องค์ประกอบโครงสร้างและวิธีการออกแบบชิ้นส่วนโครงสร้างทางกล

01
องค์ประกอบทางเรขาคณิตของชิ้นส่วนโครงสร้าง
หน้าที่ของโครงสร้างทางกลส่วนใหญ่รับรู้โดยรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วนเครื่องจักรกลและความสัมพันธ์ตำแหน่งสัมพัทธ์ระหว่างส่วนต่างๆเรขาคณิตของชิ้นส่วนประกอบด้วยพื้นผิวของมันชิ้นส่วนมักจะมีพื้นผิวหลายแบบ และพื้นผิวเหล่านี้บางส่วนสัมผัสโดยตรงกับพื้นผิวของชิ้นส่วนอื่นๆพื้นผิวส่วนนี้เรียกว่าพื้นผิวที่ใช้งานได้ส่วนเชื่อมต่อระหว่างพื้นผิวการทำงานเรียกว่าพื้นผิวเชื่อมต่อ
พื้นผิวเชิงฟังก์ชันของชิ้นส่วนเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดฟังก์ชันทางกล และการออกแบบพื้นผิวหน้าที่การใช้งานเป็นปัญหาหลักของการออกแบบโครงสร้างของชิ้นส่วนพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตหลักที่อธิบายพื้นผิวการทำงาน ได้แก่ รูปทรงเรขาคณิต ขนาด จำนวนพื้นผิว ตำแหน่ง ลำดับ ฯลฯ ของพื้นผิวผ่านการออกแบบรูปแบบต่างๆ ของพื้นผิวการทำงาน สามารถรับโครงร่างโครงสร้างที่หลากหลายเพื่อให้เกิดฟังก์ชันทางเทคนิคเดียวกันได้
02
ความเชื่อมโยงระหว่างโครงสร้าง
ในเครื่องจักรหรือเครื่องจักรนั้นไม่มีส่วนใดแยกออกมาดังนั้นนอกจากการศึกษาหน้าที่และคุณสมบัติอื่นๆ ของชิ้นส่วนแล้ว ยังต้องศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ ในการออกแบบโครงสร้างด้วย
ความสัมพันธ์ของชิ้นส่วนแบ่งออกเป็นสองประเภท: สหสัมพันธ์โดยตรงและสหสัมพันธ์ทางอ้อมเมื่อสองส่วนมีความสัมพันธ์โดยตรงในการประกอบ พวกมันจะสัมพันธ์กันโดยตรงความสัมพันธ์ที่ไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงประกอบจะกลายเป็นความสัมพันธ์ทางอ้อมความสัมพันธ์ทางอ้อมแบ่งออกเป็นสองประเภท: ความสัมพันธ์ตำแหน่งและสหสัมพันธ์การเคลื่อนไหวความสัมพันธ์ของตำแหน่งหมายความว่าทั้งสองส่วนมีข้อกำหนดเกี่ยวกับตำแหน่งร่วมกันตัวอย่างเช่น ระยะกึ่งกลางของเพลาส่งกำลังสองอันที่อยู่ติดกันในตัวลดความเร็วต้องให้ความถูกต้องแม่นยำ และทั้งสองแกนต้องขนานกันเพื่อให้แน่ใจว่ามีการประสานกันตามปกติของเฟืองความสัมพันธ์ของการเคลื่อนไหวหมายความว่าวิถีการเคลื่อนที่ของส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับอีกส่วนหนึ่งตัวอย่างเช่น วิถีการเคลื่อนที่ของเสาเครื่องมือกลึงต้องขนานกับเส้นกึ่งกลางของสปินเดิลสิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ด้วยการขนานกันของรางนำเตียงและแกนของสปินเดิลดังนั้น ตำแหน่งระหว่างแกนหมุนและรางนำทางจึงสัมพันธ์กันเสาเครื่องมือและแกนหมุนสัมพันธ์กับการเคลื่อนไหว
ชิ้นส่วนส่วนใหญ่มีส่วนที่เกี่ยวข้องโดยตรงตั้งแต่สองส่วนขึ้นไป ดังนั้นแต่ละส่วนจึงมีส่วนตั้งแต่สองส่วนขึ้นไปที่มีความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างกับส่วนอื่นๆในการออกแบบโครงสร้าง ต้องพิจารณาส่วนที่เกี่ยวข้องโดยตรงของทั้งสองส่วนพร้อมกัน เพื่อเลือกวิธีการอบชุบด้วยความร้อน รูปร่าง ขนาด ความแม่นยำ และคุณภาพพื้นผิวของวัสดุอย่างสมเหตุสมผลในขณะเดียวกันก็ต้องคำนึงถึงเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องโดยอ้อมด้วย เช่น ห่วงโซ่มิติและการคำนวณความแม่นยำโดยทั่วไปแล้ว หากมีส่วนที่เกี่ยวข้องโดยตรงมากกว่า โครงสร้างของส่วนนั้นจะซับซ้อนกว่ายิ่งชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องโดยอ้อมมากเท่าใดความต้องการความแม่นยำก็จะยิ่งสูงขึ้น

