Giáo trình Thiết kế cơ cấu đàn hồi cho sản phẩm phun ép nhựa: Phần 2

Chia sẻ: Túcc Vânn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 giáo trình "Thiết kế cơ cấu đàn hồi cho sản phẩm phun ép nhựa" các khái niệm cơ bản của cơ cấu đàn hồi, thiết kế và phân tích cơ cấu đàn hồi, quá trình phát triển cơ cấu đàn hồi, chẩn đoán các vấn đề của cơ cấu đàn hồi. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thiết kế cơ cấu đàn hồi cho sản phẩm phun ép nhựa: Phần 2

CHƯƠNG 4 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU ĐÀN HỒI Mục tiêu chương 4: Trình bày về khái niệm cơ bản của khóa đàn hồi Sau khi học xong chương này, người học có khả năng: 1) Trình bày được các cách ràng buộc dùng cho khóa đàn hồi 2) Trình bày được các cấp phân tách khóa đàn hồi Thay vì làm gián đoạn các chủ đề khác bằng một cuộc thảo luận chi tiết về các khái niệm ràng buộc và tách rời, những chủ đề này được đề cập chi tiết ở đây. Ràng buộc đã được giới thiệu trong Chương 1 là yêu cầu cơ bản nhất trong 4 yêu cầu chính đối với khóa đàn hồi. Nó cũng đã được thảo luận trong Chương 2 về ứng dụng và sử dụng các bộ định vị và khóa như các tính năng ràng buộc. Tách rời là mức độ mà việc duy trì lắp ráp có tính năng độc lập với nhau. Nó có các ứng dụng quan trọng để hiểu hành vi khóa và cải thiện hiệu suất khóa. 4.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA SỰ RÀNG BUỘC Xem xét ý thức hoặc rõ ràng về các ràng buộc trong các liên kết không phải là thông lệ. Nhiều nhà thiết kế đã quen với việc chỉ định các ốc vít có ren và quen với các thực hành thiết kế cho các liên kết bằng cách sử dụng ốc vít ren. Liên kết có ren đạt được ràng buộc theo cách khá đơn giản: ốc vít được thêm và thắt chặt cho đến khi tải kẹp kết quả đủ để ngăn chặn chuyển động tương đối trong khớp. Sự hạn chế giữa các phần được nối xảy ra tự động và đưa ra quyết định rõ ràng về ràng buộc trong thiết kế tệp đính kèm dây buộc nhanh là không cần thiết. Một số thực hành thiết kế cho các liên kết sử dụng chất kết dính hoặc các phương pháp khác không phụ thuộc vào tải kẹp tương tự như thiết kế của (snap) nhưng không giống nhau. Có những vấn đề đặc biệt với ảnh chụp không có trong bất kỳ liên kết nào khác. Các nhà thiết kế phải luôn 104
nhận thức được rằng nhiều nguyên tắc thiết kế liên quan đến các phương pháp liên kết khác không hoạt động cho khóa đàn hồi. Quan trọng nhất, và không giống như các ốc vít có ren, không thể kéo căng trong các tính năng nhanh để tạo tải trọng kẹp đáng kể. Có được tải kẹp thông qua uốn cong tính năng là có thể, nhưng không hiệu quả và không được khuyến khích. Trong mọi trường hợp, vì nhựa có xu hướng giãn ra dưới áp lực, ngay cả khi một số tải kẹp được thiết kế thành một miếng nhựa, cuối cùng nó sẽ thư giãn và tải kẹp sẽ bị mất. Nghệ thuật của thiết kế khóa đàn hồi chỉ đơn giản là thiết kế đường thẳng đó vào giao diện khi bắt đầu. Việc sử dụng đúng các ràng buộc giúp cân bằng giữa các mấu kẹp cần có độ bền, khả năng lắp ráp và đường thẳng với thực tế của sự thay đổi và dung sai của bộ phận. 4.1.1 Đánh giá ràng buộc Hãy nhớ lại rằng chuyển động của một vật thể trong không gian được mô tả bởi ba chuyển động tịnh tiến và ba chuyển động quay cho tổng số 6 chuyển động (6 bậc tự do). Trong trường hợp của khóa đàn hồi, đây là cách mô tả mối quan hệ vị trí của phần giao nhau với phần cơ sở. Các tính năng hạn chế được sử dụng để hạn chế chuyển động và loại bỏ một cách có hệ thống các mức độ chuyển động từ phần giao nhau đến giao diện phần cơ sở. Một số người có cảm giác trực quan về các ràng buộc và tự động áp dụng các nguyên tắc ràng buộc vào thiết kế khóa đàn hồi. Đối với những người khác, một sự hiểu biết về ràng buộc