Основы проектирования и конструирования

      Комплекс – два или более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии - изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (автоматическая телефонная станция, бурильная установка; изделие, состоящее из метеорологической ракеты, пусковой установки и средств управления; корабль и т.п.).

      Комплект – два или более изделия, не соединенных на предприятии- изготовителе сборочными операциями и представляющих собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект запасных частей, комплект инструмента и принадлежностей, комплект измерительной аппаратуры, комплект упаковочной тары и т.д.).

 

2.1. Основные характеристики и требования, предъявляемые к машинам и механизмам 

      Основными характеристиками машин являются: назначение и область применения, способ управления, мощность и производительность, коэффициент полезного действия, масса, габаритные размеры, стоимость и др.

      Производительность  машин измеряют в единицах, которые  наиболее пригодны для данного оборудования. Например, производительность ткацких  станков характеризуют количеством  метров сотканной ткани, транспортера - массой транспортируемого груза в единицу времени и т.п.

      Коэффициент полезного действия является характеристикой  экономичности машин. Он показывает долю полезно реализуемой энергии  и эффективность ее использования.

      Массу и габаритные размеры необходимо знать для транспортирования машин и размещения их на производственных площадях.

      Основные  характеристики машин указывают  в их техническом паспорте.

      К машинам и механизмам предъявляют  следующие основные требования: работоспособности; надежности; технологичности; экономичности; эргономичности.

      Работоспособность. Работоспособностью называют состояние машин и механизмов, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (техническими условиями, стандартами и т. п.).

      Надежность. Надежностью изделия называют свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам в условиях использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

      Надежность  является общей проблемой для  всех отраслей машиностроения, приборостроения  и других отраслей. Любая современная  машина или прибор, какими бы высокими характеристиками они ни обладали, будут обесценены при ненадежной работе.

      Надежность  изделия зависит от необходимой  нара6отки, которая может исчисляться  в часах работы станка, налета самолета и т. д., в километрах пробега автомобиля, гектарах обработанной земли для сельскохозяйственной машины и т. д. Надежность зависит от всех этапов создания и эксплуатации изделий. Ошибки проектирования, погрешности в производстве, упаковке, транспортировке и эксплуатации изделия сказываются на его надежности.

      Надежность  изделий обуславливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

      Безотказность – свойство сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. Это свойство особенно важно для машин, отказы которых связаны с опасностью для жизни людей (например, самолеты) или с перерывом в работе большого комплекса машин.

      Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и технического обслуживания.

      Ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

      Сохраняемость – свойство изделия сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.

      Надежность  деталей машин сильно зависит  от того, насколько близок режим  работы деталей по напряжениям, скоростям  и температурам к предельным, т.е. от запасов по основным критериям  работоспособности.

      Надежность  в значительной степени определяется качеством изготовления, которое  может изменять ресурс в несколько  раз.

      Надежность  статически определимых механизмов при одинаковых номинальных напряжениях  выше, чем статически неопределимых, что связано с меньшим влиянием технологических погрешностей, а также температурных и силовых деформаций. Например, самоустанавливающиеся конструкции, как правило, более надежным, чем несамоустанавливающиеся.

      Утрата  работоспособности изделий (полная или частичная) называется отказом. Отказы по своей природе могут быть связаны с разрушением деталей или их поверхностей (поломки, выкрашивание, износ, коррозия) или не связаны с разрушением (засорение каналов, ослабление соединений). Отказы бывают полные и частичные; внезапные (например, поломки) и постепенные (изнашивание, коррозия и др.); опасные для жизни человека, тяжелые и легкие; устранимые и неустранимые. По времени возникновения отказы делятся на приработочные (возникающие в первый период эксплуатации и связанные с отсутствием приработки и с попаданием в сборку дефектных элементов); отказы при нормальной эксплуатации (до проявления износовых отказов) и износовые отказы, к которым в теории надежности относят также отказы по усталости и старению.

      Основным  показателем безотказности является вероятность безотказной работы в течение заданного времени или заданной наработки. Экспериментально этот показатель может быть оценен как отношение числа образцов, сохранивших работоспособность, к общему числу испытанных образцов, если последнее достаточно велико.

      В период нормальной эксплуатации машин  износовые отказы еще не проявляются и надежность характеризуется внезапными отказами. Эти отказы называются неблагоприятным стечением многих обстоятельств и имеют постоянную интенсивность, не зависящую от продолжительности предшествующей эксплуатации изделия.

      Технологичность. Под технологичностью понимают совокупность признаков, обеспечивающих наиболее экономичное, быстрое производительное изготовление машин применением прогрессивных методов обработки при одновременном повышении качества, точности и взаимозаменяемости частей. В понятие технологичности следует ввести также признаки, обеспечивающие наиболее производительную сборку изделия (технологичность сборки) и наиболее удобный и экономичный ремонт (технологичность ремонта).

