Основи проектування і конструювання

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Федеральне агентство з освіти

Державна освітня установа вищої

професійної освіти

Основи проектування і конструювання

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

ЛЕКЦІЯ 1

План лекції

1.1. Введення

1.2. Завдання конструювання

1.3. Загальні відомості про машини і механізми

Конструювати [лат. construere] - створювати конструкцію чого-л.

КОНСТРУКТЙВНИЙ - 1) відноситься до конструкції; 2) такий, який можна покласти в основу чого-л., Плідний.

КОНСТРУКТОР - 1) особа, що займається створенням конструкцій різних пристроїв (машин, механізмів, споруд тощо) або їх окремих частин; 2) дитяча гра, що представляє собою набір деталей, з яких можна збирати різні предмети, машини, споруди.

КОНСТРУКЦІЯ [лат. constructio] - 1) будова, пристрій, взаємне розташування частин якого-л. предмета, машини, приладу, споруди і т.п., що визначається його призначенням; 2) спорудження або його частина, що характеризуються яким-л. ознакою, напр. залізобетонні, дерев'яні, монолітні, збірні конструкції, 3) грам. поєднання слів, що виступає в якості однієї синтаксичної одиниці.

ПРОЕКТ [<лат. projectus кинутий вперед] - 1) технічні документи - креслення, розрахунки, ма кети новостворюваних будівель, споруд, машин, приладів і т. д.; 2) попередній текст якого-л. документа і т. п.; 3) план, задум.

Проектувати 1 - 1) складати проект 1, 2) припускати зробити що-л., Намічати план.

Проектувати 2 - 1) геом. відображати якусь л. фігуру чи предмет на площину, креслити проекцію; 2) те ж, що проектувати.

1.1. Введення

Рішення завдання досягнення найвищого рівня науки, техніки, економіки та виробництва сприятиме збільшенню продуктивності суспільної праці та зменшення питомої витрати енергії і сировини на одиницю виробленої продукції. Основною метою машинобудування є забезпечення динамічного населення Землі різного роду виробами, необхідними для задоволення самих різних його потреб (у житло, харчування, роботу, дозвілля, засоби оборони, охороні здоров'я, вихованні та освіті та ін.)

1.2. Завдання конструювання

Завдання конструктора полягає у створенні машин, повно відповідають потребам народного господарства, що дають найбільший економічний ефект і володіють найбільш високими техніко-економічними та експлуатаційними показниками, конкурентно-спроможними на внутрішньому і зовнішньому ринках.

Головними показниками є: висока продуктивність, економічність, міцність, надійність, малі маса і металоємність, габарити, енергоємність, обсяг і вартість ремонтних робіт, витрати на оплату праці операторів, високий технічний ресурс і ступінь автоматизації, простота і безпека обслуговування, зручність управління, складання і розбирання.

У конструкції машин необхідно дотримуватись вимог технічної естетики. Машини повинні мати гарний зовнішній вигляд, витончену, сувору обробку.

Значимість кожного з перерахованих факторів залежить від функціонального призначення машини:

в машинах-генераторах і перетворювачах енергії на першому плані стоїть величина ККД, що визначає досконалість перетворення затрачуваної енергії в корисну;

в машинах-гарматах - продуктивність, чіткість і безвідмовність дії, ступінь автоматизації;

в металорізальних верстатах - продуктивність, точність обробки, діапазон виконуваних операцій;

у приладобудуванні - чутливість, точність, стабільність свідчень;

в транспортної техніки, особливо в авіаційній і ракетній, - мала маса конструкції, високий ККД двигуна, що обумовлює малу масу бортового запасу палива.

Проектуючи машину, конструктор повинен домагатися всебічного збільшення її рентабельності і підвищення економічного ефекту за весь період роботи. Економічний ефект залежить від обширного комплексу технологічних, організаційно-виробничих і експлуатаційних факторів. У даному курсі розглянуті тільки ті способи підвищення економічності, які безпосередньо пов'язані з конструюванням і залежать від діяльності конструктора і використовуваних ним засобів конструювання.

1.3. Загальні відомості про машини і механізми

Класифікація машин. Сучасне виробництво немислиме без всіляких високоефективних машин.

Машина - це механічний пристрій, призначений для виконання необхідної корисної роботи, пов'язаної з процесом виробництва або транспортування або ж з процесом перетворення енергії, руху або інформації.

Завдяки їх використанню підвищується продуктивність праці, полегшується фізичну і розумову працю людини і т.д.

За характером робочого процесу і призначенню машини поділяються на такі групи (класи):

1. Енергетичні машини, в яких будь-який вид енергії (електричної, теплової і т. п.) перетворюється на механічну роботу і навпаки. До цієї групи належать як машини-двигуни (електродвигуни, теплові та ядерні двигуни і т. п.), так і машини-перетворювачі (компресори, електричні генератори та ін.)

2. Технологічні або робочі машини, призначені для виконання виробничих процесів по зміні форми, властивостей і положення ня об'єктів праці (галузеві машини, наприклад металорізальні і ткацькі верстати, сільськогосподарські машини, поліграфічні, швейні, гірничодобувні та інші машини, роботи і т.п. ).

3. Транспортні машини, призначені для переміщення об'єктів праці.

4. Інформаційні (контрольно-управляючі) машини, у яких відбувається перетворення інформації, що вводиться для контролю, регулювання та управління технологічними процесами (обчислювальні, кібернетичні машини та ін.)

У залежності від способу управління розрізняють машини ручного управління (на вбудованому робочому місці або дистанційно), напівавтоматичного й автоматичної дії.

Машина, в якій перетворення енергії (матеріалів і інформації) відбувається без безпосередньої участі людини, називається машиною - автоматом. Сукупність машин-автоматів, з'єднаних між собою автоматичними транспортними пристроями, керованих єдиною системою управління та призначених для виконання певного технологічного процесу, утворює автоматичну лінію.

Механізми та їх призначення. Механізм - частина машини, в якій робочий процес реалізується шляхом виконання певних механічних рухів.

Будучи носієм цих рухів, механізм являє собою сукупність (систему) взаємопов'язаних тіл, призначених для перетворення руху одного або декількох тіл в необхідні рухи інших тіл.

Механізм здійснює: передачу енергії (руху), як правило, з перетворенням сил і характеристик закону руху від джерела, наприклад двигуна, до одного або декількох робочих органів машини; перетворення і регулювання механічного руху; задану компонування машини.

Якщо в перетворенні руху беруть участь як тверді, так і рідкі або газоподібні тіла, то механізм називається відповідно гідравлічним або пневматичним.

Деталь - виріб, виготовлений з однорідного за найменуванням і марки матеріалу без застосування складальних операція. До деталей можна віднести: валик з одного шматка матеріалу, литий корпус; пластину з біметалічного листа; друковану плату і т.д. Деталь може бути виготовлена ​​із застосуванням місцевих зварювання, пайки, склеюванні, зшивання і т.д. (Трубка паянная чи зварена з одного шматка листового матеріалу, коробка склеєна з одного шматка картону) і мати захисне або декоративне покриття.

Кінематичне ланка - це деталь або кілька деталей пов'язаних в роботі між собою нерухомо або взаємно нерухомо. Виконання ланок не з однієї, а з декількох з'єднаних між собою деталей забезпечує можливість:

виготовлення деталей з різних матеріалів, наприклад, вкладишів підшипників з бронзи або іншого антифрикційного матеріалу, а корпуса підшипника з чавуну;

зручної заміни швидкозношуваних деталей;

складання (наприклад, установка колінчастого валу в корінні підшипники двигуна здійсненна лише при знімних кришках) і полегшення складання машини;

полегшення виготовлення деталей зважаючи спрощення їх форми і зменшення розмірів;

більшої нормалізації, стандартизації та централізованого виготовлення деталей.

Кінематична пара - це поєднання двох ланок забезпечує їх відносну рухливість (важіль - стійка, штовхач - напрямна, щуп - напрямна).

За характером руху кінематичні пари діляться на:

- Обертальні;

-Поступальні.

За характером зіткнення ланок кінематичні пари діляться:

- Нижчі;

-Вищі.

Нижчими кінематичними парами називають такі кінематичні пари, в яких зіткнення ланок відбувається по поверхні.

Вищими кінематичними парами називають пари, в яких зіткнення ланок відбувається по лінії або точки.

Виробом називається будь-який предмет виробництва (або набір предметів), що підлягають виготовленню на підприємстві.

Вироби в залежності від їх призначення поділяють на вироби основного виробництва і допоміжного.

До виробів основного виробництва належать вироби, призначені для постачання (реалізації), до виробів допоміжного виробництва - вироби, призначені тільки для власних потреб підприємства.

Встановлено такі види виробів:

деталі;

складальні одиниці;

комплекси;

комплекти.

Складальна одиниця - виріб, складові частини якого підлягають з'єднанню між собою на підприємстві-виробнику складальними операціями (згвинчуванням, зчленуванням, клепкою, зварюванням, паянням, обпресуванням і т.д.), наприклад, автомобіль, верстат, редуктор, зварений корпус, маховичок з пластмаси з металевою арматурою і ін

Комплекс - два або більше специфікованих вироби, не з'єднаних на підприємстві - виробнику складальними операціями, але призначені для виконання взаємопов'язаних експлуатаційних функцій (автоматична телефонна станція, бурильна установка; виріб, що складається з метеорологічної ракети, пускової установки і засобів управління; корабель і т.п .).

Комплект - два або більше вироби, не з'єднаних на підприємстві-виробнику складальними операціями і представляють собою набір виробів, що мають загальне експлуатаційне призначення допоміжного характеру (комплект запасних частин, комплект інструменту і приладдя, комплект вимірювальної апаратури, комплект пакувальної тари і т.д.) .

ЛЕКЦІЯ 2

План лекції

2.1. Основні характеристики і вимоги, які пред'являються до машин і механізмів

2.1. Основні характеристики і вимоги, які пред'являються до машин і механізмів

Основними характеристиками машин є: призначення і область застосування, спосіб управління, потужність і продуктивність, коефіцієнт корисної дії, маса, габаритні розміри, вартість і ін

Продуктивність машин вимірюють в одиницях, які найбільш придатні для даного обладнання. Наприклад, продуктивність ткацьких верстатів характеризують кількістю метрів витканої тканини, транспортера - масою вантажу, що транспортується в одиницю часу і т.п.

Коефіцієнт корисної дії є характеристикою економічності машин. Він показує частку корисно реалізованої енергії та ефективність її використання.

Масу і габаритні розміри необхідно знати для транспортування машин та розміщення їх на виробничих площах.

Основні характеристики машин вказують у їх технічному паспорті.

До машин та механізмів висувають такі основні вимоги: працездатності; надійності; технологічності; економічності; ергономічності.

Працездатність. Працездатністю називають стан машин і механізмів, при якому вони здатні нормально виконувати задані функції з параметрами, встановленими нормативно-технічною документацією (технічними умовами, стандартами і т. п.).

Надійність. Надійністю вироби називають властивість виконувати задані функції, зберігаючи в часі значення встановлених експлуатаційних показників у заданих межах, що відповідають заданим режимам в умовах використання, технічного обслуговування, ремонту, зберігання і транспортування.

Надійність є загальною проблемою для всіх галузей машинобудування, приладобудування та інших галузей. Будь-яка сучасна машина або прилад, якими б високими характеристиками вони не володіли, будуть знецінені при ненадійною роботі.

Надійність виробу залежить від необхідної нара6откі, яка може обчислюватися в годинах роботи верстата, нальоту літака і т. д., в кілометрах пробігу автомобіля, гектарах обробленої землі для сільськогосподарської машини і т. д. Надійність залежить від всіх етапів створення й експлуатації виробів. Помилки проектування, похибки у виробництві, упакування, транспортування і експлуатації виробу позначаються на його надійності.

Надійність виробів обумовлюється їх безвідмовністю, довговічністю, ремонтопридатністю і сохраняемостью.

Безвідмовність - властивість зберігати працездатність протягом заданої напрацювання без вимушених перерв. Це властивість особливо важливо для машин, відмови яких пов'язані з небезпекою для життя людей (наприклад, літаки) або з перервою в роботі великого комплексу машин.

Довговічність - властивість виробу зберігати працездатність до граничного стану з необхідними перервами для ремонтів і технічного обслуговування.

Ремонтопридатність - пристосованість вироби до попередження, виявлення та усунення відмов і несправностей шляхом проведення технічного обслуговування і ремонтів.

Збереженість - властивість виробу зберігати потрібні експлуатаційні показники після встановленого терміну зберігання і транспортування.

Надійність деталей машин сильно залежить від того, наскільки близький режим роботи деталей по напруженням, швидкостей і температур до граничних, тобто від запасів за основними критеріями працездатності.

Надійність в значній мірі визначається якістю виготовлення, що може змінювати ресурс у кілька разів.

Надійність статично визначених механізмів при однакових номінальних напругах вище, ніж статично невизначених, що пов'язано з меншим впливом технологічних похибок, а також температурних і силових деформацій. Наприклад, самоустановлювальні конструкції, як правило, більш надійним, ніж несамоустанавлівающіеся.

Втрата працездатності виробів (повна або часткова) називається відмовою. Відмови за своєю природою можуть бути пов'язані з руйнуванням деталей або їх поверхонь (поломки, викришування, знос, корозія) або не пов'язані з руйнуванням (засмічення каналів, ослаблення з'єднань). Відмови бувають повні і часткові; раптові (наприклад, поломки) і поступові (зношування, корозія тощо); небезпечні для життя людини, важкі та легкі; переборні і непереборні. За час виникнення відмови діляться на пріработочние (що виникають в перший період експлуатації і пов'язані з відсутністю підробітки і з попаданням в збірку дефектних елементів); відмови при нормальній експлуатації (до прояву ізносових відмов) і ізносовие відмови, до яких у теорії надійності відносять також відмови по втоми і старіння.

Основним показником безвідмовності є ймовірність безвідмовної роботи протягом заданого часу або заданої напрацювання. Експериментально цей показник може бути оцінений як відношення кількості зразків, що зберегли працездатність, до загального числа випробуваних зразків, якщо останнє досить велике.

У зв'язку з тим, що відмова і безвідмовна робота взаємно протилежні події,

P (t) + Q (t) = 1,

де Q (t) = - Ймовірність відмови за час t; f (t) - щільність імовірності відмов.

Основні показники довговічності деталей: а) середній ресурс, тобто середнє напрацювання до граничного стану, і б) ресурс, який забезпечується у заданого числа ( ) Відсотків (наприклад, 90%) виробів, так званий гамма - процентний ресурс.

Імовірність безвідмовної роботи системи дорівнює по теоремі множення ймовірностей безвідмовної роботи елементів

P (T) = P (T) P (T) ... P (T).

Якщо

P (T) = P (T) = ... = P (T), то P (T) = Р (T).

Тому надійність складних систем маємо низькою, наприклад, при числі елементів n = 10 з однаковою ймовірністю безвідмовної роботи 0,9 загальна ймовірність 0,9 = 0,35.

У період нормальної експлуатації машин ізносовие відмови ще не виявляються і надійність характеризується раптовими відмовами. Ці відмови називаються несприятливим збігом багатьох обставин і мають постійну інтенсивність, не залежну від тривалості попередньої експлуатації виробу.

Технологічність. Під технологічністю розуміють сукупність ознак, які забезпечують найбільш економічне, швидке продуктивне виготовлення машин застосуванням прогресивних методів обробки при одночасному підвищенні якості, точності та взаємозамінності частин. У поняття технологічності слід ввести також ознаки, що забезпечують найбільш продуктивну збірку вироби (технологічність збірки) і найбільш зручний і економічний ремонт (технологічність ремонту).

Технологічність залежить від масштабу і типу виробництва. Одиничне і дрібносерійне виробництво пред'являють до технологічності одні вимоги, великосерійне та масове - інші. Ознаки технологічності специфічні для деталей різних груп виготовлення.

На малюнку 2.1 показані два приклади конструктивного виконання вузлів редуктора, коли конструктор вибирає один з варіантів оцінюючи, в тому числі, і технологічність конструкції.

У масовому виробництві штамповані «кришка» і «шків» будуть при всіх інших рівних умовах, більш кращі, тому що собівартість виготовлення одиниці продукції буде менше, ніж при отриманні деталей литтям з наступною механічною обробкою. При одиничному і серійному виробництвах обладнання і технологічне оснащення для штампування не окупиться.

Економічність. При оцінці економічності враховують витрати на проектування, виготовлення, експлуатацію та ремонт.

Економічність машин досягається за рахунок зниження матеріаломісткості, енергоємності та трудомісткості виробництва, за рахунок максимального коефіцієнта корисної дії в експлуатації при високій надійності; високою спеціалізацією виробництва і т. д.

Ергономічність. Досконалість і краса зовнішніх форм машини і зручність обслуговування суттєво впливають на ставлення до неї з боку обслуговуючого персоналу і споживачів.

Гарний зовнішній вигляд деталей, вузлів і машині надають форма та зовнішнє оздоблення конструкції (декоративна полірування, фарбування, нанесення гальванічних покритті і оксидних плівок і т. д.). Істотне значення має і вплив машин на навколишнє середовище.

Виконання зазначених вимог забезпечується в результаті створення і вдосконалення машин в процесі експлуатації, в якому беруть участь не тільки інженери-конструктори, а й інженери-технологи, інженери з експлуатації та ремонту, інженери-економісти та інші фахівці, а також техніки і робітники, зайняті в технологічних процесах.

Ось чому для розуміння принципу дії використовуються на виробництві машин, і особливо для їх вдосконалення (наприклад, з метою форсування режимів роботи, переналагодження і т. п.), необхідно мати уявлення про побудову машин, поширених у техніці механізмах, методи їх аналізу та оцінки надійності.

ЛЕКЦІЯ 3

План лекції

3.1. Службове призначення технологічного обладнання

3.2. Зміст технічних умов на обладнання

3.1. Службове призначення технологічного обладнання

Особливу значимість у формуванні якості проектованого устаткування має точність формулювання його службового призначення.

Під службовим призначенням обладнання розуміється максимально уточнена і чітко сформульована технологічна задача, для вирішення якої воно адресоване.

Службове призначення технологічного обладнання має відображати, в першу чергу, виробничу необхідність для задоволення якої воно створюється.

Воно повинно враховувати рівень і стан науково-технічних розробок в даній конкретній області.

Помилку на будь-якому етапі життєвого циклу устаткування можна виправити, помилку у формулюванні службового призначення виправити не можна. Якість створюваного устаткування залежить, насамперед, від якості опису службового призначення.

Загальна формулювання службового призначення повинна виражати загальну технологічну задачу, для вирішення якої створюється устаткування, наприклад: "токарний верстат призначений для обробки деталей типу тіл обертання різанням". Але загальне формулювання не розкриває конкретного призначення устаткування і її специфічних особливостей. Формулювання службового призначення повинна виражати не тільки спільне завдання, для вирішення якої створюється обладнання, але і всі додаткові умови та вимоги, які цю справу максимально уточнюють і конкретизують.