phải được phát triển. Vì các tính năng ràng buộc đang hạn chế phần giao nhau với phần cơ sở, nên các vectơ ràng buộc (nghĩa là tính năng làm việc) được hiển thị trong các thao tác như tác động lên phần giao nhau để ngăn chặn chuyển động của nó. Bởi vì đang thiết kế khóa đàn hồi cho đường với đường, nên lực ấn được biểu thị bằng các vectơ ràng buộc là một khả năng chống lại tải trọng bên ngoài áp dụng cho hệ thống. Nó không phải là một lực thực tế hoặc một lực không đổi được gây ra bởi một tính năng ràng buộc. 4.1.2 Nguyên tắc ràng buộc Khi xem xét ràng buộc, điều quan trọng là phải phân biệt giữa ràng buộc hoàn hảo và ràng buộc thích hợp. Đối với mục đích học tập, ở đây sẽ giới thiệu và giải thích về các ràng buộc hoàn hảo. Trong điều kiện 105
ràng buộc hoàn hảo, các lực giữa tất cả các cặp ràng buộc được xác định tĩnh. Nói cách khác, chúng ta có thể tính toán chúng bằng các nguyên tắc cơ học và thống kê mà không phải lo lắng về tỷ lệ lò xo một phần hoặc lực dư thừa. Đối với hầu hết các ứng dụng, việc đạt được các ràng buộc hoàn hảo trong khi tránh sự lỏng lẻo có thể có giữa các phần sẽ yêu cầu dung sai bằng không. Tất nhiên, không bỏ qua một tình huống thường tốn chi phí và thường không thực tế. Hình học phần phức tạp và tuân thủ một phần cũng tạo ra ràng buộc hoàn hảo khá không thực tế trong thực tế. 4.1.2.1 Ràng buộc hoàn hảo Ràng buộc hoàn hảo ngụ ý hiệu quả liên kết hoàn hảo hoặc 100% trong đó ngăn chặn chuyển động của bộ phận bằng cách sử dụng số lượng điểm hạn chế tối thiểu và hệ thống liên kết được xác định tĩnh. Sự hiểu biết về một số đặc điểm của ràng buộc hoàn hảo sẽ cung cấp cơ sở cho khái niệm thực tế hơn về ràng buộc thích hợp. Hãy nhớ lại rằng một mặt phẳng được xác định bởi ba điểm và một đường thẳng là hai điểm và một hệ thống gồm ba, hai và một điểm có thể xác định vị trí một đối tượng một cách hoàn hảo. Một đối tượng trong không gian (phần giao nhau), Hình 4.1a có thể được hạn chế di chuyển trong một bậc tự do bằng cách hạn chế nó tại ba điểm (một mặt phẳng) như trong Hình 4.1b. Tiếp theo, việc thêm hai điểm vào một phía của đối tượng sẽ hạn chế chuyển động trong một bậc tự do khác, Hình 4.1c. Một điểm duy nhất ở một phía khác của đối tượng sẽ hạn chế chuyển động trong bậc tự do thứ ba, Hình 4.1d. Vị trí đối tượng hiện được xác định chính xác bởi mặt phẳng, đường thẳng và điểm đơn. Điều này có thể chấp nhận được miễn là không có lực nào tác động lên vật thể để di chuyển nó ra khỏi vị trí này. Trong các sản phẩm, các lực là một phần của thực tế thiết kế, vì vậy không chỉ cần định vị chính xác là cần thiết để hạn chế đối tượng. 106
(a) Một đối tượng hình chữ nhật sẽ (b) Đầu tiên, ba điểm xác định được định vị cho một đối tượng khác một mặt phẳng (c) Thứ hai, hai điểm xác định (d) Thứ ba, một điểm duy nhất một đường thẳng hoàn thành định vị (e) Ngàm khống chế lực ở mặt (f) Các lực khống chế tạo thành định vị một hợp lực FR (g) Trong khóa đàn hồi, các đường bao được giữ chặt bởi định vị Hình 4.1: Ràng buộc đầy đủ Hạn chế bổ sung là cần thiết để giữ đối tượng chống lại mặt phẳng, đường thẳng và điểm. Điều này được thực hiện bằng cách thêm ba lực, mỗi lực tác động để giữ vật ở một trong ba vị trí định vị như trong Hình 4.1e. Ba lực lượng bổ sung này thực hiện một số điều quan trọng khi chúng giữ vật thể chống lại các điểm vị trí đã thiết lập: (1) chúng hạn chế chuyển động dịch ra khỏi các điểm đã thiết lập và (2) chúng loại bỏ tất cả các chuyển động quay khỏi hệ thống. Năm bậc tự do còn lại bị xóa (hai bậc tịnh tiến và ba bậc quay) và đối tượng hiện bị giới hạn trong tổng số 6 bậc tụ do. Ba lực hạn chế này có thể được hiển thị dưới dạng một lực kết quả FR như trong Hình 4.1f. Lực lượng này phải đủ mạnh để giữ đối tượng chống lại bất kỳ 107
