MAŠINSKI FAKULTET ISTOČNO SARAJEVODizajn mašina Prof. dr Milosav Ognjanovi!

I – Kolokvijum 1. Razvoj proizvoda u mašinstvu. Podsticaji za razvoj proizvoda

- Transformacija dostignutog nivoa znanja u tehni"ko rešenje

- Informacioni proces: transformacija znanja i podataka (informacija) u tehni"ko rešenje

Ideja Recirklacija EksploatacijaProizvodnjaInž. dizajn

Tržište

Podsticaji za razvoj proizvoda su:

- Tehni"ki – da se reši tehni"ki problem

- Ekonomski – opstanak proizvodja"a na tržištu

t tk

Broj prodatih

komada

Prihod

po komadu

I II III IV V

t’

fi

t 0

S 1

Uskladjeni razvoj potreba, proizvoda i tehnologije

Potrebe

Proizvodi

Tehnologije

2. Faze i operacije inženjerskog dizajna. Vrste konstrukcija sa aspekta zastupljenosti faza

– Postavljanje cilja– Razrada ideje – Prikupljanje podataka – Specifikacija ograni"enja

– Formiranje strukture funkcija– Izbor izvršilaca funkcija – Formiranje koncepcionih varijanti – Izbor optimalne varijante

Specifikacija(lista zahteva)

Koncepcija(Principsko rešenje)

– Izbor materijala, oblika i na"ina izrade– Izbor dimenzija – Modeliranje oblika – Optimizacija oblika, dimenzija i param.

Preliminarnisklopni crtež

– Analiza naponskih stanja– Analiza pouzdanosti – Analiza geometrije – Analiza vibracija i buke – Ispitivanje prototipova – KOREKCIJE

Definitivnisklopni crtež

– Izrada crteža delova – Kompletiranje crteža, propisivanje

tolerancija, termi"ke obrade i dr. – Provera ta"nosti podataka na crtežima

Konstrukcijska dokumentacija

Do

pu

ne

i p

op

ravk

e

Ideja

Projekat

Dopu

na

list

e za

hte

va

(if

ikij

)

Faza 5:

K

on

stru

kci

jsk

a ra

zrad

a Faza 4:

A

nal

iza

stan

ja i

k

ore

kci

je

Faza 3:

R

azvoj

obli

ka

i d

imen

zija

Faza 2:

K

on

cip

iran

je

Faza 1:

D

efin

icij

a p

roje

ktn

og

zad

atk

a

Op

tim

iran

je p

rin

cip

a d

Op

tim

iran

je k

on

stru

kci

je

(k

l)

Osnovne operacije

(Eksperimentisanje, optimiranje,

Osnovne aktivnosti

(Merenje, "itanje, crtanje, izra"unavanje)

Faza 1 Faza 2 Faza nProjekt

Informacije

Informacije

Informacije

Ideja

Informacije

Faza podrazumeva definisan proizvod na odredjenom nivou složenosti: na opisnom nivou na strukturnom

nivou, na nivou sklopnih crteža ili modela i td. Faze su: Definicija projektnog zadatka, Koncipiranje

idejnog rešenja, Razvoj oblika i dimenzija, Analize stanja i korekcije, Konstrukcijska razrada.

Zastupljenost faza i vrste konstrukcija (proizvoda u mašinstvu)

Faze

Konstrukcije Koncipiranje

Razvojoblika i dimenzija

Analize stanja

i korekcije

Ponovljene

Sa !vrstim principom

Varijantne

Nove

Prilago"ene

Konstrukcijska razrada

3. Generisanje ideja za nove proizvode. Definicija projektnog zadatka. Sadržaj liste zahteva

Ciljevi

proizvo#a"a

Analiza

mogu!nosti

Stvaranje ideja za

nove proizvode

Selekcija ideja

Definicija

prozvoda

Lista

zahteva

Unutrašnje

informacije

Potencijal

proizvo#a"a

Nove

tehnologije

Ostale

informacije

Proizvo#a"

