Les produits mécaniques sont utilisés dans tous les domaines, et le contenu et les exigences de la conception structurelle varient considérablement. Cependant, la conception de structures mécaniques dans diverses industries comporte toujours les mêmes parties communes.
Le résultat final de la conception mécanique s'exprime dans une certaine forme structurelle, qui est traitée et assemblée selon la structure conçue pour fabriquer le produit final.
Par conséquent, la conception de la structure mécanique doit répondre aux exigences multiples du produit. Les exigences de base incluent la fonctionnalité, la fiabilité, le savoir-faire, l'économie et l'apparence.
De plus, la contrainte des pièces doit être améliorée pour augmenter la résistance, la rigidité, la précision et la durée de vie.
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La conception de structures mécaniques est donc un travail technique complet.
Si la conception structurelle est erronée ou déraisonnable, cela peut entraîner une défaillance excessive des pièces et des composants, empêchant la machine de répondre aux exigences de précision de conception, entraînant de grands inconvénients lors de l'assemblage et de la maintenance.
Les huit critères de conception structurelle suivants doivent être pris en compte lors du processus de conception de la structure mécanique.
01Directives de conception pour réaliser les fonctions attendues
L'objectif principal de la conception d'un produit est de répondre à des exigences fonctionnelles prédéterminées. Les critères de conception permettant d'atteindre les fonctions attendues constituent donc la première considération dans la conception structurelle.
Pour répondre aux exigences fonctionnelles, les éléments suivants doivent être effectués :
(1) Clarifier la fonction : La conception structurelle consiste à déterminer la taille des paramètres et la forme structurelle en fonction de sa fonction dans la machine et de sa relation de connexion avec d'autres pièces.
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Les principales fonctions des pièces sont de supporter des charges, de transmettre le mouvement et la puissance, et d'assurer ou de maintenir la position relative ou la trajectoire de mouvement entre les pièces ou composants associés.
La structure conçue doit être capable de répondre aux exigences fonctionnelles de la machine dans son ensemble.
(2) Répartition raisonnable des fonctions : lors de la conception de produits, en fonction de circonstances spécifiques, il est généralement nécessaire de répartir raisonnablement les tâches, c'est-à-dire de décomposer une fonction en plusieurs sous-fonctions.
Chaque sous-fonction doit avoir une certaine responsabilité structurelle, et il doit y avoir une connexion raisonnable et coordonnée entre les différentes parties de la structure pour réaliser la fonction globale.
Plusieurs pièces structurelles remplissant la même fonction peuvent réduire la charge sur les pièces et prolonger leur durée de vie.
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La structure de la section courroie trapézoïdale est un exemple de répartition rationnelle des tâches.
La corde en fibre est utilisée pour résister à la force de traction ; la couche de remplissage en caoutchouc supporte la tension et la compression lorsque la courroie est pliée ; la couche de tissu interagit avec la rainure de la poulie pour générer la friction nécessaire à la transmission.
Par exemple, si vous comptez uniquement sur le frottement généré par la prétension du boulon pour supporter la charge latérale, la taille du boulon sera trop grande. Des éléments résistants au cisaillement, tels que des broches, des manchons et des clés, peuvent être ajoutés pour partager la charge latérale afin de résoudre ce problème. .
(3) Concentration des fonctions : afin de simplifier la structure des produits mécaniques, de réduire les coûts de traitement et de faciliter l'installation, dans certains cas, une pièce ou un composant peut assumer plusieurs fonctions.
La concentration des fonctions rendra la forme des pièces plus complexe, mais cela doit être fait de manière modérée, sinon cela affectera la technologie de traitement et augmentera les coûts de traitement. La conception doit être basée sur la situation spécifique.
02Critères de conception pour répondre aux exigences de résistance
(1) Critère d'égalité de résistance : les modifications des dimensions transversales des pièces doivent être adaptées aux modifications des contraintes internes afin que la résistance de chaque section transversale soit égale.
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Avec une structure conçue selon le principe de résistance égale, les matériaux peuvent être pleinement utilisés, réduisant ainsi le poids et le coût. Tels que la conception de supports en porte-à-faux et d'arbres étagés, etc.
(2) Structure de flux de force raisonnable : afin d'exprimer intuitivement l'état de transmission de la force dans les composants mécaniques, la force est considérée comme de l'eau circulant dans le composant, et ces lignes de force convergent vers un flux de force.
La représentation du flux de cette force joue un rôle important dans les études de conception structurelle.
Le flux de force ne sera pas interrompu dans le composant et aucune ligne de force ne disparaîtra soudainement. Il doit être transmis d'un endroit à un autre.
Une autre caractéristique du flux de force est qu’il a tendance à se transmettre le long du chemin le plus court, de sorte que le flux de force est dense à proximité du chemin le plus court, formant ainsi une zone de contraintes élevées.
