Общие вопросы моделирования и конструирования г лава 1
Скачать 3.04 Mb.
|
| ГЛАВА 10 КОНСТРУКТОРСКИЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ВЫПОЛНЕНИЮ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАНИй § I. КОНСТРУКТОРСКИЕ ЗАДАЧИ, ВЫТЕКАЮЩИЕ ИЗ ЛОГИКИ Конструирования. Конструкторские задачи — творческие задачи, возникающие в процессе совершенствования существующих конструкций или создания новых технических устройств. Из логики конструирования устройств вытекают частные конструкторские задачи: анализ конструкции; выбор оптимального варианта принципиальной схемы конструкции; выбор основных размеров технического устройства; выбор геометрической формы и материала деталей; выбор способа соединения деталей устройства. Эти задачи могут иметь самостоятельное значение и представлять собою упражнения, выполняемые на практических занятиях. В процессе решения задач данного вида, т. е. упражнений, осуществляется подготовка к выполнению индивидуальных паданий на конструирование. Такие упражнения способствуют более уверенному, сравнительно быстрому и качественному выполнению заданий на конструирование различных технических устройств (приспособлений, механизмов, станков (и т. п.). В ходе решения частных конструкторских задач формируются умения: анализировать различные конструкции; находить возможные варианты решений конструкторской задачи; выбирать оптимальный вариант принципиальной схемы конструкции; определять основные размеры конструкции, выбирать материал, форму деталей и способы их соединения; выполнять технические расчеты и графические работы. § 2. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ КОНСТРУКТОРСКИХ ЗАДАЧ Задание 1. Решить задачу на анализ конструкции. Цель. Приобретение умений анализа конструкции. Объект анализа. Ручные рычажные ножницы по металлу, изготовленные на занятиях в мастерских. Методические рекомендации. В процессе анализа конструкций даются ответы на вопросы в устной или письменной форме: Каково функциональное назначение технического устройства? Как работает устройство? Где оно применяется? Из каких деталей состоит? Из какого конструкционного материала изготовлены детали? Можно ли применить другой материал? Указать, какой. Почему выбраны такие геометрические формы деталей? Можно ли было выбрать другие формы деталей? Изменится ли геометрическая форма детали, если применить другой конструкционный материал? Как соединены детали между собой? Можно ли было применить другой способ соединения деталей? Какие механизмы имеются в устройстве? Какие виды кинематических пар в механизме? Указать способы и последовательность изготовления деталей, а также последовательность сборки устройства. Решение. Функциональное назначение ножниц — резание листового материала. Принцип работы можно проследить по рисунку общего вида и кинематической схеме (рис. 153). Звенья АС и DK шарнирно соединены между собой тягой CD и с опорами В и Е. Под действием силы Р приводится в движение рычаг DK. Это усилие посредством звена CD передается звену Л С. К кронштейну и к основанию ножниц прикреплен неподвижный нож, а на плече АВ звена АС установлен подвижный нож. При движении звеньев DK, CD, AC и взаимодействии ножей возникает усилие резания. Ножницы могут найти применение в учебных мастерских и в кабинете по техническому конструированию. Ручные ножницы состоят из следующих основных деталей: основание — плита, в которой просверлены отверстия для крепления ножек и кронштейнов; ножки — опоры плиты; кронштейны, соединенные шарнирно (при помощи осей) с ведущим и ведомым звеньями (рычагами); рычаги, кинематически связанные между собой тягой CD; неподвижный нож, прикрепленный к кронштейну, и подвижный — к ведомому рычагу АС. В конструкции использованы стандартные крепежные детали.  ~г ^ Рис. 153. Общий вид (в) и кинематическая схема (б) ручных ножниц В анализируемой конструкции применены различные материалы. Ножи изготовлены из стали марки У8А, оси — из стали 45, остальные детали — из стали СтЗ. Детали можно было бы изготовить из других конструкционных материалов (например, ножи — из стали марки У10 или У12), но это привело бы к удорожанию конструкции. Многие детали конструкции имеют плоские и цилиндрические формы, так как детали такой формы могут быть легко изготовлены на станках существующих видов. Можно выбрать иную форму для деталей, но это связано с применением других материалов. При выборе материала и геометрических форм деталей всегда учитывают наличие в учебных мастерских материалов и станочного оборудования. В конструкции ножниц есть подвижные и неподвижные разъемные соединения, выполненные с помощью стандартных крепежных деталей. Можно было применить и другие способы соединения деталей (например, соединение ножек и кронштейнов с основанием электросваркой). Однако отсутствие в учебных мастерских сварочного аппарата вынуждает отказаться от такого вида соединения. В рассматриваемой конструкции имеется плоский шарнирный четырехзвенный механизм преобразования движения, содержащий четыре вращательные пары. Детали ножниц изготовлены различными способами. Многие из них обработаны на токарно-винторезных, сверлильных и фрезерных станках. В небольшом объеме используется и слесарная обработка деталей (разметка, опиливание заусенцев, пригонка, доводка и другие операции). Упражнение 1. Дать в письменной форме анализ универсального деревообрабатывающего станка ТВ-300. Упражнение 2. Дать сравнительный анализ станков по деревообработке ТД-120 и ТСД-120. Задание 2. Выбрать оптимальный вариант схемы конструкции. Цель. Научиться выбирать из нескольких вариантов конструкции лучший. Объекты для решения задачи. Три варианта конструкции рычажных ножниц (рис. 154). Методические рекомендации. Сравнивая одинаковые по функциональному назначению и отличающиеся по устройству конструкции и учитывая возможные условия их изготовления и учебных мастерских, выбирают оптимальный вариант схемы устройства. В процессе выбора схемы конструкции учитывают критерии оценки ее совершенства: правильное функционирование, количество деталей и подвижных соединений, наличие стандартизированных и унифицированных деталей, простоту изготовления и обслуживания. Если результаты функционирования одинаковы, то наилучшей считается та конструкция, которая имеет наименьшее количество деталей и подвижных соединений.  Рис 154. Рычажные ножницы различных конструкций.Однако между выдвинутыми требованиями часто наблюдаются противоречия. Так, для повышения долговечности деталей конструкции надо в ряде случаев увеличить их массу, применить более прочные материалы, что ведет к увеличению расхода материалов и удорожанию конструкции. Конструктивные мероприятия, направленные на удовлетворение одного требования, препятствуют выполнению других. Поэтому приходится принимать компромиссные решения, основанные на ограничении одних качеств конструкции, чтобы повысить другие, более важные. Если главная функция не выполняется полностью, то можно сказать, что отсутствует и положительный результат конструирования. Решение. Конструкции ножниц с эксцентриковым механизмом (рис. 154, б) и шарнирным четырехзвенным механизмом (рис. 154, а) сложны, имеют много деталей и подвижных соединений. Поэтому для изготовления выбирают ножницы третьего варианта (рис. 154, в). Упражнение 3. Даны кинематические схемы механизмов преобразования движений (рис. 155). Требуется выбрать, исходя из технологических соображений, оптимальный вариант схемы будущей демонстрационной модели.  Р  ис. 155. Схемы кривошипно-шатунных (а, б) и эксцентрикового (в) механизмов преобразования движения.   Рис. 156. Сборочный чертеж рычажных ножниц, принятых для изготовления / — основание; 2—ножка; 3 —кронштейн; 4— нож подвижный; 5 — рычаг ножевой; 6 — болт; 7, 13— гайки; 8 — ось; 9, 14— шайбы; 10 — кронштейн левый; И — нож неподвижный; 12 — винт. Задание 3. Выбрать основные размеры конструкции. Цель. Приобретение навыков определения основных размеров конструкции. Объект для решения задачи. Рычажные ножницы, принятые для изготовления (рис. 156). Методические рекомендации. После выбора оптимального варианта принципиальной схемы конструкции переходят к определению ее основных размеров. Под основными размерами понимают размеры, определяющие устройство в целом. Размеры конструкции являются функцией его назначения. При определении отдельных размеров исходят из заданных в условии задачи данных, а также из эстетических требований и необходимости обеспечить пропорциональные соотношения размеров всех деталей. Размеры деталей могут быть и назначены по конструктивным или технологическим соображениям. Таким образом, при выборе размеров конструкции всегда должны учитываться такие критерии, как правильное функционирование, простота изготовления и обслуживания, внешний вид. Решение. Основными размерами основания (плиты) ножниц являются длина и ширина, которые назначают исходя из соображения устойчивости конструкции. Толщину выбирают с учетом наличия материалов и их экономии. В рассматриваемой конструкции плита имеет четыре опоры. Необходимо выбрать такую схему, которая позволила бы равномерно распределить нагрузки на все опоры. По известным формулам технической механики находят координаты центра тяжести конструкции. Линия действия равнодействующей всех приложенных сил должна пройти через точку пересечения диагоналей прямоугольника (основания). Значение точного положения центра тяжести важно при компоновке деталей и узлов технического устройства. По конструктивным соображениям назначают размеры кронштейнов, ножей и подбирают крепежные стандартные детали. Упражнение 4. Самостоятельно обосновать выбор основных размеров сверлильного (НС-12М) и токарно-винторезного (ТВ-4) станков, исходя из соображения устойчивости. Задание 4. Выбрать геометрические формы и материалы деталей конструкции. Цель. Научиться выбирать геометрические формы и конструкционный материал деталей технического устройства. Объект для решения задачи. Рычажные ножницы по варианту, представленному на рис. 154, в. Методические рекомендации. При выборе геометрической формы деталей устройства необходимо учесть соответствие формы изделия функциональному назначению, конструкционный материал деталей, способы соединения и изготовления деталей. При этом следует помнить, что не всегда форма детали устройства диктует выбор материала, но и конструкционный материал и способ изготовления обусловливают выбор геометрической формы. Таким образом, при конструировании устройств необходимо учитывать взаимообусловленность (взаимосвязь) материала, формы деталей и способа их изготовления. Выбор материала при конструировании устройств осуществляется с учетом физико-механических и технологических свойств. Решение. При выборе геометрической формы деталей ножниц руководствуются следующими соображениями. Большая часть деталей ножниц имеет самые простые геометрические формы (плоские, цилиндрические и их сочетания). Плоские и цилиндрические поверхности деталей легче, быстрее и дешевле получить на имеющихся в учебных мастерских станках. Исходя из этого выбрана плоская форма для основания рычага и ножей и цилиндрическая для оси, винтов и болтов. Для кронштейнов выбран стандартный неравнобокий уголок. Геометрические формы деталей ножниц соответствуют функциональному назначению. Все детали можно изготовить в условиях учебных мастерских. Соединения выполняют с помощью стандартных крепежных деталей. Выбор материала деталей осуществляется с учетом выполняемой ими функции, а также экономических соображений (стоимости) и возможности их приобретения. Для деталей ножниц выбраны конструкционные материалы Ст2, СтЗ, сталь 45, У8А. Упражнение 5. Самостоятельно обосновать выбор геометрических форм и конструкционного материала типовых деталей станков НС-12М и ТВ-4. Задание 5. Выбрать способы соединения деталей устройства. Цель. Приобретение умений выбора рационального способа соединения деталей и совершенствование навыков выполнения технических расчетов. Объект для решения задачи. Ножницы, принятые для изготовления (рис. 154, в и 156). Методические рекомендации. Вид соединения деталей определяется функциональным назначением, условиями эксплуатации, формой и материалом соединяемых деталей конструкции. Чтобы технически грамотно выбрать тот или иной вид соединения деталей, необходимо хорошо знать технические характеристики каждого вида соединения, область его применения, способ его осуществления, достоинства и недостатки. Рациональный вариант соединения деталей выбирается также с учетом материально-технических возможностей учебных мастерских. Практическое выполнение соединения тем или иным способом расширяет знания о соединениях деталей, способствует формированию умений решения такого вида частных конструкторских задач. Решение. Варианты некоторых возможных способов соединений деталей показаны в табл. 8. Таблица 8. Выбор способа соединения деталей
Детали ножниц, соединенные между собой выбранным способом, должны выполнять определенные функции, обладать необходимой прочностью, не разрушаться под влиянием действующих на них сил, Размеры деталей, обеспечивающие прочность или жесткость, устанавливаются расчетами. Ниже приводятся примеры некоторых расчетов, выполняемых в следующем порядке: 1. Определяют усилие резания: где S — толщина листового материала, мм; ев—предел прочности материала, Н/мм2; а — угол створа режущих кромок, град. Выбирают величины S, аи <тв для данного конструкционного материала. Сила резания приложена на конце подвижного ножа на расстоянии 100 мм от шарнирной опоры рычага. 2.Принимают значение усилия 3-Ю2 Н, приложенного на конце рычага на расстоянии 860 мм от точки приложения силы резания. Определяют реакцию опоры рычага.
