнообразными требованиями, которым каждый из возможных вариантов должен отвечать, еще и многокритериальнойзадачи.
Изделие машиностроения – не простая совокупность деталей. В собранном изделии детали находятся во взаимосвязи и взаимозависимости, которые и определяют качественные характеристики изделия. Образно говоря, не машина состоит из деталей, а детали образуют машину, являясь элементами системы и требуя системного подхода при расчете и разработке. Таким образом, проектирование должно быть системным.
Системное проектирование– это решение технической задачи для части с позиций целого.
Объединенные в производственном процессе отдельные единицы оборудования оказывают как непосредственное, так и косвенное влияние на работу друг друга и представляют собой технологические системы производств. Например, гибкие производственные системы (комплексы механообработки).
Комплексное проектирование– это процесс разработки оборудования с позиций технологической системы.
Основные этапы комплексного проектирования:
Формулировказадачи на разработку изделия и обоснование его актуальности, исходя из той системы, элементом которой будет разрабатываемое изделие. Определение места изделия в технической системе. Задачу формулируют в общем виде, без излишней детализации. Нужно стараться сделать формулировку настолько общей, насколько позволяет важность задачи.
Анализ задачи:уточнение в деталях поставленной задачи, определение критериев, которыми будут пользоваться при нахождении лучшего варианта, определение ограничений решения, разработка комплексной модели качества и составление на ее основе комплекса критериев. Устанавливают качественные и количественные характеристики начального и конечного состояний, в том числе вариации входа и выхода.
Ограниченияобычно отражают существующие условия физической или технологической реализуемости того или иного параметра путем назначения его минимально и максимально допустимых значений. Например, ограничения по габаритам, массе, быстроходности или ограничения по критериям работоспособности и надежности. Часто используют понятие – конструктивные ограничения.
Ограничения решения сводят в систему неравенств и равенств и вводят в математическую модель. Математическая модель – совокупность формул, уравнений, соотношений, алгоритмов или программ, отражающая свойства моделируемого объекта или имитирующая реальный процесс.
Поиск возможных решений.Центральный этап проектирования. Для решения задач курса "ОК и ДМ" наиболее часто используют структурное или параметрическое моделирование.
При структурном моделированииварианты приводов получают как возможные комбинации различных типов редукторов, муфт, открытых передач.
При параметрическом моделированииразные варианты заданной структуры привода получают путем применения разных материалов или видов термообработки, различного распределения передаточных чисел между отдельными передачами, применения различных исполнений той или иной передачи (для ременной, например, с плоским, клиновым, поликлиновым или зубчатым ремнем).
Выбор оптимального вариантапо результатам сравнительного анализа возможных решений. Это главный среди этапов, предшествующих конструированию, – этап принятия решения.
Разрабатываемое изделие характеризуют определенными свойствами. Свойства, по которым ведут оценку при выборе лучшего решения, называют критериями.В соответствии с комплексной моделью качества формируют комплекс критериев.
Завершают комплексное проектирование конструктивной разработкойоптимального варианта и последующим уточнением принятого решенияна основе экспериментальных исследований или опытной эксплуатации.
1. Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1989.
2. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. – М.: Машиностроение, 2004.
3. Норенков И.И. Основы автоматизированного проектирования. Учебник для вузов. – М.: Изд. МГТУ им.Н.Э. .Баумана, 2000.
Читайте также: