1.1.4 Общие рекомендации при проектировании

Цель конструирования: создание изделий, максимально отвечающих требованиям надежности, эксплуатационным требованиям и наиболее экономичных в изготовлении и эксплуатации. Соответствие этим требованиям закладывается на стадии проектирования, обеспечивается на стадии производства и поддерживается в процессе эксплуатации.

Для решения этих задач при проектировании рекомендуется:

1. Обосновывать применение каждого механизма, каждой детали механизма, каждого элемента детали.

2. Обеспечивать высокую прочность деталей способами, не требующих увеличения веса (придание деталям рациональных форм, применение материалов повышенной прочности, введение упрочняющей обработки).

3. Обеспечивать соответствие конструктивных форм деталей условиям технологии получения заготовок и технологии механической обработки.

4. Обеспечить удобство сборки, разборки и регулировки.

5. Исключить, по возможности, подбор и пригонку деталей, а так же операции выверки и регулировки деталей и узлов при сборке.

6. Упрощать уход за изделием, сокращать объем операций обслуживания, устранять периодические регулировки.

7. Предупреждать возможность перегрузки при эксплуатации, вводить предохранительные и предельные устройства.

8. Предусматривать надежную автоматическую смазку трущихся поверхностей, избегать, по возможности, периодической смазки.

9. Избегать открытых механизмов и передач, предотвращать проникновение грязи, пыли и влаги на трущиеся поверхности.

10. Предупреждать коррозию деталей, работающих с химически активными средами.

11. Обеспечивать надежную страховку резьбовых соединений от самоотвинчивания.

12. Устранять возможность поломок и аварий в результате неумелого или небрежного обращения, вводить блокировки, автоматизировать и упрощать управление.

13. Сосредоточить органы управления и контроля, по возможности, в одном месте.

14. Не применять оригинальных деталей там, где можно использовать стандартные, нормализированные, унифицированные, заимствованные или покупные узлы и детали.

15. Придавать конструкции изделия простые и гладкие формы, облегчающие содержание его в чистоте.

1.1.5 Особенности расчетов при проектировании

В целях упрощения математического описания в инженерных расчетах реальные конструкции заменяют идеализированными моделями или расчетными схемами. Неточности расчетов компенсируют за счет запасов прочности, т.е. выбор коэффициентов запасов прочности становится весьма ответственным этапом.

Виды расчетов:

Проектный расчет – предварительное определение размеров изделия по ожидаемым нагрузкам, с учетом свойств материалов (по ним определяются допускаемые напряжения). Некоторые неизвестные параметры выражаются через другие неизвестные или ими задаются на основе опыта эксплуатации. Полученные размеры округляют до стандартных значений.

Проверочный расчет – уточненный расчет уже спроектированной конструкции при воздействии максимальных нагрузок, определение максимальных рабочих напряжений и сравнение их с допускаемыми.

Применение в расчетах формул сопромата осложняется тем, что:

1. В ряде случаев не вполне точно известны действующие нагрузки.

2. Форма детали и способы опорных закреплений отличны от рассматриваемых в сопротивлении материалов тел простейших форм и типов опор.

В этих случаях задача проектировщика состоит в том, чтобы выбрать такую упрощенную схему, которая была бы доступна расчету и в то же время наиболее близко соответствовала истинным условиям работы. Поэтому проектировщик должен изучить условия работы конструкции с исчерпывающей полнотой.

Анализируя условия работы детали, проектировщик должен определить самую невыгодную из возможных комбинацию действия внешних сил и принять ее за основу для расчета, обеспечивая прочность детали в наиболее неблагоприятных условиях работы.

Выбор допускаемых напряжений для расчетов является одним из важнейших факторов.

Для упрощения расчетов применяется моделирование:

1. Модель материала – однородная сплошная среда, обладающая изотропными свойствами – хорошо описывает металлы в упругой зоне.

2. Модель формы – в большинстве случаев форму детали можно упростить без существенной потери адекватности реальной детали, что облегчает выполнение расчетов:

• Брус (стержень – только осевая нагрузка), ферма.

• Пластина (оболочка).

• Массивное тело.

Твердое тело при моделировании описывают как совокупность простых элементов, связанных между собой. Модель образует структуру, близкую по форме к моделируемому объекту. Это – основа метода конечных элементов.

3. Модель нагружения – внешнее воздействие можно представить как действие силовых факторов:

• сосредоточенная сила;

• сосредоточенный момент;

• сила, распределенная по длине;

• сила, распределенная по площади;

• момент, распределенный по длине;

• момент, распределенный по площади;

• объемная нагрузка;

• массовая нагрузка.

Обычно внешние воздействия представляют в виде сосредоточенных сил и моментов, реже – в виде распределенных сил.

4. Модель закрепления – ограничение числа степеней свободы точки закрепления, приведение точки закрепления к одной из элементарных опор.

Виды связей:

Контакт тела с гладкой поверхностью: реакция направлена по общей нормали к их поверхностям в точке соприкосновения.
Контакт тела с поверхностью (с учетом сил трения): реакции разбивают на две составляющие: нормальную RN – перпендикулярно поверхности в точке соприкосновения (как при контакте с гладкой поверхностью) и касательную RT – по касательной к поверхности.
Связь с помощью нитей (цепей, тросов): не дает телу удаляться от точки подвеса нити вдоль нити. При отбрасывании связи заменяется на реакцию, направленную вдоль нити к точке ее подвеса.
Шарнирно–подвижная опора: ограничивает перемещение тела в одном направлении, позволяет свободно перемещаться в другом направлении и поворачиваться относительно опоры. При отбрасывании заменяется на одну реакцию, перпендикулярную плоскости перемещения.
Шарнирно–неподвижная опора: ограничивает перемещение тела, но позволяет свободно поворачиваться относительно опоры. При отбрасывании заменяется на две реакции, параллельные осям координат.
Жесткая заделка (жесткое защемление): не дает телу перемещаться и поворачиваться. При отбрасывании заменяется на две реакции и реактивный момент.

По окончании проектирования целесообразно проводить экспериментальную проверку результатов расчета (если это экономически оправдано).