طراحی مکانیکی از تئوری تا عمل

[Aysajoon]

سلام دوستان !

تو این تاپیک فقط می خواهیم درزمینه طراحی مکانیکی قطعات - ماشین آلات و سیستمهای مختلفی که مربوط به علم طراحی میشه صحبت کنیم . از ملاحضات طراحی بگیم و نکات مهمش و اینکه باید چه جوری باشه که زمانی که می خواهیم طرحمون رو عملی کنیم کمترین اختلاف رو با زمان طراحی داشته باشیم !

خیلی زود کارمون را بایه قطعه ساده شروع می کنیم از انتخاب جنس مناسب گرفته تا تحلیل تنشهای پیشرفته و ... و اگه همراهی کنید تا سیستمهای پیشرفته هم ادامه می دیم !

خوب بنظر شما برای انجام موفقیت آمیز یه طرح باید چی کار کرد ؟

[Aysajoon]

سلام !

خوب . حالا که می خواهیم درباره طراحی صحبت کنیم نمی تونیم در این باره یه راه حل کلاسیک ارائه بدیم ! طراحی آمیزه ای از علم و هنره !
البته نظرها متفاوته و من تو پستهایی که تو این تاپیک ایجاد می کنم نظر شخصی خودم رو می نویسم .

به نظر من اول باید دید کاربرد ماشین چیه ؛ یعنی ورودی و خروجی های ما به/ از ماشین چی هستن . بعد محیط و شرایطی که باید دستگاه تو اون شرایط کار کنه !

دررابطه با اون ماشینی که شما دیدید متاسفانه هنوز خیلی از سازندگان دستگاههای ما آشنایی کافی با اون چیزی که می خوان بسازن ندارن . یه تجربه ای هم یکی از دوستان در محیط کارش داره که اون رو هم براتون می گم :

این دوست میگه که مایه ماشینی داشتیم که بعد از مدتی کارکرد یکی از شفتهای اصلی اون شکست ! یه مسئول ماشین آلاتی هم تو اون شرکت بود که فکر میکرد مهندس باید فقط دستش رو به روغن آغشته کنه و همیشه آستیناش تا بازو بالا بود . این جناب مهندس بدون علم ! ورداشت یه شفت ضخیم تر رو تعبیه کرد و بعد از مدتی کارکرد هم شفت و هم یکی دیگه از قسمتهای ماشین ازبین رفت !!!!

بعد از مدتی مدیران شرکت تصمیم گرفتند که باشرکت سازنده دستگاه وارد مذاکره بشن و دیدن که به هنگام نصب و مونتاژ ماشین مقدار 12 درجه ماشین با اون چیزی که تو طراحی در نظر گرفته شده بود انحراف پیدا کرده و این عامل باعث وارد شدن نیروهای بیش از حد مجاز به شفت شده و باعث شکستن اون میشده !!!

طراحی تو هر رشته ای به دو دسته تقسیم میشه :

1-طراحی از ابتدا 2- طراحی معکوس که در حقیقت کپی برداری از تجهیزات ساخته شده هستش .


کتاب که خیلی زیاد هستش . فقط کافیه که تو یکی از سایتهای Ebook مثل :

www.ebookee.com (http://www.ebookee.com/) کلمه mechanical design یا design به تنهایی رو جستجو کنید و کتاب دلخواهتون رو پیدا کنید .

برای بحث بیشتر آماده ام !

مرسی [golrooz]

[Aysajoon]

سلام

یه جمله تو مطلب قبل بود که خیلی قشنگه "طراحی آمیزه ای از علم و هنره ! " میخواستم چند تا نکته رو بهش اضافه کنم :

طراحی در واقع یک اثر هنری از یک مهندسه که تمام ذوق و خلاقیتش رو توی اون وارد کرده . اگه بخواهیم دقیقتر بررسی کنیم در یک فرایند طراحی ( البته در مهندسی معکوس کم رنگتره ) شما میخواهید که از عمکرد خاصی که به عنوانه هدف مطرح شده به دستگاه یا مکانیزمی برسید که اونو براتون انجام بده مثلا در مسابقات رباتیک هدف یک چیزه ثابته برایه همه ولی افراد مختلف دستگاه های مختلفی با کارایی های مختلف درست میکنن و این در واقع اوج زیبایی مقوله طراحیه !!!!

شما برای شروع طراحی کاربردی ، منظورم چیزیه که واقعا بشه اونو با در نظر گرفتن مسایل اقتصادی ساخت و به کار بست ، نیاز به کوهی از اطلاعات دارید که فقط بخشی از اون تئوری مکانیکه !

