thiết kế công nghiệp_Bài 13: Phương pháp tự phản biện trong thiết kế kết cấu

 PHƯƠNG PHÁP TỰ PHẢN BIỆN TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU

• Thiết kế, một công việc có bản chất là sáng tạo, đổi mới sẽ không phù hợp
  với sự bảo thủ dù cho sự bảo thủ đó có thể được ngụy trang dưới nhiều vỏ bọc: trường
  phái, xu hướng, quan điểm, phong cách, v.v….

1)  Người thiết kế, sau một quá trình dài khó khăn, tìm được một kết cấu, thiết kế được
một sản phẩm, lại phải tự hỏi ngay: có kết cấu nào khác không? có thể có một sản phẩm hay
hơn không? Nếu để cho sự thỏa mãn lấn át thì người thiết kế không thổ phát triển nghề
nghiệp được.

–  Tự phản biện đó là cách tự vượt qua chính mình để tiến lên. Tự phán biện đối với
người thiết kế là sự suy nghĩ với những câu hỏi:

• Sản phẩm hoặc kết cấu hiên hữu có những nhược điểm gì? những nhược điểm dó ở
  lĩnh vực gì? kết cấu? Vậtt liệu? công nghệ? tính sử dụng? tính thẩm mỹ?
• Có cách làm nào khác không?
• Những nhược điểm gì cẩn được giải quyết trước tiên?
• Thực tế kỹ thuật là vô hạn, ở đây chỉ lấy một ít ví dụ nhỏ bé để minh họa
  cho một vấn đề lớn

Trên hình 3.3-1a là kết cấu thường thấy ở nhiều loại máy, chi tiết c quay cùng vớichốt K trên than T qua hai ổ trượt, với kiểu kết cấu này, kích thước thân máy phải dày để
bảo đảm đủ độ dài cho hai ổ trượt, việc thay thế ổ trượt trên thân máy phức tạp, độ cứngvững của chi tiết c kém, về công nghệ gia công hai lỗ trên thân máy chính xác để ép cănghai ổ trượt cũng là việc khó khăn. Nếu người thiết kế tự mình nhìn thấy những nhược điểmtrên và tự hỏi: có kết cấu nào khác hay hơn không? trước đây đã cố định chi tiết c với chốtK, tại sao không thử cô’ định chốt K với thân T để chi tiết c quay tương đối với ca K và T?Kết cấu kiểu 3.3-la2 được hình thành, trong kiểu kết cấu này thân máy có thể làm mỏng đi,việc gia công hai lỗ để lắp chốt K không đòi hỏi chính xác là viêc đơn giản, độ cứng vữngcủa chi tiết c được tăng lên, việc thay thê’ ổ trượt trên chi tiết c râ’t dễ dàng. Như vậy, khingười thiết kế chưa thỏa mãn với kết cấu đã có, cô’ gắng suy nghĩ và ở đây là sự “đảo ngượckết cấu” đẵ mang lại một kết quả tốt, cải thiên kết cấu, cái thiện công nghệ gia công, cảithiện việc sửa chữa, thay thế trong quá trình sử dụng.

Trường hợp kết cấu của van khí trên hình 3.3-1 b 1 làm việc theo nguyên tắc: van V đilên, đi xuống đóng mở, trượt theo chốt dẫn c, muốn van V làm việc tốt, đóng kín, cần phảibảo đảm độ đồng tâm của chốt đẫn c, van V với lỗ của đế van. Kết cấu của van như hình3.3-lb là kết cấu ghép động, được gia công riêng từng chi tiết, trong đó gia công lỗ trượtcùa van V vói chốt c để bảo đảm chế độ “sít trượt” là rất khó khán vì phải mài một lỗ sâu cóđường kính nhỏ. Khi thay đổi kết cấu van V như hình 3.3-lb2 sẽ bảo đảm độ đổng tâmcủa lỗ dẫn hướng van với lỗ đế van vì chúng được gia công trong cừng một lần gá, kết cấuvan V đơn giản dễ gia công, thay đổi kết cấu như vậy làm cho van V bảo đảm chức năng làmviệc tốt hơn.

