Основы проектирования.Технологичность / Лекция 2_Основы проектирования.Технологичность
.pdf
Детали Машин и Основы Конструирования
Преподаватель:
Дорофеев Леонид Вячеславович
каф. «Мехатроника и международный инжиниринг» /ауд. 108,110/
Базовая структура курса
Лекции: 40 часов. Практические занятия: 20 часов. Лабораторные работы: 40 часов.
Самостоятельная работа: 80 часов.
Итоговый контроль
I семестр: РГР, отчет лабораторных работ, тесты, зачет.
II семестр: отчет лабораторных работ, тесты, защита курсового проекта, экзамен.
Детали машин и основы конструирования |
1 |
Условные
обозначения в лекциях-
презентациях
!- очень важно для понимания всей темы в целом!
- необходимо записать!
- рисунок (схему) занести в конспект!
?- спросить, если непонятно!
α- знать вывод формулы!
[Вт]= Нсм - проверить размерность формулы!
- 99% вероятность дополнительного вопроса на экзамене! - просмотреть по теме другие литературные источники!
- самостоятельно повторить решение задачи!
Детали машин и основы конструирования |
2 |
Проектирование и
его структура
Безудержный рост потребностей общества, начавшийся в 20 веке, стимулировал поиск все новых и новых технических решений. Все ярче начали проявляться ограниченность материальных и временных ресурсов, опасность экологических последствий. Современному уровню развития техники стали присущи не только сложность проектируемых объектов, но и их интенсивное воздействие на общество и окружающую среду, тяжкость последствий аварий из-за ошибок разработки и эксплуатации, высокие требования к качеству и цене, сокращению сроков выпуска новой продукции. При создании подобных объектов их уже необходимо рассматривать в виде систем, т.е. комплекса взаимосвязанных внутренних элементов с определенной структурой, широким набором свойств и разнообразными внутренними и внешними связями.
Системное проектирование комплексно решает поставленные задачи, принимает во внимание взаимодействие и взаимосвязь отдельных объектов-систем и их частей как между собой, так и с внешней средой, учитывает социально-экономические и экологические последствия их функционирования.
! |
? |
|
|
|
|
|
Системное |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
проектирование |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Объекты |
|
|
Процесс |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Модели |
Элементная |
Структура |
Принципы, |
|||||||||
|
|
|
|
|
база |
|
|
|
|
|
законы, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
методы |
|
Детали машин и основы конструирования |
3 |
Проектирование и
его структура
! |
? |
Методы проектирования |
|
|
|
||
|
Эвристические |
Экспериментальные |
Формализованные |
Эвристические методы – это методы основанные на интуиции присущей только человеку, не допускают формализации.
Находятся в основе творческой деятельности человека. На творческие процессы влияют: 1) наследственность; 2) окружающая среда; 3) научно-техническая подготовка; 4) воображение; 5) практический опыт.
Способы деятельности: 1) проб и ошибок; 2) рациональный перебор вариантов; 3) работа по аналогии; 4) ожидание озарения. Виды результатов: 1) открытия; 2) изобретение; 3) рациональное предложение; 4)ноу-хау.Методы: 1) последовательных приближений (итераций); 2)декомпозиций; 3) контрольных вопросов; 4) мозговой штурм; 5) морфологический анализ; 6)
функционально стоимостный анализ; 7) теория и решение изобретательских задач; 8) конструирование.
Экспериментальные методы: 1) физические; 2) машинные (ЭВМ); 3) мыслительные.
Цели эксперимента: 1) поиск новых закономерностей; 2)проверка адекватности теоретических положений; 3) поиск новых конструкторских решений путем натурального моделирования. Виды: 1)лабораторные исследования; 2)стендовые (заводские); 3)полигонные; 4)натурные; 5) эксплуатационные.
Машинный эксперимент – выполняется с применением математических моделей, программного обеспечения на ЭВМ. Имеет минимальный разброс параметров. В основе – планирование. Рандомизация – процесс выбора параметров. Обработка результатов эксперимента: регрессионный анализ – метод наименьших квадратов; корреляционный анализ.
Формализованные методы – это методы основанные на теоретических зависимостях и использующие компьютерные программы.
Общечеловеческие законы: 1)лень; 2)любопытство, стремление к познанию; 3)возрастание потребностей; 4)стремление к самосохранению системы.
Формализованные методы: предназначены для получения численных результатов. Достоинства: 1)возможность быстро и дешево рассчитать множество решений и выбрать оптимальный вариант; 2) возможность прогноза в пространстве и времени на ранних стадиях проектирования; 3)возможность постановки «чистого» эксперимента (анализа влияния параметров независимо от влияния других); 4) автоматизация проектирования; 5) комфорт; 6)объективность.
Детали машин и основы конструирования |
4 |
Проектирования и
его структура
В настоящее время существуют два представления структуры проектирования,
подобных по форме, но различных по целям и подходам к деятельности. Это – структура оформления этапов проектных работ и структура проектной деятельности.
Стадии проектирования, регламентированные стандартом
Соответствующая структура стадий проектирования регламентирована стандартом (ГОСТ 2.103) и обязательна при официальных взаимоотношениях между заказчиком и исполнителем или между соисполнителями работ.