شاید تا به حال اصطلاح مهندس صفر کیلومتر به گوشتون خورده باشه !؟ چیزه قشنگی نیست ولی واقعیته که بر گرفته از غرور مهندسین عزیز خودمونه دلیلشم همون گستردگی دامنه اطلاعات یک طراحه !

توی یک مجموعه تمام قطعات ارزش خودشون دارن و برای انتخابشون نیاز به دانش خاص خودشون هست از رنگ روی بدنه تا قطعه ای که محاسبات سنگین و پیچیده داشته باشه یادتو باشه که ایراد در هر قسمتی کل دستگاه رو زیر سوال میبره !

به نظر شما فرق بزرگ بین پاترول و لندور های قدیمی چیه ؟!؟ در صورتی که بگم سیستم تعلیق لندور سر پیچ تعادل بهتری داره ! ( یکی از مهمترین فاکتور های اتومبیل های شاسی بلند یا لندکروز پایداری اوناست ) اما موافقید که بگیم ظاهر بسیار متفاوتی دارند که باعث محبوبیت یکی از اونها شده ! یعنی همون طراحی [cheshmak]

[Aysajoon]

با سلام

خوب دیدیم که در نظر یک طراح تمام قسمتها باید با اهمیت باشند تا محصول نهایی دارای هارمونی خاص خودش باشه و این یکی از اصول اساسی طراحی است .

هارمونی : در واقع میتونیم بگیم که وقتی شیرازه اصلی یک طزح بسته شد مابقی قسمتها بر اساس هارمونی شکل میگرند برای مثال به عکس چرخ صندلی رجوع میکنم به نظر شما تمام قطعات این مجموعه تحلیل دینامیکی شده ؟! اونم با نرم افزار های سنگین و پیچیده ؟! البته که نه ولی چرا ؟! دلیلش این نیست که ارزشش رو نداشته ! دلیلش اینه که لازم نداشته ! چون توی همچین مجموعه هایی معمولا یک یا دو نقطه بحرانی وجود داره که با تشخیص صحیح اونها و بدست آوردن ابعاد اون قسمت میتونید با اصل هارمونی به طراحی بقیه قسمتها بپردازید اما در این میان به چیزی بسیار مهم احتیاج دایم که بهش میگیم قضاوت مهندسی که در واقع همون دید مهندسیه ، در واقع این قضاوت شماست که میتونه هارمونی صحیح رو ایجاد کنه .

فکر کنم که همه با اصطلاح تمرکز تنش آشنا باشند مثلا در یک شفت (SHAFT) ضعیف ترین نقطه رو کمترین سطح مقطع تایین نمیکنه بلکه بیشترین تمرکز تنش تایین میکنه که میتونیم بگیم جایی بیشترین تمرکز تنش رو داریم که کمترین هارمونیه هندسی رو داره !


چرخ صندلی ( CYCLING CHAIR )
http://www.istgah.com/images/2011/08/11/854115_ghaqxe_m.jpg

[Aysajoon]

خوب برمیگردیم به عکس چرخ میز ، به نظر من اصلی ترین جای این مجموعه محل اتصال اون به میزه فکر میکند چرا ؟

خوب اولین چیزی که میتونم بلافاصله بگم اینه که اینطور درک کردم !!! حسم این بود ؛

ولی اگر بخواهیم کمی تحلیل کنیم میبینیم که نیروی اصلی نیروی وزنه که داره به همون نقطه وارد میشه در عین حال چون نیروی عکس العملش از طرف زمینه و اونهم در محل اتصال چرخ با زمین که یک فاصله افقی با اون داره که در نهایت ایجاد گشتاور قابل توجهی میکنه که محل اثرش دقیقا همون جاست ! این استاتیکش .

حالا اگه میز حرکت بکنه چی ؟ نیروی جدیدی به نام اصطکاک وارد میشه به همون ترتیب یک نیروی برشی به مقطع و یک ممان به همون نقطه بخاطر فاصله این دفعه عمودی وارد میکنه . پس با محاسبه نیرو میتونیم نیروی تکیه گاهی رو بدست بیاریم ، با بدست آوردن این نیرو کافیه سری به یک هند بوک یا به قولی دستیار مهندس بزنیم ، پیشنهاد میکنم کتاب جداول و استاندارد های طراحی و ماشین سازی رو بخرید و اونقدر اونو ورق بزنید و بخونید که همیشه در ذهن داشته باشید که چه مطالبی و در کجای کتاب وجود داره ولی مطالب رو حفظ نکنید چون ارزش نداره کتاب همیشه در دست رسه ( ارزش یک مهندس به حفظیاتش نیست به معلوماتشه یعنی اینکه بدونه کی از چه چیزی استفاده کنه البته نظر شخصیه )

