Конст. конструирование 1. Общие принципы конструирования Типовая схема разработки нового оборудования
 Скачать 20.01 Kb.
|
|
Общие принципы конструирования Типовая схема разработки нового оборудования представляет собой последовательно-параллельную взаимосвязь основных этапов: - анализ потребности и спроса, - определение требований смежных областей, цели и функции, - изучение сферы применения и эксплуатационных условий, - формулирование принципа действия, - синтез системы человек-машина, - общее проектирование, - рабочее конструирование, - технологическая проработка, - наладка и испытание опытного образца, - комплексное испытание и оценка системы человек-машина, доработка конструкции и технологии изготовления, - комплектование и оформление техдокументации. Основные этапы сопровождаются поиском аналогов и прототипа, расчетом, моделированием и увязкой механики и управления, художественной проработкой, патентными исследованиями, экономическим расчетом, выявлением изобретений, оформлением притязаний на приоритет технических решений и т. п. Взаимосвязь этапов предусматривает их переплетение и нечеткость границ. Когда начинать работу над новой машиной? На этот вопрос можно ответить, что процесс совершенствования машин должен быть непрерывным. Новые поколения машин должны разрабатываться также непрерывно, хотя это обусловлено прежде всего принципиально новыми решениями научных проблем машиностроения. Непрерывность процесса разработкив данном случае означает, что как только завершается работа над машинами одного поколения, а возможно и до завершения работы, формируются задачи, связанные с совершенствованием машин и разработкой нового поколения. Естественно, постоянно учитывается опыт эксплуатации, тенденции спроса на рынке сбыта, мода на принципиальную схему, внешний вид, степень и характер автоматизации. Период появления новых машин и машин нового поколения не должен превышать период морального старения машин предшествующего поколения. Конструирование тесно связано с научными исследованиями. При этом важными решениями являются не только получение и оптимизация новых схем и конструкций, обоснование правильности выбора материалов, синтез новых материалов, разработка новых более точных методов расчета на прочность и износостойкость, методов испытаний и диагностики, но и разработка методов оценки и прогнозирования технического уровня, определения требуемых потребительских качеств, экономического анализа создаваемой продукции. Только при достаточной подготовленности науки, при соответствующих научных результатах возможно поставить и решить задачу создания машин более совершенных по своим параметрам и качествам по сравнению с известными в мире машинами. Создание принципиально новой машины (комплекса, ряда машин) или совершенствование существующей машины начинается с четкого формулирования ее функциональныхпризнаков,т. е. того, что должна делать машина, какую выпускать продукцию, какие осуществлять технологические процессы и т. п. Этот вопрос может быть решен только при изучении всего осуществляемого технологического процесса или комплексов процессов, возможностей совершенствования процесса, совершенствования смежного оборудования. Например, определение функциональных признаков погрузочных машин неразрывно связано с функциональными признаками и параметрами транспортных машин, складов, приемных сооружений и т. п. Иными словами, конструируемая машина -- элемент существующей системы и определение ее эксплуатационных показателей осуществляется во взаимосвязи с окружающей средой, с интеллектуальным уровнем и потребностями человека. Из числа задаваемых основных эксплуатационных и технико-экономических показателей в первую очередь определяют: - производительность, - точность воспроизведения заданного процесса, - надежность, - стоимость изготовления и эксплуатации (в расчете на единицу продукции), - степень загрязнения среды, - уровень шума и вибраций, - приспособленность к человеку (удобство и безопасность управления и обслуживания), - внешний вид и др., а также производные показатели: - габаритные размеры, - массу, - использование дефицитных материалов при изготовлении, - использование ручного труда, - ремонтопригодность, - энергопотребление, - потребление дефицитных материалов при эксплуатации и др. С учетом эксплуатационных и технико-экономических показателей определяют перечень технических параметров, в который, в частности, входят: - грузоподъемность, - несущая, нагрузочная и тяговая способности, устойчивость, - долговечность, - КПД, - скорость перемещений, - время разгона, - путь торможения, - маневренность, - рабочее пространство, - зона обслуживания, - степень слежения за процессом работы и техническим состоянием машины, - автоматизация управления и восстановления, - живучесть и др. Совокупность показателей принимается в зависимости от назначения, объемов тиражирования, состояния рынка сбыта. На первом этапе определяют пределы или диапазоны показателей и параметров или формируют качественные требования. В последующем определяют в этих пределах ряды параметров, возможные типоразмеры ряда машин, возможные составные унифицированные части (модули) и основные детали. Уточнение ряда параметров, ряда типоразмеров, характера компоновки машин из модулей проводят на всех этапах конструирования машин. Наряду с чисто техническим подходом здесь имеет место экономический подход. При переходе к этапу оптимизации конструкции приобретает первостепенную роль физическое и математическое моделирование процесса, схемы, конструкции. К сожалению, под оптимальным проектированием зачастую понимают только процесс анализа совокупного влияния параметров на качество схемы, конструкции или поиска такого сочетания параметров, который в наиболее полной мере удовлетворяет заданным критериям оценки качества. Структура машины, схема ее несущих частей, функциональная система принимаются обычно как нечто незыблемое. Возникают ситуации, когда ученые в течение года и более с помощью ЭВМ оптимизируют параметры заданной схемы, а затем изобретатель принципиально меняет схему и процесс оптимизации приходится повторять сначала Необходимо в этой связи изобретательству, синтезу принципиально новых решений придать научную основу. Любое направленное научное исследование в области машиноведения должно завершаться изобретением, будь то структурное решение, кинематическая схема, сочетание параметров, материал или способ измерения параметров, управления машиной, диагностики технического состояния машины, осуществления технологического процесса. Прежде чем приступать к решению какой-либо задачи, надо изучить все известное в данной области. Необходимо иметь также представление о решениях-аналогах подобных задач в смежных областях техники. Например, преобразование величины и направления скорости движения может быть решено в механической и (или) электрической системах; сравнение различных величин также осуществляют либо полностью в механизме, либо преимущественно в электронном устройстве Аналоги тех или иных решений механизмов следует искать в гидравлике, теплотехнике, электротехнике, электронике и науках о живой природе. Направленное тепловое поле может компенсировать деформацию конструкции от механической нагрузки, а механизм для захватывания и перемещения предмета -- имитировать взаимосвязь и движение элементов кисти и руки человека. Широко распространенным приемом осуществления технологического процесса изготовления деталей является имитация взаимодействия этих деталей. В любом случае техническое решение задачи должно осуществляться на альтернативной основе. При этом нужно иметь уверенность, что в поле зрения попали все известные решения подобных задач и все возможные решения данной задачи Современные методы синтеза позволяют решать данную задачу с исчерпывающей полнотой. Не следует пренебрегать интуицией и опытом конструктора. Хотя зачастую приходится иметь дело с определенной склонностью, «вкусом», «привязанностью» конструктора к его излюбленному пути. Найти границу между средствами из разных областей техники при решении одной задачи -- это один из важнейших этапов математического описания и осуществления конструкции. Речь идет о распределении функций между системой управления, приводом, передачей движения и исполнительным устройством Выбор оптимального решения такой задачи, если можно в настоящее время говорить о таковом, -- это прежде всего результат творчества конструктора. При этом следует иметь в виду, что принцип перераспределения функцийшироко используется и для средств из одной и той же области техники. Например, могут перераспределяться функции между несущими элементами, между несущей и функциональной частями конструкции. Например, функцию рамы машины могут выполнять соединенные друг с другом корпуса привода и исполнительных механизмов, роль корпуса или кожуха может быть придана выходному звену. Существенная экономия металла и уменьшение размеров получаются при совмещении функций -- встраивании привода и (или) механизмов в барабаны, ходовые колеса, звездочки, канатоведущие шкивы, шкивы тормозов и т. п. исполнительные устройства. Принцип перераспределения функций предусматривает не только конструктивное совмещение элементов и упрощение схемы, но и обратное действие -- разделение функций. Иногда бывает выгодно ввести дополнительные детали и элементы конструкции, которые независимо друг от друга воспринимали бы силы разного направления, разделить функции между несущими элементами, защитными кожухами и емкостями для смазочного материала. Разделение функций достигается выбором схемы замыкания сил в конструкции. Уменьшение длины замкнутых силовых линий приводит к уменьшению деформаций и их влияния на нормальное взаимодействие звеньев. Целесообразно, например, разгрузить выходной вал редуктора от внешних радиальных нагрузок, передавать их непосредственно на корпус, а в качестве функции выходного вала оставить только передачу вращающего момента. Четкое разделение функций позволяет исключить влияние деформаций одной несущей части на другую или деформаций несущей конструкции на взаимодействие звеньев функциональной системы. Для исключения взаимовлияния, важное значение имеют схемы соединения частей конструкции, подвесок агрегатов. Речь идет здесь не о виброизолирующих элементах, различного рода прокладках или, точнее, не только о них, а прежде всего о статически определимой схеме соединений (схеме без избыточных связей). В ряде случаев не следует влиять на естественный режим, естественную форму изменений конструкции под влиянием внешних воздействий, а чтобы придать этим изменениям определенный характер, необходимо направить их в нужное русло выбором схемы, коррекцией геометрии, введением различного рода компенсаторов. Простой пример: чтобы исключить вредное влияние деформации при нагреве, можно не повышать жесткость конструкции, а ввести в определенных местах тепловую защиту и (или) тепловые компенсаторы. Другой пример: автооператор циклового действия не нужно разгонять и тормозить с помощью привода, а целесообразно подобрать такой режим, чтобы он раскачивался подобно маятнику, и к определенные моменты подпитывать его энергией, компенсируя потери только на трение. В приводах с большим числом степеней свободы нужно так организовать движение масс звеньев, чтобы они не тормозили друг друга, не заставляли отклоняться от заданного направления и т. и. Принцип выбора естественного режима и формы непосредственно связан с принципом самоуправляемости -- самоприсносабливаемости, адаптации к внешним условиям, взаимоприспосабливаемости. |