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Le flux de force dans d’autres parties est clairsemé, voire inexistant. Du point de vue du stress, le matériel n’est pas pleinement utilisé.
Par conséquent, afin d'améliorer la rigidité du composant, la forme de la pièce doit être conçue en fonction du chemin de flux de force le plus court possible afin de réduire la zone portante, de sorte que la déformation cumulée soit plus petite, la rigidité de l'ensemble du composant est amélioré et le matériau est pleinement utilisé.
(3) Réduire la structure de concentration de contraintes : lorsque la direction du flux de force tourne brusquement, le flux de force sera trop dense au point de retournement, provoquant une concentration de contraintes. Lors de la conception, des mesures structurelles doivent être prises pour que le flux de force se déroule sans à-coups.
La concentration des contraintes est un facteur important affectant la résistance à la fatigue des pièces.
Lors de la conception structurelle, la concentration des contraintes doit être évitée ou réduite autant que possible.
Les méthodes seront présentées dans les chapitres correspondants, comme l'augmentation des filets excessifs, l'adoption de structures de déchargement, etc.
(4) Équilibrer la structure de charge : lorsque la machine fonctionne, certaines forces inutiles sont souvent générées, telles que la force d'inertie, la force axiale des engrenages hélicoïdaux, etc. Ces forces augmentent non seulement la charge sur les pièces telles que les arbres et les bagues, mais également réduire leur précision et leur durée de vie. , et réduit également l'efficacité de la transmission de la machine.
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Ce qu'on appelle l'équilibrage de charge fait référence à la prise de mesures structurelles pour équilibrer partiellement ou complètement la charge sans force afin de réduire ou d'éliminer ses effets néfastes.
Ces mesures structurelles adoptent principalement des éléments équilibrés, des dispositions symétriques, etc.
03Répondre aux critères de conception en matière de rigidité structurelle
Afin de garantir que les pièces puissent remplir correctement leurs fonctions pendant leur durée de vie, elles doivent présenter une rigidité suffisante.
04Considérer les critères de conception pour la technologie de traitement
L'objectif principal de la conception structurelle des pièces mécaniques est d'assurer la réalisation des fonctions et de permettre au produit d'atteindre les performances requises.
Cependant, les résultats de la conception structurelle ont un impact qui ne peut être sous-estimé sur le coût de production et la qualité des pièces du produit.
Par conséquent, lors de la conception structurelle, nous devons nous efforcer de garantir que le produit dispose d'une bonne technologie de traitement.
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La soi-disant bonne technologie de traitement signifie que la structure des pièces est facile à traiter et à fabriquer. Toute méthode de traitement peut ne pas permettre de fabriquer des pièces présentant certaines structures, ou le coût de production sera élevé, ou la qualité sera affectée.
Par conséquent, il est très important que les concepteurs comprennent les caractéristiques d’une méthode de traitement afin de pouvoir maximiser leurs points forts et éviter les faiblesses lors de la conception de la structure.
En pratique, la fabricabilité structurelle des pièces est limitée par de nombreux facteurs. Par exemple, la taille du lot de production affectera la méthode de génération des ébauches ; les conditions des équipements de production peuvent limiter la taille de la pièce ; de plus, des aspects tels que la forme, la précision, le traitement thermique et le coût sont tous affectés. Cela peut avoir un effet restrictif sur la qualité de la structure des composants.
Par conséquent, l’impact des facteurs ci-dessus sur l’aptitude au traitement doit être pleinement pris en compte lors de la conception structurelle.
05Considérez les directives de conception pour l'assemblage
L'assemblage est un processus important dans le processus de fabrication du produit. La structure des pièces a un impact direct sur la qualité et le coût d'assemblage.
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Les directives de conception structurelle pour l’assemblage sont brièvement résumées ci-dessous :
(1) Division raisonnable des unités d'assemblage : la machine entière doit pouvoir être décomposée en plusieurs unités (composants ou assemblages) qui peuvent être assemblées individuellement pour réaliser des opérations d'assemblage parallèles et spécialisées, raccourcir le cycle d'assemblage et faciliter l'étape par étape. niveau contrôle technique et maintenance.
(2) Assurez-vous que les pièces sont installées correctement : assurez un positionnement précis des pièces, évitez la double coordination et évitez les erreurs d'assemblage.
(3) Rendre les pièces faciles à assembler et à démonter : dans la conception structurelle, un espace d'assemblage suffisant doit être assuré, tel qu'un espace pour les clés ; éviter les ajustements trop longs pour éviter d'augmenter la difficulté d'assemblage et de provoquer des rayures sur les surfaces de contact, comme la conception de certains arbres étagés ; Pour faciliter le démontage des pièces, il convient de préciser l'emplacement des outils de démontage, comme par exemple le démontage des roulements.
06Considérer les critères de conception pour l'entretien et les réparations
(1) La configuration du produit doit être organisée en fonction de son taux de défaillance, de sa facilité de maintenance, de sa taille et de sa qualité, ainsi que des caractéristiques d'installation. Toutes les pièces et composants qui doivent être réparés doivent être bien accessibles ; le taux de défaillance Les pièces les plus élevées nécessitant un entretien fréquent et des interrupteurs d'urgence doivent offrir une accessibilité optimale.
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(2) Le démontage et l'assemblage du produit, en particulier les pièces d'usure, les pièces fréquemment démontées et les équipements supplémentaires, doivent être simples. Le chemin d'entrée et de sortie des pièces lors du démontage et du montage doit être une ligne droite ou une courbe douce.
(3) Les points d'inspection des produits, les points de test et autres points de maintenance du système doivent être disposés dans des endroits facilement accessibles.
(4) Les produits nécessitant un entretien et un démontage doivent disposer d'un espace de fonctionnement suffisant autour d'eux.
(5) Les opérations internes devraient généralement être visibles pendant la maintenance. En plus de pouvoir accueillir les mains ou les bras du personnel de maintenance, le passage doit également laisser un espace approprié pour l'observation.
07Considérez les lignes directrices pour la conception du style
La conception du produit doit non seulement répondre aux exigences fonctionnelles, mais également prendre en compte la valeur esthétique de la forme du produit pour le rendre attrayant pour les gens.
D'un point de vue psychologique, 60 % des décisions des gens dépendent des premières impressions.
Les attributs sociaux des produits techniques sont des marchandises. À l'ère du marché de l'acheteur, concevoir une apparence pour le produit qui puisse attirer les clients est une exigence de conception importante ; dans le même temps, des produits esthétiques peuvent réduire les erreurs de manipulation des opérateurs causées par la fatigue.
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La conception de l'apparence comprend trois aspects : la forme, la couleur et le traitement de surface.
Lors de l'examen du style, il convient de prêter attention aux proportions de taille coordonnées, aux formes simples et unifiées, ainsi qu'au soutien et à l'embellissement des couleurs et des motifs.
Les couleurs unies ne sont utilisées que pour les petits widgets.
Les composants volumineux, particulièrement mobiles, apparaîtront monotones et sans couche si une seule couleur est utilisée. Un petit bloc de couleur supplémentaire animera l’ensemble du ton.
Lorsque plusieurs couleurs coexistent, il doit y avoir une couleur de fond dominante, et la couleur correspondant à la couleur de fond est appelée couleur contrastante.
Mais sur un produit, le nombre de tons différents ne doit pas être trop important. Trop de couleurs donneront aux gens une sensation flashy.
Les couleurs confortables vont du jaune clair, du jaune verdâtre au brun.
Cette tendance se réchauffe, le jaune et le vert semblent souvent inconfortables ; les tons gris forts semblent déprimants.
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Pour les environnements froids, utilisez des couleurs chaudes comme le jaune, l’orange et le rouge.
Pour les environnements chauds, utilisez des couleurs froides comme le bleu clair.
Toutes les couleurs doivent être atténuées.
De plus, certaines configurations de couleurs peuvent donner au produit une apparence sûre et stable. Les plans présentant de petits changements de forme et de grandes surfaces doivent être disposés dans des couleurs claires, tandis que les composants aux contours mobiles et actifs doivent être disposés dans des couleurs sombres ; les couleurs foncées doivent être placées dans la partie inférieure de la machine et les couleurs claires dans la partie supérieure.
08Des lignes directrices de conception qui tiennent compte du coût
Les opérations de produit et de maintenance doivent être simplifiées dès la conception :
(1) Lors de la conception, de l'analyse et du pesée des fonctions du produit, fusionner les fonctions identiques ou similaires et éliminer les fonctions inutiles pour simplifier les opérations de produit et de maintenance.
(2) Lors de la conception, la structure doit être simple, le nombre de niveaux de produit et d'unités de composants doit être réduit autant que possible et la forme des pièces doit être simplifiée tout en répondant aux exigences fonctionnelles spécifiées.
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(3) Les produits doivent être conçus avec des mécanismes de réglage simples et fiables autant que possible pour éliminer les défauts courants causés par l'usure ou la dérive.
Les pièces de valeur sujettes à une usure locale doivent être conçues sous forme d'assemblages réglables ou détachables pour faciliter le remplacement ou la réparation locale. Évitez ou réduisez les ajustements répétés qui impliquent les uns les autres.
(4) Organisez raisonnablement les positions de chaque composant, réduisez le nombre de pièces de connexion et de pièces de fixation et rendez les opérations de maintenance telles que l'inspection et le remplacement des pièces simples et pratiques. Lors de la réparation d'une pièce, essayez de vous assurer qu'aucun démontage, aucun mouvement ou moins de démontage ne déplacent moins les autres pièces afin de réduire les exigences de niveau de compétence et la charge de travail du personnel de maintenance.