با داشتن نیرو و اینکه ما الزاما یک پیچ نیاز داریم با کمی قضاوت مهندسی درباره کاربرد اون و تنشهای خستگی ---- > سایز پیچ رو انتخاب میکنیم ( البته خط آخر مرور چند سال تجربه است در چند کلمه !!! که اگر شد در فرصت بعدی کامل توضیح میدم )

[Aysajoon]

در ادامه مطلب به قسمت مهمی رسیدیم که درباره اون میخواستم توضیح مفصل تری بدم :

ما نتیجه محاسبات رو بدست آوردیم و میخواستیم که یک پیچ از یک هند بوک انتخاب کنیم ، اولین قدم اتخاب بازه مناسبی در محدوده مورد نظره که در مثال خودمون مثلا m4 تا m12 میگیریم ولی میتونیم یک پیچ m6 رو که استحکام 8.8 داره با یک پیچ m4 با استحکام 10.12 عوض کنیم حتی میتونیم اونو با یک پیچ m8 با استحکام 5.6 جایگزین کنیم برای کارهایی که بصورت انبوه تولید میشن اینکه تا 6 ماه دیگه بازهم از این پیچ توی بازار پیدا میشه یا نه مهمه !

البته تمام پیچهای مذکور از نظر پوشش به انواع مختلفی تقیسم میشن : گالوانیزه سیاه کاری شده در روغن نیکل ، کروماته زرد ، کروماته هفت رنگ ، کروماته سفید یا ایرانی و خارجی یا حتی زیر پله ای

نکته دیگه گام دنده اونه : متریک یا اینچی چون حتما این پیچ ما یک مهره هم لازم داره و با کمال تعجب نوع خاصی از پیچ و مهره های اینچی قیمت بسیار کمتری از متریک دارن !

زیاد مسئله رو بغرنج نمیکنم اینها مسائل ریز طراحی هستند ولی برای بک طراح با سابقه مهم هستند چون تفاوت طراح ها عمدتا در این قسمتها بروز میکنه .

خوب مثال رو با چند تا فرض ساده میکنیم :

1-پیچها در بازار به وفور یافت میشن
2- قیمت اونها با سایزشون تناسب داره ( که البته معمولا هست )
3-ما از لحاظ پوشش مشکلی نداریم از نوع گالوانیزه که بیشتره استفاده میکنیم
4-از نوع 8.8 یا 5.6 که فراوانی بیشتری دارن استفاده میکنیم
5-مشکلی در رابطه با گل پیچ پرچ شونده نداریم

[Aysajoon]

خوب گفتیم که این پیچ یک مهره لازم داره که به اون متصل شه : یا باید پایه میز رو سوراخ و قلاویز کنیم که به دو علت غلطه :

همیشه مد نظر داشته باشید :

1 - در طراحی بهتره که بیشتر از قطعات استاندارد استفاده کنیم تا اینکه اونا رو بسازیم

2 - ورق نازک پروفیل پایه میز ، تحمل تنش زیاد وارده از پیچ به رزوه هاشو نداره و سریع هرز میشه



http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fa/thumb/1/12/رزوه.jpg/270px-رزوه.jpg (http://fa.wikipedia.org/wiki/پرونده:رزوه.jpg)

یک قانون طلایی : ارتفاع رزوه مهره در پیچ و مهره هم جنس حدودا 1.2 تا 1.5 برابر قطر پیچه ؛ اگر کمتر باشه رزوه هرز میشه ور اگر بیشتر باشه پیچ میبره !!!

پس باید یک مهره استاندارد به میز وصل کنیم ولی چطور ؟؟؟ میشه از روش اتصال دائم مثل جوش برق یا نقطه جوش یا جوش برنج استفاده کرد .

جوش برق هزینه کمتری داره ومعمولا برای پیچ های سایز بزرگتر از 6 استفاده میشه ؛ چون گرمای جوشکاری باعث آب شدن رزوه مهره نشه نقطه جوش تمیزتره ولی هزینه نسبتا بالاتری داره و جوش برنج علاوه بر هزینه بالاتر از جوش برق زمان بیشتری رو هم اشغال میکنه و فقط برای سایز های ظریف استفاده میشه که در این مثال مناسب نیست .

برای جنس پیچ من 5.6 رو ترجیح میدم فکر میکنید چرا ؟؟؟

چون برای یک تنش یکسان قطر بالاتری داره در نتیجه جوشکاری اون به بدنه راحت تره پس تا موقعی که بزرگی سایز اون فاکتور منفی نشه ارجح تره ( الته قیمت کمتری داره ودر بازار هم به وفور یافت میشه )

فرض کنید که برای محاسبات شما پیچ M8 با استحکام 5.6 مناسبه ولی تنش خستگی چی ؟ ( البته برای میز ، کمی دور از ذهن میاد ولی اگر فرض کنیم چرخ مربوط به صندلیه موضوع مهم میشه ) به نظرتون باید محاسبات رو از نو شروع کنیم ؟

لطفا راجع بهش فکر کنید و نظر بدین !

