Chương 2: Thiết kế cơ khí môn Nhập môn kỹ thuật cơ khí | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ-KHOA CHẾ TẠO MÁY
NHÓM CHUYÊN MÔN: MÁY & MA SÁT HỌC BÀI GIẢNG
NHẬP MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ In
t r o d u c t i o n t o M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g –ME 2000 2(2-1-1-6 )
Ngườisoạn : LÊ ĐỨC BẢO 72
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CƠKHÍ 2.1 Tổngquan
2.2 Qúatrìnhthiếtkế
2.2.1 Pháttriểnyêucầu
2.2.2 Ýtưởngthiếtkế
2.2.3 Thiếtkếchitiết
2.2.4 Chếtạo
2.3 Qúatrìnhsảnxuất
2.4 Cácchủđềthiếtkế 73
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CƠKHÍ Mechanical Design
MụctiêucủaChương
o Phác thảo các bước chính trong một quy trình thiết kế cơ o Làm quen với một số quy trình và dụngcụ máy được sử khí. dụng trong sản xuất.
o Nắm được tầm quan trọng của thiết kế kĩthuậttrong việc
o Hiểu đượccách đăngkíbảnquyềntrítuệchosảnphẩm
xử lí các vấn đề kĩ thuật,toàncầu và môi trường mà xã hội
mớitrong khía cạnh kinh doanh của kỹ thuật. đang phải đối mặt.
o Nhận ra tầm quan trọng của sự đổi mới,cảitiếntrong việc o Mô tả vai trò của các dụngcụ kỹ thuậtcósựhỗ trợ máy
thiết kếcác sản phẩm,hệthống,chutrình liên quan đến
tính(CAE)trong việc rápnốithiếtkế, phân tích và sản ngành. xuất cơ khí.
o Hiểu được tầm quan trọng củacác nhóm liênngành, cộng
tác và giao tiếp kỹ thuật. 74 2.1. TổngQuan
ViệnKỹthuậtQuốcgia(NAE)đãchỉra14tháchthứclớnmàcộng
đồngkỹsưtoàncầuvànghànhphảiđốimặttrongthếkỷXXI:
• Giúpnănglượngmặttrờikinhtếhơn
• Pháttriểnngànhy sinhkĩthuật
• Cung cấpnănglượngtừphảnứngnhiệthạch
• Kỹthuậtmôphỏngchứcnăngnão
• Pháttriểncácphương phápcô lậpcarbon
• Phòngngừathảmhọahạtnhân
• Điềutiếtchu trìnhnitơ • Thắtchặtan ninhmạng • Cung cấpnướcsạch
• PháttriểncôngnghệthựctếảoVR
• Khôi phụcvàcảithiệncơ sởhạtầngđô thị
• Pháttriểnmảnggiáodụchướngtớicánhân
• Pháttriểnlĩnhvựctin họcđiềudưỡng
• Pháttriểndụngcụtronglĩnhvựckhámphákhoa học 75 2.1. Tổng Quan
• Mối quan hệ của các chủ đề
được nhấn mạnh trong chương
này (ô màu) so với chương trình
tổng thể của nghiên cứu về kỹ thuật cơ khí. 76
2.2. Quá trình thiết kế
• Mặc dù một kỹ sư cơ khí có thể chuyên về một lĩnh vực như lựa chọn vật
liệu hoặc kỹ thuật thủy khí, các hoạt động hàng ngày thường tập trung vào thiết kế nhiều hơn.
• Một nhà thiết kế sẽ bắt đầu từ đầu và có quyền tự do phát triển một sản phẩm
nguyên bản từ giai đoạn ý tưởng trở đi.
• Điện thoại thông minh và xe hybrid là những ví dụ cho thấy công nghệ đang
thay đổi cách mọi người tư duy về giao tiếp và vận tải. Trong các trường
hợp khác, công việc thiết kế của một kỹ sư sẽ tăng dần và tập trung vào việc
cải tiến sản phẩm hiện có. 77
2.2. Quá trình thiết kế
Vòng đời của một sản phẩm mới bắt đầu từ đâu?
• Trước hết, công ty sẽ phát hiện các cơ hội kinh doanh mới và xác
định các yêu cầu đối với một sản phẩm, hệ thống hoặc dịch vụ nào đó.
