Лекции ОТМС. Лекции, 6 часов самостоятельное изучение ) тема жизненный цикл изделий машиностроения и его технологическая со ставляющая. (2 Часа лекции) Введение
 Скачать 10.52 Mb.
|
|
Понятие о машине и ее служебном назначении С давних времен под машиной понимали устройство, предназначенное для действия в нем сил природы сообразно потребностям, человека. В настоящее время понятие "машина" трактуется с разных позиций и в различном смысле. Например, с точки зрения механики машина – механизм или сочетание механизмов, выполняющих движения для преобразования энергии, материалов или производства работ. С точки зрения технологии машиностроения, машина является (либо объектом, либо средством производства. Машину как систему, созданную трудом человека для качественного преобразования исходного продукта в полезную для человека продукцию. Процесс преобразования может вестись механическим, физическим, химическим путем как каждым в отдельности, так и в сочетаниях. Рис. 1.3. Преобразование исходного продукта в продукцию Исходным продуктом процесса, осуществляемого машиной, могут быть предметы природы, сырье или полуфабрикаты. Под сырьем понимается предмет труда, на добычу или производство которого был затрачен труд. Сырье, которое подверглось обработке, но не может быть потреблено как готовый продукт, называют полуфабрикатом. Продукция – это результат производства в виде сырья, полуфабрикатов, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера. В табл. 1.1 в качестве примера приведены преобразования исходного продукта в продукцию с помощью машин. Таблица 1.1 Преобразования машинами исходного продукта в продукцию Исходный продукт Энергия Машина Продукция Заготовка Электрическая Станок Деталь Груз Механическая Автомобиль Перевезенный груз Ткань, нить Механическая Швейная машина Шов Электромагнитные волны Электрическая Телевизор Изображение и звук Задача Электрическая ЭВМ Решение задачи Энергия сгораемого топлива – Двигатель внутреннего сгорания Механическая энергия Под служебным назначением машины понимают четко сформулированную конкретную задачу, для решения которой предназначена машина. Формулировка служебного назначения машины должна содержать подробные сведения, конкретизирующие общую задачу и уточняющие условия, при которых эта задача может быть решена. Служебное назначение машины описывают не только словесно, но и системой количественных показателей, определяющих ее конкретные функции, условия работы и ряд дополнительных моментов в соответствии с задачей, которую предстоит решать с помощью создаваемой машины. Формулировка служебного назначения машины является важнейшим документом в задании на ее проектирование. Качество и экономичность машины Предназначаемая для производства какой-то продукции машина сама является продукцией машиностроительного предприятия и, как одна из разновидностей продукции, обладает качеством и экономичностью. Под качеством машины понимают совокупность ее свойств, обусловливающих способность выполнять свое служебное назначение. К показателям качества машины можно отнести лишь то, что характеризует меру полезности машины, т.е. ее способность удовлетворять потребности людей в соответствии со своим назначением; Такими показателями являются качество продукции, производимой машиной, производительность машины, ее надежность, долговечность физическая и моральная, безопасность работы и удобство управления, уровень шума, коэффициент полезного действия, степень механизации и автоматизации, техническая эстетичность и т.п. В проектирование машины, ее изготовление, эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонты вкладывается конкретный труд. Создание машины, ее эксплуатация, обслуживание и ремонты сопряжены с использованием энергии, технических средств и материалов. Все вместе взятое образует стоимостное свойство машины – ее экономичность. Показателем Э экономичности машины может служить сумма затрат на проектирование З пр , изготовление З изг , эксплуатацию З э , техническое обслуживание З т.о и ремонты 3 рем , отнесенная к количеству N продукции, произведенной за период ее службы: пр изг э т.о рем З З З З З Э N Между показателями качества и экономичности машины существуют связи, приводящие к влиянию одних на другие. Например, повышение качества машины по любым показателям сопряжено с увеличением ее стоимости. Но в то же время повышение уровня такого показателя качества, как надежность машины, сократит затраты труда на устранение отказов, техническое обслуживание и ремонты. Качество машины обеспечивается уровнем проектных решений, 1 от которого зависит техническое совершенство конструкции машины, и технологией, определяющей качество деталей, сборки и отделки машины (рис. 1.4). Экономичность машины находится в более сложной зависимости от технического совершенства конструкции машины и технологии ее изготовления. Например, стоимость машины зависит от качества, количества и стоимости материалов, выбранных конструктором в процессе проектирования. Однако конечные затраты на материалы, входящие в себестоимость, можно определить лишь после осуществления технологического процесса ее изготовления. Уровень унификации и технологичности машины определяет конструктор. Но влияние этих факторов на себестоимость машины проявляется не прямым путем, а через технологию ее изготовления. Влияние этих же факторов скажется и на затратах по техническому обслуживанию и ремонту машины. Такие экономические показатели, как потребление машиной энергии, топлива и материалов в процессе эксплуатации в первую очередь зависят от качества конструкторских решений. Но вместе с тем на значения этих показателей влияет качество реализации технологического процесса и т.