ыфсы. Конспект лекций Санкт Петербург
 Скачать 1.77 Mb.
|
|
Классификационная система машин Классификационная система основана на общности функционально- конструктивных призна- ков каждой группы машин и включает следующие уровни классификации: класс, род, вид, раз- новидность, тип, типоразмер, модель. Первые четыре подразделения характеризуют функцио- нальные особенности техники, три последних – её конструктивные особенности. Класс объединяет всю совокупность техники, предназначенной преимущественно для данной сферы общественного производства (например, машиностроительная, транспортная, строитель- ная техника, химическое и нефтяное оборудование). Род объединяет совокупность машин данного класса, предназначенных для выполнения дан- ного вида работ (система средств механизации работ данного вида, например, металлообраба- тывающие машины, машины наземного транспорта, бумагоделательное оборудование и т.п.). Вид объединяет совокупность машин данного рода, предназначенных для выполнения соответ- ствующего технологического процесса (система средств механизации технологического про- цесса при выполнении работ данного вида, например, металлорежущие станки, автомобили и т.п.). Разновидность объединяет совокупность машин данного вида, предназначенных для выполне- ния одной или нескольких связанных операций технологического процесса (например, станки для обработки точением, грузовые автомобили, экскаваторы, рубительные машины и т.п.). Тип объединяет совокупность конструктивно подобных машин. Типоразмер – это конструкция в составе данного типа, характеризующегося определёнными значениями классификационных параметров (например, автомобиль – самосвал соответствующего конструктивного типа грузо- подъёмностью 8 тонн, экскаватор соответствующего типа 4-й размерной группы с основным ковшом вместимостью 0,65 м3). Модель – конкретное конструктивное исполнение машины данного типоразмера, характеризу- ющееся конкретным конструктивным и параметрическим её описанием. Номер модели (марка) фиксирует отличие данной модели от других моделей того же типоразмера (например, экскава- тор ЭО-4121А, рубительные машины МРН-300). 2.3. Основные принципы и тенденции при конструировании машин Последовательность разработки конструкторской документации. Функциональная целесооб- разность и конструктивная преемственность Последовательность – очерёдность выполнения этапов и стадий. Последовательность стадий создания – корректировка решений предыдущих этапов. Функция – основа задачи конструирования. Цель конструирования – наиболее полное решение поставленной функциональной задачи. Воспроизведение функций машины представляется в виде трёх равноценных составляющих: 1) механическая система, воспроизводящая заданные движения или обеспечивающая заданное состояние; 2) система измерения или восприятия характеристик процесса; 3) система управления процессом. Функциональная целесообразность – принцип соответствия выбран- ного решения целесообразности поставленной задачи. Принцип функциональной целесообразности выражается в показателях функционирования (назначения): производительности, материалоёмкости, энергоёмкости и др. Под Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М. 18 производительностью понимается количество производимой продукции в единицу времени, под материалоёмкостью – отношение массы машины к единице вырабатываемой продукции, под энергоёмкостью – количество энергии, затрачиваемой на выпуск единицы продукции. Заметим, что все, что производится, называется продукцией. Понятие «продукция» охватывает изделия и продукты. Изделие в процессе использования заметно не теряет своей массы. К изде- лиям относятся машины и оборудование. Продукты (пищевые продукты, горюче-смазочные ма- териалы и др.) при использовании теряют свою массу. Конструктивная преемственность – использование в конструкции технических решений, приме- няемых в прототипах и в других машинах, использование банков конструкций и технических решений, материалов и технологий (рис. 2.5). Рис. 2.5. Схема конструктивной преемственности Автоматизация конструкторских работ Автоматизация конструкторских работ заключается в применении САПР и других программ- ных средств. Оптимизационное проектирование предусматривает выбор наилучших из всех возможных решений. Ресурсное проектирование заключается в определении ресурса всех со- ставных частей машины в соответствии с принятым нормативным ресурсом проектируемой ма- шины. Ресурсное проектирование по трудоёмкости соизмеримо с разработкой конструкторской документации и в настоящее время находится в стадии зарождения. При оптимизационном и ресурсном проектировании используется математическое моделирование. Типизация, комплексность Типизация заключается в том, что для машин массового и серийного производства, а в отдель- ных случаях и индивидуального производства, разрабатываются типажи машин с конкретными параметрами и размерами, например грузоподъёмностью автомобилей, обрезной шириной бу- маги на бумагоделательных машинах. Под типажом машин понимается технически и экономически обоснованная совокупность типов и типоразмеров машин, обладающих общностью назначения. В основу типажных машин закла- дывается базовая модель, под которой понимается конструктивное исполнение машины, являю- щейся основой для ряда машин подобного типа или его модификаций. Комплексность заключается в разработке комплекса машин для выполнения всех технологиче- ских операций, согласованных по производительности и другим признакам. Комплексность есть основа образования поточных линий, в том числе автоматизированных. Принципы иерархичности и декомпозиции конструкций Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М. 19 Принцип иерархичности конструкции заключается в разбивке конструкции машины на сбороч- ные единицы (узлы), состоящие из сборочных единиц первого уровня и деталей, на сборочные единицы второго уровня и последующих уровней на детали, на системы контроля и управления и на системы, поддерживающие работу технической системы. Принцип декомпозиции (блочности, модульный принцип) позволяет осуществлять независи- мую параллельную сборку отдельных сборочных единиц, их обкатку и проверку, подачу на об- щую сборку в законченном виде. При эксплуатации машин этот принцип позволяет реализовать блочный метод ремонта машин Принцип унификации и стандартизации Унификация и стандартизация заключаются в применении в машине унифицированных или (и) стандартных составных частей. К стандартным относятся изделия, основные параметры которых установлены государствен- ными, отраслевыми стандартами, а также нормалями машиностроения. К унифицированным относятся изделия, изготовленные по стандартам предприятия, или оригинальные изделия, ис- пользуемые не менее чем в двух типоразмерах или видах изделия, а также серийно изготовляе- мые покупные изделия. Унификация и стандартизация устраняют излишнее многообразие изделий, удешевляют изго- товление машины. Изготовление оригинальной детали обходится в несколько раз дороже стан- дартной или унифицированной. Поэтому, где возможно, нужно применять стандартные или унифицированные составные части машины. Унификация обеспечивается следующим методами: 1) секционирование – разделение машины на одинаковые секции и образование производных машин набором унифицированных секций (например, транспортеры, насосы, фильтры и т.п.); 2) изменение линейных размеров – изменение длины, сохранение формы поперечного сечения. Например, сушильные цилиндры бумагоделательных машин с обрезной шириной бумаги 4200 и 6720 мм; 3) метод базового агрегата – на базовый агрегат навешивается разное оборудование и получают машины различного назначения; 4) конвертирование – переоборудование машины для работы по противоположному назначе- нию, например, двигателя постоянного тока – в генератор электрического тока, турбокомпрес- сора – в вакуумный турбоагрегат; 5) компаундирование – параллельное соединение одинаковых агрегатов (например, сдвоенный дефибрер, горизонтальный поршневой насос); 6) модифицирование – переделка машины с целью приспособления ее к иным условиям работы, например машины для работы в обычных климатических условиях – в машину для работы в тропическом или арктическом исполнениях, или бумагоделательной машины для выработки газетной бумаги – в машину для производства санитарно-гигиенических бумаг; 7) агрегатирование – сочетание унифицированных сборочных единиц в машине (двигателей, редукторов, валов и т.п.); 8) комплексная нормализация, т.е. когда машины целиком собираются из нормализированных конструкций; 9) универсализация машин; 10) увеличение рабочих параметров машин с одновременным снижением удельной материало- емкости, повышение мощности единичных агрегатов. Под удельной материалоемкостью пони- мается отношение массы машины к единице выпускаемой продукции. Удельная материалоем- кость характеризует рациональность конструкции, отсутствие «лишнего» металла, завышенных запасов прочности. Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М. 20 2.4. Качественные показатели машин Качеством продукции называется совокупность свойств, обуславливающих ее пригодность удо- влетворять определенные потребности в соответствии с назначением. Количественными харак- теристиками качества машин являются следующие показатели: технологичность, безопасность, надежность, эргономические, эстетические, санитарно-гигиенические, патентно-правовые. Показатели технологичности машин Технологичность конструкции машины – это возможность изготовления ее деталей, сборки сборочных единиц с наименьшими трудовыми затратами при рациональном расходовании ма- териала. Технологичность оценивается удельной трудоемкостью производства, характеризуе- мой отношением затрат времени в нормо-часах на изготовление машины к основному пара- метру, определяющему производительность машины. Технологичность характеризуется следующими показателями. 1. Соответствие конструктивных форм детали условиям технологии их изготовления. Например, при изготовлении литых деталей необходимо предусмотреть литейные уклоны, для сварных деталей – удобство и даже возможность выполнения сварных работ, при механической обработке создание удобных баз для установки и мест крепления изделия на станке, обеспече- ние доступа к обрабатываемым поверхностям режущего и измерительного инструментов, уменьшение размеров обрабатываемой поверх- ности, создание форм, удобных для обработки поверхностей, минимизация количества устано- вок при обработке детали. 2. Экономичность расходования материалов, особенно легированных сталей, цветных металлов, достигаемая выбором сечений, применением тонкостенных конструкций, окон и вы- емок в ненагруженных частях детали, введением ребер жесткости. Иначе рациональность кон- струкции обеспечивается равной прочностью всех конструктивных элементов детали. Каждая часть детали должна работать. Следует, где возможно, применять пластмассу и компо- зитные материалы, вместо стали – более дешевый чугун, составные сборные конструкции дета- лей, например, трубчатые и сплошные конструкции валов, венец червячного колеса бронзовый, а ступица – чугунная. Степень насыщенности (Kр) конструкции машины рациональными в техническом отношении материалами (современными тонкостенными конструкциями, гнутыми элементами, деталями, полученными прокаткой, и т. п.) 3. Обоснованность применения каждого механизма, сложного устройства, сложных деталей, деталей, без которых, на первый взгляд, можно обойтись. Должна быть обоснована необходи- мость каждой выточки, уступа на детали и т. п. Этот показатель для опытного конструктора очевиден и приводится лишь как напоминание студентам. 4. Назначение обоснованных допусков и отклонений, зазоров и посадок в соединениях деталей исходя из технических и экономических соображений; увеличение точности изготовления дета- лей и повышение чистоты обработки поверхностей повышает стоимость их изготовления. 5. Технологичность сборочно-разборочных операций. Удобство сборки и регулирования обес- печивается доступностью ко всем собираемым деталям, доступностью инструмента к крепеж- ным деталям, возможностью необходимых измерений. Для установки и выверки деталей преду- сматриваются окна, люки, специальные приспособления. Для удобства разборки предусматри- вается возможность съема деталей с учетом возможно- сти их «прикипания» в процессе эксплуатации (подшипников, шкивов, зубчатых колес и т. п.). Для этого предусматриваются технологические отверстия, в том числе резьбовые для съема де- тали. Предусматриваются рациональные соединения, например посадка тяжелых деталей на ко- нус и т. п. Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М. 21 Уменьшается объем пригоночных операций при сборке путем применения компенсирующих устройств (подкладок, прокладок, пружин), путем уменьшения площади поверхностей, по кото- рым производится пригонка. Эстетические показатели В настоящее время при конструировании уделяется большое внимание внешнему виду изделия – технической эстетике. При конструировании машин добиваются такого внешнего оформле- ния, которое бы производило наиболее благоприятное впечатление. Эта сложная задача реша- ется, как правило, совместно специалистом в области художественного конструирования (ди- зайнером) и конструктором изделия. Внешний вид изделия решается уже при разработке схемы общей его компоновки. На этом этапе конструирования создается композиция изделия, обеспечивается совершенство формы и соразмерность как самого изделия, так и всех его узлов. Техническая эстетика не должна всту- пать в противоречие с технической целесообразностью. Поэтому при оформлении внешнего вида изделия стремятся сохранить единство его структуры с назначением и конструктивной основой. Машина должна быть красивой. Красивая машина конкурентоспособна. Замечено, что произво- дительность труда на красивой машине выше. Главные критерии красоты машины: – взаимосоответствие (неразрывная связь) формы, функции и содержания (внутреннего строе- ния); – единство и целостность композиции; – соблюдение пропорций конструктивных элементов, использование древнего правила «золо- того сечения», которое характеризуется следующими соотношениями размеров - 0,382:0,618:1,000:1,618:2,618 и т.п.; – обеспечение масштабности; – визуальное восприятие устойчивости, прочности, равновесия. В отличие от физических кате- горий характеризует чисто субъективное зрительное восприятие перечисленных категорий (например, наклон Пизанской башни); – восприятие динамичности конструкции; – цветовое оформление. Эргономика – это наука, изучающая функциональные возможности и особенности человека, ра- ботающего с машиной. Она возникла на стыке технических наук, психологии, физиологии. Эр- гономические показатели включают в себя антропометрические, физиологические и психологи- ческие требования. Эргономические показатели характеризуют степень приспособленности ма- шины к взаимодействию с человеком-оператором. Антропометрические требования характеризуют соответствие конструктивных элементов ма- шины размерам и форме человеческого тела, его динамическим и массовым характеристикам. В частности, антропометрическими показателями являются соответствие размерам человека раз- меров кабин и пультов управления, форм и размеров рукояток управления, размеров люков, дверей, площадок, хода педалей, размещения рычагов управление, параметров виброизоляции сидений и т.п. Физиологические и, в частности, биомеханические требования определяются физиологиче- скими свойствами человека: силовыми, скоростными возможностями человека, возможностями его органов чувств. Психофизиологические требования определяют соответствие машины особенностям функцио- нирования органов чувств человека (слуха, зрения, осязания). Психофизиологические Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М. 22 требования включают в себя особенности восприятия, памяти, мышления, образования, закреп- ления навыков и др. Иногда к эргономическим относят санитарно-гигиенические показатели. Но эти показатели це- лесообразно выделять в отдельную группу, поскольку обеспечение их изучается в другой науке – «Безопасность жизнедеятельности». Санитарно-гигиенические показатели характеризуют соответствие машины санитарно-гигиени- ческим нормам и рекомендациям по температуре, шуму, вибрации, запыленности, загазованно- сти, токсичности, радиации, влажности, инфра- и ультразвуку и др. Показатели надежности Показатели надежности – одна из важнейших групп показателей качества машин, характеризу- ющих способность машины выполнять заданные функции в рассматриваемый момент времени или в пределах заданного отрезка времени, сохранять во времени эксплуатационные показатели в заданных пределах, соответствующих заданным решениям и условиям использования, ремон- тов, хранения и транспортирования. Основными показателями надежности являются безотказность, долговечность, ремонтопригод- ность, сохраняемость, а также контроль пригодность. Безотказность – свойство машины сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов (отказов). Характеризуется вероятностью безотказной работы, наработкой на отказ, гарантийной наработкой. Долговечность – свойство машины сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Характеризуется следу- ющими категориями: ресурсом, межремонтным сроком службы, сроком службы до первого ка- питального ремонта и др. Ремонтопригодность – приспособленность машины к предупреждению, обнаружению и устра- нению отказов путем проведения технического обслуживания и ремонта. К ремонтопригодно- сти можно отнести контроль пригодность, под которой понимается приспособленность машины к контролю и диагностированию ее технического состояния при эксплуатации. Сохраняемость – сохранение машиной эксплуатационных показателей в течение и после срока хранения и транспортирования, установленных технической документацией. Важным показателем надежности больших технических систем и поточных машин является ре- зервирование отдельных машин и конструкций. При отказе того или иного агрегата включается в работу резервный агрегат. |