• Các kỹ sư sẽ lên một số ý tưởng tiềm năng, chọn phương án hàng
đầu dựa trên các tiêu chí như quyết định, phát triển các chi tiết
(chẳng hạn như bố cục, lựa chọn vật liệu và định cỡ thành phần) và
đưa phần cứng vào sản xuất. 78
2.2. Quá trình thiết kế
Liệu sản phảm có phù hợp với yêu cầu ban đầu và đáp ứng tiêu chí
kinh tế, bảo đảm an toàn ?
➢Các kỹ sư cơ khí lưu ý đảm bảo mức độ chính xác cần thiết trong mọi phép tính
khi thiết kế hoàn thiện từ ý tưởng đến bước sản xuất cuối cùng.
➢Việc giải quyết các chi tiết cụ thể (Thép 1020 có đủ cứng không? Độ nhớt
của dầu phải là bao nhiêu? Nên sử dụng ổ lăn bi đỡ hay ổ bi côn?) không có
nhiều ý nghĩa cho đến khi thiết kế được hoàn thiện ở dạng cuối cùng.
➢Xét cho cùng, trong giai đoạn đầu của thiết kế, các thông số kỹ thuật về kích
thước, trọng lượng, công suất hoặc hiệu suất của sản phẩm có thể thay đổi. 79
2.2. Quátrìnhthiếtkế
TậptrungđầutưvàoviệcĐổimới
➢ Mọingườiđềucóthểhọccáchđểtrởnênđổimới,sángtạohơn.
➢ Đổimới,mộtkháiniệmquenthuộcvớicácnhàthiếtkếcôngnghiệp,nghệ
sĩvànhàtiếpthị,đangtrởthànhmộtchủđềquantrọngtrongviệcpháttriển
cácchiếnlượctrênkhắpthếgiớinhằmgiảiquyếtcáctháchthứcphứctạp
vềxãhội,môitrường,dânsự,kinhtếvàkỹthuật. 80
2.2. Quátrìnhthiếtkế Vídụ: kiểudángvàcông nghệcủatai nghe kỹthuậtsố. 81
2.2. Quátrìnhthiếtkế Vídụ: Kiểudángvàcông nghệcủathiếtbị lọcnước. 82
2.2. Quátrìnhthiếtkế
Sơ đồ quy trìnhcủa1 thiết kếcơbản:
• Cácyêucầuđểpháttriển sảnphẩm. • Pháchọathiếtkế. • Thiếtkếchi tiết. • Sảnxuất. 83
2.2. Quá trình thiết kế
Requirements Development (các yêu cầu để phát triển sản phẩm)
Thiết kế cơ khí bắt đầu khi ta đã xác định được nhu cầu cơ bản thiết yếu.
Trước hết, kỹ sư thiết kế sẽ định hình 1 danh sách các yêu cầu cho hệ thống dựa vào :
• Hiệu suất thực tế: Sản phẩm phải thỏa mãn được yêu cầu gì?
• Tác động môi trường: Trong sản xuất, sử dụng, cuối vòng đời
• Sản xuất,chế tạo: Giới hạn của nguồn cung vật liệu, tài nguyên
• Vấn đề kinh tế: Ngân sách, chi phí, giá cả, lợi nhuận
• Công thái học: Tính thẩm mỹ, tính thực dụng, yếu tố con người
• Vấn đề toàn cầu: Thị trường, nhu cầu và cơ hội trên trường quốc tế
• Tuổi thọ sản phẩm: Bảo dưỡng, giá trị thực dụng, giá trị hao mòn
• Yếu tố xã hội: Vấn đề của nội, ngoại thành và văn hóa 84
2.2. Quátrìnhthiếtkế
Conceptual Design (pháchọathiếtkế)
➢ Giai đoạnnày, cáckỹsư thiếtkếsẽhợptácvà sángtạoracácgiảipháp tiềmnăngrồisauđóchọn ( các) giảipháphứahẹn nhấtđểtiếptụcphát triển.
Việctạoravàlựachọncácý tưởngtrongthiếtkếpháchọa. 85
2.2. Quátrìnhthiếtkế
Conceptual Design (pháchọathiếtkế)
➢ Quá trình này được hướng
dẫn bởilốitư duy phânkỳ ( divergent thinking)-một
loạt các ý tưởng sáng tạo được địnhhình.
➢ Khiđãlênđượcdanhsáchý
tưởng,kỹsưsẽsửdụng phươngpháptưduyhộitụ
( convergent thinking)-lược
bỏmộtsốýtưởngvàchỉtập trungvàocácphươngántốt nhất. 86
2.2. Quá trình thiết kế
Detailed Design (Thiết kế chi tiết)
Đến thời điểm này của quá trình thiết kế, nhóm thiết kế đã thực hiện quá trình phân tích, cải
tiến và cuối cùng quyết định phương án tốt nhất để thực hiện.