Gia công lỗ ren sâu, đường kính nhỏ là việc không có lợi về công nghệ, hình 3.3-lcllà kết cấu điều chỉnh chiều dài bằng ren, muốn điều chỉnh được một chiều dài ị – /_rmin,người ta cũng phải có một ống ren với chiều sâu lõ ren tối thiểu bằng /, kết cấu này còn cómột nhược điểm: khi thu hết chiều dài tù hai phía, hai ống ren còn cách nhau một khoảng 3B – ba lần chiều dài đai ốc* (* chiều dài rút ngắn lốn nhất: 2/ – 2/_rmin – 3B).

Người thiết kế tìm kiếm một giải pháp kết cấu khác – hình 3.3-lc2 – rõ ràng trong kết cấu mới, lỗ ren củaỐng ren chỉ có chiều dài /j < / khá nhiều, người ta có thể rút ngăn chiều dài 21 – 2/_rmin không bị hạn chê gì.

Trong rất nhiều trường hợp, người thiết kế sẽ bị đứng trước một “ngã ba đường”, đứngtrước một sự lựa chọn “lưỡng lự”, bởi vì không phải bao giờ các kết cấu đưa ra để đánh giácũng có những ưu, nhược điểm rõ ràng như một vài ví dụ đã nêu.

Trường hợp so sánh hai phương án sau đây (hình 3.3-2) cho thấy rõ điều đó.

A                                           Hình 33-2                                                 B

• Kết cấu kiểu 3.3-2a có

ưu điểm: tháo láp dễ dàng 2 vòng bi ổ trục làm việc trongđiều kiện có lợi nhất; nhược điểm của kết cấu này là: kích thước lớn, trọng lượng lớn, nhiêuchi tiết phụ trợ, phải gia công lỗ trên thân chính xác để lắp ổ bi nên không có lợi về công nghệ.

• Kết cấu kiểu 3.3-2b có

ưu điểm: kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, ít chi tiết phụtrợ; nhược điểm của kết cấu này là: tháo láp khó, cẩn có những dụng cụ chuyên dùng khitháo lắp, tuổi thọ của hai vòng bi giảm vì làm việc theo chế động vòng ngoài quay. Phươngpháp tự phản biện, quy luật “phụ định của phủ định” giúp người thiết kế tránh được tư duytheo “lối mòn”, tránh sự dập khuôn sáo rỗng, khuyến khích sự sáng tạo. Khai phá một kếtcâ’u mới, có thể là mạo hiểm, có thể là rủi ro, song có chiến tháng nào mà không có hy sinh.Suy nghĩ, tìm kiếm, mạo hiểm là một quá trình, nhưng kết quả xuất hiện có khi rất tình cờnhư trường hợp Acsimet tìm ra lực đẩy nổi vật thể của nước. Có những vật thể, những sảnphẩm mà người ta coi là khó có thể thay đổi kết cấu, nhưng sự “có thể” vẫn xảy ra.

Ví dụ:Chiếc xe đạp là vật dụng thông thường quen thuộc với mọi người, người ta có thể cải tiến vềmẫu mã, người ta có thể làm xe máy, xe đạp điện, xe đạp dây cót, nhưng chác ít người nghĩđến một chiếc xe đạp không có trục trước, trục sau; không có xích, không có nan hoa nhưgtrên hình 3.3-3a, nguyên lý bánh xe này trình bày trẻn hình 3,-3-3b. Kết cấu thực của xe đạpnày như thế nào? vật liệu gì? chế tạo ra sao? Tất cả chỉ mới là ỵ đổ và nguyên lý, nhưng đừsao nó cũng là một sự gọi mở cho người làm nghề thiết kê’ vể sự tồn tại của cái “không có thể” và cái “có thể”.

Hình 3.3-3