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机械设计需要哪些知识?机械设计知识相关原理介绍
时间:2021-05-14 阅读: 372
机械设计过程概述


  ① 构成设计设想和完善整体战略

  机械设计的过程常常是从整体到部分细化的过程。所谓整体,就是指一个总的全局观。比方拿到某个课题(设计某样功用的机器),首先要在头脑里构成一个总体的含糊性的设计概念(这时要思索的是一些全局性要素)。比方要思索客户要加工的料的材质(各项物理性能/硬度/强度/屈从点/耐磨性/韧性/比热/密度等),外形(板材还是型材还是铸件锻件等)。

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  再比方要思索你所将设计的机床的大致尺寸,总高,总长,总宽(思索到实践车辆和道路运输状况再决议该机是散装运输还是整机运输)。在思索这些大致方向性的根底要素的同时,也要同时思索初步的机床功用完成方式。也就是采取何种工艺或办法来成型,就目前的成型方式来说,可分不去除资料的方式和去除资料的方式以及增加资料的方式。


  不去除资料的方式有:铸造/锻造/挤压/冷轧/折弯/滚压/卷圆/弯管/旋压等


  去除资料的方式有:车削/铣削/钻削/刨削/磨削/拉削/锯削/插削/冲压/裁剪/激光切割/水切割/火焰切割/等离子切割/火花电蚀等


  增加资料的方式有:焊接/分层轮廓加工(3D打印机)


  在如此多的成型方式里自创和肯定某一种最适宜的成型方式作为所要设计的机床的最根底理论架构。


  ② 肯定机床初步构造方式

  基于上述内容肯定一个初步的机床构造布置性计划。比方客户提供的要由你所设计的机器加工的料是相似工字钢一类的较长型材(此时要综合思索在机床加工时客户上料以及下料的便利性,平安性等要素,同时思索客户是单条加工还是成捆多条同时加工。)
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  在此情况下,我们可能就会倾向于肯定大约设计思绪,是在加工时分采取被加工件固定(静止)而采取刀具以及刀具总成挪动的初步战略(类如激光切割机)。


  当然,分离实践状况也能够采取工作台(物料)挪动方式(类如龙门铣床)。有了个大致性的初步战略后,再接着就要思索机床的消费效率和精度请求。关于此两项请求肯定是要分离设备造价来肯定。例如能否采用多工位构造,能否采用多机头构造,能否需求加快各部位工进或快进的速度(速度高了关于驱动的功率请求就大了,又要思索速度高了机构惯性大了,定位精度降落了,若采用大功率大惯量的电机就直接意味着本钱的上升。)


  此时也要统筹机床整体的刚性以及重心问题,或思索必要的构造共振频率问题。同时还要统筹人体工程学请求。(关于操作位或某些需求经常调整和操作的位置要思索正常人操作时的便利性。)


  ③ 肯定各部件或总成的构造方式和功用

1.jpg  在肯定了机床成型方式和整体初步构造后就要对各部位停止初步规划,这时要比拟明晰和明了各部位的功用以及肯定采用何种机构来完成这些部位的功用。做这些规划的前提的前提就是要先思索这个组件或部件的装置和拆卸问题。


  比方关于易损件或耗材或关于一些需求经常调校的安装和机构就请求思索合理的拆装和维修时的便利性。比方要改换一条三角皮带,则要对该机停止杀牛剥皮式的拆卸和改换那就不能算是一个好的设计。


  例如当我们肯定采用常用的直线进给机构时所要思索的问题有如下方面:(分离实践的效率和精度需求明白某种完成方式,常用的当然有导轨加丝杠这种方式,至于是采用滑动摩擦丝杠还是滚动摩擦的丝杠则要依据实践状况肯定。传动效率,定位精度,动态响应性,负载状况,速度特性,螺纹升角,丝杠所能接受的轴向载荷,导程,造价本钱,等要素都要综合思索。)再比方间歇运动机构,在电机控制技术还没完善前,要完成此类机构那真是把戏繁多,包括槽轮方式,不完整齿轮方式等,个人以为做机械设计难的是如何把复杂问题简单化,关于那些处心积虑搞些精妙复杂的机构,例如圆柱/圆盘凸轮机构,诡异莫测的空间机构,变化无量的四杆机构,以及一些考验加工制造人员的不完整齿轮机构和异形齿轮机构等等。


  关于刻意要弄些让普通人玩不转的,弄不清情况的设计,个人不表示同意。当然前提条件是我们完整能够采用一维线性运动或二维平面插补或三轴联动来处理的状况。


  采用伺服电机和直线滚动摩擦性质驱动和导向安装能圆满处理那些需求间歇的,加速的,行程放大的,特殊运动曲线的功用请求下为何还要去弄那些复杂的,且制造艰难的,不通用的,让维修和装配人员头昏眼花,莫明其妙的且还大都是些滑动摩擦关系的机构呢?或许有人会说,一组二维平面直线插补的运动平台抹杀了几前人留下的那些能够真正称谓为机械设计精髓的机构。


 关于此,类举个很有挖苦意味的笑话。(某新兵停止野外生存锻炼,饿着肚子搓了好几个小时的木头,还是没能像祖先一样完成钻木取火。筋疲力竭之余摸出打火机和香烟,先坐石头上抽根烟,缓口吻,继续揣摩这钻木取火的技巧......)


  当然,关于一些必需的和必要的机构还是无法完整采用现代快餐式的设计文化来填补和完成。比方应用偏心安装得到振动特性或夹具上的快速锁紧安装。或者是要应用超越离合器得到反转失效等工况。


  ④ 零件设计


  第1,思索该零件的制造批量。(若是大批量制造某个零件时要充沛思索机床夹具所用的定位基准,工艺孔等“多余”的要素。)


  第2,思索该零件的成型方式的特性。(比方某高速旋转的盘类零件,当采用铸形成型时,因不可防止地会存在组织疏松或气孔等缺陷,而这类工艺特征不停止后期动均衡处置必然会招致在高速运转状态下产生过大的向心力,间接地会呈现轴承发热,异响,寿命短等现象。再比方关于中碳钢或高碳钢原资料停止气割下料来获取零件毛坯时很容易呈现切割处“被”淬火现象。)


  第3,思索该零件的原材特性。(比方一片状薄板类零件,我们首先想到采用铁板取料,当然取料的方式能够是激光切割/水切割/火焰切割/以至线切割/或是冲压。。。这就要分离该零件的最佳经济效益来决议。当然不论是针对板材还是线材,不论是采用锯切下料还是火焰或激光或水切等,都要留意排料问题。(追求资料最大应用率)


  第4,思索该零件的加工夹具。(关于单件小批量制造应在设计时尽量防止一些在通用机床上无法加工,必需得用专用夹具来停止消费加工的状况。)


  第5,思索制造该零件的刀具。(在设计零件时要充沛思索在市场上可购置到的且合适本身机床装夹和运用的刀具。尽量防止定制非标刀具。这个局部就请求略知一些刀具的国度规范。比方你在零件上设计了一个孔,且这个孔是有比拟高的圆柱度和光亮度请求。普通我们关于孔的工艺是钻孔或车孔—铰孔或镗孔—或内圆磨。但你这个孔的直径值若是选得不接近刀具第一系列或第二系列时,在规范刀具市场买不到对应的钻头铰刀一类刀具状况下就会变得十分费事。)


  第6,思索加工这个零件的机床的加工范围。(机床都有固定的加工才能范围参数。比方 C6132 表示卧式车床能够完成最大零件回转直径是 320。M7130*1000 代表卧轴矩台平面磨床可一次装夹磨削宽度是 300,长度是 1000 的平面。所以,在设计零件时就要分离这些机床参数思索加工母机的可夹持或可加工性。)