Đến giai đoạn thiết kế chi tiết của sản phẩm, phải xác định một số vấn đề:
✓Phát triển cấu trúc và thông số sản phẩm
✓Chọn vật liệu cho từng chi tiết
✓Giải quyết các vấn đề trong thiết kế (đảm bảo độ tin cậy, sản xuất, lắp ráp, mẫu mã, chi phí, tái chế,…)
✓Tối ưu hóa kích thước hình dáng cuối cùng, bao gồm dung sai phù hợp
✓Số hóa các mô hình kỹ thuật hoàn chỉnh của các chi tiết, cụm lắp ráp, tổng lắp ráp
✓Mô phỏng hệ thống bằng các mô hình toán học và kỹ thuật số
✓Sản xuất mẫu và thử nghiệm đối với các thành phần và mô-đun quan trọng ✓Lập kế hoạch sản xuất 87
2.2. Quá trình thiết kế
Detailed Design (Thiết kế chi tiết) Lưu ý:
✓ Một nguyên tắc chung và quan trọng nhất trong giai đoạn thiết kế chi tiết là hướng đến sự đơn giản.
Ý tưởng thiết kế đơn giản luôn tốt hơn là một ý tưởng phức tạp, bởi vì có ít khả năng có thể xảy ra
sai sót hơn và dễ thực hiện hơn.
✓ Các kỹ sư phải thích nghi với khái niệm lặp lại trong một quy trình thiết kế. Lặp lại là quá trình thực
hiện các thay đổi và sửa đổi lặp đi lặp lại đối với một thiết kế để cải thiện và hoàn thiện nó.
✓ Tính thực dụng của một sản phẩm có thể gây nên sự khó khan phức tạp cho công nghệ chế tạo. Các
kỹ sư thường hợp tác với các nhà thiết kế công nghiệp và nhà tâm lý học để cải thiện tính hấp dẫn
và khả năng sử dụng của các sản phẩm của họ. Vì vậy, kỹ thuật ngày nay là sự kết hợp, liên kết đa
ngành nhằm đáp ứng tối nhu cầu của khách hàng. 88
2.2. Quá trình thiết kế
Detailed Design (Thiết kế chi tiết) Lưu ý:
✓ Các kỹ sư phải thiết kế tỉ mỉ các bản vẽ kỹ thuật trong quy trình thiết kế, biên bản họp và báo cáo bằng văn
bản để những người khác có thể hiểu lý do đằng sau mỗi quyết định. Tài liệu đó tạo điều kiện tiếp cận cho các
nhóm thiết kế trong tương lai, những người muốn học hỏi và xây dựng dựa trên kinh nghiệm của nhóm hiện tại.
✓ Lưu trữ bản vẽ, tính toán, ảnh, dữ liệu thử nghiệm và danh sách các ngày quan trọng.
✓ Đã đạt được các mốc quan trọng để nắm bắt chính xác cách thức, thời gian và đối tượng mà sáng chế được phát triển.
✓ Bản thiết kế sáng chế hướng đến một thiết kế mới, nguyên bản và thẩm mỹ. Bằng sáng chế có mục đích bảo
vệ sản phẩm, hấp dẫn về mặt thẩm mỹ-kết quả của kỹ năng nghệ thuật; nó không bảo vệ các đặc tính chức năng của sản phẩm. 89
2.2. Quátrìnhthiếtkế
Detailed Design (Thiếtkếchi tiết) Lưuý:
✓ Phổbiếnhơntrongkỹthuậtcơkhí,bằngsángchếbảovệchứcnăngcủathiếtbị,quytrình,
sảnphẩmhoặcthànhphầncủavậtchất.
✓ Bằngsángchếthườngbaogồmbathànhphầnchính:
• Đặcđiểmkỹthuậtlàbảnmôtảmụcđích, cấutạovàhoạtđộngcủasángchế
• Bảnvẽcủacácphiênbảnphátminhkhác.
• Cáctuyênbốgiảithíchcáctínhnăngcụthểmàbằngsángchếbảovệ. 90
2.2. Quátrìnhthiếtkế
Detailed Design ( Thiếtkếchi tiết )
Mườiquốcgiahàngđầuđượcxếp
hạngtheosốlượngbằngsángchế
đượccấptạiHoaKỳtrongnăm 2009. 91