03
ปัญหาที่ควรใส่ใจในการออกแบบโครงสร้าง
มีวัสดุมากมายที่สามารถเลือกได้ในการออกแบบกลไกวัสดุต่างกันมีคุณสมบัติต่างกันวัสดุที่แตกต่างกันสอดคล้องกับเทคนิคการประมวลผลที่แตกต่างกันในการออกแบบโครงสร้าง ต้องเลือกวัสดุที่เหมาะสมอย่างสมเหตุสมผลตามข้อกำหนดด้านการใช้งาน และวัสดุที่เหมาะสมจะต้องพิจารณาตามประเภทของวัสดุเทคโนโลยีการประมวลผลและกำหนดโครงสร้างที่เหมาะสมตามความต้องการของเทคโนโลยีการประมวลผลเฉพาะวัสดุที่เลือกผ่านการออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมเท่านั้นที่สามารถให้ประโยชน์อย่างเต็มที่
ในการเลือกวัสดุอย่างถูกต้อง นักออกแบบต้องเข้าใจคุณสมบัติทางกล ประสิทธิภาพการประมวลผล และต้นทุนของวัสดุที่เลือกอย่างถ่องแท้ในการออกแบบโครงสร้าง ควรปฏิบัติตามหลักการออกแบบที่แตกต่างกันตามลักษณะของวัสดุที่เลือกและเทคโนโลยีการประมวลผลที่สอดคล้องกัน
ตัวอย่างเช่น คุณสมบัติทางกลของเหล็กภายใต้แรงตึงและการบีบอัดโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน ดังนั้นโครงสร้างคานเหล็กจึงมีความสมมาตรเป็นส่วนใหญ่แรงอัดของวัสดุเหล็กหล่อมีค่ามากกว่าความต้านทานแรงดึงมากดังนั้น ส่วนตัดขวางของโครงสร้างเหล็กหล่อที่รับโมเมนต์ดัดนั้นส่วนใหญ่ไม่สมมาตร ดังนั้นความเค้นอัดสูงสุดระหว่างโหลดจะมากกว่าความเค้นดึงสูงสุดรูปที่ 5.2 เป็นการเปรียบเทียบวงเล็บเหล็กหล่อสองอันในการออกแบบโครงสร้างเหล็ก ความแข็งแรงและความแข็งแกร่งของโครงสร้างมักจะเพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มขนาดหน้าตัดอย่างไรก็ตาม หากความหนาของผนังมีขนาดใหญ่เกินไปในโครงสร้างการหล่อ เป็นการยากที่จะรับรองคุณภาพการหล่อ ดังนั้น โครงสร้างการหล่อมักจะเสริมด้วยแผ่นและพาร์ติชั่นที่แข็งตัวความแข็งและความแข็งแรงของโครงสร้างเนื่องจากวัสดุพลาสติกมีความแข็งแกร่งต่ำ ความเค้นภายในที่เกิดจากการหล่อเย็นที่ไม่สม่ำเสมอหลังจากการขึ้นรูปอาจทำให้โครงสร้างบิดเบี้ยวได้ง่ายดังนั้นความหนาของซี่โครงและผนังของโครงสร้างพลาสติกจึงมีความคล้ายคลึงกันและสม่ำเสมอและสมมาตร
สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการการอบชุบด้วยความร้อน ข้อกำหนดสำหรับการออกแบบโครงสร้างมีดังนี้: (1) รูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วนควรเรียบง่ายและสมมาตร และรูปร่างในอุดมคติคือทรงกลม(2) สำหรับชิ้นส่วนที่มีหน้าตัดไม่เท่ากัน การเปลี่ยนแปลงของขนาดและหน้าตัดต้องนุ่มนวลเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันหากการเปลี่ยนแปลงในส่วนที่อยู่ติดกันมีขนาดใหญ่เกินไป ส่วนขนาดใหญ่และขนาดเล็กจะถูกระบายความร้อนอย่างไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะก่อให้เกิดความเครียดภายในอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้(3) หลีกเลี่ยงขอบคมและมุมแหลมคมเพื่อป้องกันขอบคมและมุมแหลมจากการหลอมเหลวหรือเกิดความร้อนสูงเกินไป โดยทั่วไป การลบมุม 2 ถึง 3 มม. จะถูกตัดที่ขอบของช่องหรือรู(4) หลีกเลี่ยงส่วนที่มีความหนาต่างกันมาก ซึ่งง่ายต่อการเปลี่ยนรูปและมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวมากขึ้นในระหว่างการชุบและทำความเย็น