д. Рис. 1.4. Совокупности свойств, определяющих качество и экономичность машины. Таким образом, обеспечение качества и экономичности машины, в процессе ее создания является общей задачей конструктора и технолога. Проблема создания качественных и экономичных машин по праву считается центральной и наиболее сложной. Сложны не только создание конструкции и реализация самой идеи о новой машине. Сложно также обеспечение ее качества и экономичности при конструировании и изготовлении, так как любая машина создается для выполнения процесса, наделенного вероятностными свойствами, а изготовление сопровождается явлениями случайного характера. Качество машины Для того чтобы машина экономично выполняла свое служебное назначение, она должна обладать необходимым для этого качеством. Под качеством машины понимают совокупность ее свойств, определяющих соответствие ее служебному назначению и отличающих данную машину от других. Качество каждой машины характеризуется рядом показателей, на каждый из которых должна быть установлена количественная величина с допуском на ее отклонения, оправдываемые экономичностью выполнения машиной ее служебного назначения. К основным показателям качества машины относятся: стабильность выполнения машиной ее служебного назначения; качество выпускаемой машиной продукции, долговечность физическая, т. е. способность сохранять первоначальное качество во времени; долговечность моральная, или способность экономично выполнять служебное назначение во времени; производительность; безопасность работы; удобство и простота обслуживания и управления; уровень шума, коэффициент полезного действия, степень механизации и автоматизации и т. д. Каждый из перечисленных основных показателей применительно к тому или иному типу машины конкретизируется в виде целой системы дополнительных качественных и количественных показателей, характеризующих особенности, которыми должны обладать машины данного типа, предназначенные для выполнения данного служебного назначения. Правильная и ясная постановка задачи в значительной степени предопределяет успех наиболее быстрого и экономичного ее решения. Следовательно, разработка качественных и количественных показателей является одной из наиболее ответственных задач, так как от ее правильного решения зависят качество и экономичность выполнения машиной служебного назначения, быстрота освоения и экономичность изготовления. Основные технические характеристики и качественные показатели некоторых машин и составляющих их частей, выпускаемых в большом количестве, утверждаются Государственным комитетом СССР по стандартам и выходят в виде Государственных общесоюзных стандартов (ГОСТов). В качестве примеров можно привести стандарты на электродвигатели, автомобили, станки, шарико- и роликоподшипники и др. Показателем качества машин, достижение и обеспечение которого вызывает наибольшие трудности и затраты в процессе создания и особенно в процессе изготовления машин, является точность машин. Поэтому рассмотрим вначале показатели, которыми характеризуется точность машины и ее деталей. Качество продукции охватывает не только потребительские, но и технологические свойства, конструкторские особенности, надежность в эксплуатации, дизайн, уровень стандартизации и унификации и др. Качество машин характеризуется следующими основными группами показателей: 1. Технический уровень, определяющий степень совершенства машины (мощность, КПД, производительность, экономичность и др.). 2. Производственно-технологические показатели (технологичность конструкции), дающие представление об эффективности принятых конструктивных решениях с точки зрения оптимизации затрат труда и средств на изготовление изделия, его эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт. 3. Эксплуатационные показатели: а) надежность изделия; б) эргономическая характеристика или степень учета комплекса гигиенических, физиологических и др. потребностей человека в системе человек-машина-среда; в) эстетическая оценка - совершенство дизайнерских композиций, внешнего оформления и др. ТЕМА 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА МАШИНЫ. (2 ЧАСА ЛЕКЦИИ) Понятие о точности Вероятностные явления, сопровождающие процесс изготовления машины и ее деталей, вызывают отклонения показателей качества изделий, количества изделий, произведенных в единицу времени, и их стоимости от своих расчетных значений. Поэтому различают три вида значения любого показателя: номинальное или теоретическое, определяемое в результате расчета; действительное, объективно существующее; измеренное, т.