!
?
Стадии разработки проектной документации
Техническое задание
Техническое предложение
Эскизный проект
Технический проект
Разработка рабочей документации
Опытного образца
Установочной серии (опытного производства)
Установившегося
производства
Сертификация
1. Техническое задание (ТЗ) устанавливает требования: основное назначение, технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования к разрабатываемой технической системе, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации и ее состав, а также специальные требования к изделию.
2. Техническое предложение (ПТ) – совокупность документов,
содержащих техническое и технико-экономическое обоснование (ТЭО) целесообразности разработки проекта. Такое заключение дается на основании анализа ТЗ заказчика и различных вариантов возможных решений, их сравнительной оценки с учетом особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов. Согласованное и утвержденное в установленном (на предприятии, в министерстве и т.п.) порядке ПТ является основанием для разработки эскизного проекта.
3. Эскизный проект (ЭП) – совокупность документов, содержащих принципиальные решения и дающих общее представление об устройстве и принципе работы разрабатываемой технической системы, а также данные, определяющие ее назначение, основные параметры и габаритные размеры. В случае большой сложности системы этому этапу может предшествовать аванпроект (предпроектное исследование), обычно содержащий теоретические исследования, предназначенные для обоснования принципиальной возможности и целесообразности создания данной системы. При необходимости на стадии ЭП проводят изготовление и испытание макетов разрабатываемой системы.
Детали машин и основы конструирования |
5 |
?
Стадии разработки проектной документации
Техническое задание
Техническое предложение
Эскизный проект
Технический проект
Рабочий проект (разработка рабочей документации)
Опытного образца
Установочной серии (опытного производства)
Установившегося
производства
Сертификация
Проектирования и
его структура
Технический проект (ТП) – совокупность документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве проектируемой системы, исходные данные для разработки рабочей документации.
На стадии рабочего проекта (РП) сначала разрабатывают подробную документацию для изготовления опытного образца и последующего его испытания. Испытания проводят в ряд этапов (от заводских до приемосдаточных), по результатам которых корректируют проектные документы. Далее разрабатывают рабочую документацию для изготовления установочной серии, ее испытания, оснащения производственного процесса основных составных частей изделия. По результатам этого этапа снова корректируют проектные документы и разрабатывают рабочую документацию для изготовления и испытания головной (контрольной) серии. На основе документов окончательно отработанных и проверенных в производстве изделий, изготовленных по зафиксированному и полностью оснащенному технологическому процессу, затем разрабатывается завершающая рабочая документация установившегося производства. В процессе разработки проектной документации в зависимости от сложности решаемой задачи допускается объединять между собой ряд этапов.
Этапы постановки ТЗ и технического проектирования могут входить в цикл научно-исследовательских работ (НИР), а этапы технического предложения и эскизного проектирования – образовывать цикл опытноконструкторских работ (ОКР).
Завершает структуру этап, подводящий итог проектной деятельности – сертификация. Его назначение – определение уровня качества созданного изделия и подтверждение его соответствия требованиям тех стран, где предполагается его последующая реализация. Необходимость выделения этого этапа в виде самостоятельного вызвана тем, что в настоящее время экспорт продукции или ее реализация внутри страны во многих случаях недопустимы без наличия у нее сертификата качества.
Детали машин и основы конструирования |
6 |
Стадии разработки проектной документации
Техническое задание
Техническое предложение
Эскизный проект
Технический проект
Рабочий проект (разработка рабочей документации)
Опытного образца
Установочной серии (опытного производства)
Установившегося
производства
Сертификация
Проектирования и
его структура
Структура курсового проекта по «ДМ и ОК»
1. Кинематический расчет привода. Выбор электродвигателя.
2.Расчет зубчатых передач.
3.Проектировочный расчет валов редуктора. Проектировочный выбор
подшипников.
4.Эскизная компоновка редуктора.
5.Проектирование открытой (ременной или цепной) передачи.
6.Проверочный расчет валов.
7.Проверочный расчет подшипников.
8.Расчет и выбор шпоночных
соединений.
9.Расчет крепежных элементов.
10.Проектирование корпуса
редуктора.
11.Тепловой расчет редуктора.
12.Разработка конструкторской
документации
?
Детали машин и основы конструирования |
7 |
Проектирования и
его структура
Внешние проектирование – когда разработка системы (изделия) уже начинается постановки задачи и формирования ТЗ и активно ведется совместно с заказчиком.
Внутреннее проектирование – данные этапы нацелены на поиск решения задачи выполняются разработчиком (синтез принципа действия, структуры и параметро проектируемой системы).