  第7,思索量具。(零件制造完成了请求能应用通用的检具,量具来停止丈量。比方设计一组圆锥配合,你不选规范莫氏系列或常用的相似 7:24 锥度或 1:50 等这些锥度,而非要弄个 7:23 或 1:47 等锥度的话,那就在规范量具市场买不到通用的规范锥棒和锥套。当然若是采用二次元投影检测或三坐标检测的零件则不在此状况约束范畴内。)


  第8,思索热处置请求。(关于一些刚入行的朋友来说,在处置一些需求高耐磨性或需求良好的综合力学性能的零件时分,其图纸上常常会呈现这样的技术请求,资料 Q235 —淬火后硬度到达 HRC60,且要保证淬透性和硬度平均等。资料 45# 钢—调质后达 58HRC。关于此类现象,只能倡议您再去多翻翻金属资料与热处置的学问。)


  ⑤ 工程图纸的相关问题


  分离国内众多的“山寨”小作坊式的工厂的实践状况,设计图纸的标准化和规范化是个比拟矛盾的问题。按正常的,标准的,严谨的,科学的办法和方式来说,一个消费机械设备工厂的技术部门,本应当具备专职的绘图人员,图纸审核人员,工艺规划人员,工装夹具制造人员,以及专职的电气工程师,液压气开工程师或程序员。


 而在“小农认识”的指导下经过浓缩再紧缩处置后常常会精简到一两个人的情况。且此一两个人要在完成上述各职位工作的同时可能还要出具设备运用阐明书,产品样本的更新编排,招标文件的编制等等一些技术人员的“活”。

  在此,只讨论基于上述一人多能的情况下的图纸适用性的相关问题。(所述可能不适用在具备明白分工,各司其责的标准化公司做事的朋友。)


  第1,作为设计人员,在坚持谦逊好学的同时更要具备自我主意和独立判别才能。这状况置信很多朋友都有深入领会,老板是这么说,车间主任那样说,消费经理又有个另外的想法,客户还会提个“合理”的请求。。处置不好这些纷至沓来的意见或倡议时,图纸文件包名字将会从设计1版逐步变到设计11版。


  关于此,我们设计人员若是处置不好,常常会构成思想惯性和依赖性。一朝一夕我们就会进入一个永远挣扎不出的死循环里。老板,车间主任,消费经理总觉得你这人地道就是腰上别只死耗子—冒充打猎的。


  而你更觉得没了设计自在,觉得和这些泥腿子扯淡完整是夏虫不可语冰,被约束,被约束太多,完整被禁锢在指指戳戳和无数的马后炮中。


  第2,关于图纸要素要做到知其然亦知其所以然。很多新手出具的图纸常常都“干洁净净”异常“整洁”,没有粗糙度标志,没有外形和位置公差请求,没有备注的技术请求,一切的线条粗细都是分歧,尺寸缺失,尺寸多余,尺寸链封锁,图纸上表现不出加工和丈量的基准,N 多虚线图素等等情况。


  入行一段时间后,略有领会了,结果可能又呈现图纸所标注的尺寸公差以及外形和位置公差请求让人一看就半身不遂,再一看直接瘫痪的情况。


  举个简单的例子,当你设计一条轴时(轴承中间布置的状况),我们要明白这条轴在最后磨削处置时的加工基准是两轴端的中心孔,而我们装配后用百分表检测其某段轴段的跳动状况时的丈量基准却是基于中间的轴承位A和轴承位B之间的中心轴线,所以,你觉得在图纸上标注其恣意轴段跳动公差时的丈量基准是能恣意标注么?


  再例如当你设计的相似法兰衔接的两个零件不能完成理想的对接时,请不要第一时间去质问加工或工艺布置人员的差错。你应该拿起你出具的图纸认真看一看,是不是没有了装配止口了?是不是缺失了“配作”这样的技术请求了?是不是缺失了螺孔位置的请求了?


  ⑥ 设计的灵魂—计算,校核

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