      Технологичность зависит от масштаба и типа производства. Единичное и мелкосерийное производство предъявляют к технологичности одни требования, крупносерийное и массовое - другие. Признаки технологичности специфичны для деталей различных групп изготовления.

      Экономичность. При оценке экономичности учитывают затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.

      Экономичность машин достигается за счет снижения материалоемкости, энергоемкости и  трудоёмкости производства, за счет максимального коэффициента полезного действия в эксплуатации при высокой надежности; высокой специализацией производства и т. д.

      Эргономичность. Совершенство и красота внешних форм машины и удобство обслуживания существенно влияют на отношение к ней со стороны обслуживающего персонала и потребителей.

      Красивый  внешний вид деталям, узлам и  машине придают форма и внешняя  отделка конструкции (декоративная полировка, окраска, нанесение гальванических покрытии и оксидных пленок и т. д.). Существенное значение имеет и влияние машин на окружающую среду.

      Выполнение  указанных требований обеспечивается в результате создания и совершенствования машин в процессе эксплуатации, в котором участвуют не только инженеры-конструкторы, но и инженеры-технологи, инженеры по эксплуатации и ремонту, инженеры-экономисты и другие специалисты, а также техники и рабочие, занятые в технологических процессах.

      Вот почему для понимания принципа действия используемых на производстве машин, и в особенности для их совершенствования (например, с целью форсирования режимов работы, переналадки и т. п.), необходимо иметь представление о построении машин, распространенных в технике механизмах, методах их анализа и оценки надежности.

 

3.1. Служебное назначение  технологического  оборудования 

      Особую  значимость в формировании качества проектируемого оборудования имеет  точность формулирования его служебного назначения.

      Под служебным назначением оборудования понимается максимально уточненная и четко сформулированная технологическая  задача, для решения которой оно предназначается.

      Служебное назначение технологического оборудования должно отражать, в первую очередь, производственную необходимость для удовлетворения которой оно создается.

      Оно должно учитывать уровень и состояние  научно-технических разработок в данной конкретной области.

      Ошибку  на любом этапе жизненного цикла  оборудования можно исправить, ошибку в формулировании служебного назначения исправить нельзя. Качество создаваемого оборудования зависит, прежде всего, от качества описания служебного назначения.

      Общая формулировка служебного назначения должна выражать общую технологическую  задачу, для решения которой создается  оборудования, например: "токарный станок предназначен для обработки деталей  типа тел вращения резанием". Но общая  формулировка не раскрывает конкретного назначения оборудования и ее специфических особенностей. Формулировка служебного назначения должна выражать не только общую задачу, для решения которой создается оборудование, но и все дополнительные условия и требования, которые эту задачу максимально уточняют и конкретизируют.

      Поэтому, формулируя служебное назначение токарного  станка, необходимо уточнить размеры  валов, для обработки которых  станок предназначается.

      Другое  уточнение служебного назначения токарного  станка может быть связано с его производительностью. Если станок предназначен для изготовления изделий широкой номенклатуры, выпускаемых в небольших количествах, то его конструкция должна быть универсальной; если для массового выпуска одинаковых изделий – то специальной.

      Следующее уточнение служебного назначения может  быть связано с требованиями к  точности деталей, которые должны будут  обрабатываться на станке, – точности размеров, относительного поворота, формы и чисто ты поверхностей.

      К числу параметров, уточняющих служебное назначение токарного станка, необходимо отнести режимы обработки деталей, тип заготовок, их материал, условия, в которых предстоит работать станку: возможные колебания температуры окружающей среды, влажность и запыленность воздуха и т. д.

      Любое оборудование создается для выполнения определенного технологического (рабочего) процесса. Поэтому определение служебного назначения оборудования надо начинать с изучения и описания, т.е. анализа этого процесса.

      Под технологическим процессом, реализуемым  оборудование или с его помощью, понимают совокупность последовательных действий, направленных на достижение определенного результата. Такой процесс практически всегда развивается в непрерывно изменяющихся условиях. Во времени не остаются постоянными качество исходного продукта и количество сообщаемой энергии, колеблются внешние параметры и состояние оборудования.

      Качественное  изучение технологического процесса включает четыре основных аспекта:

      вид исходного продукта и существо нестабильности его качества;

      вид энергии и ее количественные параметры;

      факторы, изменяющие внешнюю среду, в которой  предстоит работать оборудованию;

      сущность  изменений состояния оборудования.

      Основной  источник исходных данных для проектирования оборудования – как правило, описание технологического процесса. Это может быть аналогичный процесс какому-то уже существующему, если необходимо создать оборудование, имеющее аналог. Это может быть новый процесс, проектирование которого обычно предшествует проектированию оборудования.