Spoljne

informacije

Stanje na

tržištu

Ekonomska

politika

Zakonska

regulativa

Tržište

Korisnik

LISTA ZAHTEVA (Specifikacija)

Strana: 1

Ukupno: 1

Izmene

Datum:

D

w Z a h t e v i Zaduženje

D-zahtev

w-želja

D

D

D

D

w

w

D

1. Funkcija

2. Radna svojstva

3. Ergonomska svojstva

4. Tehnološka svojstva

5. Izgled

6. Sklapanje i rasklapanje 7. Uslovi transporta

8. Pakovanje i konzerviranje

9. Ekonomska ograni!enja-troškovi izrade …..

4. Izvori znanja i podataka. Odlu!ivanje

Kori-

š!enje

Delenje sa

drugima

Razvoj

$uvanje

Identifi-kacija

Akvi-zicija

Obrada

- U!enje

- Iskustvo

- Razmišljanje

- Asocijacije

- Intuicija

- Eksperimenti

- Greške u razmišljanju

Odlu!ivanje: Odluke u procesu razvoja proizvoda obezbedjuju transformaciju znanja i podataka,

povezuju izvršne operacije i usmeravaju aktivnosti. Primer razvoja zup"anih prenosnika

Od

re|iv

anje

o

pte

re!e

nja

Pro

ra"u

n

vra

tila

Pro

ra"u

n

spo

jev

a

vra

t. i

gla

v".

Pro

ra"u

n

leža

ja

Pro

ra"u

n

vez

e vra

tila

i

leža

ja

Prora!un vratila

10Izbor

dimezija glav"ine

8Izbor

dužine vratila

12 Izbor veza ležaja

11

Izbor ležaja

9Izbor

materijala vratila

2Izbor

mat. i kval. toler. 6

Izbor tolerancija

3Izbor širine

zup"anika9

Izbor materijala

vratila

4Izbor

sigurnosti i pouzd.

5 Izbor

param. zup".

Odluke u vezi sa zup"anicima

Od

luk

e u

vez

i sa

v

rati

lim

a

Odre|ivanje stepena sigurnosti

Prora"un pre"nika

Prora"un geometrije

Izbor tolerancije

Prora!un zup!anika

1 Izbor

koncepcije i parametara prenosnika

5. Osnovne operacije za koncipiranje idejnog rešenja. Struktura funkcija mašinskog sistema

Formiranje

strukture

funkcija

Izbor

izvršilaca

funkcija

Formiranja

varijantih

rešenja

Izbor

optimalne

varijante

E

Struktura organa

(delova i sklopova) ! Ostali efekti

! Radni efekti

Struktura

funkcija

Uticaj

okolineGranice

sistema

! Informacije

! Energija

! Materijali

R

R

R

Ne

Ne

BSr An

B B B

R R

E

E R AA

Ne

n–4

n–3

n–2

n–1

n

6. Izvršioci funkcija. Formiranje izvršilaca funkcija i varijantnih rešenja

Izvori izvršilaca funkcija: Postoje!i izvršioci, Katalozi izvršilaca, Formiranje novih izvršilaca

Matemati"ka

relacija

funkcije

Fizi"ko

rešenje

transformacije

Izvršilac

funkcije

Stepeni slobode

Translacije Rotacije Ukup

no

Naziv Skica

1 0 0 0 Uklještenje

2 1 0 1 Linijska vo#ica

3 0 1 1 Cilindri"ni zglob

4 2 0 2

5 0 2 2

6 3 0 3

7 0 3 3 Sferni zglob

8 1 Navojni par

9 1 1 2

Izvršioci

1 2 3 4 5 6 7

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

3 3.1 3.2 3.3 3.4

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

5 5.1 5.2 5.3

Fu

nk

cije

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

PF Bez poja"anja Mehani"ki Hidraul.