где [о]ц—допускаемое напряжение на изгиб; WH — момент сопротивления изгибу (для прямоугольного сечения fc/i2/6). Приняв ширину сечения рычага 6 = 10 мм, определяют его высоту /i = 39 мм. 5. Вычисляют необходимый диаметр оси из условия прочности на срез по формуле из курса сопротивления материалов. Размеры других деталей ножниц назначают по конструктивным и технологическим соображениям. Задание 6. Самостоятельно обосновать выбор способов соединения деталей деревообрабатывающих станков: фрезерного Ф-4 и сверлильного СВП. После решения частных конструкторских задач полезна работа с механическим конструктором. Упражнения с конструктором позволяют восстановить в памяти сведения о ранее изученных механизмах и в какой-то мере облегчают #аль-иойшую самостоятельную конструкторскую работу. Контрольные вопросы. 1. Какие частные конструкторские задачи решают н процессе конструирования технических устройств? 2. Какие умения формируются в ходе решения конструкторских задач? 3. В какой последовательности проводится анализ конструкций? 4. Какие факторы учитывают при выборе оптимального варианта схемы конструкции? 5. Какие противоречия иногда возникают в процессе конструирования устройств? Как их разрешают? Что понимают йод компромиссным решением? 6. Как производится расчет на устойчивость конструкции, опирающейся на плоскость? 7. Почему при выборе геометрической формы деталей отдается предпочтение плоским и цилиндрическим поверхностям или их сочетаниям? 8. Какие факторы учитывают в процессе конструирования при выборе формы и материала деталей? 9. Почему в процессе конструирования учитывают взаимообусловленность материала, формы деталей и способа их изготовления? 10. Какие существуют способы соединения деталей механизмов и машин? 11. Какими факторами определяется способ соединения деталей? 12. Как выбрать при конструировании рациональный вид соединения деталей? | |||||||||||||||
Похожие:
 | Конспект урока технологии в 6 классе Тема: основы конструирования... Цель: изучить с учащимися элементы и последовательность конструирования и моделирования изделий | | Вопросы к экзамену по дисциплине «Основы конструирования и моделирования костюма» Расчет и построение базовой конструкции плечевой одежды (спинка, перед). Построение базисной сетки |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: познакомить учащихся с ассортиментом юбок, рассмотреть особенности их моделирования и конструирования |  | Уроки по технологии Под уроком по технологии Эти уроки посвящаются вопросам конструирования и моделирования изделий, составлению |
| Ответы на вопросы 19-20 Технология обработки, конструирования материалов с элементами машиноведения 26 часов | | Программа дисциплины общие вопросы физической экологии дпп. Дс. 01... Курс «Общие вопросы физической экологии» является начальным в серии дисциплин, связанных с физической экологией. Он призван дать... |
| Формирование социальных и личностных компетенций у учащихся через... Цель обучения учащихся с нарушением интеллекта по профилю швейное дело заключается в овладении учащимися основных знаний по технологии... | | Реферат №1 На тему: «История развития экономико-математического моделирования» Однако методология моделирования долгое время развивалась независимо отдельными науками. Отсутствовала единая система понятий, единая... |
| Экзаменационные вопросы 2 общие вопросы Охватывается опросом, составляло суточный цикл жизнедеятельности человека в данное время | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Основные приемы моделирования», таблица «Правила моделирования», схема «Приемы моделирования», шаблоны основ переда плечевого изделия,... |
| Содержание предисловие 4 Общие вопросы медицины. Философские вопросы Методы оказания первой помощи лицам, пострадавшим в дорожно-транспортных происшествиях | | Вопросы к экзамену по специальности 14 Список рекомендуемой литературы 16 Методология моделирования и инструментальные средства управления бизнес-процессами 10 |
| Овместное использование функционального и имитационного моделирования... Ого моделирования, обеспечивающая повышение результативности разработки различных этапов жизненного цикла сложной технической системы.... | | Общие сведения ”. Основные вопросы: Назначение, запуск, интерфейс модуля “ Модуль “Общие сведения” содержит базовую информацию об образовательном учреждении, обеспечивая основу для создания адресных отчетов,... |
| Учебное пособие по дисциплине «Математическое моделирование и теория принятия решений» Общие сведения и основные понятия математического моделирования и теории принятия решений | | Дипломному проекту На тему: Прогнозирование безотказности современных... Охватывает вопросы конструирования, исследования и принципов применения интегральных микросхем |