Синтез принципа действия – отыскивают физические эффекты, которые составят основ функционирования системы (фундаментальные законы, их частные случаи или следствия) Работа ведется с физическими моделями и их графическим представлением – блок-схемами
Этому этапу соответствует заключительная стадия ТЗ и стадия технического предложени структуры проектирования по ГОСТ 2.103
Структурный синтез – создаются варианты начального графического представления систем
(структурные схемы). В соответствии с ГОСТ 2.103 этот этап включает стадию эскизног проектирования
Параметрический синтез – отыскиваются |
Техническое задание |
? |
|
|
|
||
значения параметров системы, находится |
|
|
|
численное решение проектной задачи, |
|
|
|
создаются чертежи изделия и его частей. |
Синтез принципа |
модель |
|
Этот этап соответствует стадиям |
действия |
|
|
|
|
||
технического и рабочего проектирования. |
|
метод |
|
Структурный |
|
||
Решение задачи – появляется потребность |
|
||
синтез |
решение |
||
в подсистемах. Решение частных |
|||
|
|||
|
|
||
проектных задач, дополняющих |
Параметрический |
принятие |
|
основное решение, также проводится |
|||
синтез |
решения |
||
в соответствии с представленной последовательностью. |
|
|
|
Детали машин и основы конструирования |
8 |
||
Проектирования и
его структура
Техническое задание |
Синтез принципа |
действия |
Структурныйт кт |
синтезт з |
к |
Параметрическийт к |
з |
синтезт з |
модель |
метод |
решение |
принятие |
решения |
Синтез принципа действия –
механическая передача, которая
необходима для того чтобы
обеспечить требуемый крутящий момент и частоту вращения на
исполнительном органе – барабане
ленточного конвейера.
Метод расчета – алгебраческий (математическая модель механической передачи описывается простыми алгебраическими соотношениями).
[Если бы у нас было задание об оценке ресурс какого-либо узлы мы бы использовали, например, вероятностные методы или при расчете деталей на прочность могли бы выбрать конечно-элементный метод расчета] .
Находим решение или совокупность решений!
Математическая модель механической передачи:
1) мощность от входа к выходу передачи теряется за счет отрицательной работы сил трения
Nвых = Nвхη;
2) мощность – это работа A совершенная в единицу времени t
N = |
A |
= |
F S |
|
= F V |
||||
|
|
|
|||||||
|
t |
t |
|
|
|
||||
или |
N = |
A |
= |
T ϕ |
=T ω |
||||
|
|
t |
|||||||
|
|
|
|
t |
|
|
|||
здесь F – сила, Н; |
|
|
|
||||||
S – перемещение, м;
Т – крутящий момент, Н·м; φ – угол поворота;
V – линейная скорость, м/с; ω – угловая скорость, рад/с;
3) передаточное число механической передачи характеризует изменение кинематического параметра от входа к выходу механической передачи; предложенный для разработки привод на входе имеет вращательное движение, на выходе также вращательное; передача работает в режиме редуцирования, т.е. частота вращения на выходе будет
меньше чем на входе
i = ωвх ; i >1
ωвых
Принятие решения – например,
выбор электродвигателя при кинематическом расчет привода.
! ?
Детали машин и основы конструирования |
9 |
|
|
|
Проектирования и его структура |
|
Техническое задание |
|
Математическая модель структурного синтеза |
||
|
|
|||
|
|
(трудно формализуема): |
|
|
|
|
1. |
Переход от функционально-физической схемы к структурной. |
|
Синтезт зпринципа |
|
2. |
Состыковка элементарных устройств в единую систему. |
|
модель |
3. |
Исследование возможности изменения взаимного |
||
действият |
|
|
расположения отдельных частей. |
|
|
метод |
4. |
Проверка полученной структуры на возможность |
|
|
|
функционирования, т.е. определение числа степеней свободы |
||
Структурный |
|
|
W =6n −5 p5 −4 p4 −3p3 −2 p2 − p1, |
|
синтез |
решение |
|
гдеn −числоподвижных звеньев; |
|
|
|
|
p5, p4, p3, p2, p1 −соответственночисло |
|
к |
принятие |
|
кинематических парV , IV , III, II и I классов. |
|
Параметрическийт к |
|
|||
з |
решения |
|
|
|
синтезт з |
|
|
|
|
Структурный синтез – это первый шаг в |
Методы структурного синтеза: |
|
||
1. |
Перебор вариантов из банка структур-протоитипов. |
|||
создании конструкции механизма. В процессе |
2. |
Комбинирование элементарных структур. |
||
синтеза формируется его структура, |
3. |
Синтез структур на основе анализа свойств |
||
обеспечивающая требуемое число |
|
|
геометрических тел. |
|
|
4. |
Составление обобщенной структуры. |
|
|
подвижностей, замкнутых контуров, |
|
|||
5. |
Комбинаторно-логические. |
|
||
отсутствие избыточных связей, минимум |
|
|
|
|
числа звеньев. Основные этапы структурного |
Находим решение или совокупность решений! |
|
||
синтеза: формирование и выбор структурных |
|
|
|
|
схем; выбор классов кинематических пар; |
Принятая окончательная структура служит основной создания |
|||
определение номенклатуры звеньев |
чертежа разрабатываемой системы. |
|
||
механизма. |
|
|
|
|
То есть структурный синтез позволяет |
|
|
|
|
подбирать возможные сочетания звеньев и |
|
! |
? |
|
кинематических пар различной подвижности |
|
|||
при заданном числе степеней подвижности |
|
|
|
|
Детали машин и основы конструирования |
10 |