Тому, формулюючи службове призначення токарного верстата, необхідно уточнити розміри валів, для обробки яких верстат призначається.

Інше уточнення службового призначення токарного верстата може бути пов'язано з його продуктивністю. Якщо верстат призначений для виготовлення виробів широкої номенклатури, що випускаються в невеликих кількостях, то його конструкція повинна бути універсальною, якщо для масового випуску однакових виробів - то спеціальної.

Наступне уточнення службового призначення може бути пов'язане з вимогами до точності деталей, які повинні будуть оброблятися на верстаті, - точності розмірів, відносного повороту, форми і чисто ти поверхонь.

До числа параметрів, уточнюючих службове призначення токарного верстата, необхідно віднести режими обробки деталей, тип заготовок, їх матеріал, умови, в яких належить працювати верстата: можливі коливання температури навколишнього середовища, вологість і запиленість повітря і т. д.

Будь-яке обладнання створюється для виконання певного технологічного (робочого) процесу. Тому визначення службового призначення устаткування треба починати з вивчення та опису, тобто аналізу цього процесу.

Під технологічним процесом, реалізованим обладнання або з його допомогою, розуміють сукупність послідовних дій, спрямованих на досягнення певного результату. Такий процес практично завжди розвивається в безперервно змінних умовах. В часі не залишаються постійними якість вихідного продукту і кількість сообщаемой енергії, коливаються зовнішні параметри і стан устаткування.

Якісне вивчення технологічного процесу включає чотири основних аспекти:

вид вихідного продукту і істота нестабільності його якості;

вид енергії і її кількісні параметри;

фактори, що змінюють зовнішнє середовище, в якій належить працювати обладнанню;

сутність змін стану устаткування.

Основне джерело вихідних даних для проектування устаткування - як правило, опис технологічного процесу. Це може бути аналогічний процес якогось вже існуючого, якщо необхідно створити обладнання, що має аналог. Це може бути новий процес, проектування якого зазвичай передує проектуванню обладнання.

Виконання будь-якого технологічного процесу супроводжується різноманітними випадковими відхиленнями його параметрів від встановлених. Це характерно для наступних факторів:

якості вихідного продукту (предметів виробництва);

виду і меж зміни кількості енергії, що підводиться;

змін зовнішніх умов (температури, вологості, запиленості повітря і т. д.).

При проектуванні устаткування немає сенсу встановлювати в кожному конкретному випадку конкретну причину того чи іншого відхилення. Всі випадковості, нестабільності технологічного процесу називають його стохастичної невизначеністю.

У більшості практичних завдань стохастичну невизначеність технологічного процесу можна описати за допомогою випадкових величин, або випадкових функцій.

Причому в одних випадках достатньо використовувати тільки математичні очікування (середні значення) випадкових величин. В інших випадках необхідно використовувати характеристики випадкового розкиду (наприклад, дисперсію або коефіцієнт варіації). По-третє випадках необхідно оперувати законом розподілу ймовірностей, який є вичерпною характеристикою випадкової величини.

Для того щоб обладнання нормально виконувало свої функції у відповідності зі своїм службовим призначенням, необхідно встановити межі варіювання випадковостей, які супроводжують виконання процесу.

Для встановлення допусків на параметри, схильні випадковим розкиду, доцільно оперувати категорією ризику.

Під ризиком розуміють можливість настання несприятливого результату (події).

Існують аналізатори ризику. Один з них - імовірнісна міра ризику, що дорівнює ймовірності настання несприятливого результату. Інший вимірювач ризику - економічна міра ризику, що є функцією від імовірності настання несприятливого результату і розміру шкоди, спричиненої несприятливим результатом.

Імовірнісна міра ризику розкриває сутність взаємозв'язку між обсягом додаткових ресурсів, що залучаються для здійснення будь-якого процесу, і небезпекою настання несприятливої ​​події. Тобто хочеш знизити ризик, залучайте додаткові ресурси. Якщо ж економиш, то ризикуй.

Ризик може бути обумовлений не тільки стохастичної невизначеністю, але також епістемологічної та лінгвістичної невизначеностями.

Епістемологична невизначеність зумовлена ​​суб'єктивністю оцінок, суджень і поведінки розробників проектних рішень. Наприклад, встановлення запасу міцності конструкції в умовах відсутності методик розрахунку.

Лінгвістична невизначеність зумовлюється, як правило, обмеженістю штучної мови, використовуваного для опису реальних об'єктів і процесів. Наприклад, двовимірні проекції не повністю розкривають об'ємні уявлення про конструкцію деталі. Обмеженість керівництва з експлуатації може викликати небезпеку виходу з ладу обладнання з-за неправильної його експлуатації.

Формулювання службового призначення обладнання повинна, перш за все, містити вичерпні дані про продукцію, яку на ньому слід робити: вид, розміри, якість, кількість.

Іншу групу даних можуть скласти показники продуктивності. Вони визначаються при розробці технології виготовлення продукції і відповідних техніко-економічних розрахунках. Сюди ж можна віднести вимоги довговічності і надійності машини.

У формулювання службового призначення устаткування слід включати і умови, в яких йому доведеться працювати і виробляти продукцію необхідної якості у необхідних кількостях. Умови роботи беруться з опису технологічного процесу. У них входять показники (з допустимими відхиленнями), що характеризують якість вихідного продукту, що подається енергії, режими роботи устаткування і стан навколишнього середовища та ін.

Формулювання службового призначення устаткування може містити ряд додаткових відомостей, таких, як вимоги до зовнішнього вигляду, безпеки праці, зручності і простоті обслуговування і управління, рівня шуму, коефіцієнту корисної дії, ступеня механізації та автоматизації і т. п.

Чим глибше і правильніше визначені завдання, які повинні бути вирішені за допомогою проектованого устаткування, чим чіткіше будуть встановлені вимоги до нього, тим імовірніше і повніше успіх застосування цього обладнання у виробництві.

3.2. Зміст технічних умов на обладнання

Найважливіший документ, що відображає службове призначення вироби - це технічні умови (ТУ). Технічні умови - невід'ємна частина технічної документації на обладнання. Вони повинні містити всі вимоги до обладнання, до його виготовлення, контролю, приймання, постачання, а також ті, які недоцільно вказувати в конструкторській або іншої технічної документації.

ТУ є системним документом, тому що будь-які ТУ, тобто ТУ на будь-який виріб, повинні містити наступні розділи (крім, зрозуміло, вступної частини):

технічні вимоги;

правила приймання;

методи контролю (випробувань, аналізу, вимірювань);

транспортування та зберігання;

вказівки по експлуатації (застосування);

гарантії постачальника.

ТУ тісно пов'язані зі службовим призначенням виробів. Існує ГОСТ на ТУ. Це нормативний документ, узагальнюючий, уніфікує і узаконює всю практику їх розробки на самі різні вироби.

У вступній частині ТУ вказують характеристику об'єкта, в якому використовують дану продукцію, загальну характеристику або умовне позначення сфери застосування і умов експлуатації продукції (на відкритому повітрі, в умовах вологого тропічного клімату, в середовищі осушеного трансформаторного масла і т. п.).

У розділі "Технічні вимоги" вказують вимоги, "що визначають показники якості і експлуатаційні характеристики вироби". Показники та властивості продукції (виробів) обов'язково наводяться з урахуванням умов і режимів експлуатації, а також до умов і режимів випробувань.

Деякі вимоги неможливо встановити заздалегідь, так як відповідні показники не можуть бути виражені безпосередньо, а лише встановлені за умови однозначного дотримання будь-яких інших вимог (до організації виробництва, гігієнічні вимоги до виробничих приміщень і виконавцям, використання певних елементів технологічного процесу, матеріалів, покриттів , спеціального технологічного обладнання або оснащення, тривала тренування, обкатка, приробітку, витримка готових виробів або матеріалів, рецептура і т. д.). У цьому випадку всі ці вимоги повинні бути також приведені в розділі "Технічні вимоги".

Залежно від характеру та службового призначення виробу у відповідних ТУ повинні бути передбачені вимоги до якості, яким виріб повинен відповідати.

Термін "якість" неоднозначний. Найчастіше під якістю розуміють ступінь відповідності заданим вимогам. Крім того, якість це ще й сукупність різноманітних властивостей, безпосередньо випливають із специфіки конкретного виробу, і їм реалізованих, в ньому "об'єднуються". Перше якість реалізується через друге. Але це різні поняття, їх не слід змішувати. У ТУ вимоги до "якості" встановлюються саме у другому сенсі.

Вимоги до якості встановлюються залежно від службового призначення. Вони повинні і можуть враховувати наступні фактори:

фізико-хімічні, механічні та інші властивості, такі, як міцність, твердість, структура, шорсткість поверхні, хімічний склад, граничний вміст домішок, теплостійкість, термостійкість, зносостійкість, чутливість, точність і т. п.;

експлуатаційні показники: продуктивність, швидкість, коефіцієнт корисної дії, витрата електроенергії, палива і масла і т. д.;

група властивостей "надійності", тобто власне надійність, а також довговічність, безвідмовність, збереженість і т. д.

вимоги до конструкції, ергономічні, художньо-естетичні, органолептичні, біологічні, санітарно-гігієнічні та інші показники цього роду (скажімо, безпека в експлуатації, рівень шуму, перешкодозахищеність, зусилля, необхідні для управління та обслуговування, запаси регулювання органів управління, час готовності після включення, запах, смак, токсичність, маркувальні, захисні та інші види покриттів і т. п.);

стабільність параметрів при впливі факторів зовнішнього середовища (кліматичних, механічних, циклічних змін температури, агресивних середовищ і ін;

стійкість до миючих засобів, засобів дезинфекції, засобам і умовам стерилізації, паливу, олив; радіаційна стійкість і т. д.);

особливі вимоги, такі, як до умов та застереження при транспортуванні, зберіганні, користуванні, до вогне-та вибухонебезпечне, до термінів періодичного огляду, контролю, переконсервації і т.п.

ЛЕКЦІЯ 4

План лекції:

4.1. Організація процесу проектування-конструювання та освоєння технологічного обладнання

4.2. Стадії та етапи розробки конструкторської документації

4.1. Організація процесу проектування-конструювання та освоєння технологічного обладнання

Освоєння нового технологічного обладнання як правило передує велика попередня робота, що включає наукові дослідження, наукове прогнозування, патентний пошук, техніко-економічні дослідження, оцінку технологічних можливостей підприємства, урахування кон'юнктури ринку як усередині країни, так і за кордоном та ін

До нової техніки ставляться вперше реалізовані в народному господарстві результати наукових досліджень і прикладних розробок, що містять винаходи і науково-технічні досягнення, а також нові, більш досконалі технологічні процеси, знаряддя і предмети праці (нові моделі верстатів, засобів транспортування-завантаження та ін) , що забезпечують підвищення техніко-економічних показників виробництва.

Дослідно-конструкторська робота (ДКР) є, як правило, складний процес розробки одного або декількох виконань вироби, що поєднує власне конструкторські розробки з великим об'ємом розрахунково-експериментальних досліджень, виготовленням дослідних зразків обладнання та їх всебічної експериментальною перевіркою та відпрацюванням у процесі освоєння промислового виробництва .

Зміст ДКР обумовлено видом і призначенням проектованого устаткування, складністю і новизною його конструкції, способами виготовлення і використання його в умовах експлуатації.

Основні фази ДКР. Зазвичай виділяють три чітко виражені фази ДКР:

1-а фаза - формулювання мети (розробка технічного завдання) - процес осмислення конструкції на основі зіставлення та аналізу даних виробничого досвіду та результатів науково-дослідних робіт з потребами споживачів та формування попередніх (можливих і бажаних) обрисів об'єкта розробки, його істотних ознак, т . е. якісних особливостей, і кількісного вираження цих ознак з урахуванням даних інженерного прогнозування та параметричної оптимізації;

2-а фаза - інформаційне моделювання вироби (розробка проектної конструкторської документації: технічної пропозиції, ескізного і технічного проектів) - процес послідовного поглиблення ідеалізованих знань про об'єкт розробки, здійснюваний виходячи з даних технічного завдання та практичного досвіду шляхом виконання наступних робіт:

а) багаторазового (багатоваріантного) моделювання (промальовування) об'єкта за допомогою відображення його в документації, наступного порівняння й аналізу різних конструкцій, побудованих на різних поєднаннях складових конструктивних елементів, і виділення найбільш бажаного (оптимального) варіанту тобто розробки технічної пропозиції;

б) опрацювання та вивчення основних складових елементів оптимального варіанта конструкції та принципів їх взаємодії за допомогою відображення конструкції проектованого обладнання в конструкторської документації, тобто розробки ескізного проекту;

в) всебічного опрацювання і вивчення конструкції, всіх її елементів і їх взаємозв'язків за допомогою відображення їх у документації, що дозволяє отримати повне уявлення про будову та принцип роботи об'єкта, тобто розробки технічного проекту;

3-я фаза - матеріальне втілення конструкторського задуму (розробка робочої конструкторської документації досвідченого зразка або партії) - процес емпіричного пізнання об'єкта, здійснюваний шляхом виготовлення та експериментального дослідження натурних зразків обладнання в період освоєння його виробництва, зіставлення досвідчених даних з технічним завданням та документацією на нього та внесення необхідних уточнень в цю документацію.

Найважливіше завдання ДКР - забезпечення та підтримання якості проектованого об'єкта на сучасному техніко-економічному рівні і максимально можливе скорочення термінів виготовлення та освоєння нового обладнання.

У результаті проведення передпроектних досліджень (пошукових, патентних та ін), інженерного прогнозування та параметричної оптимізації об'єктів виробництва виявляються базові показники якості устаткування, які служать орієнтирами на всіх етапах ДКР.

Використання у конструкторській практиці ефективної системи управління якістю проектованих виробів сприяє підвищенню ефективності розробок, якості та конкурентоспроможності виробів.

4.2. Стадії та етапи розробки конструкторської документації

Конструювання машин - творчий процес з властивими йому закономірностями побудови і розвитку. Основні особливості цього процесу полягають у багатоваріантності рішення, необхідність узгодження прийнятих рішень з загальними і специфічними вимогами, що пред'являються до конструкцій, а також з вимогами відповідних ГОСТів, що регламентують терміни, визначення, умовні позначення, систему вимірювань, методи розрахунку і т. п.

Деталі, вузли, машини виготовляють за кресленнями, виконаним на основі проектів - сукупності розрахунків, графічних матеріалів та пояснень до них, призначених для обгрунтування та визначення параметрів конструкції (кінематичних, динамічних, геометричних та ін), її продуктивності, економічної ефективності. Для особливо відповідальних конструкцій проект доповнюють макетом або діючою моделлю.

Відповідно до ГОСТ 2.102 до конструкторських документів відносяться графічні та текстові документи, які окремо або в сукупності визначають склад і пристрій вироби, містять необхідні дані його розробки або виготовлення, контролю, приймання, експлуатації та ремонту.

У залежності від стадії розробки конструкторські документи поділяються на проектні (технічна пропозиція, ескізний проект і технічний проект) і робітники (робоча документація).

Номенклатуру конструкторських документів, що розробляються на виріб, визначають в сукупності два фактори:

- Вигляд виробу за ГОСТ 2.101-68 (деталь, складальна одиниця, комплекс, комплект);

- Стадія розробки конструкторської документації (технічної пропозиції, ескізного проекту, технічного проекту, робочої документації

Стадії розробки конструкторської документації та етапи робіт встановлені стандартом. Він узагальнює досвід, накопичений в передових країнах з проектування машин, приладів і апаратів.

Перша стадія - розробка технічного завдання - документа, що містить найменування, основне призначення, технічні вимоги, показники якості, економічні показники та спеціальні вимоги замовника до виробу.

Технічне завдання розробляють на основі вимог замовника з урахуванням досягнень і технічного рівня вітчизняних і зарубіжних конструкцій, патентного пошуку, а також результатів науково-дослідних робіт та наукового прогнозу.

Друга стадія. Розробка технічної пропозиції передбачає створення конструкторських документів, які містять технічні та техніко-економічні обгрунтування доцільності розробки нового обладнання на підставі аналізу технічного завдання замовника і різних варіантів конструкції, порівняльної оцінки проектних рішень з урахуванням конструкторських та експлуатаційних особливостей проектованого та існуючого обладнання, а також патентних матеріалів.

Технічна пропозиція розробляється з метою виявлення додаткових або уточнених вимог до виробу, його технічних характеристик, показників якості, які не могли бути зазначені в технічному завданні, якщо це доцільно зробити на основі попереднього опрацювання та аналізу різних варіантів конструкції виробу.

Найбільш характерні види робіт, які виконуються при розробці технічної пропозиції:

виявлення та опрацювання можливих проектних рішень, визначення особливостей цих варіантів за складом, структурою, принципом дії і т.п.;

перевірка варіантів на патентну чистоту і конкурентоспроможність з подальшим оформленням за необхідності заявок на винаходи;

перевірка відповідності варіантів вимогам техніки безпеки та виробничої санітарії;

порівняльна оцінка варіантів технічних рішень по всій сукупності виявлених властивостей і показників, конструктивним і експлуатаційним особливостям проектованого та існуючого обладнання;

вибір оптимального варіанта конструкції і встановлення вимог до наступної стадії розробки.

Особлива увага приділяється вивченню тенденцій та перспектив розвитку вітчизняної і зарубіжної техніки у відповідній області.

У технічну пропозицію включають конструкторські документи відповідно до ГОСТ 2.102.

У загальному випадку в нього може входити креслення загального вигляду, габаритний креслення, схеми, таблиці, розрахунки, патентний формуляр, відомість технічної пропозиції. До складу технічної пропозиції доцільно включати дані огляду і аналізу аналогічних конструкцій, наявних у вітчизняній і зарубіжній практиці, дані порівняння характеристик розроблюваного виробу з характеристиками аналогів, загальний вигляд виробу в оптимальному варіанті і опис його пристрою, компонування та принципу дії.

Технічна пропозиція після його розгляду та узгодження служить підставою для виконання ескізного або технічного проекту.

Третя стадія. Розробка ескізного проекту полягає в розробці комплекту документів, що містять принципові рішення і дають більш повне порівняно з попередньою стадією загальне уявлення про будову та принцип роботи виробу, а також технічні дані, обумовлені його призначенням, основні параметри і розміри.

Ескізний проект розробляється з метою встановлення принципових технічних рішень, що дають загальне уявлення про будову та принцип роботи проектованого устаткування, якщо така розробка визнається доцільною до розробки технічного проекту або робочої конструкторської документації.