1. Poja"anje sile IF

1 2 1 2

V2V1

7. Izbor optimalne koncepcione varijante

Odlike metode: Zasniva se na principima višekriterijumske optimizacije – tehni"kom i ekonomskom

kriterijumu; Na subjektivnom vrednovanju svojstava tehni"kih rešenja koja se definišu za svako rešenje.

Varijante Varijante Tehni!ka svojstva 1 2 3 4 5 6 Id

eal.

Ekonomska svojstva 1 2 3 4 5 6 Id

eal.

Kapacitet 4 1 2 3 2 3 4 Broj delova 4 2 1 2 1 3 4 Produktivno 2 3 3 3 4 4 4 Složenost 4 2 2 3 2 3 4 Preciznost 1 4 4 4 3 3 4 Slož. montaže 4 2 2 3 2 3 4 Pouzdanost 3 4 3 4 3 4 4 Zbir 12 6 5 8 5 9 12

Rukovanje 1 4 2 3 3 4 4Koordinata Y 1

0,5

0,4

0,6

6

0,4

0,7

5

Koordin. X 0,5

5

0,8

0,7

0,8

5

0,7

5

0,9

1

b)

a)

c)

0,9 0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,30

W=0,1

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 00,2 0,4 0,6 0,8 1,0

V6V4

V5

V3 V2

V1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

X

Y

"

"

#

##m

jj

m

jjj

i

pk

pk

X

1max

1

max

1

max

21 ...

mp

p

mp

pppX

m

jj

ni

"##

$$$#

max

1

max

21 ...

np

p

np

pppY

n

jj

ni

"##

$$$#

"

"

#

##n

jj

n

jjj

i

pk

pk

Y

1max

1

8. Odlu!ivanje o izboru materijala, oblika i na!ina izrade mašinskih delova

Mašinski deo je definisan svojstvima koja se mogu svrstati u "etiri grupe, a to su svojstva

vezana za funkciju, svojstva u vezi sa oblikom, svojstva u vezi sa materijalom i svojstva u vezi

sa na"inom izrade. Mašinski deo je u potpunosti definisan ako su definisana sva ova svojstva.

Osim toga izmedju svojstava unutar jedne grupe i izmedju grupa mora postojati potpuna

korelacija. To zna"i da se jedno svojstvo ne može izabrati nezavisno od drugih. To takodje zna"i

da je svako od svojstava odredjeno drugim svojstvima koja su ve! izabrana odnosno koja su

poznata.

Prema

Polaze!i od

FUNKCIJI OBLIKU MATERIJALUPOSTUPKU

IZRADE

FUNKCIJE 1 Heuristika oblika, pravci optere!enja, kretanja i sl

2 $vrsto!a, masa, korozio- ne osobine, osetljivost na uticaje i sl.

3 Ograni"enja funkcije koriš!enim metodom

OBLIKA

4 Dimenzije, kompleksnost, površine koje !e se dobiti

5 Kompleksnost, simetri"nost, zaobljenost, dimenzije, ta"nost

MATERIJALA

7 Heuristika oblika, karakte-ristike materi- jala i koriš!e- nog oblika

6 Metod izrade odgovora primenjenom materijalu

POSTUPKA

IZRADE

Pro

ver

iti

da

li o

bli

k,

mat

erij

al i

post

up

ak i

zrad

e

zad

ovo

ljav

aju f

unk

ciju

8 Karakteristike postupka izrade

9 Pogodnost za oblikovanje u delove

Ek

lt Tehno-

logi!nostst

10

Polaze!i od funkcije mašinskog dela treba doneti odluku o obliku (1), odluku o materijalu (2) i

odluku o na"inu izrade (3). Polaze!i od oblika mašinskog dela treba odabrati materijal (4) i

odabrati na"in izrade (5). Na kraju polaze!i od materijala treba odabrati na"in izrade (6).

Podru"je iznad dijagonale matrice je podru"je odluka 1-6. Izbor oblika mašinskog dela (1)

ostvaruje se heuristi"kim pristupom (veštinom pronalaženja) tako da se u prvom redu zadovolji

funkcija zavisno od optere!enja, kretanja i dr. Ova se odluka ne može doneti nezavisno od

odluke koja se odnosi na izbor materijala (4) i na na"in izrade (5). Od materijala i od dimenzija

koje se mogu o"ekivati zavisi oblik. Na"in izrade takodje u visokom stepenu uti"e na oblik koji

treba odabrati. Izbor materijala mašinskog dela (2) realizuje se u prvom redu na osnovu

potrebne "vrsto!e, specifi"ne težine (gustine), osetljivosti na uticaje kao što su povišena i visoka

temperatura, korozija, koncentracija napona, širenje naprsline i dr., sve u cilju da se u što višem

stepenu zadovolji funkcija. Pri tom je oblik (odluka 4) i na"in izrade (odluka 6) u neposrednoj

vezi sa izborom materijala. Izbor na!ina izrade mašinskog dela (3) realizuje se tako da se u

prvom redu zadovolje ekonomski uslovi i da se pri tom ne ugrozi funkcija ali u skladu sa

oblikom (5) i sa materijalom (6).

9. Osnovni kriterijumi za izbor dimenzija mašinskih delova

Kriterijum funkcije

l

Kriterijum "vrsto!e

Kriterijum krutosti

Deformacije mašinskih delova mogu biti ograni"avaju!i ili osnovni parametar za ostvarivanje

funkcije. Na primer funkcija opruge ostvaruje se zahvaljuju!i visokim deformacijama.

Odgovaraju!a raspodela optere!enja u zavrtanjskoj vezi postiže se na osnovu odgovaraju!eg

odnosa krutosti delova veze. Ispravnost sprezanja zubaca zup"anika u neposrednoj je zavisnosti

od krutosti vratila. Nivo i karakteristike vibracija sistema takodje su u neposrednoj zavisnosti od

krutosti delova i sklopova. Krutost je veli"ina optere!enja koje je potrebno da se ostvari

jedini"na deformacija. Potrebna krutost se dobija dovodjenjem u odgovaraju!i odnos oblika i

dimenzija popre"nog preseka sa dužinskim merama uklju"uju!i i elasti"na svojstva materijala.

32

24

2 dkhd!

VVV dcdc $#$# hd

Fr l1F

dc kk!

Vd

24

$#

hc

d dkh cc #

hd

% c

% z

p

% c

s

dozi

ci "s

pr"" &##

dozi"

prs '

2

1 ccss i $$# 3

32

doz

ii

!"

Md '

doz

i

iii "

d!

M

W

M" &##

32

3 cdd i $#

10. Dopunski kriterijumi u odredjivanju dimenzija i parametara mašinskih delova

Standardi - nivoi standardizacije: fizi"ke veli"ine, delovi, sklopov, metode

Standardni brojevi 6,11055 ### ; 25,11010

10 ### ; 12,1102020 ### ;

06,1104040 ### ; 03,11080

80 ###

Tipizacija i geometrijska sli"nost

-za dužinu LL ## #

-za površinu 2LA ## #

-za zapreminu 3LV ## #

-za masu 3Lm ## #

-za inerc. mase 5LJ ## #

-za vreme Lt ## #

-za brzinu 1#v#

-za ubrzanje La ## /1#

-za ugaonu brz. L$ ## /1#

-za ugaono ubrz. 2/1 L% ## #

-za silu 2LF ## #

-za moment 3LM ## #

-za rad 3LW ## #

-za snagu 2LP ## #

-za 31 LP$ ### ##

-za napon 1#"#

Primeri familija komponenti mašinskih sistema: motori, reduktori i dr.

Unifikacija: Poistove!ivanje tipiziranih komponenti – primer ležaja u reduktoru

Modularni princip razvoja proizvoda: primeri alatnih mašina, pogonskih sistema motor’reduktor, vozila

11. Racionalnost mase mašinskih delova

Mašinski delovi izloženi savijanju, a dimenzije se odredjuju po kriterijumu "vrsto!e

( )S

""

W

M" doz #&# ( )"

MSW #

* + * + * +69,3

32

4

32

4

32

432322

2

323

2

3/2#####

!

