در این مقاله در رابطه با نحوه مطالعه درس طراحی اجزاء مهندسی رشته مهندسی مکانیک توضیحاتی ارائه شده است. درس طراحی اجزاء مهندسی از دروس مهم و کاربردی رشته مهندسی مکانیک است.
پیشنهاد ویژه سایت ایران مدرس: سرفصل های درس طراحی اجزای 1 مهندسی مکانیک
نحوه مطالعه و مباحث ارائه شده در درس طراحی اجزاء مهندسی 1
در فصل اول کتاب طراحی اجزاء شیگلی مقدمه ای بر طراحی اجزای مکانیکی ارائه شده است. در این فصل نکات مهمی در رابطه با طراحی قطعات مکانیکی و مهندسی ارائه شده است و برای مهندسین و دانشجویان مطالعه آن بسیار لازم و مفید است. در این فصل مطالبی مانند مراحل و بر هم کنش های فرآیندهای طراحی، استانداردها و آیین نامه ها، نقش اقتصاد در طراحی، تنش و استحکام، عدم قطعیت، ضریب اطمینان و قابلیت اطمینان، ابعاد و تلورانس ها و ....مورد بررسی قرار گرفته است. همانطور که می دانید طراحی جواب منحصر به فردی ندارد و یک روند مستقیم نیست بلکه بعضا ممکن است به مراحل قبلی هم برگردید. کلیات روند طراحی در این فصل توضیح داده شده و دید خوبی به مهندسان می دهد. برای بحث طراحی بسیار لازم است مهندسان با انواع مواد صنعتی هم آشنا باشند که در فصل دوم مورد بررسی قرار گرفته است. مطالب مختلفی همچون استحکام و سردکاری، سختی، خواص ضربه ای مواد، ریخته گری، عملیات حرارتی و .... در فصل دوم بررسی شده است. دانشجویان باید این مباحث را با دقت بسیار بالا مورد مطالعه قرار دهند چرا که در انتخاب مواد و فرآیند طراحی بسیار اهمیت دارد. شما هر قطعه ای را که بخواهید بسازید باید با فرآیند طراحی آشنا باشید و مواد مناسب را برای ساخت بخش های مختلف قطعه مورد نظرتان انتخاب نمائید.
مطالعه این مقاله هم پیشنهاد می شود: سرفصل های درس طراحی اجزاء ماشین 2 همراه با توضیحات کامل
از جمله مواد صنعتی پرکاربرد می توان به فولادهای آلیاژی، فولادهای زنگ نزن، فلزات غیر آهنی، پلاستیک ها، مواد مرکب، کامپوزیت ها و FGM ها و ... اشاره نمود. در فصل دوم کتاب در انتهای فصل در رابطه با نحوه انتخاب مواد هم توضیحات مفصلی ارائه شده است. اگر در این مباحث اشکال دارید از اساتید خصوصی مهندسی مکانیک و یا مدرسین تدریس خصوصی طراحی اجزاء مهندسی کمک بگیرید. در نظر داشته باشید که یک مهندس مکانیک برای اینکه بتواند طراحی انجام دهد باید با مباحث دروس استاتیک و مقاومت مصالح هم به خوبی آشنا باشد و بتواند تحلیل نیروها را انجام دهد و در ضمن تنش های ایجاد شده بر اثر نیروهای عمالی را هم محاسبه نماید. در درس استاتیک معادلات تعادل به صورت مفصل درس داده می شود و در مقاومت مصالح 1 نحوه محاسبه تنش بر اثر انواع بارگذاری ها و بارگذاری ترکیبی بررسی می گردد. در مقاومت مصالح 2 مباحثی مانند خیز تیر و روش انرژی و کمانش تدریس می شود. بلد بودن این مباحث آنقدر زیاد اهمیت دارد که در کتاب طراحی اجزاء شیگلی در فصل های سوم و چهارم به صورت مفصل روی آنها کار شده است. اساتید مقاومت مصالح و مدرسین خصوصی استاتیک در یادگیری این مباحث به شما کمک خواهند کرد. در شکل زیر مدول یانگ و چگالی مواد مختلف با هم مقایسه شده است.
حتما بخوانید: سوال امتحانی، تمرین و مطالب آموزشی درس طراحی اجزاء 1 و 2 مهندسی مکانیک
برای اینکه بتوانید مسائل مرتبط با طراحی اجزاء را خوب تحلیل نموده و حل کنید حتما باید بر دروس استاتیک و مقاومت مصالح مسلط باشید. باید خوب یاد گرفته باشید تنش ها را بر اثر بار محوری، تنش برشی، گشتاور خمشی و پیچشی و بار عرضی محاسبه کنید. نحوه محاسبه خیز تیر، قضیه کاستیگلیانو و کمانش را هم از درس مقاومت مصالح به خوبی آموزش ببینید. فصل های 3 و 4 کتاب طراحی اجزای شیگلی به این مباحث اختصاص یافته است. از فصل پنجم به بعد کتاب مباحث اصلی شروع می شود. در فصل پنجم معیارهای طراحی استاتیکی برای مواد نرم و ترد توضیح داده شده است. معیارهایی همچون ترسکا، ون مایسز، کولمب مور و ... که برای مواد شکل پذیر استفاده می شوند و معیارهای تنش عمودی ماکزیمم و مور اصلاح شده و ... برای طراحی استاتیکی مواد ترد و در نهایت دیدگاه مکانیک شکست و تحمل آسیب در این فصل توضیح داده شده است. در دیدگاه مکانیک شکست فرض می شود یک ترک اولیه در قطعه وجود دارد. برای یادگیری بهتر مباحث این فصل باید متن کتاب را عالی بخوانید و تمرین و مسئله زیادی را حل نمائید. داده های آزمایشی برای معیارهای مختلف شکست در شکل زیر نمایش داده شده است. مشاهده می شود معیار فون میزز تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی دارد. مطالعه نمائید: آموزش طراحی اجزا رشته مهندسی مکانیک - معیارهای طراحی استاتیکی به زبان ساده
در فصل هفتم شکست ناشی از بارگذاری دینامیکی و خستگی مورد بررسی قرار گرفته است. تعریف حد دوام و ضریب های اصلاحی مرتبط با آن، معیارهای شکست خستگی در بارگذاری نوسانی و ... در این فصل به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. برای یادگیری مبحث خستگی هم متن کتاب را عالی بخوانید و مسائل حل شده را به خوبی بررسی نمائید. خصوصا مبحث بارگذاری ترکیبی اهمیت زیادی دارد.
مطالعه نمائید: آموزش مبحث خستگی از درس طراحی اجزا رشته مهندسی مکانیک
مباحثی که تا اینجا مورد بررسی قرار گرفت مربوط به درس طراحی اجزاء 1 از رشته مهندسی مکانیک است. در واقع در درس طراحی اجزاء 1 مباحث پایه ای و معیارهای طراحی استاتیکی و خستگی درس داده می شود. در درس طراحی اجزاء 2 طراحی اجزاء مکانیکی پرکاربرد مورد بررسی قرار خواهد گرفت. البته از مطالب فصل های 1 تا 6 در طراحی اجزاء 2 هم استفاده می شود و باید حتما بر آنها مسلط بود تا بتوان نمره خوبی در هر دو درس گرفت. بعضی از اساتید در درس طراحی اجزاء 1 تا فصل 9 را تدریس می کنند.
در فصل هفتم از کتاب طراحی اجزاء شیگلی شفت ها مورد بررسی قرار گرفته است. جنس شفت، سرعت بحرانی شفت، اجزای شفت ها و ... در این فصل بررسی شده است. در فصل های بعدی هم به صورت زیر مباحث مهمی ارائه شده است:
حتما بخوانید: مبحث تبدیل تنش و دایره مور از درس مقاومت مصالح و طراحی اجزا مهندسی مکانیک
فصل 8- پیچ ها، هم بندها و طراحی اتصالات غیر دائمی: پیچ ها بیشترین کاربردی که دارند برای اتصالات قطعات به یکدیگر است. نحوه محاسبه تنش برشی در پیچ ها در این فصل بررسی شده است. در حالتی که بار خارج از مرکز باشد باید برای هر پیچ برش اولیه و ثانویه را محاسبه نموده و در نهایت برآیند نیروها را محاسبه کرد. برش اولیه بر اثر خود بار اعمالی ایجاد می شود و برش ثانویه بر اثر گشتاور ایجاد شده ناشی از خروج از مرکز بودن بار. انواع پیچ های خودکار در شکل زیر نمایش داده شده است.
حتما بخوانید: راهنمایی استفاده از معیارهای طراحی استاتیکی مواد نرم و ترد درس طراحی اجزا 1 مهندسی مکانیک
فصل 9- جوشکاری، چسب کاری و طراحی اتصالات دائمی: یکی دیگر از مباحث مهم درس طراحی اجزاء مبحث جوشکاری، چسب و اتصالات دائمی است. این فصل به لحاظ نوع مسائلی که دارد خیلی مشابه فصل قبل می باشد. ابتدا انواع جوش ها معرفی می شود و در ادامه تحلیل تنش در جوش مورد بررسی قرار می گیرد. برای جوش هم چنانچه بارگذاری خارج از مرکز باشد، باید تنش برشی اولیه و ثانویه را برای تمامی نقاط جوش محاسبه نموده و بعد از آن با برآیند گیری و یا با استفاده از معیارهای استاتیکی بیشترین تنش برشی را در جوش محاسبه نمود.
مطالعه نمائید: طراحی خستگی اجزا و قطعات مکانیکی و عوامل موثر بر عمر خستگی
نحوه مطالعه و مباحث ارائه شده در درس طراحی اجزاء مهندسی 2
فصل 10- فنرهای مکانیکی: فنرها اجزای بسیار پرکاربردی در صنعت هستند و به همین دلیل در کتاب طراحی اجزای شیگلی یک فصل مستقل به آن اختصاص داده شده است. انواع فنرهای فشاری، مارپیچ و .... در این فصل معرفی شده است و تمرکز زیادی روی محاسبه تنش در فنرهای فشاری وجود دارد. روابط مربوط به محاسبه تنش و طراحی فنرها در این فصل ارائه شده است. فنر می تواند تحت بارگذاری استاتیکی و یا دینامیکی قرار بگیرد و برای هر حالت طراحی فنر متفاوت خواهد شد. بحث بارهای بحرانی و کمانش در فنرهای فشاری هم مطرح می شود. می توان با استفاده از فلوچارت ها و روابطی که در کتاب ارائه شده است، با استفاده از برنامه نوسی متلب (به عنوان مثال) برای طراحی فنر کد نویسی هم انجام داد (کلیک کنید: کد طراحی خستگی فنرهای فشاری با استفاده از نرم افزار مطلب). سر فنرهای کششی در شکل زیر نمایش داده شده است.
پیشنهاد می شود بخوانید: نمونه سوال امتحانی طراحی اجزاء 1 مهندسی مکانیک همراه با پاسخ تشریحی
فصل های 11 و 12- یاتاقان های غلتشی، روانکاری و یاتاقان های لغزشی: از اجزای مهم دیگر در صنعت و در دستگاهها و ماشین آلات مکانیکی یاتاقان های غلتشی و لغزشی و بلبرینگ ها و رولر برینگ ها هستند. برای شفتی که در حال چرخش و انتقال توان است این یاتاقان ها نقش تکیه گاه را دارند و در این دو فصل یاد می گیریم که چگونه یاتاقان مناسب را انتخاب نمائیم. برای انتخاب یاتاقان غلتشی با استفاده از بار C10 و با در نظر گرفتن جدول ها و کاتالوگها یاتاقان مناسب را انتخاب می نمائیم. اگر ترکیبی از بارگذاری شعاعی و محوری را داشته باشیم محاسبات کمی متفاوت خواهد بود. در یاتاقان های لغزشی از عدد سامرفلد استفاده می نمائیم و از نمودارها برای بحث طراحی استفاده می کنیم. نکات طراحی در کتاب به صورت مفصل توضیح داده شده است. واژه های فنی یاتاقان لغزشی را در شکل زیر می توانید مشاهده نمائید.
مطالعه کنید: آموزش طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک مبحث یاتاقانها غلتشی (ضد اصطکاک)، بلبرینگ و رولبرینگ
فصل 13و 14- چرخ دنده ها - کلیات، چرخ دنده های ساده و مارپیچ: چرخ دنده ها کاربردهای بسیار زیادی در صنعت دارند. تقریبا در تمامی ماشین آلات از چرخدنده ها استفاده می شود. چرخ دنده های ساده پرکاربردترین و ارزان ترین انواع چرخدنده ها هستند. انواع چرخدنده ها، عمل مزدوج، منحنی اینولوت، نسبت تماس، تداخل، زنجیره چرخ دنده ها، تحلیل نیرو در انواع چرخدنده ها، فرمول های محاسبه تنش و رابطه AGMA و ضرایب اصلاحی متعدد برای چرخ دنده ساده و مارپیچ در این دو فصل توضیح داده شده است. برای تسلط بر این دو فصل باید بر فرمول ها و روابط 100 درصد مسلط باشید. البته حفظ کردن روابط لازم نیست اما مسائل را باید بررسی کنید تا یاد بگیرید از هر فرمول و جدول در چه مرحله ای استفاده نمائید. زنجیره چرخدنده ها در شکل زیر نمایش داده شده است.
کلیک کنید: فیلم های آموزشی طراحی اجزاء مهندسی رشته مهندسی مکانیک - مبحث چرخدنده ها
فصل 15 - چرخ دنده های مخروطی و حلزونی: انواع دیگری از چرخ دنده ها، چرخ دنده های مخروطی و حلزونی هستند. این چرخ دنده ها به اندازه چرخ دنده های ساده پرکاربرد نمی باشند اما برای جاهای خاصی بسیار مفید می باشند. تنش و استحکام در این چرخ نده ها بررسی شده است. توجه کنید که برای انواع چرخ دنده ها هم باید خستگی ناشی از بارهای خمشی و هم باید خستگی ناشی از بارهای تماسی مورد بررسی قرار گیرد. فرمول ها و روابط مربوطه در کتاب ارائه شده است. دقت کنید که بر اثر بارهای خمشی ممکن است چرخدنده شکست برایش اتفاق بیافتد و یا بر اثر بارهای تماسی سطح آن کنده شود و کارایی خودش را از دست بدهد. معادلات آگما، تحلیل و طراحی چرخ دنده های مخروطی و حلزونی در این فصل ارائه شده است.
حتما مطالعه نمائید: خلاصه مباحث مطرح شده در درس طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک از زبان دانشجویان
فصل 16 - کلاچ ها، ترمزها، کوپلینگ ها و فلایول ها: کلاچ ها و ترمزها تقریبا ساختار یکسانی دارند. از کلاچ برای هم سرعت کردن دو دیسک یا محور در حال دوران استفاده می کنیم و ترمز هم همان عملکرد را دارد فقط تفاوتی که دارد این است که در ترمز یکی از محورها یا دیسک ها سرعتی برابر صفر دارد. در این فصل تحلیل استاتیکی کلاچ ها و ترمزها، کلاچ ها و ترمزهای طوقه ای باز شونده از داخل و خارج، کلاچ ها و ترمز های نواری، کلاچ های محوری با تماس اصطکاکی، ترمزهای دیسکی، کلاچ ها و ترمزهای مخروطی و ... ارائه شده است. حین عمل ترمز گیری یا کلاچ گیری اتلاف انرژی و افزایش دما اتفاق می افتد که با انتخاب صحیح پارامترهای مختلف و مواد اصطکاکی مناسب می تواند به حالت بهینه برسد. برای یادگیری بهتر این فصل باید مراحلی که ذکر شده است به درستی یاد گرفته شود مثلا ابتدا باید توزیع فشار را فرض نمائید، سپس رابطه فشار ماکزیمم با فشار در هر نقطه را بدست آورید و در نهایت با معادلات تعادل مجهول ها از جمله نیروی ترمزگیری، عکس العمل های تکیه گاهها و .... را محاسبه نمائید. حالت خود قفلی در ترمزها هم در این فصل بررسی شده و شرط خود قفلی و نحوه استفاده مفید از آن هم توضیح داده شده است. کفشک های جمع شونده خارجی در شکل زیر نمایش داده شده است.
مطالعه نمائید: دانلود تمرینات طراحی اجزاء شیگلی از فصل خستگی همراه با پاسخ تشریحی
فصل 17- اجزای مکانیکی انعطاف پذیر: در این فصل تسمه ها، هندسه تسمه های تخت و گرد، تسمه های ذوزنقه ای، تسمه های تایمینگ، زنجیرهای غلتکی، کابل ها و شفت های انعطاف پذیر مورد بررسی قرار می گیرد. تسمه ها، زنجیرها و کابل ها در دستگاهها و ماشین آلات مختلفی مورد بررسی قرار می گیرند. به نسبت چرخ دنده ها، تسمه ها و زنجیرها برای انتقال قدرت در فاصله طولانی تری استفاده می شوند. برای یادگیری بهتر این فصل بهتر است متن کتاب را با دقت بالا بخوانید و باز هم مثل فصول قبلی مسائل را حل نمائید. انواع آرایش تسمه ها و فرمول طول تسمه در هر حالت در شکل زیر نمایش داده شده است.