[Aysajoon]

به مشکل تنش خستگی برخوردیم و راه حل اول محاسبه دقیق تر و کامل تره ولی برای مثال ما شاید خیلی مهم نباشه که بخواهیم لبه مرز طراحی کنیم .

همون طوری که همه میدونیم ضریب اطمینان که بر اساس نوع زمینه کار دستگاه تایین میشه !!! در صنایع هوایی و نظامی و انسانی بیشتر از بقیه زمینه هاست .

دراینجا حساسیت خاصی روی مجموعه نیست پس میتونیم با در نظر گرفتن این نکته با ضریب حدود 1.3 ، قطر مورد نظر رو انتخاب کنیم . قبلا پیچ 8 انتخاب شده بود و با ضریب 1.3 ، قطر برابر 10.4 میشه که سایز موجود که از اون بالاتره سایز m12 هست پس سایز انتخابی بدست اومد درست ولی . . . !

[Aysajoon]

تا به حال حتما میز های پایه دار دیدین و اگر به پایشون توجه نکردین از این به بعد حتما توجه داشته باشین !!!

سایز پیچ مصرفی معمولا 8 هست و این با محاسبات ما تفاوت زیادی داره با توجه به این نکته ما قطر 10.4 محاسبه رو به 10 کاهش میدیم چون در عمل کارایی اون تست شده و مشکلی هم نداره !

این هم یکی از نکات مهم طراحی تلقی میشه : هر سیستم بزرگ و پیچیده که تحلیلش خیلی سخت به نظر میرسه بیشتر از قطعات و مجموعه های کوچکتری ساخته شده که اگر اونها رو تجزیه کنیم به سیستم های ساده ای میرسیم که در دستگاه های مشابه و یا حتی غیر مشابه هم یافت میشه ! ( چند تا وسیله الان در ذهن دارید که همچین پایه ای در اون به کار رفته ؟ ) می بینید که با کنار هم گذاشتن این سیستمهای کوچیک میتونید به سیستم های بزرگ تر و پیچیده تر برسید .

شاید بیشتر تحلیل سیستمهای بزرگ به صورت گسسته و پراکنده قبلا توسط افراد مختلف در جاهای دیگرانجام شده و یک طراح خوب از تجربیات دیگران بیشتر استفاده میکنه تا اینکه خودش همه کار رو انجام بده !!!

[Aysajoon]

درست مثل lego بچه ها ست اونها برای ساختن قطعات اسباب بازی شون کاری انجام ندادن در عوض تمام تخیل و استعدادشون رو در کنار هم چیدن این قطعات ساده به کار میبندند !!!

از قطعات یکسان با ایدهای مختلف چیزهای مختلفی بدست میاد مثل خونه ، ماشین ، هواپیما ، کامیون ، کشتی ، حتی کلاغ !

شما هم برای اینکه بتونید موفق باشید باید تمام وسایل اطراف خودتون رو خوب ببینید و بشناسید !!! حتی پیشنهاد میکنم اگه اوقات فراقتی دارین که برنامه خاصی براش ندارید برای همین مطلب صرف کنید به جاهایی که بورس کالا ها یا وسایل خاصی هستند برید و اونها رو از نزدیک ببینید مثلا در میدان حسن آباد میتونید با انواع اتصلات از نزدیک اشنا بشین انواع پیچ ها و پرچ ها !

شاید به نظرتون پیش پا افتاده باشه ولی شما می دونید از لحاظ جنس چند نوع پرچ داریم ؟ تا به حال چند نوعش رو از نزدیک دیدن یا از اون استفاده کردین ؟

در مطالب بالا به یک هند بوک اشاره کرده بودم و این نکته که لزومی به حفظ مطالب داخل اون نیست ولی ضروریه که بدونید چه مطلبی در کجای کتاب وجود داره و در واقع همیشه باید این حضور ذهن رو داشته باشید .

ذهن یک مهندس همیشه باید مملو از قطعات ، مکانیزم ها و سیستم ها باشه تا بتونه از اونها به موقع استفاده کنه البته نا گفته نمونه که هیچکدام از این مطالب نفی طراحی از صفر نیست چون به موقع خودش ضروریه و لازمه !!! من فقط سعی میکنم که گام به گام با یک مثال جنبه های مختلف طراحی رو بیان کنم !

تا فرصت بعدی . . .