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实用工业产品设计论述

2013/08/14 阅读:

1结构设计

结构设计的前题是要理解该产品的相关标准,包括国标及出口国家的标准,使参数设计符合要求。结构设计最重要,基本上就是定型产品了,包括各个零部件的材料、质量及加工工艺,可以预计产品的价格、功能情况。同时,好的结构设计可以节约能源和原材料,提高劳动生产率,并使得装配容易等。例举产品的机头内部图如图2所示。

1.1产品结构设计遵循自顶向下的装配思路,通常画出装配草图。先简单画出零件功能造型,经装配后再修改成实际形状。创建标准零件库,可重复地使用库里的零件,也可通过修改参数做出一个新零件,提高了设计效率。

1.2干涉检查是三维设计软件最大的优点,非常实用与方便,其目的是减小设计过程中的疏忽。运行干涉检查,可在本装配中以警告色显示干涉处,也可在不同的剖切面直观显示,检查移动零件有无碰撞情况,修改好零部件直到没有出现干涉。

1.3按设计要求模拟出机构的动作,提高设计的成功率。通过运动模拟,可以摆脱大量的复杂计算,避免了重复的制图,减少了设计人员的劳动。曲轴与给进刀架简化运动分析结果如图3所示。图中的曲轴以500r/min的转速旋转,进刀架按水平方向做往返运动。通过运动分析及综合模拟情况的反馈,进一步地调整结构,使产品设计更合理。

1.4静态应力分析,其归属于有限元分析,是软件的高级应用。如图4所示为数控插针机上部的圆盘支架中心轴静态应力分析配置图。指定中心轴为普通碳钢(屈服强度为220MPa,密度为7800kg/m3),固定好约束面,对中心轴施加1000N的静态压力,网格化分析零件(网格尺寸5mm×5mm,网格公差±0.25mm)。图5所示为分析的结果图,最大应力处在中心轴的根部为32.7MPa,最大位移处在中心轴的头部0.02mm处。分析结果符合使用要求。工程材料的力学性能有屈服强度、塑性性能、硬度等参数,他们是设计结构与选用材料的主要依据,关系到产品的质量与使用寿命。在实际设计中设计人员时常是通过对相同材料、形状相近的样件与设计件进行比较,记录好数据,来提高对结构的判定能力与选择材料的经验。

2知识扩展

知识扩展对设计人员也很重要,只有学到这方面的知识,才能设计出真正的产品,才能正确加工设计件,使结构设计得以成功实现。工业产品设计中常用的知识如下。

2.1钣金知识钣金归属于冲模,如图6所示为机床前盖的外形与钣金展开图。在实际应用中,可通过修改折弯系数(K因子)与软件内置计算表,来提高展开尺寸的准确度,通过调整钣金件的形状,来改善实际生产中的合理排料。级进模设计有Logopress插件,UG为Pro-gressive、Die、Wizard,软件中的模拟程序可方便地计算冲模的中心重力点、材料的使用率及需要的冲床压力吨位。特别是Logopress插件,正确装配好模具零件后,在软件中设定好进料步距、冲头行程、卸料行程,可以模拟出冲孔、翻边、拉深等各个工位状态的动画。

2.2模具知识模具广泛应用于汽车、家用电器等领域。工程塑料具有质量轻,耐化学腐蚀等优点,设计合理的塑料件可代替复杂加工的金属件。随着高分子工程塑料的性能提高,更多的金属零件被塑料零件所代替。如图7所示是本机器内部电器盒的模具分解图,在图中可以看到产品、已分开的静模腔、动模芯、铜极及侧抽芯。此产品的材料为阻燃聚碳酸酯,可顺利脱模,模具工艺正确,设计件符合注塑加工。注塑模、压铸模设计有Imold插件,UG为Moldwizord,包括设计初始化、模具修补、分型、标图7电器盒的模具分解图准模架的添加、标准件的添加和管理、浇注系统和冷却系统的设计等。

2.3测量知识测量要依据机械制图的绘图原理,合理选择基准面与参照点。在测量各零部件的尺寸中,遇到难以测量的配合尺寸,要制作专用量具或必要时剖切产品来测量。对高精度的曲面可借助三坐标测量仪。

3结语

结构设计应尽量地简单化,简单代表可靠与稳定,可简化装配,减小成本。随着装配件的增加,相互传递过程功耗会增加,容易增加故障的范围。设计产品要以市场为目标,也要与企业生产能力相结合,联系实际情况,设计才会有价值,设计才会持续创新与发展。当今产品的生命周期越来越短,设计人员更要紧跟社会技术的步伐,扩展相关行业的知识,使设计产品在品质、美观等方面逐步地完善,更好地满足人们的要求。

作者:雷小建单位:浙江嘉兴学院机电一体化

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