Subiecte pentru examenul la disciplinaProiectarea i Analiza Sistemelor Mecanice

1. Procesul de proiectare 2. Caracteristicile activitii de proiectare i ale proiectantului 3. Taxonomia proiectrii4. Rolul calculatorului n proiectarea i sistematizarea proiectrii 5. Scurt istoric despre proiectare 6. Noiuni despre sinteza i analiz7. Sarcinile proiectrii8. Noiuni introductive despre sisteme mecanice9. Elemente (organe) de maini10. Condiii generale impuse organelor de maini11. Tipuri de calcule care deriv din condiiile generale12. Metodica proiectrii13. Sinteza mecanismelor14. Calcule de rezisten15. Argumentarea parametrilor constructivi16. Articole noi 17. Crearea mostrei experimentale18. Probleme i pericole n crearea articolelor noi19. Proiectarea sistemelor mecanice20. Procesul creativ21. Creativitatea. Dirijarea cu imaginaia creativ.22. Formarea ideii.23. Obstacolele n creaia inginereasc.24. Cinematica diferitor tipuri de reductoare.25. Cinematica mecanismelor planetare.26. Forele motoare i forele de rezisten productive.27. Caracteristicile mecanice ale mainelor.28. Analiza sistemelor mecanice.29. Metodele de analiz a construciilor modernizate.30. Fiabilitatea sistemelor mecanice.31. Optimizarea sistemelor mecanice32. Etapele inventicii etape creative de proiectare.33. Procesul divizat de proiectare.34. Metoda fundamental de proeictare propus de Matchett.

1. Procesul de proiectareProiectarea este actiunea de elaborare a unei lucrri tehnice executate pe baza unei forme date i care cuprinde: calcule tehnice, desene, justificri, indicatii etc.Prin proces de proiectare se ntelege activitatea de proiectare privit ca o succesiune de stri princare trece proiectul n evolutia sa. Rezultatul activitiide proiectare nu este produsul ci un model al sucare permite referirea la produs nainte ca el s existe.Activitatea de proiectare - totalitatea activitilor de pregtire a transpunerii n realitate, printr-o tehnologie de execuie adecvat, a unor idei, principii, teme, n vederea satisfacerii cerinelor beneficiarilor/utilizatorilor. Etapele activitii de proiectare1. Identificarea necesitii 2. Definirea obiectivelor proiectului 3. Concepia structural a proiectului, Schie preliminare 4. Mecanismul de funcionare cinematic i dinamic al componentelor Modelate. Proceduri de asamblare 5. ntocmirea desenului de ansamblu i a desenelor de execuie.6. Analiza eficienei i performanelor obiectivului ,Analiza economic. Analiza valorii 7. Execuie prototip. Teste preliminare Finalizare proiect. Lansare n producie.

2. Caracteristicile activitatii de proiectare si ale proiectantului.Activitatea de proiectare se poate aborda n dou moduri:-analitic - cnd se ncepe cu specificarea cerintelor functionale i elaborarea unei solutii initialecare se analizeaz comparativ cu cerintele din tema de proiectare i se aduc modificriilecorespunzatoare;- sintetic- cnd se pleac de la cerintele temei de proiectare i se ajunge la un pachet de specificatii pentru obiectul proiectat.Se poate considera c activitatea de proiectare constructiv are fazele :1. planificarea= stabilirea temei de proiect,2.elaborarea= fixarea i detalierea obiectivelor,3.proiectarea propriu-zis = stabilirea formelor i dimensiunilor preliminare,4.definitivarea= definirea i optimizarea reperelor.Cele mai utilizate tehnici de proiectare constructiv sunt:1.constructie nou - rearanjarea unor elemente noi sau vechi => solutie bun,2.construtie adaptat - se modific un aranjament de baz preluat,3.constructie de variante- se conserv structura i functiile ansamblului,4.constructie cu pstrarea principiului: se modific doar dimensiunile reperelor Cerintele impuse la proiectarea unui produs sunt cuprinse de regul n tema de proiectare icaietul de sarcini i se refera la: productivitatea, cost de productie, cheltuieli de exploatare, masatotal, dimensiuni de gabarit, durata de exploatare, estetica etc.Pentru realizare acestor cerinte, fiecare reper component trebuie s satisfac prin forma sau urmatoarele criterii:a) -asigurarea conditiilor functionale (rezistent, rigiditate), b) -uurinta de executie i de montare,c) -cost minim al materialelor i manoperei de executie

3.Taxonomia proiectarii Problemele de proiectare se pot clasifica n functie de stadiul din ciclul de proiectare n careapar astfel (exemplu pentru un suport de date pentru un computer):a). Inventia / inovatia= conceperea initial a produsului (functionarea de principiu , stocarea informatiilor digitale pe un tip de suport); b). Proiectarea conceptual = d solutii pentru realizarea inovatiei;c). Proiectarea de configurare= contine alegerea metodei (de ncrcare /descrcare adiscului/benzii/cartelei, pozitionarea capului de citire, numrul i aranjamentul componentelor);d).Proiectarea parametric = se finalizeaz dimensiunile ( diametrul discului benzii, vitezade deplasare a suportului, dimensiunile motoarelor etc.);e). Proiectarea de detaliu= cuprinde proiectarea fiecrui reper cu detalii suficiente pentru a permite executia sa;f).Proiectarea tehnologic = implic definirea itinerarului tehnologic i a tuturor informatiilor necesare programrii mainilor-unelte, procurrii materialelor, sculelor idispozitivelor, organizrii i planificrii productiei.

4. Rolul calculatorului in proiectarea si sistematizarea proiectariiProietarea, chiar a produselor noi, nu ncepe de regul de lazero; exist repere stanardizate,colectii de progame, repere care pot fi reutilizate cu modificri sauadaptri. Pentru a realiza economiieste avantajoas realizarea uneianalize sistematice i detaliate aspectrului de produse din punctulde vedere al reutilizarii sauadaptabilitii uoare acomponentelor i subansamblelor deja existente.n acest sens, o importanta deosebita prezint:a) ajutarea proiectantului n gsirea informatiilor prin cataloage fiate; b) sistematizarea informatiilor princlasificari n tabele, cataloage etc.;c) ajutarea proiectantului n alegerea metodei de proiecare/construire;d) introducerea sistemelor adecvate din informatica aplicat sisteme CAD, expert, Baze de date(BD) etc.Rezultatul este c procesul de proiectare poate fi descris prin paradigmele : cutare,optimizare, compilare, satisfacerea unor conditii.

5. Scurt istoric despre proiectare.Proiectarea este o creatie inginereasca care da posibilitatea de a demonstra vizual sustinuta de un vocabular teoretic un mecanisc, constructie arhitecturala. Proiectarea de baza intra ca o necesitatea in viata omului din motivul de a elimina o problema aparuta in cadrul functionarii a unui grup de personae care necesita un obiect care le-ar acorda o productivitate mai mare, cu un consum energetic si economic minim care ar satisface necesitatile acestora.Din istorie se cunoaste ca baza proiectarii a fost pusa pe procesele tehnologice agricole, apoi pe cele de arhitectura si anume cele de aparare a localitatii, apoi procesul tehnologic de elaborare a uneltelor de uz casnic, arme, de uz agricol etc., toate cu scopul sporirii productivitatii.Aparitia macaralelor in constructie a dat dovada de progres in constructie si anume elaborarea mecanizmului de ridicare caruia fiind aplicat o forta mica dadea posibilitatea de a ridica greutati mari. Proiectarea apare de baza ca necesitate de elaborare si sau perfectionare a mecanizmelor sau proceselor tehnologice deja existente.In istoria creatiei si stiintei, si anume in domeniul proiectarii si inventiilor i-l putem mentiona pe Leonardo da Vinciun pictor,sculptor,arhitecti om detiinitalian. S-au scris volume ntregi despre Leonardo, nainta de seam nastronomiamodern, ngeometriei mai ales nmecanic. Construirea geometric a diferitelor forme ornamentale l atrgea mai mult dect rezolvarea empiric a problemei. Aici intervenea impulsul de constructor de instrumente: elaboreaz tot felul de unelte, ndeosebicompasuribazate pe folosireaparalelogramuluiarticulat, compasuri parabolice, eliptice, proporionale. Se susine c Leonardo a iniiat metoda dubl ncinematici ar fi constatat c, nmicarea hipocicloid, un punct de pe arcul mobil ar descrie oelips. Aceasta este metoda pe care se bazeaz strungul eliptic, al crui desen se gsete n manuscrisele lui Leonardo. Pentru perioda contemporana ncepnd cu 1980, proiectarea poate fi caracterizata pri schimbari enorme si anume prin programele de proiectare asistat de calculator a redus nevoia de desenatori n mod semnificativ, n special n companiile mici si mijlocii. Accesibilitate i capacitatea de a rula pe calculatoarele personale de asemenea, a permis inginerilor s fac propriile lor de elaborare i de lucru analitic, eliminnd nevoia de departamente ntregi. n lumea de astzi, muli studeni n universiti nu invata tehnici manuale de redactare, deoarece acestea nu sunt obligate s fac acest lucru. De zile de la desen mn pentru desenele finale sunt practic peste. Universitile nu mai necesit utilizarea de raportoare i busole pentru a crea desene, n schimb exist mai multe cursuri care se concentreaz pe utilizarea de software CAD.PrinProiectarea asistat de calculatorsau CAD se neleg acele unelte, aplicaii, programe decalculatorcare pot asista inginerii, arhitecii, geodezitii n activitatea lor de proiectare.Iniial aceste aplicaii au fost create ca instrument de desenare cu calculatorul, instrument dorit s nlocuiasc planeta de desenare. n cursul timpului ns ele au fost dezvoltate mai departe pentru a uura nu numai desenarea, dar i toat activitate de proiectare. De unde iniial ele permiteau numai desenare n dou dimensiuni (2D), la momentul actual se poate creavirtualizarea(reprezentarea n calculator) a unui obiect real cum ar fi de ex. un arbore motor, precum i vizualizarea spaial (n3D) a unei asamblri pe un monitor de calculator.

6. Notiuni despre sinteza si analiza. ANALZ- Metodtiinificdecercetarecaresebazeazpestudiulsistematicalfiecruielementnparte; Descompunere real sau mintal a unui obiect, fenomen sau a relaiilor dintre obiecte, fenomene etc., n prile lor componente, n scopul cunoaterii; examinare amnunit, parte cu parte, a unei probleme, a unui obiect de studiu. Sinteza-Metod tiinific de cercetare a fenomenelor, bazat pe trecerea de la particular la general, de la simplu la compus, pentru a se ajunge la generalizare; mbinare a dou sau a mai multor elemente care pot forma un tot.

7. Sarcinile proiectariiProiectarea reprezint activitatea tehnic mental desfurat de la ideea tehnic sau problema concret cerut de producie pn la materializarea acesteia n desenele de execuie. Proiectarea conduce la materializarea unor teme noi, ori cunoscute dar nerealizate sau realizate parial, a unor dezvoltri sau perfecionri funcionale, constructive, tehnologice pentru condiii date. Uneori proiectarea pregtete punerea n practic a rezultatelor cercetrilor care conin elemente de noutate. Prin proiectare formulele abstracte sunt transpuse n elemente tehnice concrete.

8. Notiuni introductive despre sisteme mecanice

Sistemul mecanic reprezint un ansamblu de corpuri materiale conceput, proiectat si realizat pentru:a. efectuarea unui lucru mecanic util sau transformarea energiei mecanice ntr-o form de energie nemecanic, prin utilizarea unei instalatii mecanice;b. transformarea unei forme de energie nemecanic n alt form de energie nemecanic, prin utilizarea unui transformator de energie;c. dirijarea unor procese nemecanice sau a fluxului de energie, prin utilizarea unui utilaj.

9.Elementele (organe) de masini Conceperea, proiectarea si realizarea practic a oricrui sistem mecanic impune descompunerea acestuia ntr-o serie de ansambluri, subansambluri si n final n elemente(organe) de masini.Elementele (organele) de masini sunt prti constructive ale unui sistem mecanic, care au un rol functional bine definit si pot fi studiate, proiectate si realizate n mod independent de celelalte componente ale sistemului respectiv.Pentru asigurarea unui studiu sistematic se impune realizarea unei clasificri a elementelor (organelor) de masini. Aceasta se poate face pe baza mai multor criterii de clasificare si anume:1. Dup rolul functional:a. elemente (organe) de asamblare. Acestea au rolul functional de a asigura legtura mecanic ntre diverse elemente ale unui sistem mecanic. Ele pot fi:- nedemontabile (nituri, mbinri sudate etc.);- demontabile (suruburi etc.);- elastice (arcuri);b. elemente (organe) ale miscrii de rotatie, categorie din care fac parte:- elemente (organe) de masini de susinere (arbori si osii);- elemente (organe) de masini de rezemare (lagre);- elemente (organe) de masini de legtur (cuplaje);c. elemente (organe) ale transmisiilor mecanice (roti dintate, roti de frictiune,curele, lanturi etc.);d. elemente (organe) pentru dirijarea, reglarea si nchiderea circulatiei fluidelor (conducte si armturi).2. Dup domeniul de utilizare:a. elemente (organe) de masini generale;b. elemente (organe) de masini speciale.3. Dup complexitatea constructiv:a. elemente (organe) de masini simple, formate dintr-o singur pies (surub, panetc.);b. elemente (organe) de masini complexe, formate din mai multe piese (rulmenti,cuplaje).

10. Conditii generale impuse organelor de masini Pentru asigurarea functionrii la parametrii doriti, n sigurant si economic a oricrui sistem mecanic, elementele (organele) de masini care l compun trebuie s ndeplineasc o serie de conditii generale. Respectarea acestor conditii generale se realizeaz n decursul proiectrii, executiei, exploatrii si ntretinerii elementelor (organelor) de masini. 1. ndeplinirea rolului functional.Aceast conditie este asigurat prin efectuarea unor calcule geometrice si cinematice care s asigure functionarea corect a elementului (organului) de masin proiectat. 2. Siguranta n exploatare.Functionarea sigur a unui element (organ) de masin se asigur pe mai multe ci. a. Asigurarea rezistentei mecanice.Aceasta se asigur prin calcule de rezistent. b. Limitarea deformaiilor. Deformatiile sub sarcin ale elementelor (organelor) de masini sunt limitate de buna functionare a sistemului mecanic din care fac parte. Aceast conditie se asigur prin calcule de deformatii. De obicei aceste calcule sunt calcule de verificare, din care rezult sgetile sau deformatiile unghiulare efective, datorate solicitrilor reale, acestea fiind apoi comparate cu valorile admisibile. Mai rar condiia de deformaii se utilizeaz pentrudimensionare. c. Asigurarea stabilitii elastice.n cazul multor elemente (organe) de masini apare pericolul de pierdere a stabilittii elastice (flambaj). Rezult, n aceste cazuri, necesitatea efecturii unui calcul de verificare la flambaj. d. Evitarea sau reducerea vibratiilor. Orice element (organ) de masin este un sistem elastic si deci este caracterizat printr-o frecvent proprie (wcr ncr). Dac aceast frecvent proprie este egal sau apropiat de frecventa regimului de functionare a masinii (w n) apare fenomenul de rezonant, deformatiile si deci si tensiunile crescnd teoretic la infinit, fapt ce duce la distrugerea sistemului tehnic respectiv. Rezult deci necesitatea efecturii unor calcule de verificare la vibratii.e. Limitarea temperaturii de funcionare. n cazul sistemelor mecanice cu miscare relativ, ca urmare a pierderilor prin frecare, temperatura de functionare a elementelor (organelor) de masin componente este mai mare dect a mediului ambiant. Dac temperatura de functionare este prea ridicat apar fenomene nedorite: degradarea lubrifiantilor, mbtrnirea elementelor confectionate din cauciuc sau mase plastice, griparea etc.f. Asigurarea etanseittii.Aceast conditie este absolut necesar n cazul sistemelor mecanice n interiorulcrora se gsesc fluide la presiuni mai mari dect presiunea atmosferic.

