Розрахунки при проектуванні і конструюванні

Проектування і конструювання машин нерозривно пов’язані розрахунками, за допомогою яких установлюються: технічна характеристика; кінематичні параметри; розміри і форма навантажених деталей; запас міцності; довговічність для всіх умов експлуатації і для всіх навантажень. Розрахунки і конструювання поєднані між собою.

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 їх змін у часі); на міцність та жорсткість (визначення напружень та деформацій елементів машини у робочих режимах); енергетичні (розрахунки затрат енергії, параметрів енергетичного балансу); техніко-економічні (розрахунки продуктивності, вартості, ефективності використання).

Розрахунки на міцність та жорсткість залежно від їх місця в усьому процесі проектування і конструювання поділяють на проектні та перевірочні.

Проектні розрахунки використовують для визначення вихідних розмірів деталей чи їх елементів, до того ж ці розрахунки у більшості випадків виконують за спрощеними методиками.

Перевірні розрахунки є обов’язковими і найбільш точними. Вони виконуються за потрібними критеріями працездатності на кінцевих етапах проектування і конструювання для всіх відповідних деталей машин.

Особливості конструкторських розробок

Проектування механізмів – самостійна конструкторська робота, для виконання якої необхідні знання теоретичного курсу та вміння розробляти конструкції деталі, вузла, механізму, які б відповідали вимогам надійності, довговічності, технологічності, зручності в експлуатації, монтажу та демонтажу. При цьому набуваються навички користування довідковою літературою, стандартами, нормалями, таблицями, а також виконання розрахунків та складання розрахунково-пояснювальної записки. Загальні види конструкцій є попередніми, можуть змінюватися у процесі проектування. Робота над розрахунково-графічним завданням розпочинається зі складання схеми механізму і розрахунку, який має істотні відмінності від задач, з котрими студенти зустрічаються при вивченні дисциплін механічного циклу до того, як приступити к проекту.

Особливість розрахунку механізму, як і будь якого проекту, полягає у тому, що його виконують паралельно з конструюванням. Розміри, отримані у розрахунках, зазнають візуального контролю. Частину розмірів конструктор приймає на основі орієнтовних проектних розрахунків або виходячи із співвідношення розмірів елементів, а потім виконує їх перевірку. Тому разом із розрахунками необхідно виконувати у масштабі попередні ескізи деталей, які розраховуються. Якщо певні розміри між собою не гармонують, це часто є свідченням наявності похибки у розрахунках. У випадках, які викликають сумніви, необхідно звертатись до керівника проекту.

Усі інженерні розрахунки на міцність базуються на орієнтовних уявленнях та приблизних розрахункових схемах, а проектні розміри необхідно округляти. Тому розрахунки на міцність не потребують особливо точних обчислень. Прийняття стандартних розмірів має за мету уніфікацію деталей та вузлів, зниження собівартості виробів та спрощення технології їх виробництва.

На відміну від розрахунків міцності, геометричні розрахунки вимагають високої точності. Первинну компоновку конструкції зручно виконувати на аркуші міліметрового паперу. Коли з’ясується, що ті чи інші проектні розміри невдалі, необхідно скоригувати розрахунок на основі конструктивних міркувань. Така розробка носить попередній

характер і від неї не потребується повнота, але вона приносить користь тільки за суворого дотримання масштабу.

Остаточно розрахунок оформлюється після детальної розробки конструкції, тому що інженер у процесі проектування вимушений вносити до нього вказані корективи. У розрахунково-пояснювальну записку обов’язково вносять ілюстрації, які потрібні для повноти розуміння всіх елементів механізму, прийнятих позначень та термінів. У ній слід відобразити розрахунки деталей на міцність, жорсткість, визначитися з їх розмірами, навести аргументи щодо вибору профілю різьби та посадок у з’єднаннях.

При виконанні розрахунків на міцність необхідно дотримуватися інженерної форми записів: розрахункова літерна формула, після якої необхідно назвати всі параметри, що входять до неї, вибрати або обчислити їх значення (якщо це не було виконано вище за текстом) і тільки після цього формула записується з цифровими значеннями у строгій відповідності до позицій літерної формули (тобто замість кожної літери підставляють її чисельне значення), знак дорівнює та результат з одиницями обчислення. Якщо літерна формула містить параметри, які без винятку раніше вже названі та обрані або обчислені, то знак дорівнює ставиться одразу після неї і записується формула з цифровими значеннями, потім знак дорівнює та результат без поетапних ланцюгових обчислень. Чисельні значення підставляють у формулу у тому вигляді, який забезпечить бажані одиниці обчислення результату. Наприклад, якщо у результаті обчислення середнього діаметра різьби (дивись приклади розрахунків) доцільно отримати його значення у міліметрах (мм), то необхідно підставляти зусилля F у ньютонах (Н), а допустимий контактний питомий тиск [p] у мегапаскалях .

Розміри спряжень, які отримані у результаті розрахунків, необхідно обирати у бік найближчого більшого значення за таблицею нормальних лінійних розмірів НЛР. На збірних механізмів записують їх технічну характеристику. Специфікацію до креслень із вказаними позначеннями складових, їх назвами та кількістю кожної деталі розташовують наприкінці пояснювальної записки.