е. действительное значение, познанное с каким-то отклонением. На рис. 1.13 это положение проиллюстрировано на примере отвлеченного показателя К; К изг и К изм – отклонения, возникшие в процессе изготовления и измерения изделия. Рис. 1.13. Три вида значений отвлеченного показателя К Для сопоставления действительного значения показателя с номинальным и измеренного значения с действительным, а также для оценки значений отклонений используют понятия о точности самого показателя и точности его измерения. Под точностью показателя К понимают степень приближения действительного значения показателя к его номинальному значению. Под точностью оценки или измерения показателя К понимают степень приближения познанного значения показателя к его действительному значению. Границы допустимых отклонений показателя, предопределяемые требованиями к качеству, количеству или стоимости производимых изделий, получили названия допуска. В процессе создания машины приходится иметь дело со скалярными, векторными величинами и др. Свойства величин распространяются на отклонения от их номинальных значений, а следовательно, и на допуски, ограничивающие отклонения. Способ задания допуска должен соответствовать свойству величины. Так, для ограничения отклонений показателя К, являющегося скалярной величиной, допуск задается в виде либо верхнего к в и нижнего к н предельных отклонений показателя К, либо поля Т к допуска и координаты к 0 его середины, либо, наибольшего К max и наименьшего К min предельных значений показателя. Принадлежность допуска показателю отмечают индексом, соответствующим обозначению показателя. На рис. 1.14 графически отображены различные формы ограничения допуском отклонений отвлеченного показателя К. Переход от одной формы к другим может быть сделан по формулам, приведенным в табл. 1.4. Рис. 1.14. Три способа задания допуска, ограничивающего отклонения показателя К Таблица 1.4. Формулы перехода от одной формы задания допуска к другой Форма задания допуска Переход к другим формам к н ; к в к к Т н в к ; к к н в 0 5 , 0 к ; к н ном min К К ; к в ном max К К к 0 ; Т к к Т 5 , 0 к к 0 н ; к Т 5 , 0 к к 0 в к Т 5 , 0 К К к 0 ном min ; к Т 5 , 0 К К к 0 ном max min К ; max К ном min н К К к ; ном max в К К к min max К К к T ; ном max min 0 К 2 К К 5 , 0 к Понятие о точности всегда нуждается в конкретизации того, о какой точности идет речь: требуемой или фактической. Фактическая точность любого показателя конкретного изделия является результатом выполняемого процесса и характеризуется измеренным значением отклонения показателя от его номинального значения. Фактическую точность группы изделий по показателю К, являющемуся скалярной величиной, можно охарактеризовать либо наименьшим нм К и наибольшим нб К фактическими отклонениями значения показателя, либо значениями поля рассеяния К и координаты К его середины; либо наименьшим К нм и наибольшим К нб фактическими значениями показателя. Характеристика фактической точности показателя К будет более полной, если на основании практических данных построить кривую рассеяния, вычислить и дать среднее арифметическое значение отклонений показателя, характеризующее положение центра группирования М(х) К отклонений, значения коэффициентов К и К На рис. 1.15. приведено сопоставление фактической точности показателя К с требуемой. При этом использованы три способа задания допуска и характеристик фактической точности показателя, находящихся в полном соответствии. Рис. 1.15. Величины, характеризующие требуемую и фактическую точность показателя Показатели качества машины (мощность, производительность, надежность, долговечность и др.) обеспечиваются в конструкции машины связями свойств материалов деталей и размерными связями, построение которых составляет конечную цель конструирования машины. Свое служебное назначение машина выполняет с помощью ряда поверхностей, получивших название исполнительных. Если в качестве примера взять токарный станок, то к числу его исполнительных поверхностей следует отнести поверхности конических отверстий в шпинделе и пиноли, служащие для установки переднего и заднего центров, поверхности переднего конца шпинделя, предназначенные для определения положения патрона и планшайбы, поверхности резцедержателя, определяющие положение резца, и т.д. Первым видом геометрических характеристик качества детали является точность размеров ее поверхностей и расстояниймежду ними. Вторым видом геометрических характеристик качёства детали служит точность относительного поворотаее поверхностей. Под точностью поворота понимают отклонение от требуемого углового положения одной поверхности детали относительно другой, взятой за начало отсчета. Требуемое угловое положение может определяться любым углом, в том числе и углами 0, 90 и 180°. Для обозначения относительного поворота поверхностей, наряду с обозначениями, рекомендуемыми ЕСКД, используют в соответствии с методическими указаниями "цепи размерные" РД50–635–87 одностороннюю стрелку, острие которой направлено на поверхность, избранную в качестве начала отсчета. При углах поворота, отличных от 0, 90 и 180°, указывают номинальное значение угла. На рис. 1.16 приведены примеры обозначения параллельности поверхности А детали относительно поверхности Б, перпендикулярности В к А, наклон под углом 