У ескізний проект включаються конструкторські документи за ГОСТ 2.102, до яких в загальному випадку, в залежності від специфіки проектованого устаткування, його новизни і складності, можуть бути віднесені креслення загального вигляду, теоретичний розробки, габаритний креслення, монтажний креслення, схеми, відомості покупних виробів і узгодження їх застосування, програма і методика випробувань, таблиці, розрахунки, патентний формуляр, відомість ескізного проекту і пояснювальна записка до нього.

У пояснювальній записці до ескізного проекту наводять результати конструкторської опрацювання, у тому числі опис конструкції виробу, принципу його дії, техніко-економічні показники, а також пропозиції щодо подальших конструкторським та експериментальним роботам.

Ескізні проект після його розгляду та узгодження служить підставою для розробки технічного проекту або робочої документації.

Четверта стадія. Розробка технічного проекту включає роботи з розробки комплекту конструкторських документів, що містять остаточні технічні рішення і дають повне уявлення про будову та принцип роботи виробу, а також вихідні дані для розробки робочої конструкторської документації.

Технічний проект розробляють з метою підготовки необхідних для наступних робіт технічних даних як по виробу в цілому, так і за його складовим частинам і основних матеріалів.

При розробці технічного проекту в загальному випадку виконуються наступні основні роботи:

розробка конструкції виробу і його складових частин, принципових схем, схем з'єднань та інших схемних документів;

виконання техніко-економічних розрахунків, що підтверджують відповідність передбачуваних рішень технічним завданням та умовам виробництва виробу;

оцінка експлуатаційних даних вироби (транспортабельності, взаємозамінності, зручності обслуговування, ремонтопридатності, контролепригодности і т.п.), а також його естетичності та економічності, відповідності прийнятих рішень вимогам безпеки та виробничої санітарії, промислової аерології та охорони навколишнього середовища;

проведення експериментальних робіт (з розробкою, при необхідності, макетів і стендових установок) для контролю показників вихідних матеріалів і складових (комплектуючих) частин виробу;

остаточне оформлення заявок на розробку і виготовлення комплектуючих виробів і матеріалів, застосовуваних у проектованому виробі;

розробка робочої конструкторської документації на складові частини (складальні одиниці і деталі), якщо це викликається необхідністю прискорення видачі завдання на розробку спеціалізованого обладнання для їх виготовлення;

визначення робіт, які слід провести при розробці робочої конструкторської документації на додаток до робіт, передбачених технічним завданням і виконаної раніше проектною документацією.

Склад конструкторських документів, що входять в технічний проект, визначається з урахуванням складності та новизни проектованого устаткування відповідно до ГОСТ 2.102. У загальному випадку в комплект конструкторських документів технічного проекту можуть увійти креслення загального вигляду виробу і креслення окремих його (найбільш відповідальних, принципових і ін) деталей, теоретичний і габаритний креслення вироби, схеми, таблиці та розрахунки, відомості покупних виробів і узгодження їх застосування, технічні умови, патентний формуляр, відомість технічного проекту і пояснювальна записка до нього.

У пояснювальній записці до технічного проекту, поряд з докладним описом конструкції та принципу дії виробу, наводять:

обгрунтування застосованих матеріалів;

вимоги до точності виготовлення та складання виробу;

опис всіх систем, що входять до складу виробу;

остаточні техніко-економічні розрахунки.

Технічний проект після його узгодження та затвердження служить підставою для розробки робочої конструкторської документації.

П'ята стадія. Розробка робочої конструкторської документації виконується з метою формування комплекту конструкторських документів, необхідних для технологічної підготовки виробництва та організації процесів виготовлення виробу в заданих обсягах.

Основною метою ДКР на стадії розробки конструкторської документації для сталого серійного або масового виробництва є поетапне доведення конструкції виробу за результатами його виготовлення, дослідної перевірки і технологічної підготовки виробництва до відповідності вимогам технічного завдання та умов усталеного випуску виробів зі стабільними показниками якості.

Комплект робочих конструкторських документів, які виконуються на виріб, формується за ГОСТ 2.102 в залежності від його виду та стадії розробки. У нього в загальному випадку входять наступні документи:

основні конструкторські документи (креслення деталі - для деталей; специфікація - для складальних одиниць, комплектів і комплексів), що є для зазначених видів виробів обов'язковими;

інші конструкторські документи, в тому числі складальне креслення (для складальних одиниць обов'язковий), теоретичний, габаритний і монтажний креслення, схеми, таблиці, розрахунки, відомості (специфікацій, посилальних документів, покупних виробів і узгодження їх застосування, власників оригіналів), програма та методика випробувань, технічні умови, патентний формуляр.

Широке використання ЕОМ на всіх стадіях проектування необхідно, щоб позбавити конструктора від виконання трудомістких розрахунків, багатофакторного аналізу і великого обсягу графічних робіт.

ЛЕКЦІЯ 5

План лекції

5.1. Типи, види і комплектність конструкторських документів на проектоване обладнання

5.2. Позначення виробі і конструкторських документів. Класифікатор ЕСКД

5.3. Система позначення конструкторських документів

5.1 Типи, види і комплектність конструкторських документів на проектоване обладнання

Опис конструкції проектованого устаткування міститься в конструкторських документах.

Конструкторський документ (КД) в залежності від його призначення окремо або в сукупності з іншими документами визначає склад і пристрій вироби та містить необхідні дані для розробки, виготовлення, контролю, приймання, постачання, експлуатації та ремонту виробу.

Види конструкторських документів і характер міститься в них визначаються видом вироби і стадіями розробки конструкторської документації.

Залежно від змісту конструкторські документи поділяються на два типи:

графічні КД - документи, що містять графічне зображення виробу і (або) його складових частин, пристрої і принципу роботи, внутрішніх і зовнішніх зв'язків його функціональних частин;

текстові КД - документи, що містять в основному текст - суцільний або розбитий на графи. Текстові КД можуть у вигляді ілюстрацій містити графічний матеріал.

У залежності від того, про скількох виробах наведені відомості в конструкторському документі, вони діляться на наступні:

одиничний КД - документ, який містить відомості про одному виробі;

груповий КД - документ, який містить відомості про виконання декількох виробів.

У залежності від стадій розробки конструкторські документи поділяються на проектні і робочі.

Проектні документи розробляються за конструкторської опрацюванні варіантів вироби з метою визначення оптимального варіанта технічного рішення і не призначені для виробництва продукції.

Робочі конструкторські документи призначені для виготовлення контролю, приймання, постачання виробу і використання його за прямим призначенням в умовах експлуатації та відновлення властивостей при ремонті. У зв'язку з цим робочі конструкторські документи діляться на виробничі, експлуатаційні та ремонтні.

Залежно від способу виконання та характеру використання КД бувають такі:

оригінали - документи, виконані на будь-якому матеріалі, призначені для виготовлення за ними оригіналів КД;

оригінали - документи, виконані на будь-якому матеріалі, придатному для багаторазового зняття з них копій, і оформлені справжніми встановленими підписами. Якщо в якості першотвору використовується репрографічне копія, то справжні підписи мають бути поміщені на ній;

дублікати - документи ідентичні з оригіналом, виконані на будь-якому матеріалі, придатному для багаторазового зняття з них копій, і завірені підписом особи, відповідальної за випуск документів;

копії - документи ідентичні з оригіналом чи дублікатом, призначені для використання при розробці, виготовленні, експлуатації та ремонті вироби.

Номенклатура видів конструкторських документів, що розробляються на виріб в залежності від стадії розробки і видів виробів, та їх коди наведені в ГОСТ 2.102-68, ГОСТ 2.601-68, ГОСТ 2.602-68 і ГОСТ 2.701-84.

При визначенні комплектності конструкторських документів на виріб слід розрізняти:

основний конструкторський документ;

основний комплект конструкторських документів;

повний комплект конструкторських документів.

Основний конструкторський документ окремо або в сукупності з іншими записаними в ньому конструкторськими документами повністю і однозначно визначає даний виріб та його склад. Основними конструкторськими документами є:

креслення деталі - для деталей,

специфікація - для специфікованих виробів (комплексів, складальних одиниць, комплектів).

Виріб, застосоване за конструкторським документам, записується в документи інших виробів, складовою частиною яких вона є, за позначенням свого основного конструкторського документа. Вважається, що такий виріб застосовано за своїм основним конструкторському документу.

Обов'язковими для організації виробництва робочими конструкторськими документами є:

креслення деталі - для деталей;

специфікація - для комплексів та комплектів;

специфікація та складальне креслення - для складальних одиниць.

Основний комплект конструкторських документів виробу об'єднує конструкторські документи, що відносяться до всьому виробу в цілому. Таким чином, в основний комплект конструкторських документів можуть входити не тільки оригінальні документи, тобто вперше розроблені на даний виріб, але також запозичені та групові документи, що поширюються на даний виріб. Конструкторські документи складових частин в основний комплект конструкторських документів виробу не входять.

Відомості про документи основного комплекту наводяться:

для специфікованих виробів - у специфікації вироби в розділі "Документація",

для деталей - у технічних вимогах креслення деталі і в розділі "Документація" специфікації вироби, складовими частинами якого вони є.

Повний комплект конструкторських документів виробу в загальному випадку складається з документів основного комплекту КД на даний виріб і основних комплектів КД на всі складові частини даного вироби, застосовані за своїм основним КД, відомості про яких наведені в розділах "Складальні одиниці" і "Деталі" специфікації даного вироби.

5.2. Позначення виробі і конструкторських документів. Класифікатор ЕСКД

Позначення виробів конструкторських документів відіграють надзвичайно важливу роль при оперативній обробка техніко-економічної інформації. Він становлять невід'ємну частину мови опису виробничого процесу. Особливо актуальне завдання коректного позначення конструкторських документів в умовах широкого використання електронно-обчислювальної техніки. Для ефективного використання електронно-обчислювальної техніки необхідний єдиний формалізований інформаційно-пошуковий мова, створюваний на основі використання Єдиної системи класифікації і кодування техніко-економічної інформації (ЕСКК).

Одним з елементів ЕСКК є система позначення виробів і конструкторських документів машино-та приладобудування. Однак у діяв до останнього часу в промисловості стандарті (ГОСТ 5294-60 "Система креслярського господарства. Позначення креслень і інших технічних документів виробів основного виробництва") було відсутнє єдність у позначенні виробів. Він допускав використання двох систем позначення: предметної та знеособленою.

У предметній системі в позначенні міститься тільки інформація про входимость складових частин виробу, до якої потім прив'язується проста порядкова нумерація складових частин (складальних одиниць і деталей).

У знеособленої систему у позначенні відсутня інформація про входимость однієї складової частини виробу в інше і, в підсумку, в закінчений виріб. Тут основним компонентом є класифікаційна характеристика, що містить інформацію про найбільш суттєві характеристики вироби (ознаки класифікації).

Відсутність єдності, а також поширення ГОСТ 5294 - 60 тільки на вироби основного виробництва призвело до розробки безлічі локальних галузевих, заводських та інших класифікаторів виробів, що використовуються в системах позначень.

У таких умовах підприємства навіть однієї галузі промисловості не могли ефективно користуватися конструкторської документацією інших підприємств без зміни її позначень, що викликало додаткові витрати.

Крім того, відсутність єдиної класифікації не дозволяло привласнювати однакові класифікаційні характеристики однорідним виробам і здійснювати широке запозичення, уніфікацію і стандартизацію, скорочення номенклатури проектованих і виготовлених виробів та їх складових частин. Наявність різних систем класифікації та структур позначення порушувало єдність інформаційного мови, послаблювало обмін інформацією, знижувало ефективність функціонування АСУ і взаємодію окремих ланок народного господарства. За відсутності єдності позначень не забезпечувався очікуваний економічний ефект і від ЕСКД, впровадженої в сферах розробки, виробництва, експлуатації та ремонту виробів.

При вирішенні основних конструкторських завдань доводиться мати справу з пошуком і запозиченням конструкторських документів по. їх позначенням, що може бути успішно досягнуто за наявності, лише єдиної системи позначення виробів і документів та єдиного класифікатора виробів.

Для виправлення такого становища Держстандарт спільно з промисловими міністерствами і відомствами розробив державний стандарт на знеособлену класифікаційну систему позначення виробів і конструкторських документів та Класифікатор ЕСКД.

За основу розробки цих документів були прийняті наступні принципові положення:

повна відмова від предметної системи, що не забезпечує єдності позначення, що обмежує можливості тематичного пошуку документів і виробів і перешкоджає уніфікації, стандартизації та запозичення виробів;

поширення єдиної системи позначення на вироби основного і допоміжного виробництва всіх галузей промисловості.

Розроблені ГОСТ 2.201-80 "ЕСКД. Позначення виробів і конструкторських документів" та Класифікатор ЕСКД забезпечують:

і встановлення єдиної знеособленої класифікаційної системи позначення виробів і конструкторських документів, що дозволяє введення у всіх галузях промисловості єдиного порядку побудови, оформлення, обліку, зберігання та обігу цих документів;

можливість використання організаціями та підприємствами при розробці, виробництві, експлуатації та ремонті виробів конструкторської документації, розробленої іншими організаціями та підприємствами, без її переоформлення;

впровадження у виробництво автоматизованого і полегшення ручного пошуку виробів і конструкторських документів, розробку вторинних конструкторських і технологічних документів з застосуванням ЕОМ, впровадження систем автоматизованого проектування (САПР) та підготовки виробництва;

використання класифікаційних угруповань для виявлення об'єктів і визначення напрямків стандартизації уніфікації виробів.

Вирішення цих завдань дасть можливість скоротити терміни і трудомісткість розробки, освоєння у виробництві та виготовлення виробів, скоротити терміни і трудомісткість технологічної підготовки виробництва, скоротити номенклатуру виробів і запасних частин до них, збільшити серійність їх виробництва, впровадити обчислювальну техніку в сферу проектування та управління виробництвом, підвищити мобілізаційну готовність промисловості.

5.3. Система позначення конструкторських документів

Кожному виробу відповідно до ГОСТ 2.101-68 має бути присвоєно позначення. Позначення виробу є одночасно позначенням його основного конструкторського документа (креслення деталі або специфікації).

Позначення виробам присвоюються централізовано або децентралізовано.

Централізоване присвоєння позначень здійснюється організаціями, яким це доручено міністерством, відомством, у межах об'єднання, галузі.

Децентралізоване присвоєння позначень здійснюють організації-розробники.

Позначення виробів і конструкторських документів записуються в інші документи без скорочень, за винятком, випадків, передбачених ГОСТ 2.113-75. Деталям, на які не випущені креслення відповідно до ГОСТ 2.109-73, присвоюються самостійні позначення за загальними правилами.

ГОСТ 2.201-80 встановлює наступну структуру позначення виробу і його основного конструкторського документа:


ХХХХ.


ХХХХХХ.


XXX

Код організації-розробника



Код класифікаційної характеристики



Порядковий реєстраційний номер



Чотиризначний символьний код організації-розробника призначається за кодифікатору організацій-розробників. При централізованому присвоєння позначення замість коду організації-розробника вказується код, виділений для централізованого присвоєння позначення.

Код класифікаційної характеристики присвоюється виробу й конструкторському документу з Класифікатором ЕСКД.

Порядковий реєстраційний номер присвоюється за класифікаційною характеристиці від 001 до 999 у межах коду організації-розробника при децентралізованому присвоєння позначень, при централізованому - в межах коду організації, виділеного для централізованого присвоєння.

Позначення неосновного конструкторського документа складається з позначення вироби та коду документа:

ХХХХ.ХХХХХХ. XXX XXX

Позначення виробу


Код класифікаційної характеристики


Код документа від позначення вироби точкою не відокремлюється і повинен містити не більше чотирьох знаків, включаючи номер частини документа (при її наявності). Структура коду документів встановлена ​​ГОСТ 2.102-68, ГОСТ 2.105-70, ГОСТ 2.601-68, ГОСТ 2.602-68 і ГОСТ 2.701-84. Наприклад:

АБВГ.ХХХХХХ.002СБ - складальне креслення;

АБВГ.ХХХХХХ.002ТО 10 - технічний опис, 11-а частина;

АБВГ.ХХХХХХ.002ЕЗ - схема електрична принципова;

АБВГ.ХХХХХХ.002ПЕЗ - перелік елементів до схеми електричної принципової;

АБВГ.ХХХХХХ.002Е4.2 - схема електрична з'єднань блоку живлення, 3-а схема, випущена у вигляді самостійного документа схеми з'єднань.

ЛЕКЦІЯ 6

План лекції:

6.1. Освіта похідних машин на базі уніфікації і стандартизації

6.2. Методи створення виробничих уніфікованих машин

6.1. Освіта похідних машин на базі уніфікації і стандартизації

Уніфікація являє собою ефективний і економічний спосіб створення на базі вихідної моделі ряду похідних машин однакового призначення, але з різними показниками потужності, продуктивності т. Д. або машин різного призначення, що виконують якісно інші операції, також розрахованих на випуск іншої продукції.

Уніфікація. Уніфікація полягає в багаторазовому застосуванні в конструкції одних і тих самих елементів, що сприяє скороченню номенклатури деталей і зменшення вартості виготовлення, спрощення експлуатації та ремонту машин.

Уніфікація конструктивних елементів дозволяє скоротити номенклатуру обробного, вимірювального та монтажного інструменту. Уніфікації піддають посадочні сполучення (по посадкових діаметрам, посадками точності розмірів), резь6овие з'єднання (за діаметрами, типами різьблень, посадкам і точності розмірів, розмірами під ключ), шпонкові і шліцьові з'єднання (за діаметрами, формам шпонок і шліців, посадкам і точності розмірів ), зубчасті зачеплення (за модулями, типами зубів і точності розмірів), фаски і галтелі (за розмірами і типами) і т. д.

Уніфікація оригінальних деталей і вузлів може бути внутрішнього (в межах даного виробу) і зовнішньої (запозичення деталей з інших машин даного або суміжного заводу).

Найбільший економічний ефект дає запозичення деталей серійно виготовлених машин, коли деталі можна отримати в готовому вигляді. Запозичення деталей машин одиничного виробництва, машин, знятих або які підлягають зняттю з виробництва, а також знаходяться у виробництві на підприємствах інших відомств, коли отримання деталей неможливо або важко, має тільки одну позитивну сторону: перевіреність деталей досвідом експлуатації. У багатьох випадках і це виправдовує уніфікацію.

Уніфікація марок і сортаменту матеріалів, електродів, типорозмірів кріпильних деталей, підшипників кочення та інших стандартних деталей полегшує постачання заводу-виготовлювача і ремонтних підприємств матеріалами, стандартними покупними виробами.

Ступінь уніфікації оцінюють коефіцієнтом уніфікації До ун, який представляють як відношення:

До ун = Z ун / Z ∙ 100%,

де Z - загальна кількість деталей виробу; Z ун - число уніфікованих деталей.