lực lượng bên ngoài nào đang tìm cách di chuyển nó ra khỏi vị trí. Một bu lông đi qua bộ phận dọc theo đường FR và được siết chặt để tạo ra tải kẹp sẽ làm được điều này. Tuy nhiên, trong trường hợp khóa lắp, sẽ không dựa vào tải kẹp. Các tính năng sẽ không gây ra tải kẹp, nhưng sẽ chống lại chuyển động có thể được đặt một cách chiến lược để chúng chỉ cần chạm vào vật thể (một đường thẳng đến đường thẳng), Hình 4.1g. Điều này thể hiện một khóa đàn hồi ràng buộc hoàn hảo. (Giống như các lực ở trên, hiệu ứng hạn chế của ba tính năng cũng có thể được biểu thị như một kết quả). Chương 3 đã thảo luận về tính cần thiết của các tính năng ràng buộc khoảng cách càng xa càng tốt cho độ bền. Quy tắc thiết kế đó có thể được xây dựng thêm bằng cách sử dụng ví dụ này về ràng buộc hoàn hảo. Để tối đa hóa lợi thế cơ học cho cường độ và giảm thiểu độ nhạy kích thước theo từng hướng, ba điểm ràng buộc phẳng phải được sắp xếp theo diện tích lớn nhất của vật thể, hai điểm ràng buộc tuyến tính được bố trí theo diện tích lớn nhất tiếp theo của vật thể và điểm đơn chống lại khu vực lớn thứ ba. So sánh tính ổn định vốn có của sự sắp xếp trong Hình 4.2a với sự không ổn định của sự sắp xếp trong Hình 4.2b. Mặc dù cái sau đúng về mặt kỹ thuật đối với sự ràng buộc hoàn hảo, rõ ràng nó thiếu lợi thế cơ học chống lại các lực bên ngoài và sự mạnh mẽ về chiều so với cái trước. Nếu đối tượng là một khối lập phương và tất cả các cạnh có kích thước bằng nhau thì sao? Một số phán đoán được yêu cầu tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng, nhưng theo quy định, ràng buộc ba điểm sẽ được chọn để chống lại các lực cao nhất hoặc để kiểm soát các kích thước quan trọng nhất. a) Ràng buộc hoàn toàn, định vị b) Ràng buộc hoàn toàn, nhưng độ chắc chắn và ổn định chống lại cứng vững và độ ổn định kém các ngoại lực Hình 4.2: Độ bền của chi tiết, độ cứng vững theo chiều và đặc tính ràng buộc chắc chắn được tối ưu bởi sự sắp xếp các vị trí phù hợp với hình dạng của chi tiết 108
Các nguyên tắc khoảng cách để tối đa hóa độ ổn định của đối tượng đối với các điểm ràng buộc ban đầu cũng đúng với các điểm hạn chế được thêm vào để giữ đối tượng chống lại các điểm ràng buộc. Lưu ý rằng trên thực tế, định vị ba điểm về mặt lý thuyết có thể trông không giống ba điểm và nó không nhất thiết là vị trí tiếp xúc đầu tiên giữa các bộ phận liên kết và cơ sở cũng không nhất thiết phải là định vị hạn chế nhất. 4.1.2.2 Ràng buộc đúng Ràng buộc hoàn hảo là lý tưởng. Trong thực tế, thiết kế khóa đàn hồi là một sự thỏa hiệp giữa ràng buộc hoàn hảo và thực tế của một ứng dụng nhất định. Khi đã thiết kế theo các hướng dẫn ràng buộc, có thể nói rằng cơ cấu đàn hồi đã được ràng buộc đúng, nghĩa là trong giới hạn của dung sai và với sự trợ giúp của tuân thủ cục bộ, liên kết là một xấp xỉ hợp lý của ràng buộc hoàn hảo. Một lời giải thích thực tế về ràng buộc thích hợp là nó tồn tại khi không có vi phạm thô bạo đối với các quy tắc xác định ràng buộc không phù hợp. Đó là sự vắng mặt của các ràng buộc dưới mức và giảm thiểu các điều kiện quá hạn chế. Khi các bộ phận được ràng buộc đúng cách, chúng sẽ có các đặc điểm mong muốn sau: Có thể được lắp ráp mà không buộc các bộ phận lại với nhau, có thể dùng dung sai mối lắp lỏng giữa các tính năng ràng buộc trong liên kết Phân tích tĩnh của các lực trên các tính năng ràng buộc là có thể,không có lực dư tồn tại giữa các cặp ràng buộc sau khi lắp ráp. 4.1.2.3 Ràng buộc thích hợp trong ít hơn 6 bậc tự do Thường sử dụng một ứng dụng được định nghĩa như một ví dụ về ràng buộc thích hợp và yêu cầu phần giao nhau phải được hạn chế trong chính xác 6 chuyển động. Không được quên rằng khi mối lắp có thể di chuyển (được kiểm soát hoặc tự do), ràng buộc thích hợp có thể tồn tại với ít hơn 6 bậc tự do. 4.1.2.4 Hạn chế Trong một ứng dụng đã xác định, nếu các phần bị ràng buộc trong ít hơn 6 bậc tự do, thì chúng bị giới hạn. Hạn chế dưới mức có thể gây ra các vấn đề sau: Hư hỏng tính năng khóa vì khóa được tải không đúng cách. Các bộ phận được căn chỉnh không phù hợp hoặc lỏng lẻo vì các tính năng ràng buộc có thể ngăn chặn hiệu quả chuyển động tương đối. Các bộ phận rơi ra khi các tính năng ràng buộc bị hư hỏng phát hành 109
hoặc phá vỡ. Một lỗi dưới ràng buộc phổ biến là thiết kế sao cho khóa phải mang lực theo hướng không phù hợp. Khóa yếu và chỉ nên được sử dụng để chống chuyển động theo hướng tách. Các tính năng định vị phải được sử dụng để ngăn chặn tất cả các chuyển động khác. Một lỗi phổ biến dưới ràng buộc thứ hai là không đặt các bộ định vị để có lợi thế cơ học tối đa. Điều này liên quan đến các thảo luận về sự ổn định và Hình 4.2. Bởi vì hình dạng phần khóa rất phức tạp, nó trở thành một khu vực chủ quan cao. Một sự sắp xếp định vị có thể không bị hạn chế về mặt kỹ thuật nhưng nó có thể kém ổn định hơn mức có thể. Sự khác biệt giữa ràng buộc thích hợp và hơn hoặc dưới ràng buộc thường là vấn đề mức độ, không phải là tuyệt đối. 4.1.2.5 Hạn chế quá mức Khi các tính năng ràng buộc là lẫn nhau, chúng bị hạn chế quá mức. Hạn chế quá mức có thể gây ra những vấn đề này: • Sự khó khăn lắp ráp khi các cặp định vị phải được buộc cùng nhau, kết quả lực lắp ráp cao và thiệt hại ngay lập tức đối với các tính năng ràng buộc là có thể. • Căng thẳng tính năng tăng: Sự giao thoa giữa các cặp ràng buộc có thể tạo ra các lực dư bên trong. Có thể có các thiệt hại ngắn hạn hoặc dài hạn. • Sự vênh một phần và biến dạng nhiệt khi các phần tham gia không giống như vật liệu mở rộng và co lại ở các mức giá trị khác nhau. Điều này là khó coi và cũng có thể dẫn đến thiệt hại và thất bại tính năng dài hạn. Một lỗi phổ biến là thử thiết kế quá hạn chế bằng cách chỉ định dung sai cực kỳ gần. Điều này sẽ làm tăng chi phí của các bộ phận và, trong khi nó có thể loại bỏ lắp ráp khác nhau hoặc ngăn ngừa hư hỏng tính năng trong quá trình lắp ráp. Một lỗi phổ biến khác là nhầm lẫn giữa các ràng buộc quá mức với cường độ cao hơn trong tệp đính kèm. Có hai loại vi phạm quá hạn chế: các tính năng đối lập và các tính năng dư thừa. Các tính năng trong đối lập là nghiêm trọng hơn. a. Hạn chế do tính năng dư thừa Đôi khi, nhà thiết kế cảm thấy bắt buộc phải tăng sức mạnh bằng cách thêm các cặp ràng buộc bổ sung để chống lại một lực. Khi hai hoặc 110
nhiều dòng hành động đồng tuyến tính chống lại cùng một lực chuyển động các cặp ràng buộc đó là dư thừa theo hướng đó, Hình 4.3a. Nói cách khác, một trong các cặp ràng buộc có thể được gỡ bỏ hoặc thay đổi để loại bỏ một dòng hành động dư thừa mà không thay đổi điều kiện ràng buộc tổng thể của hệ thống. Đó chính xác là những gì bạn nên làm. Xác định cặp ràng buộc nào ít hiệu quả nhất hoặc đắt hơn để tạo khuôn và loại bỏ nó hoặc sửa đổi nó. Thiết kế tất cả cường độ cần thiết vào cặp ràng buộc còn lại, Hình 4.3b. Sự dư thừa trong ràng buộc dẫn đến chi phí thêm trong các bộ phận vì nó liên quan đến các cặp ràng buộc thêm và nó đòi hỏi dung sai gần hơn để đảm bảo sự tiếp xúc đồng thời của các cặp dự phòng. Tuy nhiên, hầu hết thời gian, quá hạn chế do các tính năng dư thừa không nghiêm trọng về hiệu suất đính kèm. Với các tính năng dư thừa, chúng ta có thể thiết kế một cặp ràng buộc là giúp đỡ cho cặp kia (ngay cả khi sự trợ giúp đó là không mong muốn). Đây không phải là trường hợp với các tính năng đối nghịch. b. Hạn