Контрольные вопросы

1. Какие детали машин общего назначения вы знаете?

2. Для чего предназначены детали, относящиеся к группе соединений?

3. При каком виде движения наиболее удобна передача механической энергии?

4. Чем отличается вал от оси?

5. Какие механизмы осуществляют преобразование видов движения?

6. Для чего используют упругие элементы?

7. Какие детали используют для выполнения своих функций массу?

2. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА

ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН

2.1. Требования, предъявляемые к деталям и сборочным

единицам машин

Машины в целом и их составляющие – детали и сборочные единицы – должны обладать следующими качествами: работоспособностью, надежностью, технологичностью, экономичностью и эстетичностью.

Работоспособностью называют состояние деталей и сборочных единиц, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с теми параметрами, которые установлены нормативно-технической документацией (стандартами, техническими условиями и т.д.).

Надежностью называется свойство изделия сохранять заданные эксплуатационные показатели в течение заданного промежутка времени или требуемой наработки (например, пробег у автомобилей, отработанные машино-часы у строительных и дорожных машин и т.д.). Надежность закладывается на всех этапах создания и эксплуатации изделий.

Технологичностью называется свойство, обеспечивающее минимальные затраты средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте изделий. Технологичность обеспечивается большим числом факторов, таких как унификация или единообразие деталей, максимальное применение стандартных конструктивных элементов деталей, стандартных допусков и посадок, использование материалов, удобных для обработки (резанием, давлением, сваркой и т.д.), а также возможность объединения систем автоматизированного проектирования и производства. Заметим, что последнее уже осуществлено на предприятиях с высокой культурой производства и там процесс проектирования и передачи информации автоматам-изготовителям осуществляется электронным образом без чертежей, т.е. без бумажного носителя.

Экономичность – это свойство, которое учитывает затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт. Экономичность достигается оптимизацией параметров изделий, минимумом материало-, энерго- и трудоемкости производства, максимального КПД машины в эксплуатации при высокой надежности и т.п.

Эстетичность – это совершенство внешних форм изделий и машины в целом, проще говоря, их красивый внешний вид (окраска, полировка, гальваническое покрытие и пр.). Известны случаи, когда легковой автомобиль, окрашенный в удачный цвет, выигрывал по конкурентоспособности у другого автомобиля, более совершенного по конструкции, но неудачного цвета.

2.2. Последовательность и этапы проектирования

Проектируемая машина должна удовлетворять техническим условиям (ТУ), которые касаются производительности, надежности, срока службы, стоимости, веса и других показателей.

На этапе проектирования выполнение этих требований обеспечивается выбранной кинематической схемой и ее основными параметрами, формами деталей, технологией изготовления и сборки.

Процесс проектирования осуществляется в следующей последовательности.

1. Составляется расчетная схема.

2. Определяются нагрузки, действующие на детали.

3. Выбирается материал на основании физико-механических характеристик, обрабатываемости и других условий.

4. Рассчитываются размеры деталей по основным критериям работоспособности.

Это предварительные проектные расчеты.

5. Вычерчиваются детали в общем виде узла, а затем в рабочем проекте – деталировка.

6. Проводятся проверочные расчеты – определяют запасы прочности в опасных сечениях, деформации, температуру и другие показатели. Сравнивают полученные значения с допускаемыми.

В случае несоответствия в конструкцию вносят изменения, после чего повторяют проверочные расчеты.

Начальным этапом проектирования являются расчеты.

Проектировочным расчетом называют определение основных размеров детали при выбранных характеристиках материала по главным критериям работоспособности. Проектировочные расчеты обычно являются предварительными и упрощенными.

Проверочным расчетом определяются фактические (расчетные) напряжения и коэффициенты запаса прочности, действительные деформации, температуры, ресурсы при заданной нагрузке или допустимые нагрузки при заданных размерах и ресурсах и т. п.

Конструирование – это творческий процесс создания машины или механизма в документации на основе расчетов. Документация может выполняться как на бумажном носителе (чертежах), так и в электронном виде. Информация об изделии в электронном виде может непосредственно передаваться изготовителю, особенно если цех или завод автоматизированы. Таким образом производится конструирование изделий и их изготовление на наиболее передовых предприятиях.

Оптимизация конструкции – важный этап конструирования, выполняется чаще всего с использованием компьютерной техники. При оптимизации рассматривается множество вариантов конструкции с целью минимизации, например, ее массы, размеров, стоимости и т.д.

Проектирование – это более общий процесс создания машин в документах не только на основе теоретических расчетов, но также конструкторского, технологического и эксплуатационного опыта, экспериментов. Проектирование представляет собой решение многовариантной задачи с многочисленными и разнообразными требованиями.

В соответствии с ГОСТ 2.103–68 [8] современное проектирование, в процессе которого широко используются компьютеры, начинается с технического задания заказчика и включает следующие стадии разработки: техническое предложение; эскизный проект; технический проект; рабочая конструкторская документация.

На уровне технического предложения определяется потребность в данной машине; проводится анализ технической и патентной литературы, имеющихся аналогов, т.е. машин, выполняющих те же задачи; разрабатываются варианты проектных решений. Затем производится поиск оптимального решения на основе анализа технико-экономических показателей, различных экспертных оценок. Например, лучший вариант машины уже защищен патентом, собственником которого является конкурирующее предприятие. Цена такого изделия с учетом приобретения прав может быть чрезмерно высокой. В этом случае лучше пойти на некоторые уступки по техническим характеристикам, чтобы не приобретать лицензий на производство запатентованной машины.

На стадии эскизного проекта разрабатывают принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы машины, а также данные, определяющие её назначение, основные параметры и габаритные размеры.

Технический проект содержит окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемой машины, и исходные данные для разработки рабочей документации.

Стадия рабочей конструкторской документации включает разработку конструкторской документации для изготовления опытного образца или опытной партии машин, изготовление и предварительные испытания опытного образца (опытной партии).

Испытания экспериментальных образцов проводят обычно на стендах по специально разработанной программе с регистрацией требуемых показателей и характеристик машины.

По результатам испытаний проводят коррекцию технической документации с целью дальнейшей оптимизации конструкции. Следует отметить, что такую коррекцию проводят и в процессе эксплуатации машины, постоянно совершенствуя ее конструкцию, делая ее более конкурентоспособной.

Автоматизация проектирования особенно эффективна, когда от автоматизации выполнения отдельных расчетов переходят к комплексной автоматизации, создавая для этого системы автоматизированного проектирования (САПР).

Реализация САПР позволяет с минимальными затратами машинного времени и человеческих ресурсов спроектировать машины с требуемыми характеристиками.