!

!d

!d

!d

!d

W

AK

( )( )

( )( )3/2

3/23/2

3/2

3/2

3/23/23/2 S

"

&

W

AlM&l

"

SMK&lKW&Alm ,

-

./0

1,-

./0

1####

( )( )

( )3/2

3/23/2

3/53/23/21 S

"

&

W

AlFkm ,

-

./0

1,-

./0

1#

Prora"un dimenzija po kriterijumu Naprezanje

"vrsto!e krutosti

Zatezanje

(pritisak) ( ) ( ) ( ) ( )S

"

&Flm ,

-

./0

1# 1 ( ) ( ) ,

-

./0

1,-

./0

1#dozfE

&Flm

112

Savijanje ( )( )

( )3/2

3/23/2

3/53/23/21 S

"

&

W

AlFkm

,,-

.

//0

1,-

./0

1#

( ),,-

.

//0

1,-

./0

1,-

./0

1#

2/12/12/1

2/52/12/12

1

dozfE

&

I

AlFkm

Uvijanje

( )( )

( )3/2

3/23/2

3/2 S'

&

W

AlTm

p

t ,-

./0

1

,,-

.

//0

1# ( )

,,-

.

//0

1,-

./0

1

,,-

.

//0

1#

2/12/12/1

2/32/1 1

dozp

t(G

&

I

AlTm

Smicanje ( ) ( ) ( ) ( )S'

&Flm ,

-

./0

1# 1

Izvijanje (štap slobodnog

kraja)

( )2/1

2/12/1min

22/1

SE

&

I

A

!

lFm ,-

./0

1

,,-

.

//0

1

,,-

.

//0

1#

12. Izbor radnih uslova u strukturi mašinskih delova

m 0 m

0,5

2,52,01,51,0 0,5 0 2,52,01,5 3,0

3

5

0223

4556

7

l

l

1

0223

4556

7

l

l

0ll1,00,53,0

1

0223

4556

7

F

F

3

2

0223

4556

7

F

F

2

1

0223

4556

7

F

F

2

5

0223

4556

7

l

l

F/F0

0

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

b) a)

192

12 #k

8

11 #k

762

72 #k

16

31 #k

3

12 #k 11 #k

F Ff

l

48

12 #k

4

11 #k

F

f l

F

185

12 #k

384

52 #k

2

11 #k

12

11 #k

8

12 #k

8

11 #k

384

12 #k

8

11 #k

a)

f) e)

c) b)

d)

13. Izbor oblika mašinskih delova sa aspekta racionalnog iskoriš#enja mase

A/W 2/3, A/Wp2/3, A/I1/2, A/Ip

1/2

14. Izbor materijala i pove#anje kriti!nih napona

8/[%]2/3, 8/[9]2/3, 8/E1/2, 8/G1/2

:; 0C +%

%d %D

%SR%t

%t

c)

b)

a)

23 1

%'DM

%"DM

%

% d

%g

t

%

%D

%D

% SR

%SR

a) b)

15. Izbor stepena sigurnosti ili pouzdanosti sa aspekta racionalnog iskoriš#enja mase mašinskih delova

3,02,0

* + 210cc

* + 320SS

* +10SS

1,0

3,0

2,0

1,0

0

0m

m

( )%%

#S

0cc

0SS

%

Gu

stin

a

ver

ov

atn

o!e

[%] %

f([%]f(%)

[%] %

f([%]f(%)

Gu

stin

a

ver

ov

atn

o!e

Gu

stin

a

ver

ov

atn

o!e

[%]

%

f([%]f(%)

PR(%) [%]

( )S

doz

%% #

* +Rdoz Pf#%

[%]

f(%)

)( pdoz Ff#%

* + * +iR

k

iip PfF %%"

##

1

PR(%)