Стандартизація. Стандартизація є регламентування конструкції і типорозмірів широко застосовуються машинобудівних деталей, вузлів і агрегатів.

Майже у кожної спеціалізованої проектної організації стандартизують типові для даної галузі машинобудування деталі і вузли. Стандартизація прискорює проектування, полегшує виготовлення, експлуатацію та ремонт машин і при доцільною конструкції стандартних деталей сприяє збільшенню надійності машин.

Стандартизація дає найбільший ефект при скороченні числа застосовуваних типорозмірів стандартів, тобто при їх уніфікації. У практиці проектних організацій ця задача вирішується випуском о г р а н і ч і т е л е ї, що містять мінімум стандартів, що задовольняють потребам проектованого класу машин.

Переваги стандартизації реалізуються повною мірою при централізованому виготовленні стандартних виробів на спеціалізованих заводах. Це розвантажує машинобудівні заводи від трудомісткої роботи виготовлення стандартних виробів і спрощує постачання ремонтних підприємств запасними частинами.

Ступінь стандартизації оцінюють коефіцієнтом:

До ст = N ст / N ∙ 100%,

де N ст - число стандартних деталей; N загальне число деталей у виробі.

Не можна погодитися з поширеним серед конструкторів (особливо конструкторів творчого складу) зневажливим ставленням до стандартів. Стандартизація є істотним чинником зниження собівартості машин і прискорення проектування. Однак неодмінною умовою є висока якість стандартів, безперервне їх вдосконалення.

Крім того, застосування стандартів не повинно обмежувати творчу ініціативу конструктора і перешкоджати пошуків нових, більш раціональних конструктивних рішень. При конструюванні машин не слід зупинятися перед застосуванням нових рішень у сферах, охоплених стандартами, якщо ці рішення мають явну перевагу.

6.2. Методи створення виробничих уніфікованих машин

В даний час існує декілька напрямків вирішення цього завдання уніфікації. Не всі вони є універсальними. У більшості випадків кожний метод можна застосовувати лише до певних категорій машин, причому їх економічний ефект різний.

Наведена нижче класифікація методів створення виробничих уніфікованих машин є умовною. Деякі з цих методів тісно взаємопов'язані; провести сувору межу між ними важко. Можливо поєднання і паралельне застосування двох або декількох методів.

Секціонування. Метод секціонування полягає в розділенні машини на однакові секції та освіті похідних машин набором уніфікованих секцій.

Секционированию добре піддаються багато видів підйомно-транспортних пристроїв (стрічкові, скребкові, ланцюгові конвеєри). Секціонування в даному випадку зводиться до побудови каркасу машин із секцій і складання машин різної довжини з новим несучим полотном. Особливо просто секціонувального машини зі ланковим несучим полотном (ковшові елеватори, пластинчасті конвеєри з полотном на основі втулкових роликових ланцюгів), у яких довжину полотна можна змінювати вилученням або додаванням ланок.

Економічність освіти машин цим способом мало страждає від введення окремих нестандартних секцій, які можуть знадобитися для пристосування довжини машини до місцевих умов.

Секционированию піддаються також дискові фільтри, пластинчасті теплообмінники, відцентрові, вихрові та аксіальні гідравлічні насоси. В останньому випадку набором секцій можна отримати ряд багатоступеневих насосів різного напору, уніфікованих по основним робочим органам.

Метод зміни лінійних розмірів. При цьому методі з метою отримання різної продуктивності машин і агрегатів змінюють їх довжину, зберігаючи форму поперечного перерізу. Метод застосуємо до обмеженого класу машин (головним чином роторних), продуктивність яких пропорційна довжині ротора (шестеренні і відцентрові насоси, компресори, мішалки, вальцювальні машини і т.д.).

Ступінь уніфікації при цьому методі невелика. Уніфікуються тільки торцеві кришки корпусів і допоміжні деталі. Головний економічний виграш дає збереження основного технологічного обладнання для обробки роторів і внутрішніх порожнин корпусів. Приватним випадком застосування даного методу є підвищення навантажувальної здатності зубчастих передач за рахунок збільшення довжини зубів коліс із збереженням їх модуля.

Метод базового агрегату. В основі цього методу лежить застосування базового агрегату, що перетворювався в машини різного призначення приєднанням до нього спеціального обладнання. Найбільше застосування метод має при створенні дорожніх машин, самохідних кранів, навантажувачів, укладальників, а також сільськогосподарських машин.

Базовим агрегатом в даному випадку звичайно є тракторне або автомобільне шасі, яке випускається серійно. Монтуючи на шасі додаткове обладнання, отримують серію машин різного призначення.

Приєднання спеціального обладнання потребує розробки додаткових механізмів і агрегатів - коробок відбору потужності, підйомних і поворотних механізмів, лебідок, реверсів, гальм, механізмів управління, кабін, які, у свою чергу, можна значною мірою уніфікувати.

Конвертування. При методі конвертації базову машину або основні її елементи використовують для створення агрегатів різного призначення, іноді близьких, а іноді різних по робочому процесу. Прикладом конвертації може бути переклад поршневих двигунів внутрішнього згоряння з одного виду палива на інший, з одного виду теплового процесу на інший (з циклу іскрового запалювання на цикл із запалюванням від стиснення).

Бензинові карбюраторні двигуни легко конвертуються в газові. Для цього достатня заміна карбюратора змішувачем і зміна ступеня стиснення (досягається найпростіше зміною висоти поршнів) і деякі другорядні конструктивні переробки. У цілому двигун залишається таким самим.

Конвертування бензинового або газового двигуна в дизель представляє більш важке завдання, головним чином зважаючи на притаманних дизелю підвищених робочих навантажень, обумовлених високим ступенем стиснення і великим тиском спалаху. Отже, конвертований двигун повинен володіти значними запасами міцності. Конвертування в даному випадку полягає в заміні карбюратора паливним насосом і форсунками (або насос-форсунками), зміну ступеня стиснення (зміна головок циліндрів, збільшення висоти поршнів або зміна конфігурації їх днищ).

Іншим прикладом конвертування є переведення роботи поршневих повітряних компресорів на інший газ (аміак, фреон). У цьому випадку при переробці необхідно враховувати відмінність фізичних і хімічних властивостей робочих реагентів і відповідно вибирати матеріали робочих деталей.

Прикладом конвертації агрегатів, сильно різняться по робочому процесу, може служити перетворення двигуна внутрішнього згорання в поршневий компресор. Конвертування в даному випадку включає заміну головок двигуна клапанними коробками з відповідною зміною механізму розподілу і вимагає значних переробок.

Компаундування. Метод компаундування (паралельного з'єднання машин або агрегатів) застосовують з метою збільшення загальної потужності або продуктивності установки. Спарюємо машини можуть бути або встановлені поруч як незалежні агрегати, або пов'язані один з одним синхронізуючими, транспортними та іншими подібними пристроями, або, нарешті, конструктивно об'єднані в один агрегат.

Прикладом суміщення першого типу є парна установка суднових двигунів, що працюють кожен на свій гвинт, а також встановлення двох або більшої кількості двигунів в крилах літака. Крім підвищення загальної потужності (при затруднительности створення двигуна великої потужності) цей спосіб іноді дозволяє вдало вирішувати інші завдання. Так, паралельна установка суднових двигунів збільшує маневреність судна, особливо на малому ходу. Установка декількох двигунів на літаку полегшує віражірованіе і вирулювання на землі, застосування декількох двигунів до певної міри збільшує також надійність: при виході з ладу одного з двигунів можна продовжувати рейс, хоча і зі зниженою швидкістю.

Прикладом суміщення другого типу є паралельна установка машин-знарядь групами (по дві-три). Її застосовують в автоматичних лініях, коли продуктивність окремої машини, що входить у потік, значно поступається продуктивності всієї лінії. Така установка вимагає поділу потоку на два або більше потоків (на кількість паралельно встановлюваних машин) з подальшим з'єднанням їх в один.

Прикладом суміщення третього типу є здвоювання або страіваніе лінійних машин-знарядь, тобто об'єднання декількох робочих трактів на загальній станині. У результаті виходить многолинейная паралельно-потокова машина з продуктивністю, підвищеної на кількість трактів.

Модифікування. Модифікування називають переробку машини з метою пристосувати її до інших умов роботи, операцій і видів продукції без зміни основної конструкції.

Модифікування машини для роботи в різних кліматичних умовах зводиться переважно до заміни матеріалів. У машинах, що працюють в умовах жаркого і вологого клімату (машини тропічного виконання), застосовують корозійно-стійкі сплави; в машинах, експлуатованих в областях з суворим кліматом (машини арктичного виконання) - хладостойкіх матеріали; системи змащення пристосовують до роботи при низьких температурах.

Модифікування стаціонарних машин для роботи на морському транспорті (машини морського виконання) полягає у всебічному полегшенні машини шляхом заміни важких сплавів (чавуну) легкими (алюмінієвими) і введенням матеріалів, стійких проти корозії у вологому морському повітрі і при зіткненні з морською водою.

Складніше модифікування машин з метою їх пристосування до різних операцій або виробів. У цьому випадку метод модифікування тісно пов'язаний з методом агрегатування. Іноді в поняття модифікування вкладають сенс модернізації машин і поліпшення їх показників.

Агрегатування. Агрегатування полягає у створенні машин шляхом поєднання уніфікованих агрегатів, що представляють собою автономні вузли, що встановлюються в різній кількості і комбінаціях на загальній станині.

Найбільш повне відображення цей принцип одержав у конструкції агрегатних металообробних верстатів. Такі верстати створюють на основі уніфікованих блоків (основні блоки, механізми синхронізації, поворотні столи, корпусу загального призначення, станини, тумби, допоміжні вузли, системи подачі мастильно-охолоджуючих рідин).

Велика частина виробу в процесі обробки залишається нерухомою. До нього з різних сторін підводять відповідним чином налаштовані блоки; операції обробки відбуваються одночасно, що прискорює технологічний процес.

Основні переваги агрегатування: скорочення строків і вартості проектування та виготовлення машин, спрощення обслуговування та ремонту, можливість переналагодження для обробки різноманітних деталей. Метод агрегатування досить перспективний. Крім металорізальних верстатів він застосовується для інших машин-знарядь.

Частковим агрегатуванням є використання стандартизованих вузлів і агрегатів з числа серійно випускаються промисловістю (редуктори, насоси, компресори), а також запозичення з серійно виготовлених виробів вузлів і агрегатів (коробок швидкостей, механізмів перемикання муфт, фрикціонів і т. д.).

Комплексна стандартизація. Близький до агрегатування метод комплексної стандартизації, застосовуваний для агрегатів найпростішого типу (відстійники, випарні установки, виготовлення сумішей установки). Простота конструктивних форм цих агрегатів дозволяє стандартизувати всі або майже всі елементи їх конструкції. Стандартизації за типорозмірами піддаються обичайки резервуарів, днища, кришки, лази, люки, арматура, лапи кріплення, стійки. Стандартизують також вузли (теплообмінники, приводи мішалок, дозуючі пристрої) і т. д.

Особливістю апаратів цього типу є широке застосування допоміжного покупного устаткування (насосів, фільтрів, приладів контролю і керування, засобів автоматизації).

Зі стандартних деталей, уніфікованих вузлів і покупного устаткування можна компонувати апарати:

з однаковим робочим процесом, але з різними розмірами і продуктивністю;

однакового призначення, але з різними параметрами робочого процесу (тиск, вакуум, температура);

різного призначення і з різним робочим процесом.

Уніфіковані ряди. У деяких випадках можливе утворення ряду довільних машин різної потужності або продуктивності шляхом зміни числа головних робочих органів та їх застосування в різних поєднаннях. Такі ряди називають сімейством, гамою або серією машин. Цей спосіб застосовується до машин, потужність або продуктивність яких залежить від числа робочих органів.

Метод забезпечує наступні технологічні та експлуатаційні переваги:

спрощення, прискорення і здешевлення процесів проектування і виготовлення машин;

можливість застосування високопродуктивних методів обробки уніфікованих деталей;

зменшення термінів доведення і освоєння дослідних зразків (завдяки отработанности головних робочих органів);

полегшення експлуатації;

скорочення термінів підготовки обслуговуючого технічного персоналу і термінів ремонту машин, а також спрощення постачання запасними деталями.

Класичним прикладом освіти уніфікованих машин є створення рядів чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння на основі уніфікованої циліндричної групи і частково уніфікованої шатунно-поршневої групи. Поєднання циліндрів обмежується умовою врівноваженості сил інерції зворотно-поступально рухомих мас і умовою рівномірного чергування спалахів. Так як потужність двигуна пропорційна числу циліндрів, то представлений ряд двигунів дозволяє теоретично одержати сімейство двигунів з дуже широким діапазоном потужностей.

ЛЕКЦІЯ 7

План лекції

7.1. Машинобудівні матеріали. Властивості металів.

7.2. Чорні метали.

7.3. Кольорові метали і сплави.

7.4. Термічна і хіміко-термічна обробка сталі.

7.5. Корозія металів і захисні покриття

7.6. Неметалеві матеріали.

7.1 Машинобудівні матеріали. Властивості металів

Розрахунок і проектування деталей починаються з вибору матеріалу і призначення режимів обробки його, які визначаються конструктивними (забезпечення надійності), технологічними (вид виробництва - одиничне, серійне, масове) і економічними міркуваннями. Для виготовлення деталей в машинобудуванні широко використовують сталі і чавуни, алюмінієві, магнієві, титанові і мідні сплави, а також різні неметаллліческіе матеріали.

Метали і їх сплави є найважливішими матеріалами, застосовуваними для виготовлення різних машин, верстатів, приладів, інструментів і споруд.

Характерними ознаками металів є металевий блиск, висока електропровідність і теплопровідність, а також пластичність, тобто здатність змінювати свою форму при обробці тиском.

Технічно чисті метали мають обмежене застосування в промисловості. Більшість найбільш поширених металів в техніці застосовується у вигляді металевих сплавів, які володіють більш цінними механічними, технологічними і іншими властивостями, ніж чисті метали.

Властивості металів поділяються на фізичні, хімічні, механічні та технологічні.

Фізичні властивості металів. До фізичних властивостей відносяться щільність, плавлення (температура плавлення), теплопровідність, теплове розширення і ін

Щільність - кількість речовини, що міститься в одиниці об'єму.

Плавлення - здатність металу переходити з кристалічного (твердого) стану в рідкий з поглинанням теплоти.

Теплопровідність - здатність металу з тією чи іншою швидкістю проводити тепло.

Електропровідність - здатність металу проводити електричний струм.

Теплове розширення - здатність металу збільшувати свій об'єм при нагріванні.

Хімічні властивості металів. Хімічні властивості металів характеризують ставлення їх до хімічних впливів різних активних середовищ. Основними хімічними властивостями металів є окислюваність і корозійна стійкість.

Окислюваність - здатність металу вступати в реакцію з киснем під впливом окислювачів.

Корозійна стійкість - здатність металу чинити опір корозії.

Механічні властивості металів. До механічних властивостей металів відносять твердість, міцність, в'язкість, пружність і пластичність.

Твердість - здатність металу чинити опір проникненню в нього більш твердого тіла.

Міцність - здатність металу чинити опір руйнуванню під дією зовнішніх сил.

В'язкість - здатність металу чинити опір швидко зростаючим ударних навантажень.

Пружність - здатність металу відновлювати свою початкову форму і розміри після зняття діючого навантаження.

Пластичність - здатність металу, не руйнуючись, змінити свою форму під дією навантаження і зберігати отриману форму після зняття навантаження.

Технологічні властивості металів. Технологічні властивості металів визначають їх здатність піддаватися різним видам обробки. Основними технологічними властивостями металів є гнучкість, зварюваність, жидкотекучесть, прокаливаемость, обробка різанням.

Ковка - здатність металу змінювати свою форму в нагрітому або холодному стані під дією зовнішніх сил.

Зварюваність - здатність двох частин металу при нагріванні міцно з'єднуватися один з одним.

Жидкотекучесть - здатність розплавленого металу легко розтікатися і добре заповнювати форму.

Прокаливаемость - здатність металу загартовуватися на ту чи іншу глибину.

Оброблюваність різанням - здатність металу піддаватися механічній обробці ріжучим інструментом з певною швидкістю і зусиллям різання.

Метали і сплави діляться на чорні і кольорові. До чорних відносять залізо і слави на його основі (сталь, чавун і т.д.), до кольорових - всі інші метали і сплави.

Правильний вибір конструктором матеріалів для виготовлення машини і окремих її частин визначає якість майбутньої розробки та оптимальні техніко-економічні показники.

7.2. Чорні метали

До чорних металів належать чавуни і сталі, що представляють собою сплави заліза з вуглецем, до складу яких входять ще і кремній, фосфор, марганець, сірка та інші елементи.

Чавун - нековким, залізовуглецевих сплавів, в якому вміст вуглецю перевищує 2%. До складу його також входять кремній, марганець, фосфор, сірка.

Він має високі ливарні властивості, що визначили область його використання в якості конструкційного матеріалу. Добре обробляється різанням, утворюючи високоякісну поверхню для вузлів тертя і нерухомих з'єднань.

У чавуні вуглець міститься у вільному стані у вигляді графіту або у зв'язаному стані у виді карбіду або цементиту. Чавуни в яких вуглець перебуває у вигляді графіту, мають у зламі сірий колір і грубозернисті будову. Вони добре обробляються ріжучим інструментом, мають високі ливарні якості, відносно невисоку температуру плавлення (1100 - 1200 0 С), невелику усадку (1%) і застосовуються для виготовлення багатьох деталей машин і механізмів. Ці чавуни називаються сірими або ливарними.

Чавуни, в яких вуглець міститься тільки у вигляді хімічної сполуки із залізом, мають в зламі білий колір. Вони погано обробляються різанням і зазвичай використовуються для одержання сталі. Ці чавуни називаються білими або передільними.

Крім білого і сірого чавунів для відливання деталей у тракторній, автомобільної та інших галузях промисловості вживається ще й так званий ковкий чавун, який виходить з білого чавуну спеціальним відпалом (томлінням) його в особливих нагрівальних печах при температурі 950 - 1000 0 С. При цьому надмірна крихкість і твердість, характерні для білого чавуну, набагато знижуються. Ковкий чавун, як і сірий, не кується, а назва «ковкий» вказує лише на значну його пластичність.

Для підвищення міцності чавуни легують, тобто вводять до їх складу нікель, хром, молібден, мідь та інші елементи (легований чавун), а також модифікують, тобто додають до них магній, алюміній, кальцій, кремній (модифікований чавун).

Найбільше застосування отримали чавуни наступних марок:

- Відливки з сірого чавуну: СЧ-10, СЧ-15, СЧ-18, СЧ-20 та ін (ГОСТ 1412-79);

- Виливки з ковкого чавуну: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КС37-12 та ін (ГОСТ 1215-79).

Літери і цифри марок чавуну позначають: СЧ - сірий чавун, КЧ - ковкий чавун. Цифри після у сірого чавуну вказують на межу міцності при розтягуванні.

Сталь - сплав заліза з вуглецем та іншими елементами, що містить вуглецю не більше 2%. У порівнянні з чавуном сталь має значно більш високими фізико-механічними властивостями.

Сталь отримують з переробного чавуну його переплавкою і видаленням надлишку вуглецю, кремнію, марганцю та інших домішок і виплавляють в мартенах, електропечах і конверторах.

Сталь, виплавлена ​​з чавуну на металургійних заводах, у вигляді зливків надходить в прокатні, ковальські або пресові цехи, де переробляється на фасонний і листовий прокат, а також у поковки різної форми і розмірів.

Всі вживані в даний час стали класифікуються за такими ознаками:

- По хімічному складу - вуглецева, легована;

- За якістю - сталь звичайної якості, якісна, високоякісна;

- За призначенням - конструкційна, інструментальна.

Вуглецева сталь широко використовується в промисловості. Основною складовою частиною, що визначає її механічні та інші властивості, є вуглець. Збільшення вмісту вуглецю в сталі підвищує міцність і твердість, але зменшує в'язкість і робить її більш крихкою.

У залежності від призначення вуглецева сталь ділиться на конструкційну та інструментальну.

Вуглецеві конструкційні сталі поділяються на звичайної якості (ГОСТ 380-78) і якісні (ГОСТ 1050-74). У залежності від умов та ступеня розкислення розрізняють спокійні сталі (сп), напівспокійних (пс) і киплячі (кп). Сталі звичайної якості маркують літерами СТ (сталь) та цифрами 1, 2, 3, ..., 6 (Ст0, Ст1, Ст2 і т.д.). Чим більше це число, тим більше в ній міститься вуглецю. У залежності від призначення ці стали діляться на три групи:

- Група А - сталі, що поставляються за механічними властивостями без уточнення їх хімічного складу (Ст0, Ст1кп, Ст2пс, Ст1сп, Ст2кп та ін);

- Група Б - сталі, що поставляються з гарантійним хімічним складом (БСт0, БСт1кп, БСт1сп, БСт2кп та ін);

- Група В - стали підвищеної якості з гарантованим хімічним складом і механічними властивостями (ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5),

Цифри, що позначають марку сталі, показують середній вміст у сталі вуглецю в сотих частках відсотка (наприклад, сталь марки 45 містить в середньому 0,45% вуглецю).

Низьковуглецеві сталі марок 05, 08, 10, 20, 25 застосовуються для малонавантажених деталей, виготовлення яких пов'язано зі зварюванням і штампуванням. З середньовуглецевих сталей марок 40, 45, 50, 55 виготовляють осі, вали, зубчасті колеса та інші деталі. Високовуглецеві стали йдуть на виготовлення спіральних пружин, тросів і інших відповідальних деталей.

Інструментальна якісна сталь позначається літерою У, після якої ставиться цифра, що вказує вміст вуглецю в десятих частках відсотка, наприклад У7, У8, У10 і т.д.

Інструментальна високоякісна сталь містить менше, ніж якісна, шкідливих домішок (сірки, фосфору). Маркують її так само, як і якісну, але з додаванням літери А, наприклад У7А, У8А і т.д. Застосовується інструментальна вуглецева сталь для виготовлення різних інструментів (ударних, ріжучих, вимірювальних та ін.)

До складу легованої сталі крім вуглецю входять елементи, що поліпшують її властивості. До таких елементів відносяться: хром, нікель, кремній, вольфрам, марганець, ванадій, кобальт і ін У залежності від вводяться легуючих елементів стали діляться на хромисті, нікелеві, кременисті, хромонікелеві, хромованадіевой та ін

Легуючі елементи надають стали, в залежності від її призначення, необхідні властивості.

Хром сприяє збільшенню міцності сталі, її твердості і опірності зносу. Нікель збільшує міцність, в'язкість і твердість сталі, підвищує її корозійну стійкість і прокаливаемость. Кремній при вмісті його більше 0.8% збільшує міцність, твердість і пружність стали, знижуючи при цьому її в'язкість. Марганець підвищує твердість і міцність сталі, покращує її зварюваність і прокаливаемость.

Легована сталь за кількістю введених в неї легуючих елементів класифікується на низьколеговану (до 5% легуючих елементів), середньолегованих (від 5 до 10%) і високолеговану (понад 10%).

За призначенням легована сталь, як і вуглецева, поділяються на конструкційну та інструментальну.

Легуючі елементи, введені до складу сталі, згідно зі стандартом, мають наступні позначення: Х - хром, В - вольфрам, М - молібден, Ф - ванадій, К - кобальт, Г - марганець, Т - титан, С - кремній, Н - нікель , Д - мідь, Ю - алюміній, Р - бор, А - азот. Високоякісну сталь позначають з додаванням в кінці маркування букви А.

Легована сталь маркується поєднанням цифр і букв. Перші дві цифри позначають середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка, букви - легуючі елементи, наступні за літерами цифри - вміст у відсотках цих елементів в сталі. Так, марка 40Х позначає хромистую сталь із вмістом 0,4% вуглецю і 1% хрому; 12ХН3А хромоникельовой сталь, що містить близько 0,12% вуглецю, 1% хрому і 3% нікелю і т.д.

З конструкційної легованої сталі виготовляють відповідальні деталі машин і різні металеві конструкції. Для покращення механічних властивостей деталі з цієї сталі піддаються термічній обробці.

До конструкційних легованих сталей відносяться: хромистая (15Х, 20Х, 30Х, та ін), хромованадіевой (15ХФ, 20ХФ, 40ХФА), хромокремністая (33ХС, 38ХС, 40ХС), хромонікелева (12ХН2, 12ХН3А та ін.)

Інструментальна легована сталь у порівнянні з вуглецевої володіє великою зносостійкістю, вона глибше прожарюється, забезпечує підвищену в'язкість у загартованому стані і менш схильна до деформацій і тріщин при загартуванню.

Ріжучі властивості легованих сталей приблизно такі ж, як і вуглецевих, тому що у них низька теплостійкість, рівна 200 - 250 0 С.

Призначення деяких марок легованих інструментальних сталей наступне: сталь 9ХС застосовується для виготовлення плашок, свердел, розгорток, фрез, гребінок, мітчиків; стали 11Х і 13Х - для напилків, бритвених ножів, хірургічного та гравірувального інструменту; сталь ХВГ - для довгих мітчиків, розгорток і інших інструментів.

Для виготовлення ріжучого інструменту застосовується швидкоріжуча сталь, яку так назвали за високі ріжучі властивості. Завдяки наявності в її складі вольфраму і ванадію ця сталь має високу теплостійкість, красностойкостью, тобто здатність зберігати високі твердість і зносостійкість при підвищених температурах. Основні марки швидкорізальних сталей - Р9, Р12, Р18, Р6М5, Р9К5.

7.3. Кольорові метали та сплави

Кольорові метали широко застосовуються в промисловості, незважаючи на порівняно високу їх вартість. До кольоровим металам відносяться: мідь, алюміній, магній тощо

Мідь - метал червонуватого кольору, щільність 8,93 г / см 3, температура плавлення 1083 ° С. Найбільш цінні властивості міді - висока електропровідність, пластичність, теплопровідність, підвищена корозійна стійкість. Мідь широко застосовується в електропромисловості, а також для отримання різних сплавів, використовуваних у машинобудуванні.

Основні марки міді: М00, МО, М1, М2, МЗ, М4.

Алюміній - легкий сріблясто-білий метал, щільність 2,7 г / см 3, температура плавлення 658 ° С. Він має високу електропровідність, хорошою пластичністю і корозійною стійкістю, піддається обробці тиском і прокочується в тонку фольгу. Алюміній служить для виготовлення електропроводів, посуду, фольги, а також отримання багатьох сплавів, що використовуються в промисловості. У чистому вигляді алюміній використовується мало, так як він має невисокі механічні властивості. Основні марки алюмінію: А999, А995, А99, А97, А95.

Магній - блискучий білий метал, щільність 17,4 г / см 3, температура плавлення 650 ° С. Магній вживається для отримання легких сплавів, що володіють високими механічними властивостями (сплави з алюмінієм, марганцем, цинком). Основні марки магнію: Мг1, Мг2.

Кольорові сплави. Як вже було сказано раніше, кольорові метали (мідь, алюміній, магній тощо) в чистому вигляді мають обмежене застосування. Для поліпшення їх механічних, технологічних і інших властивостей з кольорових металів готують різні кольорові сплави: латуні, бронзи, алюмінієві та ін

Найбільш поширеними в промисловості сплавами кольорових металів є наступні.

Латунь - сплав міді з цинком. У порівнянні з чистою міддю вона має підвищену міцність, пластичність і твердість, а також володіє більшою корозійною стійкістю і жидкотекучестью. Латунь служить для виготовлення листів, дроту, литої і штампованої арматури, посуду і т. д.

Основні види латуні: ливарні (для фасонного лиття) і оброблювані тиском. Латунь позначається літерою Л і цифрою, що вказує відсоток вмісту міді в сплаві. Наприклад, марка латуні Л62 позначає, що в ній міститься близько 62% міді.

Поряд з простою застосовується також спеціальна латунь, до складу якої входять залізо, марганець, нікель, олово та ін По міцності деякі латуні не поступаються вуглецевої сталі.

Спеціальна латунь крім букви Л маркується умовними позначеннями легуючих елементів: Ж - залізо, Мц - марганець, Н - нікель, О - олово, К - кремній, С-свинець. Кількість елементів вказується цифрами. Наприклад, марка ЛС59-1 позначає свинцювата латунь, в якій міститься 59% міді, 40% цинку і 1% свинцю.

Найбільш часто вживаються прості латуні Л62, Л68 та спеціальні ЛМц58, ЛС59-1, ЛО62-1 та ін

Бронза - сплав міді з оловом, свинцем, кремнієм, марганцем та деякими іншими елементами. Бронзи володіють високою корозійною стійкістю, жидкотекучестью і високими антифрикційними властивостями. У залежності від легуючих елементів, що входять у сплав, бронзи ділять на олов'яні, алюмінієві, марганцеві, кремнієві, свинцеві та ін

Олов'яна бронза має підвищену корозійну стійкість, жидкотекучесть і має гарний антифрикційними властивостями. Вона застосовується в основному для відливання підшипників та інших подібних деталей лей і позначається літерами Бро з цифрами, що вказують вміст у ній олова у відсотках. Основні марки олов'яної бронзи: БрО10 БрО14, БрО20.

А л ю м і н і е в а я бронза в порівнянні з олов'яної має велику пластичність, корозійну стійкість і краще чинить опір зносу, але має більш низькі ливарні властивості.

Додавання в алюмінієву бронзу заліза, нікелю і марганцю підвищує її корозійну стійкість і механічні властивості. Така бронза використовується для виготовлення фасонного лиття, арматури, зубчастих коліс та інших деталей. Основні марки алюмінієвої бронзи БрАЖ9-4, бражні 10-4-4.

М а р г а н ц е в а я бронза володіє високою пластичністю, добре чинить опір корозії, але має порівняно невисокі механічні властивості і служить в основному для виготовлення парової арматури. Основний маркою, марганцевої бронзи є БрМц5.

К р е м н і в а я бронза характеризується високою пластичністю і хорошими ливарні властивості. Для збільшення корозійної стійкості в неї додають марганець, а для поліпшення антифрикційних властивостей - свинець. З кремнієвої бронзи виготовляють пружні контакти, дріт і т. д. Найбільш поширена бронза марки БрКМцЗ-1.

Б е р і л л і е в а я бронза має високу пружністю, зносостійкістю і твердістю. Бронза марки БрБ2 вживається для виготовлення пружин, зносостійких деталей і т. д.

Бронзи маркуються таким чином: Бр - бронза, наступні літери позначають легуючі елементи, цифри - процентний склад олова та інших елементів. Наприклад, марка БрОЦС-5-5-5 означає, що в бронзі міститься 5% олова, 5% цинку, 5% свинцю, решта мідь.

С і л у м і н - сплав алюмінію з кремнієм, має гарні ливарні властивості і широко застосовується для всіляких виливків. У порівнянні з алюмінієм має кращі механічні властивості і підвищену щільність. Основні марки силуміну: АЛ2, АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ9.

Д ю р а л ю м і н - сплав алюмінію з міддю, магнієм і марганцем, Мідь і магній при термічній обробці збільшують міцність сплаву, а марганець - твердість і корозійну стійкість. Дюралюмин піддають термо-чеський обробці для підвищення його механічних властивостей, які при цьому наближаються до властивостей середньовуглецевих сталі. Особливо поширений цей сплав в авіаційній промисловості. Основні марки дюраль-міна: Д1, Д6, Д16, Д18.

М а р н і в и е сплави - ​​сплави магнію з алюмінієм, цинком, марганцем та іншими елементами. Ливарні властивості магнієвих сплавів нижче алюмінієвих, проте завдяки своїй малій щільності вони часто застосовуються в авіабудуванні, радіопромисловості і т. д. Міцність магнієвих сплавів може бути підвищена шляхом термічної обробки. Основні марки магнієвих сплавів: МЛ4, МЛ5.

Тверді сплави. Тверді сплави застосовують для виготовлення ріжучих інструментів, призначених для обробки металів з ​​високими швидкостями різання (від 100 до 1200 м / хв і більше). Тверді сплави одержують спіканням порошків вольфраму, титану, кобальту та вугілля при температурі 1500-1550 ° С. Платівки з твердого сплаву мають твердість Н R А87 - 90, малою теплопровідністю і низьким коефіцієнтом розширення при нагріванні.

Тверді сплави вольфрамової групи призначені для обробки крихких матеріалів, наприклад чавуну, бронзи та інших металів. Сплави цієї групи позначаються літерою П: ВК2, ВКЗ, ВК6, ВК8, ВК11 та ін (2 -11% кобальту і інше - карбіди вольфраму). В даний час знаходять широке застосування тверді сплави з більш дрібнозернистою структурою - ВКЗМ, ВК6М, ВК8М. Тверді сплави вольфрамо-титанової групи застосовуються для обробки сталі і позначаються літерою Т - Т15К10, Т15К6, Т14К8, Т15К6Т, ТЗОК4, Т60К6 та ін (5 - 60% карбідів титану, 6 - 10% кобальту, решта - карбіди вольфраму).

Введення карбіду танталу в тверді сплави збільшує опір до тріщин при різких змінах температури, і переривистому різанні, підвищує стійкість і дозволяє застосовувати швидкості різання в 1,5 - 2 рази вище, ніж при використанні інструментів і звичайних сплавів. До титано-тантало-вольфрамової групи відносяться марки сплавів ТТ7К12, ТТ7К15, Т5К12В та ін

Минералокерамических тверді сплави мають твердість Н R А 92 - 93 і зберігають ріжучі властивості при температурі до 1200 ° С. Цей інструментальний матеріал не містить таких дефіцитних і дорогих матеріалів, як вольфрам, кобальт і титан. Його основою є спеченная окис алюмінію. З мінералокераміки виготовляють платівки двох марок: ТБ-48 (термокорунд) та ЦМ-332 (мікроміт), які також застосовуються при різних видах обробки, де використовується інструмент з механічним кріпленням пластинок.

7.4. Термічна і хіміко-термічна обробка сталі

Термічна обробка сталі. Термічній обробкою називається процес нагрівання металу до певної температури, витримки при цій температурі і наступного охолодження з тією чи іншою швидкістю. У результаті такого процесу не змінюється хімічний склад металу, але змінюються його структура і механічні властивості.

Структуру металу (його будова) можна визнач по зламу. На поверхні зламу видно велику кількість зерен, зв'язаних між собою. Кожне таке зерно складається з найдрібніших частинок - атомів, які, розташовуючись у певному порядку, утворюють кристалічну решітку.

У металах найчастіше зустрічаються три типи розташування атомів: атоми розташовуються в кутах і в центрі куба, утворюючи кубічні об'ємно-центровану грати (рис. 7.1, а); атоми розташовуються по кутах куба і в середині кожної його грані, утворюючи кубічні гранецентрированную грати ( рис. 7.1, б); атоми розташовуються в кутах і в центрі на шестигранних підставах призми і три атоми всередині її, утворюючи гексагональну решітку (рис. 7.1, в).

Процес перебудови атомів одного виду просторової решітки в інший при певних температурних умовах називають Аллотропических перетворенням. Аллотропических форми, в яких кристалізується метал, називають модифікаціями і позначають a, b, g, d і т. д.

Атоми міняють своє розташування, в залежності від температури нагріву. При нагріванні заліза до температури 910 ° С атоми розташовуються у вигляді куба, утворюючи кристалічну решітку a-заліза; вісім атомів розташовані по кутах грати і один - в центрі її (рис. 7.1.а). Якщо нагрівати залізо вище 910 ° С, кристалічна решітка з перегрупуються-ванними атомами перетворюється на куб з чотирнадцятьма атомами і утворює грати g-заліза (рис.7.1, б).

У сталях перетворення a-заліза в - g-залізо протікає при температурі нижчій (723 ° С), ніж у чистому залозі. Якщо нагрітий метал повільно охолоджувати, то перебудова кристалічної решітки відбувається в зворотному порядку.

Властивості металу залежать від розташування атомів в кристалічній решітці. Залізо в відпалений стали знаходиться у формі a-заліза і називається феритом. Вуглець ж з залізом пов'язаний хімічно, і така структура називається цементитом (карбід заліза). Ферит в'язок, а цементит володіє великою, твердістю і крихкістю. Структура, при якій зерна цементиту рівномірно розташовані в фериті, називається перлітом. Твердий розчин вуглецю в залозі, що утворюється при високій температурі, називається аустенітом. Структура загартованої сталі, отримана при швидкому охолодженні, називається мартенситом; така сталь має високу твердість і крихкістю.

Термічна обробка буває декількох різновидів: відпал, нормалізація, гарт і відпустка, поверхневе загартування, обробка холодом.

Відпал застосовується в основному для зниження твердості, щоб полегшити механічну обробку і зняти в сталі внутрішні напруги. Температура нагрівання при відпалі залежить від вмісту в сталі вуглецю. Сталь з вмістом вуглецю більше 0,8% нагрівають до температури 750 - 760 ° С, для сталі з меншим вмістом вуглецю температуру поступово підвищують до 930-950 ° С. Після нагрівання метал повільно охолоджують у печі. У отожженном стані сталь набуває перлітну структуру.

Нормалізація призначається для поліпшення структури стали, зняття внутрішніх напружень і забезпечення кращих умов обробки різанням. Вона відрізняється від відпалу тим, що охолодження виробляється не в печі, а на повітрі.