3. Durabilitate economic.Oricrui element (organ) de masin trebuie s i se asigure o anumit durabilitateeconomic. Asigurarea acestei durabilitti impune efectuarea unor calcule de durabilitatesi fiabilitate de rezistent si tribologic. Astfel de calcule se efectueaz n prezent pentruun numr restrns de elemente (organe) de masini (rulmenti, ambreiaje, curele).4. Tehnologicitate.Forma final aleas pentru orice element (organ) de masin trebuie s satisfacconditia de tehnologicitate: piesa respectiv s poat s fie prelucrat pe masini unelteuzuale, utilizndu-se tehnologii ct mai simple.5. Economicitate.Aceast conditie se reflect n:Faza de proiectare, prin:- alegerea unor materiale ieftine, dar cu caracteristici de rezistentcorespunztoare;- reducerea consumului de material prin calcule de dimensionare corecte;- nlocuirea materialelor deficitare sau reducerea lor la minim;Faza de executie, prin:- tehnologii de fabricatie simple;- cost de fabricatie sczut;- productivitate ridicat;Faza de exploatare, prin:- consum redus de energie n exploatare;- cheltuieli de ntretinere sczute.6. Asigurarea interschimbabilittii.Interschimbabilitatea elementelor (organelor) de masini se asigur n principal prin respectarea standardelor. Aceste prescriptii elaborate de forurile de stat reprezint obligatii legale pentru proiectanti.7. Respectarea normelor de tehnica securittii muncii.Aceast conditie constituie de asemenea o obligatie legal pentru proiectant.8. Conditii de transport si montaj.De exemplu pentru piese mari si grele se fixeaz limite de gabarit si greutate.9. Estetica industrial.Estetica industrial se asigur prin forma pieselor si a masinilor, prin aspectul prelucrrii, prin acoperiri metalice, vopsire etc. Estetica industrial este un element al calittii care sporeste competitivitatea produselor.

11. Tipuri de calcule ce deriva din conditiile generaleCalculul de dimensionare.Se cunosc:- sarcinile exterioare: fora - F; momentul ncovoietor - M; momentul de rsucire - T; fora normal de contact - N;- tipul solicitrii: ntindere-compresiune; ncovoiere; forfecare; solicitri compuse; solicitri de contact;- tensiunile admisibile (sa, ta) determinate de material, tehnologia de execuiesi condiiile de exploatare.Se determin:- elementul dimensional (aria necesar a seciunii sau aria necesar decontact - A sau modulul de rezisten necesar - W):Elementl dimensional = sarcina (F M T N)/ tensiunea admisibila( s a t a)A2. Calculul de verificare.Se cunosc:- elementul dimensional (A, W);- tipul solicitrii;- sarcinile exterioare (F, M, T, N);- efectul de concentrare a tensiunilor (ak - coeficientul static de concentrarea tensiunilor);- tensiunea admisibil (sa, ta);- caracteristicile de rezisten ale materialului (rezistena la rupere Rm;limita de curgere Rp0,2).Se determin: n cazul unor solicitri simple:Tensiunea efectiva (sa, ta )= sarcina (F,M,T,N)/ elementul dimensional (A,W)* kla echilibru termic puterea pierdut prinfrecare Ppf este egal cu cldura evacuat prin carcas Pc, deci:P = P - P = P K S (t - t ) ,unde: Pi - puterea la intrarea n reductor;Pe - puterea la iesirea din reductor;K - coeficient global de transfer termic;S - aria carcasei reductorului;t - temperatura medie de funcionare a reductorului;t0 - temperatura mediului ambiant;rezultnd:t =(( P - P e )/ K S)+t 0