کلیک نمائید: نمونه فیلم معلم خصوصی طراحی اجزاء 2 مبحث تسمه، فرمول طول تسمه، انتخاب و طراحی تسمه
فصل 18- بررسی موردی سیستم انتقال قدرت - فصل 19 - روش اجزای محدود - فصل 20 - نقش آمار در طراحی: فصل های پایانی کتاب طراحی اجزاء شیگلی جزو فصول اصلی و سرفصل ها نیستند. اما اگر علاقه داشته باشید و این فصل ها را مطالعه نمائید می توانید پیشرفت بسیار خوبی در طراحی مهندسی داشته باشید. برای تحلیل بسیاری از قطعاتی که در صنعت با آنها سر و کار داریم نمی توان از فرمول ها و روابط استفاده نمود. اگر هندسه یا بارگذاری یا هر دو پیچیده باشد باید از FEM یا روش اجزای محدود برای تحلیل مسائل استفاده نمائیم. اگر در این مبحث اشکال دارید از مدرسین اجزاء محدود کمک بگیرید. از نرم افزارهای مهم و پرکاربرد در این زمینه می توان به انسیس و آباکوس اشاره نمود. بسیار خوب است که در کنار یادگیری مباحث پایه ای مهندسی و معیارهای طراحی، با نرم افزارها آشنا باشید و بر یکی از این نرم افزارها مسلط باشید. یادگیری مباحث پایه ای طراحی اجزاء شما را از بلد بودن یک نرم افزار تخصصی بی نیاز نمی کند. همانطور که گفته شد، برای تحلیل تنش در یک قطعه که هندسه یا بارگذاری پیچیده ای دارد، باید از نرم افزارهای المان محدود استفاده نمائید و در کنار آن با مطالبی که در ارتباط با معیارهای طراحی، خستگی و ... یاد گرفته اید کار طراحی یا بررسی شکست قطعه را به پایان برسانید.
پیشنهاد می شود مطالعه نمائید: آموزش روش اجزای محدود یا المان محدود به صورت پایه ای و با زبان ساده
جمع بندی و نتیجه گیری در رابطه با نحوه مطالعه درس طراحی اجزاء مهندسی
همانطور که ملاحظه کردید، مباحثی که در درس طراحی اجزاء مهندسی 1 و 2 ارائه می شود بسیار مفصل است. این مباحث معمولا در دو ترم و در قالب دو درس طراحی اجزاء 1 و طراحی اجزاء 2 ارائه می شود. برای یادگیری بهتر این مباحث باید در مرحله اول بر مباحث پایه ای استاتیک و مقاومت مصالح مسلط باشید. بنابراین اگر در آن مباحث اشکال دارید ابتدا باید پایه خودتان را تقویت نمائید. در مرحله بعد کتاب را با دقت بخوانید. کتاب طراحی اجزای شیگلی بسیار کتاب مفصل و بزرگی است و برای مطالعه آن باید وقت زیادی در نظر بگیرید. اما اگر علاقه داشته باشید این کار را انجام می دهید. بررسی مسائل حل شده داخل کتاب هم بسیار مفید است. در انتها تمرینات را حل نمائید. حین حل تمرینات سعی کنید خودتان راه حل ارائه دهید و از جدول ها و نمودارها به درستی استفاده کنید. درس طراحی اجزاء درسی است که فقط با فرمول مسائل آن حل نمی شود بلکه باید از نمودارها و جدول های داخل کتاب هم به درستی استفاده نمائید. معیار طراحی مناسب را باید به درستی انتخاب کنید. مثلا در بخش طراحی استاتیک اگر ماده شکل پذیر دارید باید از معیارهای مربوط به مواد شکل پذیر استفاده نمائید. از میان معیارهای طراحی استاتیکی مواد شکل پذیر هم، مثلا اگر دقت بالا برای شما مهم است باید از ون مایسز استفاده کنید. این مواد را با دقت مد نظر داشته باشید.
کلیک کنید: مشاهده نمونه فیلم های تدریس خصوصی و آموزش طراحی اجزاء
منبع: ایران مدرس (استفاده از مطالب با ذکر منبع و لینک به ایران مدرس مجاز است)
