Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Посмотреть оригинал

Основные требования к деталям, узлам и механизмам

Одним из важнейших показателей, определяющих спрос на проектируемый объект, является его качество. Обеспечение необходимого качества возможно при удовлетворении эксплуатационных, производственно-технологических, экономических и эргономических требований, предъявляемых к деталям, узлам и механизмам.

К эксплуатационным требованиям относятся требования работоспособности, технического обслуживания и ремонта. Работоспособность — способность изделия выполнять заданные функции с параметрами, установленными в техническом задании (ТЗ). Техническое обслуживание — этап эксплуатации, направленный на поддержание надежности и готовности технических объектов и их элементов к штатной эксплуатации. В этот этап входят работы по профилактике, контролю, регулированию, смазке и др. Ремонт — это совокупность технических мероприятий, осуществляемых с целью восстановления работоспособности устройств.

Рассмотрим подробнее эксплуатационные требования. Они включают в себя показатели назначения (функциональные показатели), надежность, массу, габариты, КПД, точность и др.

Показатели назначения входят в техническое задание, в котором указывается назначение объекта, его состав, структура, особенности и ряд технико-экономических показателей:

  • ? технические характеристики — вид и скорость движения, производительность, надежность, масса, габариты, КПД, точность;
  • ? энергетические характеристики — источники питания, мощность, КПД;
  • ? устойчивость к внешним воздействиям, влияющим на работу объекта;
  • ? стоимость и другие показатели, зависящие от назначения объекта проектирования.

Отметим одно из противоречий, возникающих в группе эксплуатационных требований: для обеспечения требований технического обслуживания и ремонта необходимо предусмотреть в конструкции подходы к ряду агрегатов и узлов, что реализуется обычно введением люков, откидных крышек и т. д. Это приводит к увеличению массы конструкции, что нежелательно для технических характеристик изделий.

Важнейшей характеристикой механизма (объекта) является его надежность. Надежность — свойство изделий выполнять в течение заданного времени или заданной наработки свои функции и сохранять в заданных пределах эксплуатационные показатели. Надежность характеризуется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность — приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонта. Сохраняемость — свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение срока хранения, установленного в технической документации, а также после срока хранения и транспортирования. Свойство безотказности существенно для изделий, выход из строя которых вызывает катастрофические последствия, например отказ устройств летательного аппарата может привести к его гибели. Отметим, что у объектов, эксплуатирующихся на земле, после отказа возможно восстановление работоспособности. В наиболее ответственных системах для повышения надежности используется резервирование. Под резервированием понимают метод повышения надежности путем введения резервных и дублирующих частей, являющихся избыточными по отношению к минимальной, функциональной структуре изделия, необходимой и достаточной для выполнения заданных функций. Например, при низкой надежности электродвигателя для повышения надежности электропривода в конструкцию вводят второй (резервный) двигатель, а на КА для открытия активных замков дублирование осуществляется трижды. Для повышения надежности возможно использование предохранительных устройств, например предохранительных муфт, ограничивающих вращающий момент, передаваемый на последующие звенья передачи.

Массогабаритные показатели важны при создании технических объектов. Конструктор должен обеспечить требования ТЗ по массе. Основой минимальных массы и габаритов механизма является правильный выбор материала, рациональной конструктивно-силовой схемы, формы и размеров деталей, применение композитов и т. д. При выборе материала целесообразно использовать металлы с высокой удельной прочностью, неметаллы и композиты. При выборе формы детали балочного типа необходимо выбрать рациональное сечение и обеспечить равнопрочность. При разработке любой конструкции актуален вопрос материалоемкости, так как стоимость материала в общей стоимости изделия доходит до 80% в машиностроении, а в автомобильной промышленности — до 70%.

Важным параметром любого механизма является КПД. Одной из важнейших задач конструктора является обеспечение максимального КПД передачи. Повысить КПД можно путем перехода к более совершенным типам передач, у которых меньше потери на трение, например заменой передачи винт— гайка скольжения на шариковинтовую передачу (ШВП) или роликовинтовую передачу (РВП). При использовании подшипников скольжения нужно применять такие материалы для вала и подшипника, чтобы они образовывали антифрикционную пару, определяемую низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью при правильном выборе смазочного материала. При высоком КПД снижается расход энергии. В механизмах, узлах и деталях должна быть обеспечена необходимая точность. Снижение точности ухудшает эксплуатационные характеристики изделия, а завышение увеличивает стоимость конструкции.

