Islamic Azad Islamic Azad University Of University Of

EghlidEghlidبرطراحی ای برطراحی مقدمه ای مقدمه

ماشینهای ماشینهای تکمیلی تکمیلیکشاورزیکشاورزی

Chapter 1: Chapter 1: IntroductionIntroduction

BAE 417-Design of Machine BAE 417-Design of Machine SystemsSystems

Fall 2006Fall 2006

Reproduced By: Dr Akbar Reproduced By: Dr Akbar SanaeiSanaei

DesignDesign یک طراحی های یک ویژگی طراحی های ویژگیمناسب مناسب طرح ::طرح

A design must be:A design must be: Functional- fill a need or customer expectationFunctional- fill a need or customer expectation رفع و عملی رفع قابلیت و عملی قابلیت

مشتری انتظار یا نیاز مشتری یک انتظار یا نیاز یک Safe- not hazardous to users or bystandersSafe- not hazardous to users or bystanders برای مضر نه و برای ایمن مضر نه و ایمن

تماشاگر یا کننده تماشاگر مسرف یا کننده مسرف Reliable- conditional probability that product will perform its Reliable- conditional probability that product will perform its

intended function without failure to a certain age.intended function without failure to a certain age. احتمال احتمال برآورد برآوردمعین عمر طول یک در شکست بدون محصولی بتولید باطمینان معین مشروط عمر طول یک در شکست بدون محصولی بتولید باطمینان ..مشروط

Competitive- contender in the market Competitive- contender in the market بازار در رقابت قابل بازار حریف در رقابت قابل حریف Usable- accommodates human size and strengthUsable- accommodates human size and strength استقاده استقاده قابل قابل

مقاومت و اندازه حیث از بشر مقاومت وانطباق و اندازه حیث از بشر وانطباق Manufacturable - minimal number of parts and suitable for Manufacturable - minimal number of parts and suitable for

productionproduction محصول برای مطلوب قطعات حداقل بتعداد ساخت و تولید محصول قابلیت برای مطلوب قطعات حداقل بتعداد ساخت و تولید قابلیت طراحیطراحی

Marketable- product can be sold and servicedMarketable- product can be sold and serviced - بازاریابی -قابل بازاریابی قابلسرویس و سرویس قروش و قروش

““To design is either to formulate a To design is either to formulate a plan for the satisfaction of a plan for the satisfaction of a specified need or to solve a specified need or to solve a

problem.”problem.”

یک کردن فرموله از عبارتست طراحی یک تعریف کردن فرموله از عبارتست طراحی تعریفیا و خاص نیاز رفع از مندی رضایت برای یا طرح و خاص نیاز رفع از مندی رضایت برای طرح

مسئله یک حل راه مسئله ارائه یک حل راه ارائه

Design Process ActionsDesign Process Actions

Conceive alternative solutionsConceive alternative solutions های حل های راه حل راهتصور قابل تصور انتخابی قابل انتخابی

Analyze, test, simulate, or predict Analyze, test, simulate, or predict performance of alternativesperformance of alternatives- تحلیل و -تجزیه تحلیل و تجزیه

- های- حل راه عملکرد بینی پیش یا سازی شبیه - آزمون های- حل راه عملکرد بینی پیش یا سازی شبیه آزمونانتخابیانتخابی

Choose the “best” solutionChoose the “best” solution راه بهترین راه گزینش بهترین گزینشحلحل

Implement design Implement design نمودن کاربردی و نمودن اجرائی کاربردی و اجرائیطرحطرح

Design is…Design is…

An innovative and iterative An innovative and iterative processprocess تکرارکننده و ابتکاری فرآیند تکرارکننده یک و ابتکاری فرآیند یک

A communication intensive A communication intensive activityactivity ارتباطی گسترده فعالیت ارتباطی یک گسترده فعالیت یک

Subject to constraintsSubject to constraints به توجه به با توجه باها ها محدودیت محدودیت

Steps to DesignSteps to Design گامهای گامهایطراحی طراحی اساسی ::اساسی

Design ConsiderationsDesign Considerationsطراحی طراحی مالحظات مالحظات

1.1. StrengthStrengthمقاومتمقاومت 2.2. Stiffness Stiffness -وشقیت طلبیت وشقیت- سفتی طلبیت سفتی3.3. WearWear گسیختگی و گسیختگی شکست و شکست4.4. CorrosionCorrosion پوسیدگی و پوسیدگی خوردگی و خوردگی5.5. Safety Safety ایمنیایمنی6.6. ReliabilityReliability اطمینان اطمینان قابلیت قابلیت7.7. FrictionFriction سایش و سایش اصطکاک و اصطکاک8.8. Usability Usability استفاده استفاده قابلیت قابلیت9.9. Utility Utility سودمندی و سودمندی مطلوبیت و مطلوبیت10.10. Cost Cost بری بری هزینه هزینه11.11. Processing Processing فرآوردن و فرآوردن پردازش و پردازش12.12. Weight Weight وسنگینی وسنگینی وزن وزن13.13. Life Life عمر عمر طول طول

14.14. Noise Noise صدا سرو و صدا اختالل سرو و اختالل15.15. Styling Styling شیوه و شیوه سبک و سبک16.16. Shape Shape فرم و فرم شکل و شکل17.17. Size Size مقیاس و مقیاس اندازه و اندازه18.18. Control Control رسیدگی و رسیدگی کنترل و کنترل19.19. Thermal Properties Thermal Properties خواص خواص

حرارتیحرارتی20.20. Surface Surface و نما و رویه و و سطح نما و رویه و سطح

ظاهرظاهر21.21. Lubrication Lubrication روانسازی و روانسازی رونوازی و رونوازی22.22. Marketability Marketability بازاریابی بازاریابی قابلیت قابلیت23.23. Maintenance Maintenance نگهداری و نگهداری تعمیر و تعمیر24.24. Volume Volume وتوده وتوده حجم حجم25.25. LiabilityLiability التزام و تعهد و التزام مسئولیت و تعهد و مسئولیت26.26. RecoveryRecovery وبازیافت اصالح و وبازیافت بهبود اصالح و بهبود

Codes and StandardsCodes and Standards و و کدها کدها:: استانداردهااستانداردها

Code- a set of specifications for the Code- a set of specifications for the analysis, design, manufacture, and analysis, design, manufacture, and construction of somethingconstruction of something

Standard- a set of specifications for Standard- a set of specifications for parts, materials, or processes parts, materials, or processes intended to achieve uniformity, intended to achieve uniformity, efficiency, and a specified qualityefficiency, and a specified quality

Organizations:Organizations: و و سازمانها سازمانهاجهانی جهانی موسسات موسسات

Aluminum Association (AA)Aluminum Association (AA) American Gear American Gear

Manufacturers Association Manufacturers Association (AGMA)(AGMA)

American Institute of Steel American Institute of Steel Construction (AISC)Construction (AISC)

American Iron and Steel American Iron and Steel Institute (AISI)Institute (AISI)

American National Standards American National Standards Institute (ANSI)Institute (ANSI)

American Society for Metals American Society for Metals (ASM)(ASM)

American Society of American Society of Mechanical Engineers Mechanical Engineers (ASME)(ASME)

American Society of Testing American Society of Testing Materials (ASTM)Materials (ASTM)

American Welding Society (AWS)American Welding Society (AWS)

American Bearing American Bearing Manufacturers Association Manufacturers Association (ABMA)(ABMA)

British Standards Institute British Standards Institute (BSI)(BSI)

Industrial Fasteners Institute Industrial Fasteners Institute (IFI)(IFI)

Institution of Mechanical Institution of Mechanical Engineers (I. Mech. E.)Engineers (I. Mech. E.)

International Bureau of International Bureau of Weights and Measures (BIPM)Weights and Measures (BIPM)

International Standards International Standards Organization (ISO)Organization (ISO)

National Institute for Standards National Institute for Standards and Technology (NIST)and Technology (NIST)

Society of Automotive Society of Automotive Engineers (SAE)Engineers (SAE)

American Society of American Society of Agricultural and Biological Agricultural and Biological Engineers (ASABE)Engineers (ASABE)

Economics:Economics: اقتصادی های اقتصادی دغده های دغدهدرطراحیدرطراحی

Cost plays an important role in design Cost plays an important role in design decision processdecision process No matter how great the idea may be, if No matter how great the idea may be, if

it’s not profitable it may never be seenit’s not profitable it may never be seen The use of standard sizes and large The use of standard sizes and large

manufacturing tolerances reduce costsmanufacturing tolerances reduce costs Evaluating design alternatives with Evaluating design alternatives with

regard to costregard to cost Breakeven PointsBreakeven Points Cost EstimatesCost Estimates

Product Liability:Product Liability: مسئولیت و مسئولیت تعهد و تعهدتولید التزام تولید و التزام و

““Strict liability” concept prevails in Strict liability” concept prevails in the U.S.the U.S.

حاکم و رایج و شایع مفهوم یک محدود حاکم مسئولیت و رایج و شایع مفهوم یک محدود مسئولیتدرآمریکادرآمریکا

Manufacturers are liable for any damage Manufacturers are liable for any damage or harm that results from a defect.or harm that results from a defect.

جبران التزام و مسئولیت دارای داران جبران کارخانه التزام و مسئولیت دارای داران کارخانهمتاثرازعیب وارده زیان و خسارت هرگونه متاثرازعیب درمقابل وارده زیان و خسارت هرگونه درمقابل

هستند تولیدی محصول نقص هستند و تولیدی محصول نقص . .و

Uncertainty:Uncertainty: و اطمینان و عدم اطمینان عدم ابهامابهام

Roman Method- repeat designs that are Roman Method- repeat designs that are provenproven

Factor of Safety Method of Philon- separate Factor of Safety Method of Philon- separate the loss-of-function load and the impressed the loss-of-function load and the impressed load using a ratioload using a ratio

Permissible Stress- fraction of significant Permissible Stress- fraction of significant material property (i.e., strength)material property (i.e., strength)

Load Impressed

Function of Lossdn

UncertaintyUncertainty

Design Factor Method- factor of safety is Design Factor Method- factor of safety is increased with rounding error to achieve increased with rounding error to achieve nominal size (5.3 mm designed bolt size is nominal size (5.3 mm designed bolt size is increased to 6.0 mm)increased to 6.0 mm)

Stochastic Design Factor Method- Stochastic Design Factor Method- uncertainty in stress and strength is uncertainty in stress and strength is quantified for linearly proportional loadsquantified for linearly proportional loads

Stress Average

Strength Average

s

nd

Measures of Strength:Measures of Strength: انداره اندارهمقاومت مقاومت گیریهای گیریهای

S – StrengthS – Strength مقاومتمقاومت SSs s – Shear Strength – Shear Strength مقاومت مقاومت

برشیبرشی SSy y – Yield Strength – Yield Strength مقاومت مقاومت

تسلیمتسلیم Su – Ultimate Strength – Ultimate Strength

نهائی نهائی مقاومت مقاومت - Mean Strength - Mean Strength مقاومت مقاومت

متوسطمتوسط

S

Measures of Stress: Measures of Stress: اندازه اندازهتنش تنش گیریهای گیریهای

– – Shear StressShear Stress برشی برشی تنش تنش ––Normal Stress Normal Stress معمولی و نرمال معمولی تنش و نرمال تنش ––Principal Stress Principal Stress اصلی اصلی تنش تنش

yy– Stress in y-direction – Stress in y-direction جهت در جهت تنش در تنشمحورعمودیمحورعمودی

rr– Radial Stress – Radial Stress شعاعی شعاعی تنش تنش

tt– Tangential Stress – Tangential Stress یا ظلی یا تنش ظلی تنش مماسیمماسی

Stress Allowable:Stress Allowable: تنشقابل تنشقابلمجاز و مجاز قبول و قبول

(AISC)(AISC) Tension: 0.45 STension: 0.45 Sy y ≤ ≤ all all ≤ 0.60 S≤ 0.60 Syy تنش تنش

کششیکششی

Shear: Shear: allall = 0.40 S = 0.40 Syy برشی برشی تنش تنش

Bending: 0.60 SBending: 0.60 Sy y ≤ ≤ all all ≤ 0.75 S≤ 0.75 Sy y تنش تنش

خمشیخمشی

Bearing: Bearing: allall = 0.90 S = 0.90 Sy y بار تحمل تنش و بار یاتاقان تحمل تنش و یاتاقان

برآن برآن وارده وارده

Loads Used to Obtain Loads Used to Obtain StressesStresses

تنشهای برای بکاررفته تنشهای بارهای برای بکاررفته بارهایحاصلحاصل

Where:Where:WWdd- dead loads- dead loads راکد و مرده راکد بارهای و مرده بارهای

WWll- live loads - live loads فعال و زنده فعال بارهای و زنده بارهایk- service factor k- service factor سرویس فاکتور یا سرویس ضریب فاکتور یا ضریب

FFww- wind load - wind load گازها و باد از ناشی گازها بار و باد از ناشی بار

FFmiscmisc- locality effects (earthquakes) - locality effects (earthquakes) اثرات اثراتزلزله مثل موردی یا زلزله محلی مثل موردی یا محلی

miscwlld FFkFWW F

Service Factors: Service Factors: سرویس سرویس فاکتورهای فاکتورهای

ApplicationsApplicationsکاربردهاکاربردها: :

ElevatorsElevators

Traveling Crane Traveling Crane SupportsSupports

Light Machinery Light Machinery SupportsSupports

Reciprocating Reciprocating Machinery SupportsMachinery Supports

Floor and Balcony Floor and Balcony SupportsSupports

kk

22

1.251.25

1.201.20

1.501.50

1.331.33

Factor of Safety:Factor of Safety: فاکتور فاکتور ایمنیایمنی

Design factors (nDesign factors (ndd) are defined as:) are defined as: طراحی طراحی فاکتورهای فاکتورهایزیر تعاریف زیر طبق تعاریف طبق

andand

wherewhere

nnss-accounts for uncertainty of strength-accounts for uncertainty of strength

nndd-accounts for uncertainty of loads-accounts for uncertainty of loads

stressstrength

n d

zsd nnn

Realized Factor of Realized Factor of SafetySafety ایمنی فاکتور ایمنی مفاهیم فاکتور مفاهیم

S

n r

s

r

Sn

Reliability:Reliability: اطمینان اطمینان قابلیت قابلیت درطراحیدرطراحی

Probability that a mechanical element Probability that a mechanical element will not fail in usewill not fail in use

0 ≤ R ≤ 10 ≤ R ≤ 1 Reliability approach to design: judicious Reliability approach to design: judicious

selection of material, processes, and selection of material, processes, and geometry to achieve reliability goalgeometry to achieve reliability goal

Factor of Safety Method- time proven, Factor of Safety Method- time proven, widely acceptedwidely accepted

Reliability Approach- new, requires dataReliability Approach- new, requires data

Homework Homework AssignmentAssignment تکالیف و تکالیف مسائل و ::مسائل

Do problems1-6, 1-9, and 1-14 for Do problems1-6, 1-9, and 1-14 for next Tuesday. next Tuesday.