45° поверхности Г к Б. Рис. 1.16. Условные обозначения относительного поворота поверхностей детали Точность относительного поворота двух поверхностей оценивают либо непосредственно в градусах, минутах, секундах, либо тангенсом угла. В последнем случае отклонение выражается отношением двух линейных величин, в котором числитель есть линейное смещение а точки А поверхности, а знаменатель – длина L, к которой относится это смещение (рис. 1.17). Рис. 1.17. Численная оценка относительного поворота поверхностей детали: отклонение от параллельности поверхности К относительно поверхности М равно а/L Третьим видом характеристик качества детали является правильность геометрической формыее поверхностей. Отклонения; формы поверхностей детали подразделяют на следующие три вида. 1. Макрогеометрические отклонения, под которыми понимают отклонения реальной поверхности от правильной геометрической формы при рассмотрении этой поверхности в целом (отклонения от плоскостности (рис. 1.18, а), цилиндричности, круглости, прямолинейности и т.п.). 2. Волнистость, представляющую собой периодические неровности поверхности, встречающиеся на участках протяженностью от 1 до 10 мм (рис. 1.18, б). 3. Микрогеометрические отклонения – микронеровности на участках протяженностью до 1 мм, называемые шероховатостью поверхности (рис. 1.18, в) Рис. 1.18. Отклонения формы поверхности детали: а – макрогеометрические; б – волнистость; в — микрогеометрические (шероховатость) Указанный способ отнесения отклонений геометрической формы поверхностей деталей к той или иной категории весьма условен. Есть и другой условный способ, согласно которому отклонения формы считают макрогеометрическими при L/H > 1000 мм, волнистостью при L/H = 50... 1000 мм, шероховатостью при L/H < 50 мм. По ГОСТ 2789–73 установлено шесть параметров шероховатости поверхности. Система этих параметров введена для того, чтобы установить связь между характеристиками микрорельефа поверхностей деталей и их эксплуатационными свойствами. Помимо этих параметров в ГОСТ 2789– 73 учтено направление неровностей поверхности. Обозначение шероховатости поверхности регламентировано ГОСТ 2.309–73. Между значениями отклонений размеров и расстояний, относительных поворотов и формы поверхностей деталей существуют качественные и количественные связи. Первые из них отражают общую закономерность в соотношениях величин перечисленных отклонений, не затрагивая функциональную зависимость, имеющуюся между ними. Эта закономерность прежде всего проявляется в ограничениях значений отклонений: отклонения относительного поворота должны быть меньше отклонений размеров поверхностей или расстояний между ними, в свою очередь макрогеометрические отклонения формы должны быть меньше отклонений относительного поворота поверхностей и т.д. Без соблюдения такой закономерности было бы затруднительным оценить значение отклонения показателя более высокого ранга. Действительно, имея микроотклонения, равные по своим значениям макрогеометрическим отклонениям, трудно различить их. Точно так же можно сказать о расстоянии между поверхностями А и Б детали (рис. 1.19) или о параллельности А относительно Б, если отклонения формы этих поверхностей столь значительны? Рис. 1.19. Неопределенность оценки точности детали без соблюдения соотношений между значениями показателей ее точности Качественные связи между отклонениями размеров, расстояний, относительного поворота и формы поверхностей деталей практически учитываются следующим путем. 1. Допуски на отклонения размеров и расстояний поверхностей деталей устанавливают большими, чем допуски на отклонения относительного поворота поверхностей, которые в свою очередь должны быть больше допусков на макрогеометрические отклонения и т.д. 2. Оценку точности геометрических показателей качества детали начинают с микроотклонений, затем оценивают волнистость, макрогеометрические отклонения поверхностей, их относительный поворот, размеры и расстояния. При этом оценка отклонения показателя более высокого ранга считается возможной при условии, что отклонения нижестоящих показателей не окажут существенного влияния на результат его измерения. Обобщение производственного опыта в машиностроении привело к созданию нормативных документов, регламентирующих соотношения допусков на отклонения размеров, расстояний, относительного поворота и формы поверхностей деталей. Так, ГОСТ 24643–81 установлено 16 степеней точности формы и относительного положения поверхностей. Числовые значения допусков при переходе от одной степени к другой изменяются с коэффициентом возрастания 1,6. В зависимости от соотношения между допуском на отклоненияразмера и допуском на отклонения формы или относительного поворота установлены уровни относительной геометрической точности: А – нормальная точность, при которой допуск формы (относительного поворота) составляет 60 % от допуска на размер, В –повышенная точность с соотношением указанных допусков в 40 % и С – высокая при соотношении допусков в 25 %. Отклонения от цилиндричности и круглости поверхностей ограничиваются допусками, составляющими для А, В и С соответственно 30, 20 и 12 % от допуска на отклонения диаметрального размера поверхности. |