Після нормалізації сталь набуває також перлітну, але більш дрібнозернисту і однорідну структуру. Твердість і міцність сталі при цьому вище, ніж після відпалу.

Загартування полягає в нагріві стали до певної температури, витримці при цій температурі і наступному швидкому охолодженні у воді, маслі, розплавлених солях або на повітрі. Загартування застосовується в поєднанні з відпусткою для підвищення твердості, міцності і зносостійкості сталі.

Вуглецеві та леговані сталі під. Загартування нагріваються в електричних печах або в соляних ваннах. У результаті загартування сталь отримує дрібнозернисту структуру, в якій переважає мартенсит - найтвердіша і тендітна структура.

При швидкому охолодженні під час загартування в металі виникають внутрішні напруження, які можуть викликати тріщини, викривлення і крихкість. Ці дефекти усувають наступним відпусткою.

Відпустка полягає в нагріві стали до температури, значно нижчою, ніж при загартуванню, витримці при цій температурі і охолоджування. Вуглецеві та леговані сталі нагрівають до температури 150 - 250 ° С, а швидкорізальні піддаються триразовому відпуску при температурі 550 - 580 ° С. Охолодження здійснюється на повітрі.

Поверхневе загартування представляє собою нагрів до певної температури (температури загартування) поверхневого шару сталевого вироби з наступним швидким охолодженням. При цьому можна отримати високу твердість у відносно тонкому шарі (від 0,3 до 10 мм) робочих поверхонь вироби без зміни структури і твердості внутрішньої маси металу цього виробу. Така властивість особливо цінно для напружено працюють деталей (колінчасті вали двигунів, зубчасті колеса та ін), 'яким необхідна велика твердість тертьових робочих частин і пружне (нетендітний) основна маса металу виробу.

Поверхневе загартування здійснюється на спеціальних високочастотних установках за допомогою індукторів, через які пропускають струми високої частоти (ТВЧ). Високочастотна поверхнева гарт забезпечує гарну якість металу, тому широко застосовується в промисловості.

Обробка холодом полягає у підвищенні твердості і зносостійкості сталі в результаті перекладу залишкового аустеніту загартованої сталі в мартенсит.

Ця обробка проводиться на спеціальних установках, які забезпечують температуру нижче нуля.

Хіміко-термічна обробка. Хіміко-термічна обробка застосовується для зміни хімічного складу та властивостей поверхневої твердості, зносостійкості і корозійної стійкості. Досягається це впровадженням (дифузією) певних елементів із зовнішнього середовища в поверхневий шар металу.

До хіміко-термічної обробки сталі відносяться: цементація, азотування, ціанування, алітування.

Цементація - насичення поверхневого шару сталі вуглецем при нагріванні до температури 880-950 ° С з наступним загартуванням. Мета її - отримання високої твердості і зносостійкості поверхні деталі. Цементації піддаються деталі з низьковуглецевої сталі з вмістом вуглецю 0,1 - 0,25%. При насиченні кількість вуглецю може бути доведено до 1 - 1,25%. Цементацію деталей зазвичай проводять після їх механічної обробки з залишенням припуску на остаточну шліфування.

Азотування - поверхневе насичення стали азотом при нагріванні до температури 500-700 ° С в аміаку. Азотуванню піддають головним чином деталі, виготовлені з сталей, що містять алюміній, хром і молібден, для підвищення твердості, зносостійкості поверхневого шару і корозійної стійкості.

Ціанування - спільне насичення поверхні стали одночасно вуглецем і азотом при температурі 530-550 ° С. Воно може виконуватися в рідкій, твердої і газоподібної середовищах. Ціанування застосовують для підвищення стійкості спіральних свердел та інших швидкорізальних інструментів і деталей складної конфігурації.

Алітування - поверхневе насичення стали алюмінієм, дифузією його середовищ, що містять алюміній. При цьому сталь набуває високої окаліностойкость (при температурах до 800-850 ° С). Застосовується алітування для паливних баків газогенераторних машин, чохлів термопар, розливних ковшів і т. д.

Корозія металів і захисні покриття. Корозією називається процес руйнування металів внаслідок хімічного і електрохімічного взаємодії їх з навколишнім зовнішнім середовищем. У деталях і спорудах під дією корозії відбувається поступове руйнування поверхні, утворення раковин, а також повна зміна металу, наприклад, тонкі листи металу можуть цілком перетворитися на іржу.

Втрати металу від корозії досить великі і завдають шкоди господарству. У звичайних умовах корозія розвивається під дією води і кисню. Відомо кілька видів корозії, основними з них (за руйнівній дії) є хімічна і електрохімічна.

Хімічна корозія є результатом впливу на метал агресивного середовища, не проводить електричний струм. Такий середовищем можуть бути гази чи деякі органічні речовини, наприклад масла. На поверхні металу утворюються хімічні сполуки, найчастіше плівки окислів.

Електрохімічна корозія виникає при зіткненні металу з рідиною, що проводить електричний струм і званої електролітом. Такими рідинами можуть бути кислоти, луги, розчини солей, грунтова вода та ін

Щоб уберегти метал від корозії, застосовують такі основні способи його захисту: металеві покриття; неметалеві покриття; хімічні покриття.

Металеві покриття. На захищається від корозії метал наносять тонкий шар іншого металу, що володіє великою антикорозійною стійкістю. Нанесення металевих покриттів проводиться наступними способами: гарячим, гальванічним, металізацією (розпиленням) і ін

При гарячому способі покриття утворюється в результаті занурення деталей у ванну з розплавленим металом. Цим способом виробляється цинкування (покриття цинком), лудіння (оловом), Свинцювання (покриття свинцем), алітування (алюмінієм).

Гальванічний спосіб полягає в тому, що на поверхню виробів, занурених у ванну з електролітом, під дією електричного струму осідає тонкий шар металу. Гальванічні покриття утворюються при електролізі розчину солей таких металів, як цинк, олово, свинець, нікель, хром та ін

Перевага цього способу перед іншими в тому, що він допускає нанесення будь-якого металу на вироби з необхідною товщиною шару захисного покриття (від 0,005 до 0,030 мм) без нагрівання виробу. Поширені такі гальванічні покриття: хромування, нікелювання, цинкування та ін

Металізація (розпорошення) полягає в нанесенні тонкого шару 'розплавленого металу на виріб спеціальним апаратом Металізатори.

Неметалеві покриття. Для захисту від корозії вироби покривають лаками, фарбами, емалями і мастилом. Призначення цих покриттів - ізоляція металу від дії зовнішнього середовища.

Лакофарбові покриття становлять близько 65 - 70% від всіх антикорозійних покриттів. Недолік цих покриттів - їх мала механічна міцність і обгорання при високих температурах.

Хімічні покриття на поверхні виробів утворюють захисні неметалеві плівки, найчастіше окисні. Такі покриття утворюються в результаті обробки парою і ін

При оксидуванні вироби занурюють у розчини азотнокислих солей при температурі близько 140 ° С.

Обробку парою готових інструментів або деталей машин застосовують для збільшення корозійної стійкості та зменшення зносу робочих поверхонь інструментів і деталей у процесі їх роботи. Пором обробляють деталі й інструменти після термічної і остаточної механічної обробки, включаючи заточку і доведення. Сталеві вироби при нагріванні до 400 - 600 ° С під дією парів води піддаються активному окислення з утворенням на поверхні характерною окисної плівки

При цьому відбувається додаткова відпустка - знімаються напруги, отримані на попередніх операціях. Окісна плівка грає роль твердого та мастила і сприяє збільшенню зносостійкості і корозійної стійкості деталей.

7.6. Неметалічні матеріали

Поряд з металами в усіх галузях промисловості велике поширення отримали неметалеві матеріали. До них відносяться пластичні маси, гума, хімікати, формувальні, текстильні, деревні, лакофарбові та інші матеріали. Особливо слід відзначити пластмаси, з кожним роком все ширше впроваджуються в промисловість.

Пластмаси. Пластмаси представляють собою матеріали, основою яких служать природні або синтетичні сполуки, здатні при нагріванні або під тиском формуватися і стійко зберігати додану їм форму. До складу пластмас входять різні наповнювачі (деревне борошно, тканина, папір, скляне волокно, бавовняні пачоси та ін), що підвищують міцність, сполучні речовин, (природні та штучні смоли, фенолоформальдегідні смоли), барвники, пластифікатори, що підвищують пластичність і еластичність, а також ряд інших допоміжних речовин.

Більшість виробів із пластмас виготовляється гарячим пресуванням у металевих прес-формах або литтям під тиском. Тому вони не потребують подальшої механічної обробки. З пластмас (шаруватих), що випускаються у вигляді прутків і листового матеріалу, вироби виготовляють механічною обробкою.

Вироби із пластмас мають малу щільність, достатню міцність, високі антикорозійні та електроізоляційні властивості; вони значно дешевше металевих виробів.

Пластмаси застосовуються в якості замінників дефіцитних кольорових металів і сплавів при виробництві електроапаратури, зубчастих коліс, вкладишів, підтипів, витяжних штампів і навіть великогабаритних виробів (кузова автомобілів та ін.)

Основні види пластмас, що мають промислове значення, такі: текстоліт (містить тканина), гетинакс (що містить папір), лігнофоль і дельтадревесіна (Що містять, деревину), склопластики (із скловолокнисті наповнювачем), поліетилен, полістирол, Карболіт, волокна, різні полімери та ін

Абразивні матеріали. Абразивні матеріали являють собою велику групу неметалічних матеріалів високої твердості, призначених для шліфування, заточування і доведення інструменту, деталей і т. д. З абразивних матеріалів виготовляються шліфувальні круги, шліфувальні шкурки, шліфувальні порошки, доводочні пасти та ін

Абразивні матеріали бувають природні (алмаз, кварц, корунд, гранат) і штучні (електрокорунд нормальний, електрокорунд титанових, монокорунд, карбід кремнію зелений та чорний, карбід бору, синтетичні алмази, кубічний нітрид бору та ін.) Найчастіше на машинобудівних заводах використовують штучні абразивні матеріали.

Ріжучі властивості абразивних матеріалів залежать від їх зернистості, твердості, роду зв'язки і структури.

Зернистість (розмір зерна) абразивного матеріалу згідно з ДСТУ 3647-80 має наступні номери: 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16, 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3, М40, М20, М14, М10, М7, М5 в порядку зменшення розміру зерна. Номер зерна відповідає довжині сторони чарунки сита в сотих частках міліметра. Залежно від розміру зерна абразивні матеріали поділяються на три групи: шліфзерна (№ 200 - 16), шліфпорошків (№ 12 - 3) і мікропорошки (№ 40 - М5).

Абразивні матеріали мають високу твердість і поступаються по твердості тільки алмазу. Під твердістю абразивного кола розуміють не твердість зерна, а міцність зв'язки, її здатність утримувати шліфуючі зерна при експлуатації. Відповідно до ГОСТ 19202-80 розрізняють наступну твердість абразивних кіл: м'які (М1, М2,), среднемягкіе (СМ1, СМ2), среднетвердие (СТ1, СТ2, СТЗ), тверді (Т1, Т2).

Абразивні зерна при виготовленні абразивних інструментів з'єднуються між собою зв'язками: керамічної (К), бакелітовій (Б), вулканітовій (В) і ін

Структура абразивного інструменту характеризується об'ємним співвідношенням між зернами, зв'язкою і порами. Абразивний інструмент має три структури: щільну (№ 0 - 3), среднеплотную (№ 4 - 8) і відкриту (№ 9 - 12).

Абразивна промисловість випускає всі необхідні для виробництва абразиви, причому електрокорунд становить 75% від усього випуску абразивів, він містить 92 - 94% окису алюмінію. Електрокорунд має високу стійкість та в'язкістю. Він буває двох різновидів: електрокорунд нормальний (Е-1А) і електрокорунд білий (ЕБ-2А). Той і інший застосовую для обробки сталей, чавуну, в'язкої бронзи і т. д.

Для обробки твердих сплавів, сірого чавуну, міді, алюмінію та інших металів і сплавів, що володіють низьким опором розриву, застосовують абразивні інструменти з карбіду кремнію двох марок: КЗ-6С (зелений) | і КЧ-5С (чорний).

Природні і штучні (синтетичні) алмази З усіх абразивних матеріалів особливе місце займають природні та штучні (синтетичні) алмази. Твердість алмазу значно перевершує твердість всіх застосовуваних у промисловості інструментальних і абразивних матеріалів. Алмаз заслужено називають «королем твердих тіл».

Алмаз і технічний прогрес невіддільні. Проте до недавніх пір застосування природних алмазів в промисловості обмежувалося їх здобиччю. В даний час, незважаючи на успішну розробку багатющих родовищ, видобуток алмазів ще не може задовольняти зростаючу потребу суспільства.

Тому поряд з природними алмазами всього більшого значення для техніки набувають штучні (синтетичні) алмази. Синтетичні алмази при виготовленні з них алмазно-абразивного інструменту не тільки не поступаються природним, але мають перед ними значні пре майна - вони дешевше і володіють великою працездатністю. Синтетичному алмазу підкоряються найтвердіші труднообрабативаємиє матеріали: оптичне і технічне скло, кришталь, кварц, тверді сплави, фарфор, корунд, мармур, граніт, германій, кремній, різна кераміка, бетон, вогнетриви і ін

У першу чергу синтетичні алмази отримали широке застосування в інструментальному виробництві для заточування і доведення твердосплавного металоріжучого інструменту, що підвищує його стійкість в 2 - 3 рази, скорочує витрату твердих сплавів в 1,5 - 2 рази, підвищує клас шорсткості оброблюваної поверхні.

Найбільш перспективними є синтетичні надтверді матеріали, створені на базі полікристалів алмазу (карбонадо, Баллас) та кубічного нітриду бору (ельбор-Р, композит, гексаном-Р).

Полікристали кубічного нітриду бору перевершують по теплостійкості алмази, швидкорізальної сталь, твердий сплав і мінералокераміки. Поєднання таких унікальних фізико-хімічних властивостей дозволяє застосовувати ельбор-Р при обробці загартованих сталей, чавунів і різних важкооброблюваних матеріалів. При цьому досягається шорсткість поверхні 7 - 10-го класів, точність обробки 6 - 7-го квалітету.

Ельбор-Р застосовується для виготовлення різців, зенкерів, фрез, шліфувальних і полірувальних кіл та іншого інструменту.

У нашій країні набули найбільшого поширення марки синтетичних алмазів: АСО, АСР, АСВ.

АСО - алмазні зерна звичайної міцності. Використовують для виготовлення кіл на органічній зв'язці і застосовують для чистової заточки і доводки ріжучих інструментів.

АСР - алмазні зерна підвищеної міцності. Використовують для виготовлення кіл на органічній, металевої та керамічної зв'язках і застосовують для зняття великих припусків та попередньої заточування інструменту.

АСВ - алмазні зерна особливо високої міцності. Використовують для виготовлення алмазних кіл на металевій зв'язці, що працюють в особливо важких умовах.

Алмазно-абразивний інструмент виготовляється на органі чеський, металевої, керамічної, метало-гальванічної, еластичною (гумовою) та інших зв'язках. Вибирають її з урахуванням застосовуваної марки алмазу, оброблюваного матеріалу, виду і режиму обробки.

Однією з найважливіших характеристик алмазно-абразивного інструменту, що визначає його ріжучу здатність, продуктивність і термін служби, є концентрація алмазу в інструменті. У нашій країні більше поширення одержав інструмент з концентрацією алмазу 50, 100 і 150%. За 100%-ную концентрацію приймається зміст алмазу в алмазоносном шарі, рівне 25% його обсягу, що становить 4,4 карата алмаза в 1 см 3 (карат дорівнює 0,2 г).

Із синтетичних алмазів виготовляються різці, шліфувальні круги, бруски, надфілі, головки, шліфувальні шкурки і пасти.

Допоміжні матеріали. До допоміжних матеріалів відносяться мастильні, мастильно-охолоджуючі рідини, обтиральні матеріали та ін

В якості мастильних рідин застосовують мінеральні і синтетичні масла. До охолоджуючих рідин, якими користуються при обробці металів різанням, відносяться мильна і содова вода, масляні емульсії і ін

Мастильними рідинами зазвичай змащують вузли машин і механізмів для зменшення тертя, а також для охолодження в процесі роботи ріжучими інструментами. При обробці різанням вуглецевих і легованих сталей в якості охолоджуючих рідин використовують емульсії і рідше рослинні олії, а при нарізуванні різьби - емульсії, сульфофрезол і рослинні масла.

Для видалення з верстатів дрібної стружки і масла, обтирання інструментів і оброблюваних деталей застосовуються бавовняні кінці і ганчірки.

ЛЕКЦІЯ 8

План лекції

8.1. Взаємозамінність і стандартизація

8.1. Взаємозамінність і стандартизація

Взаємозамінність і стандартизація. Взаємозамінність як принцип конструювання і виробництва деталей запропонований і реалізований вперше в кінці Х1Х ст. у виробництві гвинтівок. Вона забезпечує правильну збірку і заміну при ремонті незалежно виготовлених деталей і вузлів без додаткової їх обробки з дотриманням вимог якості і економічності.

Взаємозамінність має народногосподарське значення, вона дозволяє підвищити продуктивність збірки, здешевити виробництво виробів, забезпечити виробництво запасних частин і вузьку спеціалізацію виробництва, кооперування виробництва та отримати інші позитивні ефекти.

Взаємозамінність деталей і вузлів може бути повної і неповної (часткової). В останньому випадку правильне з'єднання деталей і вузлів забезпечується лише для частини їх, виготовленої з високою (належної) точністю. Інша частина деталей, виготовлена ​​менш точно, збирається шляхом підбору, з використанням компенсаторів і різних технологічних засобів.

Для забезпечення взаємозамінності деталей, вузлів і комплексів та впорядкування їх виробництва в масштабах підприємства, галузі, республіки, країни, групи країн існують стандарти: підприємства - СТП, галузі - ОСТ, державні - ГОСТ, РЕВ - СТ РЕВ, міжнародні - МС. Їх дотримання є обов'язковим на всіх етапах виробництва, збуту та експлуатації виробів.

Розміри. Геометричні параметри деталей кількісно оцінюють розмірами.

Розмір - числове значення лінійної величини (діаметра, довжини і т. д.) у вибраних одиницях виміру. Розміри, що проставляються на кресленнях деталей або з'єднань, називають номінальними.

Їх отримують з розрахунків (на міцність, жорсткість і т. д.) або приймають з конструктивних міркувань. Для типізації технологічних процесів, обмеження кількості інструментів, типорозмірів деталей прийняті номінальні розміри округлюють до значень за ГОСТ 6636-69 «Нормальні лінійні розміри».

Стандартом передбачені чотири ряди розмірів Р5, Р10, Р20 і Р40 (у порядку спадання перевагу), кожен з яких представляє геометричну прогресію зі знаменником, відповідно рівним 1.6, 1.25, 1.12, 1.06.

При виготовленні деталей дійсний розмір, тобто розмір, встановлений вимірюванням з допустимою похибкою, може співпадати з номінальним розміром лише випадково, так як технологічні похибки (неточності виготовлення інструментів, обладнання і т. д.) систематичного та випадкового характеру викликають неминучі похибки обробки та розсіювання розмірів деталей.

Встановлено, що для забезпечення правильного складання (геометричної взаємозамінності) і нормальної роботи деталі можуть мати деякий розсіювання розмірів щодо номінальних значень.

Максимальний і мінімальний розміри, між якими може перебувати дійсний розмір деталі, називають, граничними розмірами

На рис. 8.1 схематично показані суміщені з твірною циліндричні вали (а) і отвори (б) з номінальними граничними діаметрами. Позначимо їх через D max і D min - Для отвори і d max і d min - Для валу.

Алгебраїчну різницю між виміряним розміром (дійсним, граничним тощо) і відповідним номінальним значенням називають відхиленням.

Дійсне відхилення - Алгебраїчна різниця між дійсним і номінальним розмірами; граничне відхилення - алгебраїчна різниця між граничним і номінальним розмірами.

Розрізняють верхнє і нижнє відхилення:

для отвору

ES = D max - d; EI = D min - d;

для валу

es = d max - d; ei = d min - d,

де d - номінальний діаметр.

Величини відхилень можуть бути позитивними і негативними. При схематичному зображенні (рис. 8.1) вони задаються щодо номінальних розмірів, які служать початком відліку (позитивні відхилення відкладаються вгору, а негативні - вниз від нульової лінії). Для поверхонь сполучення (зіткнення) деталей номінальний розмір може бути загальним (наприклад, для співвісних сполучень валу і маточини). Економічно доцільні відхилення розмірів деталей визначаються Єдиною системою допусків і посадок, встановленої СТСЕВ 144-75.

Рис. 8.1. Граничні розміри отвору і валу, що визначають поля допусків

Допуски. Різниця між найбільшим і найменшим граничними розмірами називають допуском, (Рис. 8.1).

Допуск розміру позначають літерами IT, наприклад допуск розміру вала

IT = T a = d max - d mm = es - ei,

а допуск розміру отвору

IT = T 0 = D max - D min = ES - EI.

Поле допуску T D - поле, обмежене верхнім і нижнім відхиленнями, - визначається числовим значенням допуску та його положенням щодо номінального розміру.

При графічному зображенні поле допуску укладено між двома лініями, відповідними верхньому і нижньому відхилень щодо нульової лінії (рис. 8.1). Розташування поля допуску відносно нульової лінії прийнято позначати буквою (або двома літерами) латинського алфавіту - прописний для отвору і рядкової для валів (наприклад, Н5, F 7, h 8, jsS і т.д.).

При збільшенні допуску на розмір вимоги до точності знижуються і виробництво деталі спрощується і здешевлюється. При одному і тому ж допуск деталь більшого розміру виготовити складніше, ніж деталь меншого розміру. Тому розмір допуску IT призначають від діаметра.

Величини верхнього і нижнього граничних відхилень вказуються на чартежах трьома способами:

1) дрібними цифрами (мм) за номінальним розміром; відхилення, рівні нулю, не проставляються. Відхилення можуть мати однакові або різні знаки, наприклад , , .

2) умовним позначенням поля допуску, що складається з букви і цифри, що позначає квалітет, наприклад 12 G 8, 20 hl 0;

одночасним зазначенням поля допуску і цифрових значень відхилень.

Характер сполучення - посадка двох співвісних циліндричних деталей (охоплюваній - валу і охоплює - отвори) залежить від їх дійсних розмірів. Якщо діаметр отвору більше діаметру валу, то у сполученні між ними буде зазор (позитивна різниця діаметрів), що забезпечує вільне осьове і окружне переміщення однієї деталі щодо іншої. Якщо розмір отвору менше розміру валу (негативна різниця розмірів), то в з'єднанні утворюється натяг..

Всі посадки поділяють на три групи: з зазором, з натягом і перехідні.

Посадка із зазором (рухлива посадка) характеризується наявністю зазору в з'єднанні.

При графічному зображенні поле допуску отвору розташоване над по-

Всі посадки поділяють на три групи: з зазором, з натягом і перехідні.

Посадка із зазором (рухлива посадка) характеризується наявністю зазору в з'єднанні.

При графічному зображенні поле допуску отвору розташоване над полем допуску вала (рис. 8.2). До посадкам з зазором відносяться також посадки, в яких нижня межа поля допуску отвору збігається з верхньою межею поля допуску вала. Цю посадку застосовують в рухомих з'єднаннях (підшипниках ковзання, а також з'єднаннях, що піддаються частій розбирання та збирання). Найбільш часто вживаються посадки H 9 / f 9, H 7 / f 7, H 7 / g 6, H 8 / h 6 та інші

Посадка з натягом (нерухома посадка) - посадка, в якій у сполученні забезпечується натяг (поле допуску отвору розміщене під полем допуску вала, див. рис. 8.2).

Їх застосовують для нерухомого з'єднання деталей без додаткового кріплення. Найбільш часто призначають посадки H 7/р6, Н7/г6, Н8/е8 та ін

Перехідні посадки - посадки, які залежно від співвідношення дійсних розмірів отвору і валу можуть бути як з зазором, так і з натягом.

Їх застосовують для центрування деталей, що сполучаються шляхом нерухомого з'єднання з додатковим кріпленням шпонками, гвинтами, штифтами. Найбільш часто вживають посадки: H 7 / k 6, H 7 / n 6 та інші

Існують дві системи освіти посадок: система отвору та система валу.

В основі системи отвори лежить незалежність розміру отвори від виду посадки, тобто граничні відхилення даного розміру отвори однакові для всіх посадок. Різні посадки створюються шляхом зміни граничних відхилень розмірів валу. Отвір у цій системі називають основним, його поле допуску позначають буквою М. Нижня відхилення розміру основного отвору дорівнює нулю, і поле допуску розташовується «в тіло» охоплює деталі.

Посадки в системі отвору позначаються послідовним написанням номінального діаметра з'єднання і позначень полів допусків спочатку отвори, а потім ала, наприклад 40Н7 / s 6.

При утворенні посадок в системі вала приймають, що розмір вала не залежить від виду посадки, а різні посадки отримують за рахунок зміни граничних відхилень отворів. Поле допуску вала - основної деталі в цій системі - позначається літерою h. Позначення посадок на кресленнях виконується у зазначеній вище послідовності, наприклад 40Р7/п6 або 40Р7- h 6.

Система отвору більше поширена в машинобудуванні, тому що при її використанні скорочується асортимент необхідних інструментів для обробки отворів.

Посадки призначають з проведеного розрахунку або накопиченого в промисловості досвіду.

Точність геометричної форми деталей. Точність деталей за геометричними параметрами характеризується не тільки відхиленнями розмірів, але і відхиленнями поверхонь. При цьому відхилення поверхонь визначається відхиленнями форми поверхонь, відхиленнями розташування поверхонь, хвилястістю і шорсткістю.

Стандартами встановлено види відхилень від форми (Відхилення від прямолінійності, площинності, круглості та ін), розташування поверхонь і (або) частин деталей (Відхилення від паралельності, перпендикулярності, нахилу, співвісності і т.п.), а також сумарні відхилення форми і розміщення (Радіальне і торцеве биття і ін.)

Граничні відхилення форми і розташування поверхонь вказуються на кресленнях у вигляді знаків, символів (умовних позначень) та текстових записів. (Рис. 8.3). Для запису відхилень використовують виносну прямокутну рамку, розділену на дві або три частини.

У першій (ліворуч) частини записують знак відхилення, в другій - числове значення, а в третій - літерне позначення бази або іншій поверхні. Бази позначають прописною літерою або зачерненим трикутником. Напрямок лінії вимірювання відхилень вказується відрізком лінії зі стрілкою.

Дійсні поверхні деталей машин відрізняються від номінальних (заданих в технічній документації) наявністю нерівностей, які виникають при обробці поверхні і обумовлених коливанням інструменту і деталі в процесі обробки, дефектами інструменту, особливостями кінематики обробного верстата та ін Ці періодичні нерівності називають хвилястістю і шорсткістю. До шорсткості відносять нерівності, у яких відношення кроку до висоти нерівностей менше 50, а до хвилястості - від 50 до 1000.

За ГОСТ 2789 - 73 основними параметрами для оцінки шорсткості є висота Rz нерівностей профілю за десятьма точках і середнє арифметичне відхилення профілю Ra на базовій довжині (рис. 8.4).

Шорсткість поверхні має суттєвий вплив на експлуатаційні властивості деталей: знижує міцність, корозійну стійкість, жорсткість деталей, збільшує інтенсивність зносу і ін

При призначенні шорсткості поверхні враховують вимоги до точності деталі, хоча безпосереднього зв'язку між ними немає. Часто беруть, що величина Rz не повинна перевищувати 0,1 ... 0,2 допуску на розмір. Крім параметрів, що характеризують висоту мікронерівностей, на працездатність деталей впливають і інші характеристики (середній крок по вершинах і по середній лінії профілю, відносна опорна довжина та ін.)

Номінальні числові значення параметрів шорсткості вказують на кресленнях знаками, зображеними на рис. 8.5, а. Вони не регламентують виду обробки поверхні. Знаком, показаним на ріс.8.5, б, позначають поверхні, утворені видаленням шару матеріалу (гострінням, шліфуванням і т.п.); на рис. 8.5, в - поверхні, не оброблювані після лиття, штампування та інших видів попередньої обробки. Відомості щодо параметрів шорсткості наводяться на кресленнях також за допомогою знака, показаного на рис. 8.5, м. При цьому на місці рамки 1 записують параметр (параметри) шорсткості за ГОСТ 2789-73 (для Ra без символу, рис. 8.5, д, для решти параметрів після відповідного символу, рис. 8.5, е). На місці рамки 2 записують (при необхідності) вид обробки поверхні та інші додаткові вказівки, а на місці рамок 3 та 4 відповідно базову довжину за ГОСТ 2789 -73 (рис. 8.5, ж) і умовне позначення напрямку нерівностей.

Більш докладно питання взаємозамінності і технічних вимірювань вивчаються в спеціальних курсах.

ЛЕКЦІЯ 9

План лекції

9.1. Методика конструювання

9.2. Конструктивна спадкоємність

9.3. Методи активізації технічної творчості

9.1. Методика конструювання

Вихідними матеріалами для проектування можуть бути такі:

технічне завдання, що видається плануючої організацією або замовником, і визначають параметри машин, область і умови її застосування;

технічну пропозицію, яку висувають в ініціативному порядку проектною організацією або групою конструкторів;

науково-дослідна робота чи створений на її основі експериментальний зразок;

изобретательское пропозицію або створений на його основі експериментальний зразок;

зразок зарубіжної машини, що підлягає копіюванню або відтворення зі змінами.

Перший випадок найбільш загальний; на ньому найзручніше простежити процес проектування. До технічних завдань необхідно підходити критично. Конструктор повинен добре знати галузь промисловості, для якої проектують машину. Він зобов'язаний перевірити завдання і в потрібних випадках обгрунтовано довести необхідність його коригування.

Критичний підхід особливо необхідний у тих випадках, коли замовником є окремі заводи або галузь промисловості. В останньому випадку поряд з задоволенням вимог замовника доцільно забезпечити також можливість застосування машини на інших заводах і в суміжних галузях промисловості.

Не завжди враховують ту обставину, що з моменту початку проектування до терміну впровадження машини в промисловість проходить певний період, як правило, тим більше тривалий, чим складніше машина. Цей період складається з наступних етапів: проектування, виготовлення, заводський налагодження і доведення досвідченого зразка, промислових випробувань, внесення виявилися в ході випробувань змін, державних випробувань і приймання дослідного зразка. Далі слід виготовлення технічної документації головний серії, виготовлення головний серії та її промислові випробування. Слідом за цим розробляють серійну документацію, підготовляють виробництво до серійного випуску та, нарешті, організують серійний випуск.

У кращому випадку за відсутності великих неполадок і ускладнень цей процес триває півтора-два роки. Іноді між початком проектування і початком широкого випуску машин проходять два-три роки і більше. При сучасних темпах технічного прогресу в машинобудуванні це великий термін.

Машини з неправильно вибраними заниженими параметрами, засновані на шаблонних рішеннях, що не забезпечують технічного прогресу, несумісні з новими уявленнями про роль якості та надійності, застарівають вже до початку серійного випуску. Робота, витрачена на проектування, виготовлення і доведення зразка, виявляється марною, а промисловість не отримує потрібної машини.

9.2. Конструктивна спадкоємність

Конструктивна спадкоємність - це використання при проектуванні попереднього досвіду машинобудування даного профілю та суміжних галузей, введення в проектований агрегат всього корисного, що є в існуючих конструкціях машин. Майже кожна сучасна машина являє собою підсумок роботи конструкторів кількох поколінь. Початкову модель машини поступово вдосконалюють, забезпечують новими вузлами і агрегатами, збагачують новими конструктивними рішеннями, які є плодом творчих зусиль і винахідливості наступних поколінь конструкторів. Деякі конструктивні рішення з появою більш раціональних рішень, нових технологічних прийомів, з підвищенням експлуатаційних вимог відмирають, інші виявляються виключно живучими і зберігаються тривалий час у такому чи майже такому вигляді, який їм надали творці. З плином часу підвищуються техніко-економічні показники машин, зростають їх потужність і продуктивність, збільшується ступінь автоматизації, експлуатаційна надійність, з'являються нові машини однакового призначення, але принципово інших конструктивних схем. У змаганні перемагають найбільш прогресивні і конкурентоспроможні конструкції.

Вивчаючи історію розвитку будь-якої галузі машинобудування, можна виявити величезне різноманіття перепробуваних схем і конструктивних рішень. Багато хто з них, зниклі і грунтовно забуті, відроджуються через десятки років на новій технічній основі і знову отримують путівку в життя. Вивчення історії дозволяє уникнути помилок і повторення пройдених етапів і разом з тим намітити перспективи розвитку машин.

Корисно складати графіки, що відображають зміна по роках головних параметрів машин (потужність, продуктивність, маса і т. д.).

Тенденції конструктивного оформлення дуже виразно характеризують графіки, що показують у відсотках частоту зустрічальності по роках різних конструктивних рішень. Аналіз таких графіків і їх екстраполяція дозволяють скласти досить чітке уявлення про те, які будуть параметри машин і їх конструкція через кілька років.

Особливо важливим є вивчення вихідних матеріалів при розробці нової конструкції. Основне завдання полягає в правильному виборі параметрів машини. Приватні конструктивні помилки виправити в процесі виготовлення і доведення машини. Помилки ж у параметрах і в основному задумі машини не піддаються виправленню і нерідко ведуть до провалу конструкції. На цьому етапі не слід шкодувати ні часу, ні зусиль на дослідження. Тут більш ніж де-небудь дійсно правило: «Сім разів відміряй, один раз відріж».

Вибору параметрів повинно передувати повне дослідження усіх факторів, що визначають конкурентоспроможність машини. Необхідно вивчити досвід виконаних зарубіжних і вітчизняних машин, провести порівняльний аналіз їх переваг та недоліків, вибрати правильний аналог і прототип, з'ясувати тенденції розвитку та потреби даної галузі машинобудування.

Важливою умовою правильного проектування є наявність фонду довідкового конструктивного матеріалу. Крім архівів власної продукції конструкторські організації повинні мати альбоми конструкцій суміжних організацій. Обов'язково систематичне поглиблене вивчення вітчизняної та зарубіжної періодичної літератури та патентів.

Публікації в зарубіжній літературі часто бувають завуальованими, по властивому капіталістичному господарству прагненню охороняти фірмові секрети. Конструктор повинен вміти читати між рядків. Іноді коротке повідомлення містить багатозначні натяки на готуються великі нововведення в даній галузі машинобудування.

Конструктор повинен бути в курсі пошукових і перспективних робіт, проведених науково-дослідними інститутами в даній галузі машинобудування.

Поряд з вивченням досвіду тієї галузі машинобудування, в якій працює дана конструкторська організація, варто використати досвід інших суміжних та навіть віддалених за профілем галузей машинобудування. Це розширює кругозір конструктора і збагачує арсенал його конструкторських засобів. Особливо корисно вивчати досвід передових галузей машинобудування, де конструкторська і технологічна думка, спонукувана високими вимогами до якості продукції (авіація) і масовості виготовлення (автотракторобудування), які постійно створює нові конструктивні форми, способи підвищення міцності, надійності, довговічності і прийоми продуктивного виготовлення.

Використання накопиченого досвіду дозволяє вирішити приватні задачі, що виникають при проектуванні. Іноді конструктор намагається створити будь-який спеціалізований вузол або агрегат, новий для конструкції даної машини, тоді як подібні вузли давно розроблені в інших галузях машинобудування та апробовані тривалою експлуатацією.

Все сказане вище можна резюмувати образної формулою: при створенні навою машини конструктор повинен дивитися вперед, озиратися назад і озиратися по сторонах.

Напрямок конструктивної наступності не означає обмеження творчої ініціативи. Проектування кожної машини становить величезне поле діяльності для конструктора. Тільки не слід винаходити вже винайдене і не забувати правило, сформульоване ще на початку XX століття Гюльднером: «Weniger erfinden, mehr konstruiren »(менше винаходити, більше конструювати).

Процес постійного вдосконалення машин під впливом зростаючих вимог промисловості знаходить відображення у виробленні школи конструювання та складу конструкторського мислення. Прагнення до вдосконалення конструкції входить у плоть і кров конструктора і стає його потребою. Істинний конструктор заряджений волею до подолання труднощів. Він отримує повне задоволення лише в тому випадку, якщо знаходить, іноді після наполегливих пошуків, зривів та помилок, найбільш досконале рішення, що сприяє прогресу машинобудування.

Конструктор повинен постійно працювати над собою, безперервно збагачувати і поповнювати запас конструктивних рішень. Досвідчений конструктор завжди помітить і подумки «сфотографує» цікаві конструктивні рішення навіть на чужих по профілю машинах, на будь-який потрапляє в поле його зору машині.

Конструктор повинен добре знати новітні технологічні процеси, в ​​тому числі фізичні, електрофізичні і електрохімічні способи обробки (електроіскрову, електронно-променеву, лазерну, ультразвукову, розмірне електрохімічне травлення, обробку вибухом, електрогідравлічним ударом, електромагнітним імпульсом і т. д.). Інакше він буде обмежений в виборі раціональних форм деталей і не зможе закласти в конструкцію умови продуктивного виготовлення.