chế quá mức do các tính năng trong phần đối lập Sự đối lập xảy ra khi hai cặp ràng buộc có các đường hành động đồng tuyến tính đang hoạt động theo hai hướng ngược nhau, Hình 4.4a. Bởi vì chúng có các vectơ đối nghịch, các cặp ràng buộc sẽ giới hạn lẫn nhau và khả năng gây sát thương cao. Trừ khi dung sai giữa các cặp này được giữ khá gần (trên cả hai phần), rất có thể trong hầu hết các tổ hợp, sẽ có một số sự lỏng lẻo ban đầu dọc theo trục đó hoặc các bộ phận sẽ yêu cầu lực bổ sung để tham gia vì sự can thiệp giữa các cặp. Sự căng thẳng kết quả và căng thẳng còn lại có thể làm cho các tính năng thư giãn và nới lỏng theo thời gian. 111
a) Ứng dụng trên bề mặt của khối Một trong hai bộ định vị này là dư thừa F F Bỏ một cặp ràng buộc và làm cho cặp kia thêm chắc hơn b) Ràng buộc dư thừa đã bị loại bỏ F Hình 4.3: Siêu định vị do đặc tính dư thừa Ngay cả khi thiết kế với độ chính xác cao (dung sai nhỏ) để ngăn chặn sự lỏng lẻo hoặc căng thẳng giữa các cặp, Hình 4.4b, liên kết sẽ không mạnh mẽ để giãn nở hoặc co lại theo trục đó, Hình 4.4c. Nếu các bộ phận được làm bằng vật liệu tương tự, hiệu ứng nhiệt có thể là tối thiểu. Tuy nhiên, một số chất dẻo có thể có tốc độ giãn nở nhiệt khá khác nhau tùy thuộc vào sự liên kết hoặc đặc điểm của vật liệu nên việc có các vật liệu giống hệt nhau có thể không đảm bảo chống lại các vấn đề. Nếu sự co giãn hoặc co giãn nhiệt là một vấn đề và các tính năng phải đối lập nhau, hãy cố gắng đặt chúng càng gần nhau càng tốt để giảm thiểu chênh lệch kích thước thực tế khi xảy ra sự co giãn và co lại. Cố định tốt nhất cho các tính năng đối lập là thay thế hoặc thiết kế lại các cặp ràng buộc vấn đề để chuyển động theo cả hai hướng dọc theo trục được đề cập chỉ bị chống lại ở một trong các cặp, Hình 4.5a. Lựa chọn thứ hai là thêm các cải tiến tuân thủ tại một trong các vị trí có vấn đề, Hình 4.5b. 4.1.2.6 Các quy tắc ràng buộc chung Hầu hết các quy tắc thiết kế liên quan đến ràng buộc có thể được tìm thấy trong Chương 3. Chỉ có một vài quy tắc ràng buộc thích hợp được nhắc lại ở đây để chuẩn bị về bảng ràng buộc tiếp theo. 112
a) Áp dụng trên bề mặt của Chốt chặn cạnh (3) nằm trên một phương đối khối diện với chốt chặn cạnh (2) Chốt chặn Chốt chặn cạnh (1) cạnh (2) b) Độ chính xác dung sai có thể cho phép lắp ráp vào và không có sự lỏng lẻo ±0.05 ±0.05 c) Độ chính xác dung sai sẽ không được bù do ảnh hưởng của nhiệt Giãn nở và phá hủy ràng buộc Giãn nở và cong vênh một phần Hình 4.4: Đặc tính của ràng buộc đối diện • Đã sửa lỗi (khóa đàn hồi) bị ràng buộc chính xác trong 6 bậc tự do • Ảnh chụp có thể di chuyển có thể được ràng buộc chính xác trong ít hơn 6 bậc tự do • Các tính năng định vị rất mạnh, vì vậy hãy sử dụng chúng để loại bỏ càng nhiều bậc tự do càng tốt. Giảm thiểu bậc tự do bị loại bỏ bởi các tính năng khóa (yếu). • Các chuyển động lắp ráp đầu, trượt, xoắn và trục có xu hướng tối đa hóa bậc tự do được loại bỏ bởi các bộ định vị và được 113
ưu tiên cho độ bền. Chuyển động lắp ráp đẩy thường tối đa hóa bậc tự do được loại bỏ bởi các khóa và không được ưa thích. • Quá hạn chế do các cặp ràng buộc đối lập là không mong muốn và nó nên được thay đổi nếu có thể. Đôi khi, nó là một điều cần thiết thực tế. Để bù lại, sử dụng các cải tiến tuân thủ hoặc nếu hiệu ứng nhiệt là tối thiểu, có thể sử dụng dung sai gần giữa các cặp ràng buộc. • Quá hạn chế do các cặp ràng buộc dư thừa là không hiệu quả và không cần thiết. • Một điều kiện dưới ràng buộc là không thể chấp nhận và phải được thay đổi. a) Nếu các lực tồn tại theo cả hai hướng, hãy thiết kế lại để hạn chế chuyển động ở một cặp ràng buộc F F Ràng buộc khe cắm pin hoặc lỗ cắm pin cả hai hướng b) Nếu các yêu cầu về lực hoặc căn chỉnh chỉ theo một hướng, có thể sử dụng phù hợp Thành Nêm Không có khoảng hở cho F thêm thêm phép ở đây vào vào để pin chặn Nếu có một lực bên ngoài tác động Nếu một bên có yêu cầu căn chỉnh, chỉ một bên, thì hãy làm đúng ở nơi thì hãy làm đúng ở nơi khác khác Hình 4.5: Các tính năng sửa lỗi khi lắp đối nhau 4.1.3 Bảng tính ràng buộc Các nhà thiết kế không có sự hiểu biết trực quan hoặc thoải mái về chủ đề này cần chú ý về sự ràng buộc trong liên kết khóa đàn hồi và hiểu các tác động của nó lên một thiết bị phụ. Một cách tiếp cận thủ công để ràng buộc tài liệu bằng cách sử dụng một bảng tính như một công cụ học tập có thể giúp về vấn đề này. Khi một liên kết được phát triển và 114
đánh giá, người thiết kế có thể sử dụng bảng tính ràng buộc để hiểu các tương tác của các tính năng giao diện và đưa ra quyết định dẫn đến tối ưu hóa giao diện. Các bảng tính được hiển thị ở đây được dán nhãn và đánh dấu cho mục đích minh họa. Bảng tính đó có thể được sao chép và phóng to để người đọc sử dụng. Sử dụng bảng tính ràng buộc để đánh giá một số thiết kế hiện có trước khi sử dụng nó trong quá trình phát triển ứng dụng mới. Các bước sau đây giải thích cách sử dụng bảng tính. Bảng 4.1 được dán nhãn để người đọc có thể theo dõi. Dạy bản thân về sự ràng buộc có thể rất tẻ nhạt, phần lớn phụ thuộc vào mức độ trực quan của người người thiết kế về khái niệm ràng buộc. Nếu không có sự hiểu biết ràng buộc, cách duy nhất để học là đấu tranh với nó. Học trong một nhóm nhỏ nơi các vấn đề ràng buộc có thể được tranh luận và thảo luận thường hiệu quả hơn là cố gắng học một mình. Bảng tính ràng buộc và các bước tiếp theo là điểm khởi đầu cho việc học. Những độc giả khác nhau có thể thích cách tiếp cận khác và nên thoải mái sửa đổi quy trình cho đến khi họ thấy thoải mái. Kết quả quan trọng là người đọc hiểu được ràng buộc và có thể nhận ra các vi phạm ràng buộc trong liên kết. 115
Bảng 4.1: Bảng tính theo dõi ràng buộc trong liên kết 116
1. Nhắc lại cuộc thảo luận về ràng buộc hoàn hảo và độ ổn định của bộ phận, xác định các hướng mong muốn cho ràng buộc phẳng và tuyến tính từ quan điểm của hình học bộ phận. Mặc dù không phải lúc nào cũng có thể đặt các tính năng ràng buộc ở những điểm tốt nhất hoặc hiệu quả nhất, nhưng điều quan trọng là tránh đặt chúng ở những điểm kém hiệu quả nhất. Về mặt dịch thuật, điều này liên quan đến việc đánh dấu hai trục mong muốn hơn cho ràng buộc ba điểm và hai trục mong muốn hơn cho ràng buộc hai điểm. (Khoanh tròn hoặc tô sáng các cột thích hợp). Về phía xoay của bảng tính, các hướng có thể cho ràng buộc quay cũng phải được xác định. Những nhận dạng này có thể giúp ích khi lựa chọn giữa các lựa chọn thay thế ràng buộc sau này trong quy trình thiết kế. • Khoảng cách giữa các cặp ràng buộc (với vectơ cường độ song song) ảnh hưởng đến cả lợi thế cơ học chống lại lực và độ nhạy chiều. • Hãy nhớ rằng, khi các cặp ràng buộc này được di chuyển ra xa nhau, hiệu quả của chúng tăng lên. 2. Xác định tất cả các hiệu ứng lực phải xem xét khi thiết lập các yêu cầu liên kết. Theo quy định, đây sẽ chỉ là các hiệu ứng tịnh tiến nên phía xoay của trang tính không được sử dụng. Người dùng có thể tự do chọn bất kỳ quy ước ký hiệu nào họ chọn, nhưng nói chung, quy ước ký hiệu phải dựa trên sự hạn chế của phần liên kết. Hiệu ứng lực có thể bao gồm bất kỳ hoặc tất cả những điều sau đây: • Tất cả các lực trong liên kết do các đầu vào tải đáng kể cho ứng dụng. • Tham gia hướng và lực lượng lắp ráp. • Lực tách. 3. Xác định tất cả các hiệu ứng hai chiều sẽ được xem xét khi thiết lập các yêu cầu liên kết. Giống như các lực này thường có thể được biểu thị dưới dạng hiệu ứng tịnh tiến nên phía xoay của trang tính không được sử dụng. Đây là những hiệu ứng mà theo định hướng, sẽ có hậu quả theo cả hai hướng dọc theo một trục nhất định. Chúng bao gồm: • Mở rộng nhiệt/co. • Yêu cầu sắp xếp. • Tuân thủ một phần. 117
4. Liệt kê tất cả các cặp ràng buộc. Chúng có thể được liệt kê theo bất kỳ thứ tự nào, nhưng thứ tự ưu tiên và dễ nhất để làm việc là: • Đầu tiên liệt kê tất cả các cặp định vị thiết lập mặt phẳng liên kết. Đây là định hướng ba điểm hoặc phẳng từ ví dụ ràng buộc hoàn hảo. • Tiếp theo liệt kê các cặp định vị thiết lập hạn chế tuyến tính (hai điểm). • Tiếp theo liệt kê các cặp định vị thiết lập hạn chế điểm đơn. • Cuối cùng, liệt kê các cặp khóa. Dán nhãn tất cả các bộ định vị tự nhiên bằng một N như một lời nhắc nhở rằng chúng có thể cần sự chú ý đặc biệt nếu chúng được sử dụng làm trang web tinh chỉnh hoặc tuân thủ. 5. Xác định sự đóng góp mà mỗi cặp ràng buộc thực hiện để loại bỏ các mức độ chuyển động tịnh tiến. Làm việc trên đầu trang tính bằng sáu cột dịch. Người đọc có thể muốn thử nghiệm hai cách để thực hiện điều này và chọn cách phù hợp nhất: (1) Các cặp ràng buộc được xem là một lần và tất cả bậc tự do bị xóa bởi cặp đó được xác định hoặc (2) mỗi bậc tự do được xem xét và sự đóng góp của từng cặp ràng buộc (nếu có) cho bậc tự do đó được xác định. • Sử dụng phân số để chỉ ra sự đóng góp ước tính của các cặp hoạt động song song và có cùng ý nghĩa. Đó là thuận tiện và nói chung chính xác để giả định sức mạnh và độ cứng tương đương, do đó đóng góp tương đương. Ví dụ, nếu một bảng được giữ cố định bởi tám cặp khóa hoạt động song song, mỗi cặp sẽ nhận được giá trị 8 trong ô thích hợp. • Kiểm tra khả năng chuyển động dưới hoặc quá hạn chế bằng cách nghiên cứu các mục trong các cột. Các cột có tổng số ít hơn một cột bị hạn chế. Các cột có tổng số một được ràng buộc đúng. Các cột có tổng số lớn hơn một có thể bị giới hạn quá mức; kiểm tra các cặp ràng buộc với các quy tắc cho ràng buộc thích hợp. • Nếu một điều kiện dưới ràng buộc tồn tại, sửa nó và điều chỉnh bảng tính cho phù hợp • Nếu tồn tại quá hạn chế do dư thừa cặp ràng buộc, hãy khắc 118
phục bằng cách loại bỏ cặp kém hiệu quả nhất (vì lợi thế cơ học và độ mạnh của chiều) và điều chỉnh bảng tính cho phù hợp. • Nếu tồn tại quá nhiều ràng buộc do sự đối lập cặp ràng buộc tồn tại, hãy sửa nó nếu có thể và điều chỉnh bảng tính cho phù hợp hoặc ghi lại điều kiện để xem lại sau. Lưu ý sự cần thiết phải tuân thủ tính năng dọc theo trục đó. • Một cách để khắc phục sự ràng buộc quá mức do sự ràng buộc dư là bằng cách loại bỏ cả hai hướng di chuyển trong một cặp ràng buộc (giải pháp ưu tiên nhất). Một cách khác là cung cấp tính năng tuân thủ tại một trong các ràng buộc. • Trong trường hợp tuân thủ không thể sử dụng được hoặc không hiệu quả, dung sai chặt chẽ giữa các cặp ràng buộc đối lập là cần thiết, nhưng đây là giải pháp ít được ưu tiên nhất. Đánh giá tác động của sự giãn nở nhiệt tương đối bằng sự co lại của các bộ phận và khả năng cong vênh hoặc hư hỏng tính năng. • Xác định cặp ràng buộc chính dựa trên các yêu cầu căn chỉnh và/hoặc độ mạnh của ứng dụng. Lập kế hoạch sử dụng cặp này làm mốc để định vị tất cả các tính năng ràng buộc khác trong liên kết. 6. Xác định tất cả các hướng dịch và các cặp ràng buộc tương ứng: • Yêu cầu cường độ cao để chống lại lực lượng giao diện. Đánh dấu chúng bằng một chữ “F”. • Yêu cầu độ chính xác vị trí để đáp ứng yêu cầu căn chỉnh. Đánh dấu chúng bằng một chữ “A”. • Nếu các yêu cầu về cường độ hoặc căn chỉnh được xác định theo cả hai hướng dọc theo cùng một trục, thì nên tránh sự hạn chế quá mức đối lập dọc theo trục đó bởi vì nó không thể được sửa bằng cách sử dụng tuân thủ. Nếu sự hạn chế quá mức trong sự phản đối đã được ghi nhận trong Bước 5, thì nó phải được sửa. 7. Xác định tất cả các hướng dịch và các cặp ràng buộc tương ứng nơi có thể thêm tính năng tuân thủ. Đánh dấu chúng bằng một chữ “C”. • Mặc dù các giá trị này có thể nằm trong cùng một cặp ràng buộc, nhưng chúng không được ở trong một cột được đánh dấu bằng F và hoặc A. 119
8. Xác định các hướng dịch và các cặp ràng buộc tương ứng trong đó có thể xảy ra sự giãn nở và co lại do tác động nhiệt. Đánh dấu chúng bằng một chữ “T” • Theo những hướng này, nên tránh sự ràng buộc quá mức theo hướng ngược chiều chuyển động. Nếu không, việc tuân thủ theo một trong những hướng đó sẽ được yêu cầu. Đánh dấu bằng một chữ “C”. 9. Xác định các vị trí có thể sử dụng. Đánh dấu chúng bằng một E. Chúng phải bao gồm các vị trí và chỉ đường được đánh dấu bằng F và hoặc A • Cần có các vị trí tinh chỉnh trong mỗi ba hướng dịch, nhưng không phải theo các hướng đối lập. Ví dụ: các kết hợp như (+x; + y; -z) hoặc (-x; +y; - z) đều ổn. Một kết hợp như (+x; -x; +y; +z) là không ổn. • Các sự điều chỉnh đúng nên kiểm soát tất cả các hướng liên kết quan trọng. 10. Xác định các hướng trong đó tuân thủ một phần là một vấn đề. Lưu ý rằng điều này không giống như tuân thủ tính năng. • Các bộ phận tuân thủ cao (các bộ phận mềm hoặc linh hoạt như bảng) có thể yêu cầu nhiều cặp ràng buộc (hoạt động song song) để loại bỏ tất cả các uốn cong có thể. Tuân thủ một phần thường là một vấn đề trong các phần với hình dạng cơ bản của bảng điều khiển. • Xác nhận các cặp ràng buộc này được đặt cách đều nhau để đảm bảo chống lại uốn cong một phần. • Thêm các tính năng làm cứng như gân để tăng độ cứng một phần thường là mong muốn. 11. Xác định sự đóng góp mà mỗi cặp ràng buộc thực hiện để loại bỏ các chuyển động quay. Làm việc tính bằng ba chuyển động xoay. • Xoay được loại bỏ thông qua các cặp ràng buộc hoạt động như một cặp. Một cặp ràng buộc duy nhất có độ dài đủ cũng có thể hoạt động như một cặp; một cái nêm rất dài vào khe là một ví dụ. 120
• Sử dụng phân số để chỉ ra sự đóng góp ước tính của mỗi cặp. Giả sử sức mạnh và độ cứng tương đương. • Lưu ý rằng, tương tự như hiệu ứng được mô tả trong mục số 4 ở trên, mỗi cặp đôi liên quan đến các vectơ cường độ song song, nhưng là một cặp, chúng sẽ tạo ra chuyển động theo hướng ngược lại. • Như với các cặp ràng buộc hoạt động song song để ngăn chặn chuyển động tịnh tiến, tính hiệu quả trong độ bền và độ ổn định kích thước tăng khi khoảng cách giữa các cặp ràng buộc tăng. • Kiểm tra để xác minh không có giới hạn trên hoặc dưới ràng buộc. Nếu có, sửa nó và điều chỉnh bảng tính. Chú ý xác nhận rằng không thay đổi bất kỳ điều kiện ràng buộc tịnh tiến. Bảng 4.2 cho thấy cách bảng tính có thể được đưa ra cho ví dụ ràng buộc hoàn hảo được giới thiệu trước đó trong chương với một lực bên ngoài và yêu cầu vị trí được thêm vào như trong Hình 4.6. Bảng 4.3 cho thấy cách bảng tính có thể được đưa ra cho ứng dụng đơn giản nhưng thực tế hơn trong Hình 4.7. Ứng dụng này là một biến thể nhỏ của ứng dụng chuyển đổi được hiển thị trong Hình 2.4. Ứng dụng Chương 4 bị hạn chế quá mức khi quay quanh trục Z. Người đọc có thể muốn đánh giá ứng dụng đó bằng cách sử dụng bảng tính để xem mức độ hạn chế xoay vòng được thể hiện như thế nào. Một lần nữa, hãy có sẵn một số bộ phận (ví dụ: mô hình Máy tính) để giúp trực quan hóa các hành vi của bộ phận nếu bạn có ý định thực hiện các ví dụ này bằng bảng tính. 121
Bảng 4.2: Ví dụ về việc sử dụng bảng tính đối tượng bị ràng buộc hoàn toàn hiển thị trong Hình.5.6 122
Bảng 4.3: Ví dụ về việc sử dụng ứng dụng phần đơn giản của bảng tính được hiển thị trong Hình 5.7 (Axis: Trục) 123