Выполнение производственно-технологических требований обеспечивает технологичность конструкции. Технологичной называют такую конструкцию, для создания которой требуются наименьшие затраты времени, труда и средств при заданном объеме выпуска в условиях данного производства. Например, в серийном и массовом производствах более технологична та конструкция, в процессе изготовления деталей которой удается получить форму заготовки, максимально приближенную к конечной форме детали.

Рассмотрим примеры взаимодействия между эксплуатационными и производственно-технологическими требованиями. При повышении точности обработки и уменьшении шероховатости контактирующих поверхностей в подшипнике скольжения увеличивается его долговечность, т. е. улучшаются эксплуатационные показатели, однако повышаются затраты труда и средств, т. е. ухудшаются производственно-технологические и экономические показатели. Из этого противоречия следует, что не рекомендуется необоснованно завышать точность обработки поверхностей. Использование в конструкции стандартных деталей упрощает ее ремонт и позволяет автоматизировать изготовление таких деталей. Следовательно, улучшаются как эксплуатационные, так и производственно-технологические показатели, т. е. они взаимодействуют, а не противоречат один другому.

Экономические требования связаны с достижением минимальной стоимости изготовления и эксплуатации детали, узла и др. Уменьшение себестоимости, как правило, связано со снижением затрат живого труда, материалов, энергии на изготовление и эксплуатацию, с совершенствованием технологии и т. д.

Эргономические требования определяются безопасностью и комфортом для человека, эксплуатирующего объект, снижением или исключением вредных воздействий на человека и окружающую среду, повышением положительных эмоций.

Важно отметить, что в соответствии с ТЗ в первую очередь должны быть обеспечены эксплуатационные требования. Проектировщик большое внимание должен обращать не только на производство, но и на сбыт создаваемой продукции, т. е. технические и экономические характеристики конструкции должны быть увязаны с требованиями потребителя.

При проектировании привода или узла должны учитываться все перечисленные требования, а те из них, по которым осуществляется оценка объекта проектирования, становятся показателями качества — критериями, например критерий обеспечения минимальной массы конструкции или минимальной стоимости. Часто оптимизация системы осуществляется упрощенно и сводится к выбору наилучшего варианта конструкции, поэтому эффективнее ее проводить на основе математической теории оптимизации. В большинстве случаев задачи проектирования являются многокритериальными. При оптимизации полное удовлетворение всех требований часто нецелесообразно, поэтому ищут компромиссное решение, например используя метод Парето.

Работоспособность и надежность детали (элемента) обеспечивается за счет выполнения следующих основных требований: прочности, жесткости и стойкости к различным воздействиям (износу, вибрации, температуре и др.). Выполнение требований прочности при статическом, циклическом и ударном нагружениях должно исключить возможность разрушения, а также возникновения недопустимых остаточных и упругих деформаций. Требования жесткости к детали или контактной поверхности сводятся к ограничению возникающих под действием нагрузок деформаций, нарушающих работоспособность изделия, к недопустимости потери общей

устойчивости для деталей балочного типа, подвергающихся сжатию, и местной — у тонкостенных элементов. Должна быть обеспечена износостойкость детали, которая существенно влияет на долговечность работы механизма. Необходима стойкость к вибрации, определяемая вибропрочностью детали. Достаточно, чтобы для каждой детали выполнялись не все перечисленные требования, а лишь те, которые связаны с ее эксплуатацией. Например, пружина редуктора гидросистемы смазки машины должна удовлетворять требованиям прочности, жесткости, стойкости к изменению температуры и химическому воздействию среды, где она находится. Для другой детали — металлической гайки, нагруженной силой, требования сводятся лишь к обеспечению прочности в заданном интервале температур, а при контакте с влагой — защите от коррозии. При выполнении сформулированных требований деталь должна иметь минимальную массу и габариты, обладать необходимой точностью. Также необходимо выполнять и другие требования — обеспечить технологичность, безопасность изготовления и низкую стоимость детали.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы