Зміст понять конструювання і проектування.

Зміст понять конструювання і проектування.

Інженерне проектування – це неперервний процес, у якому наукова і технічна інформація використовується для створення нового приводу, машини або системи, що дають суспільству певну користь.

Конструювання – створення конкретної однозначної конструкції об'єкта згідно з проектом. Конструкція – це будова, взаємне розміщення частин і елементів будь–якого предмета, машини, приладу, яка визначається його призначенням. Конструкція передбачає спосіб з'єднання, взаємодію частин, а також матеріал, з якого виготовляються окремі елементи. Конструювання базується на результатах проектування й уточнює всі інженерні рішення, прийняті при проектуванні.

Проектування і конструювання мають одну мету – створення нового виробу, який ще не існує або існує в іншій формі і має інші розміри. (перестановка складових частин, заміна їх іншими елементами чи надання їм іншої форми).

 

Основні етапи створення технічних об’єктів.

Технічна пропозиція – початкова стадія проектування, яка є відповіддю проектувальника на поставлену задачу, вимоги й обмеження, що наведені в технічному завданні. Запропоновані один або кілька варіантів об'єкта ретельно обгрунтовуються з використанням для цього теоретичних розрахунків і аналізу, а також практичного досвіду.

Ескізний проект. На цьому етапі проводитися конструкторське опрацювання оптимального варіанта до рівня принципових конструкторських рішень, які дають загальне уявлення про будову і принцип роботи об'єкта. У ескізному проекті закладаються основи використання типових стандартизованих і уніфікованих складових частин технічного об'єкта.

Технічний проект виконується після ескізного проектування і містить сукупність конструкторських документів, які відображають повне технічне розв'язування проблеми. У технічному проекті повинні бути розв'язані всі питання забезпечення високого технічного рівня створюваного об'єкта в процесі його виготовлення, складання, випробування та експлуатації.

Робоча конструкторська документація потрібна для забезпечення можливості виготовлення дослідного зразка або початкової серії спроектованого виробу.

Розрахунки під час проектування.

У проектуванні використовують такі види розрахунків: геометрич­ні (розрахунок розмірних ланцюгів, координат, зазорів); кінематичні (розрахунок переміщень, швидкостей, прискорень, передаточних чи­сел кінематичних ланцюгів та ін.); динамічні (розрахунок наванта­жень деталей і їхніх змін у часі); розрахунки на міцність та жорст­кість (визначення напружень та деформацій елементів машини в ро­бочих режимах); енергетичні (розрахунки затрат енергії, параметрів енергетичного балансу); техніко–економічні (розрахунки продуктив­ності, вартості, ефективності використання).

Проектні розрахунки використовують для визначення вихідних розмірів деталей чи їхніх елементів, до того ж ці розрахунки в більшос­ті ві падків виконують за спрощеними методиками.

Критерії роботоздатності машин та їх елементів.

Види навантаж.

Корисні навантаження сприяють реалізації маши­ною виробничого процесу. Власні навантаження неми­нуче супроводжують роботу машини і в основному складаються із власної ваги окремих ланок, динамічних сил, сил тертя в з'єднаннях і місцевих сил, спричинених концентрацією навантаження на поверхні контакту деталей. Природно, що не всі сили власної ваги і динамічні сили шкідливі. В машинах ударної (молотах) і вібраційної дії дина­мічні навантаження використовують для здійснення корисного робо­чого процесу. Власна вага може також виконувати позитивну роль (наприклад, противага в підйомно–транспортних машинах) або здій­снювати робочі функції (у гиревих приладах часу).

За характером зміни в часі навантаження в машинах поділяють на постійні і змінні.

Постійні навантаження – це в більшості випадків сили тиску рідини або газу, навантаження від початкового поперед­нього напруження деталей при їх з'єднанні в процесі складання, а також власна вага. До цих же навантажень належать і постійні про­тягом значного періоду або циклу роботи навантаження, характерні для робочого режиму експлуатації машини. Власна вага має основне значення в транспортних і підйомно–транспортних машинах, в уста­новках для буріння глибоких свердловин та інших машинах. Такі навантаження суттєві для опор важких зрівноважених роторів.

Змінні навантаження можуть бути спричинені не­рівномірністю робочого процесу в машинах–двигунах (наприклад, у двигунах внутрішнього згоряння); внутрішньою динамікою робо­ти (запуск у роботу, гальмування, реверсування, незрівноваженість, неточність виготовлення); зміною робочого процесу машини через збільшення чи зменшення сил корисного опору та ін.

9. Розподіл навантаження у часі та типові режими навантаження елементів машин.

Навантаження елементів машини може бути постій­ним у часі або змінюватись у широких межах протягом усього періоду експлуатації машини. Покажемо можливий характер зміни наванта­ження у вигляді графіків, побудованих у системі координат наванта­ження F (або обертовий момент Т) – час t.

На рис. 2.1, а зображений графік постійного навантаження. В мо­мент пуску машини навантаження F спочатку швидко зростає, а по­тім практично залишається постійним протягом значного часу, на­буваючи номінального значення F_НОМ, яке є вихідним для виконання розрахунків на міцність.

Для багатьох машин характерним є змінне навантаження протя­гом усього періоду експлуатації (рис. 2.1, б).

 

Щоб оцінити інтенсивність такого складного режиму навантаження і зробити кількісне порівняння різних режимів навантаження елементів машини, треба поділити весь строк служби h на окремі періоди роботи, або цикли h_i, протягом яких навантаження F наближено зберігається постійним. Якщо впорядкувати всі цикли роботи машини за зменшенням наванта­ження, то можна здобути циклограму навантаження елементів маши­ни протягом заданого періоду її експлуатації (рис.2.2 а). Тривалість циклу роботи машини з однаковими навантаженнями можна гранично зменшити, що дозволить характеризувати режим навантаження більш точно. У цьому разі матимемо не ступеневий, а плавний характер циклограми навантаження, до того ж її можна побудувати в системі координат навантаження F– число циклів n_ц появи навантаження даного рівня (рис. 2.2, б). Навантаження різ­них рівнів відбувається за сумарне число циклів n_∑ роботи машини. За циклограмою на рис 2.2, б можна стверджувати, що навантажен­ня рівня F_і з'являється п_ці разів протягом усього періоду експлуата­ції машини.

На практиці можна використовувати циклограми навантаження, що побудовані в системі координат відносних величин F_і/F (Т_і/Т) і п_ці/n_∑ Такі циклограми показані на рис.2.2,в. Вони побудовані для різних режимів навантаження елементів машини і дозволяють характеризувати відносну інтенсив­ність цих режимів. Так, режим за графіком 1 є більш інтенсивним, ніж режим навантаження за гра­фіком 2, бо для режиму 1 перева­жають навантаження більш висо­кого рівня.

Побудова циклограми наванта­ження елементів конкретної маши­ни – дуже складний і трудомісткий процес. Для цього треба зареєстру­вати неперервний характер зміни навантаження протягом значного періоду експлуатації машини. Та­ка реєстрація виконується спеці­альною апаратурою із записом на­вантаження на магнітну стрічку або за осцилограмами. Подальша статистична обробка зареєстрованих навантажень дозволяє побудува­ти циклограму навантаження конкретної деталі.

У нашій країні і за кордоном стосовно технологічних і транспорт­них машин, таких як металообробні верстати, автомобілі, трактори, гірничі і підйомно–транспортні машини, екскаватори, сільськогоспо­дарська техніка та ін., проведене вивчення навантажень у функції часу і накопичена деяка узагальнена інформація про діючі наванта­ження. Це дало можливість дістати типові режими навантаження машин за відомими із курсу теорії ймовірностей законами розподілу випадкових величин.

На рис. 2.3 наведені графіки типових режимів навантаження ма­шин, що побудовані в системі відносних координат F_і/F і п_ці/n_∑. Тут взято такі позначення: П – постійний режим навантаження; В – важкий режим; СР – середній рівноймовірний режим; СН – середній нормальний режим, Л – легкий режим навантаження.

Рис. 2.3. Графіки типових режимів на­вантаження елементів машин

Для важкого режиму характерний високий рівень навантаження протягом значного періоду експлуатації машини, а для легкого ре­жиму – низький рівень навантаження протягом цього ж періоду.

Гірничі машини здебільшого експлуатуються при важкому режи­мі навантаження, а транспортні – при середньому рівноймовірному або середньому нормальному. Для металообробних верстатів харак­терним є легкий режим навантаження. Різні види підйомно–транспорт­ного обладнання можуть працювати на режимах навантаження від легкого до важкого.

Постійний режим є найнапруженішим, бо машина протягом прак­тично всього періоду її експлуатації знаходиться під дією постійного номінального навантаження. За постійний режим навантаження можна брати такий режим, за яким навантаження елементів змінюється у межах до 20 % від номінального F_ном. На практиці постійний ре­жим навантаження зустрічається значно рідше, ніж інші.

При побудові графіків типових режимів навантаження F є макси­мальним, довгочасно діючим. Довгочасно діючими навантаженнями називають такі наванта–ження із їхнього загального спектра, сумарне число появи яких n_ц ≥ 5∙10⁴. Максимальні навантаження F_mах. для яких число появи за час експлуатації машини п_ц < 5∙10⁴, вважають короткочасно діючими і при розрахунку деталей на втому до уваги не беруть. За цими навантаженнями виконують розрахунки деталей на статичну міцність.

Відповідність режиму навантаження тієї чи іншої машини або де­талі одному з типових режимів на рис.2.3 встановлюється за подіб­ністю форми графіків і за середнім значенням навантаження. За роз­рахунковий треба брати типовий режим, який найбільш близький до фактичного в області навантажень високого рівня.

10.!!! Розрахунок деталей машин на міцність під час дії статичних наватаж.

Для зменшення навантажень, що діють у машинах на окремі де­талі, можна рекомендувати деякі заходи. Навантаження, що спри­чинені власною вагою, можуть бути суттєво зменшені раціональним вибором матеріалів. Наприклад, для слабонавантажених деталей замість сталей та чавуну можна використовувати легкі сплави або пластмаси. Масу відповідальних та сильнонавантажених деталей мож­на зменшити вибором міцніших матеріалів, які забезпечують менші розміри деталей.

Навантаження, що виникають від початкового попереднього на­пружування деталей при складанні їх, можна обмежити за допомогою активного контролю цих навантажень. Наприклад, затяжку болто­вого з'єднання треба здійснювати ключем граничного моменту, а напресовування деталей – контрольованим зусиллям. Навантажен­ня, що виникають від зміни температурних умов експлуатації маши­ни, можна зменшити деякими конструктивними заходами.

Зміна напруг у часі.

Під час дії на деталь постійного за модулем та напрямом наванта­ження в ній виникають постійні напруження. Якщо модуль або на­прям навантаження щодо деталі змінюється в часі, то і напруження в деталі будуть мінятися в часі. Наприклад, змінні в часі напруження будуть тоді, коли навантаження постійне, але змінюється положення деталі щодо напряму навантаження (постійна за модулем і напрямом поперечна сила на вісь, що обертається, спричинює в перерізах цієї осі змінні в часі напруження).

Змінні напруження, що виникають у деталях машин, у більшості випадків змінюються в часі періодично.

На рис. 4.3 показаний гра­фік можливої періодичної зміни нормального σ чи дотичного τ на­пруження в часі t.

 

Зміст понять конструювання і проектування.

Інженерне проектування – це неперервний процес, у якому наукова і технічна інформація використовується для створення нового приводу, машини або системи, що дають суспільству певну користь.

Конструювання – створення конкретної однозначної конструкції об'єкта згідно з проектом. Конструкція – це будова, взаємне розміщення частин і елементів будь–якого предмета, машини, приладу, яка визначається його призначенням. Конструкція передбачає спосіб з'єднання, взаємодію частин, а також матеріал, з якого виготовляються окремі елементи. Конструювання базується на результатах проектування й уточнює всі інженерні рішення, прийняті при проектуванні.

Проектування і конструювання мають одну мету – створення нового виробу, який ще не існує або існує в іншій формі і має інші розміри. (перестановка складових частин, заміна їх іншими елементами чи надання їм іншої форми).