Розвиток машинобудування нерозривно пов'язане з розвитком машінопотребляющіх галузей господарства. У промисловості відбувається процес безперервного вдосконалення: зростає обсяг продукції, скорочується виробничий цикл, з'являються нові технологічні процеси, змінюються компонування ліній, склад і розміщення обладнання, безперервно підвищується рівень механізації і автоматизації виробництва. Відповідно зростають вимоги до показників машин, їх продуктивності, ступеня автоматизації. Деякі машини з появою нових технологічних процесів стають непотрібними. Виникає необхідність створення нових машин або докорінної зміни старих.

Іноді ці зміни бувають дуже великими і зачіпають багато класів машин. Так, введення прогресивного процесу безперервного розливання сталі означає відмирання або, у всякому випадку, скорочення застосованості таких складних і металомістких машин, як блюмінги і слябінг (бесслітковий прокат). Розвиток конверторного виробництва сталі з кисневим дуттям викличе зниження застосованості мартенівських печей, якщо тільки останні, у свою чергу, не піддадуться корінним усовер шенствованія. Поява магнітогазодінаміческіе генераторів, безпосередньо перетворюють теплову енергію в електричну, призведе до зникнення електрогенераторів і значного скорочення використання теплових двигунів.

Проектування машин, призначених для певної галузі промисловості, має передувати ретельне вивчення цієї галузі, динаміки її кількісного та якісного розвитку, потреб у даній категорії машин і ймовірності появи нових технологічних процесів і методів виробництва.

Конструктор повинен добре знати специфіку цієї галузі та умови експлуатації машин. Кращі конструктори, за спостереженнями, це ті, які пройшли школу виробництва та поєднують конструкторські здібності зі знанням умов експлуатації об'єктів проектування.

При виборі параметрів машини необхідно враховувати конкретні умови її застосування. Не можна, наприклад, довільно збільшувати продуктивність машини, не враховуючи продуктивності суміжного обладнання. У деяких випадках машини з підвищеною продуктивністю можуть виявитися в експлуатації недовантаженими і будуть більше простоювати, ніж працювати. Це знижує ступінь їх використання та зменшує економічний ефект.

При виборі параметрів машини, основний схеми та типу конструкції в центрі уваги повинні бути фактори, що визначають економічну ефективність машини: висока корисна віддача, малі енергоспоживання і витрати на обслуговування, низька вартість експлуатації і тривалий термін застосування. Схему машини звичайно вибирають шляхом паралельного аналізу декількох варіантів, які піддають ретельної порівняльної оцінки з боку конструктивної доцільності, досконалості кінематичної та силової схем, вартості виготовлення, енергоємності, витрати на робочу силу, надійності дії, габаритів, металоємності і маси, технологічності, ступеня агрегатного, зручності обслуговування, збирання-розбирання, огляду, налагодження, регулювання.

Слід з'ясувати, якою мірою схема забезпечує можливість подальшого розвитку, форсування та вдосконалення машини, освіти на базі вихідної моделі похідних машин і модифікацій.

Не завжди вдається навіть при самих ретельних пошуках знайти рішення, що повністю відповідає поставленим вимогам. Бездоганний у всіх відносинах варіант у конструкторській практиці - рідкісна удача. Справа часом не в нестачі винахідливості, а в суперечливості висунутих вимог. У таких випадках доводиться йти на компромісне рішення і поступатися деякими з них, що не мають першорядного значення в даних умовах застосування машини. Нерідко треба вибирати варіант, не стільки має найбільші гідності, скільки володіє найменшими недоліками.

Після вибору схеми та основних показників агрегату розробляють компонування, на основі якої складають ескізний, технічний та робочий проекти.

Розробка варіантів - справа не індивідуальної звички або схильностей конструктора, а закономірний метод проектування, допомагає відшукати найбільш раціональне рішення. Як приклад розробки та порівняльного аналізу варіантів наведемо часто зустрічається в машинобудуванні вузол редукуючої конічної зубчастої передачі (табл. 6.1).

Для спрощення не розглянуті можливі конструктивні варіанти підведення і відбору крутного моменту, типу опор, способів фіксації осьового положення зубчастих коліс. Дано тільки варіанти загального компонування передачі, конструкції корпусу, розстановки опор, систем збирання та перевірки зачеплення. Остаточний вибір варіанта редуктора залежить від умов його застосування та установки. Найбільшими перевагами для загальних умов з розглянутих застосування володіє конструкція 1.

Метод інверсії. Серед прийомів, що полегшують складну роботу конструювання, чільне місце займає метод інверсії (звернення функцій, форм і розташування деталей).

У вузлах іноді буває вигідним поміняти деталі ролями, наприклад, провідну деталь зробити веденої, направляючу - спрямовується, що охоплює - охоплюваній, нерухому - рухомою. Доцільно іноді інвертувати форми деталей, наприклад, зовнішній конус замінити внутрішнім, опуклу сферичну поверхню - увігнутою. В інших випадках виявляється вигідним перемістити конструктивні елементи з однієї деталі на іншу, наприклад, шпонку з вала на маточину або бойок з важеля на штовхач.

Кожного разу конструкція при цьому набуває нових властивостей. Справа конструктора - зважити переваги і недоліки вихідного і інвертованого варіантів з урахуванням надійності, технологічності, зручності експлуатації і вибрати найкращий з них. У досвідченої конструктора метод інвертування є невід'ємним інструментом мислення і значно полегшує процес пошуків рішень, в результаті яких народжується раціональна конструкція.

Компонування зазвичай складається з двох етапів: ескізного і робочого. У ескізної компонуванні розробляють основну схему і загальну конструкцію агрегату (іноді кілька варіантів). На підставі аналізу ескізної компонування становлять робочу компонування, уточнюючу конструкцію агрегату і, що служить вихідним матеріалом для подальшого проектування.

При компонуванні важливо вміти виділити головне з другорядного і встановити правильну послідовність розробки конструкції. Спроба скомпонувати одночасно всі елементи конструкції є помилкою, яка властива початківцям конструкторам. Отримавши завдання, що визначає цільове призначення і параметри проектованого агрегату, конструктор нерідко починає відразу вимальовувати конструкцію в цілому у всіх її подробицях, з повним зображенням конструктивних елементів, надаючи компонуванні такий вигляд, який повинен мати лише складальне креслення конструкції в технічному або робочому проекті. Конструювати так - значить майже напевно прирікати конструкцію на нераціональність. Виходить механічне нанизування конструктивних елементів і вузлів, розташованих завідомо недоцільно.

Компонування слід починати з вирішення головних питань - вибору раціональних кінематичної та силової схем, правильних розмірів і форми деталей, визначення найбільш доцільного взаємного їх розташування. При компонуванні треба йти від загального до приватному у, а не навпаки. З'ясування подробиць конструкції на даному етапі не тільки марно, але й шкідливо, оскільки відволікає увагу конструктора від основних завдань компонування і збиває логічний хід розробки конструкції.

Інше основне правило компонування - розробка варіантів, поглиблений їх аналіз та вибір найбільш раціонального. Конструктор не повинен відразу задаватися напрямком конструювання, вибираючи або перший прийшов в голову тип конструкції або приймаючи за зразок шаблонну конструкцію. На даному етапі проектування не можна піддаватися психологічної інерції та надаватися у владі стереотипів. Спочатку необхідно опрацювати всі можливі рішення і вибрати з них оптимальне для даних умов. Це трудомістка процедура. Для її виконання слід передбачати час.

Повна розробка варіантів необов'язкова. Зазвичай досить загальних уявлень або олівцевих начерків від руки, щоб отримати уявлення про перспективність варіанти і вирішити питання про доцільність продовження роботи над ним.

Іноді конструктор навіть не може пояснити, чому він обирає один напрямок конструювання і відкидає інше, обмежуючись лаконічним "не подобається". В одного конструктора за цією, на перший погляд смакової мотивуванням, насправді ховається безпомилкове передбачення конструктивних, технологічних, експлуатаційних та інших ускладнень, які несе з собою відкидаємо напрямок.

У процесі компонування необхідно проводити розрахунки, хоча б орієнтовні і наближені. Основні деталі конструкції повинні бути розраховані на міцність і жорсткість. Довірятися інтуїції при виборі розмірів і форм деталей не можна. Правда, є досвідчені конструктори, які майже безпомилково встановлюють розміри і перетину. забезпечують прийнятий в даній галузі машинобудування рівень напружень. Але це гідність сумнівне. Копіюючи шаблонні форми і дотримуючись традиційного рівня напружень, не можна створити прогресивні конструкції.

Неправильно цілком покладатися і на розрахунок. По-перше, існуючі методи розрахунку на міцність не враховують низки чинників, що визначають працездатність конструкції. По-друге, є деталі, що не піддаються розрахунку (наприклад, складні корпусні деталі). По-третє, необхідні розміри деталей залежать не тільки від міцності, а й від інших факторів. Конструкція литих деталей визначається в першу чергу вимогами ливарної технології. Для механічно оброблюваних деталей слід враховувати опірність силам різання і надавати їм необхідну жорсткість. Термічно оброблювані деталі повинні бути досить масивними щоб ​​уникнути викривлення. Розміри деталей управління потрібно вибирати з урахуванням зручності маніпулювання.

Що з'явилися останнім часом чисельні методи розрахунку, в тому числі метод кінцевих елементів (МКЕ), дозволяють виконати розрахунки на міцність і жорсткість деталей практично будь-якої форми.

Необхідна умова правильного конструювання - постійно мати на увазі питання виготовлення і з самого початку надавати деталей технологічно доцільні форми. Досвідчений конструктор, компонуючи деталь, відразу робить її технологічною; початківець повинен постійно звертатися до консультації технологів.

Компонування необхідно вести на основі нормальних розмірів (діаметри посадкових поверхонь, розміри шпонкових і шліцьових з'єднань, діаметри різьб і т. д.). Особливо це важливо при компонуванні вузлів з ​​декількома концентричними посадочними поверхнями, а також ступінчастих деталей, форма яких значною мірою залежить від градації діаметрів.

Одночасно слід домагатися максимальної уніфікації нормальних елементів. Елементи, неминучі за конструкцією головних деталей і вузлів, рекомендується використовувати в інших частинах конструкції.

При компонуванні повинні бути враховані всі умови, що визначають працездатність агрегату, розроблені системи змащення, охолодження, збирання-розбирання, кріплення-агрегату і приєднання до нього суміжних деталей (приводних валів, комунікацій, електропроводки); передбачені умови зручного обслуговування, огляду та регулювання механізмів; вибрані матеріали для основних деталей; продумані способи підвищення довговічності, збільшення зносостійкості тертьових з'єднань, способи захисту від корозії; досліджено можливості форсування агрегату та визначено його межі.

Не завжди компонування йде гладко. У процесі проектування часто виявляють непомічені в початкових прикидках недоліки, для усунення яких доводиться повертатися до раніше забракованими схемами або розробляти нові. Окремі вузли не завжди виходять з перших спроб. Це не повинно бентежити конструктора. Доводиться створювати "тимчасові" конструкції та доводити їх до необхідного конструктивного рівня в процесі подальшої роботи. У таких випадках корисно за італійською приказці "dare al tempo il tempo" ("дати час часу"), т. е. зробити перепочинок, після якої в результаті підсвідомої роботи мислення нерідко виникають вдалі рішення, які виведуть конструктора з глухого кута. Після паузи конструктор дивиться на креслення по-іншому і бачить недоліки, які були допущені в період розвитку основної ідеї конструкції.

Часом конструктор мимоволі втрачає об'єктивність, перестає бачити недоліки вподобаного йому варіанти і можливості інших варіантів. У таких випадках як не можна більш до місця виявляється неупереджену думку сторонніх людей, вказівку старших, рада товаришів по роботі, навіть прискіплива критика. Більш того, чим гостріше критика, тим більшу користь отримує з неї конструктор.

На всіх стадіях компонування слід вдаватися до конструкції виробничників і експлуатаційників. Чим ширше поставлено обговорення компонування і чим уважніше конструктор прислухається до корисних вказівок, тим краще стає компонування і досконаліше виходить конструкція.

Не слід шкодувати часу і сил на опрацювання проекту. Вартість проектних робіт складає незначну частку вартості випуску машин (за винятком машин одиничного і дрібносерійного виробництва). Більш глибока опрацювання конструкції в кінцевому рахунку дає виграш у вартості, терміни виготовлення й доведення, як і економічної ефективності машини.

Техніка компонування. Компонування краще всього вести в масштабі 1:1, якщо це допускають габаритні розміри проектованого об'єкта. При цьому легше вибрати потрібні розміри і перерізу деталей, скласти уявлення про пропорційності частин конструкції, міцності і жорсткості деталей і конструкції в цілому. Разом з тим такий масштаб позбавляє від необхідності нанесення великої кількості розмірів і полегшує наступні процеси проектування зокрема, деталювання. Розміри деталей в цьому випадку можна брати безпосередньо з креслення.

Викреслювання в зменшеному масштабі, особливо при скороченнях, що перевищують 1: 2, сильно ускладнює процес компонування, спотворюючи пропорції і позбавляючи креслення наочності. Якщо розміри об'єкта не дозволяють застосувати масштаб 1:1, то окремі складальні одиниці та агрегати об'єкта слід в усякому разі компонувати в натуральну величину.

Компонування найпростіших об'єктів можна розробляти в одній проекції, в якій конструкція з'ясовується найбільш повно. Форми конструкції в поперечному напрямку заповнюються просторовою уявою.

При компонуванні більш складних об'єктів зазначений спосіб може викликати суттєві помилки; в таких випадках обов'язкова розробка у всіх необхідних видах, розрізах і перетинах.

Техніка виконання компонувальних креслень являє собою процес безперервних пошуків, проб, прикидок, розробки варіантів, їх співставлення та відбракування негідних. Креслити слід зі слабким натиском олівця, тому що при компонуванні переробки слідують одна за одною, тут працює більше гумка, ніж олівець. Перетини можна не штрихувати, а якщо і штрихувати, то тільки від руки. Не слід витрачати час, на вимальовування подробиць. Типові деталі та вузли (кріпильні деталі, ущільнення, пружини, підшипники кочення) доцільно зображати спрощено (рис. 13).

Обведення креслення, штрихування, розкриття умовностей зображення і подрісовиваніе дрібних деталей відносять на остаточні стадії компонування, при підготовці компоновочного креслення до обговорення.

Існує школа компонування від руки. Конструкцію вимальовують олівцем на міліметровому папері. Автор незмінно дотримується цього способу і вважає, що таке компонування має великі переваги в продуктивності, гнучкості, легкості внесення поправок. Воно майже повністю виключає можливості помилок у ув'язувальні розмірах і забезпечує легке читання всіх розмірів деталей. При цьому способі особливо добре вдається надавати деталей плавні обриси, характерні для сучасного конструювання.

Для конструктора, який володіє малювальним здібностями, це найкращий спосіб компонування. Є конструктори, з-під рук яких протягом декількох годин виходять виконані цим методом цілком закінчені і відпрацьовані компонування, які можна передавати на деталювання.

9.2. Методи активізації технічної творчості

Якість конструкції створюваної машини визначається кваліфікацією, технічної ініціативою та творчими здібностями конструктора, ступенем використання вітчизняного та зарубіжного досвіду проектування, виробництва, експлуатації та дослідження машин аналогічного призначення.

Особливо важливо творчо виконати перші етапи проектування - розробити технологічний процес, схему і компоновку машини, запропонувати оригінальні та ефективні технічні рішення.

Для полегшення пошуку нових технічних рішень використовують різні евристичні прийоми, що організують і активізують знання конструктора та його практичний досвід. Широко застосовують такі прийоми, як аналогія, інверсія, компенсація і ін

Аналогія деяких особливостей поставленого завдання з відомими рішеннями інших завдань часто сприяє появі нових ідей. Тому при проектуванні корисно вивчати не тільки інформацію, що відноситься до теми проекту, а й прийоми вирішення аналогічних завдань в інших галузях техніки.

Інверсія - прийом звернення функцій, форм і розташування деталей. Наприклад, у вузлі поміняти деталі ролями - провідну зробити веденої, направляючу - направляється. У кожному такому зміну конструкція набуває нових властивостей і конструктор повинен вибрати найбільш вдалий варіант.

Компенсація неприпустимого процесу - один з найбільш широко застосовуваних прийомів усунення протиріч в технічних задачах. Наприклад, відхилення розмірів оброблюваних деталей внаслідок зносу різального інструменту можна усунути автоматичної підналагодження його положення.

Успішному вирішенню творчих завдань можуть сприяти деякі методи, розроблені для цієї мети. До них відноситься, наприклад, так званий метод «Мозкового штурму», запропонований А. Осборном у 40-х рр.. в США. За цим методом конкретну технічну завдання вирішує група з 6 ... 10 фахівців, яку ділять на дві частини: «генерування ідей» і «Оцінки ідей». У першу підгрупу привертають широко ерудованих, схильних до фантазії фахівців, у другу - фахівців з критичним складом розуму. Завдяки тому, що група людей завжди має великий сумарним знанням і багатою уявою, ніж будь-який з її членів, цей метод, як показав досвід його застосування, виявив свою ефективність тільки при вирішенні порівняно нескладних завдань.

При «морфологічному аналізі», запропонованому швейцарським вченим Фр. Цвіккі, будують багатовимірні таблиці основних характеристик аналізованого технічного об'єкта. Ці табліципозволяют отримати дуже велика кількість можливих поєднань характеристик об'єкта, включаючи і варіанти, які без такого підходу навряд чи були б розглянуті. З цих варіантів може бути обраний шуканий оптимальний.

У нашій країні Г. С. Альтшуллер на підставі аналізу великої кількості авторських свідоцтв і патентів на винаходи розробив «Теорію рішення винахідницьких задач», в якій запропоновано прийоми, що дозволяють виявляти і усувати фізичні протиріччя, що містяться у винахідницьких завданнях, засоби активізації уяви та подолання психологічної інерції. В останні роки розробляються також евристичні методи пошуку нових технічних рішень за допомогою ЕОМ.

Слід зазначити, що за допомогою ЕОМ на підставі одного разу прийнятих вихідних даних не можна отримати якісно нові високоефективні технічні рішення, так як ці формалізовані вихідні дані не враховують деякі важливі, іноді вирішальні, критерії для оцінки конструкції, що мають лише якісний характер, які важко формалізувати (наприклад , міркування уніфікації, можливість одержання комплектуючих частин та ін.) Крім того, використання в розрахунках даних про прототипи (з урахуванням прогнозу розвитку їх конструкції) дозволяє лише створити конструкцію, подібну вже існуючої.

Очевидно, застосування ЕОМ тільки тоді ефективно, коли прийняті при складанні програм математичні моделі процесів роботи проектованих систем з достатньою точністю відповідають процесам роботи реальних систем.

Доцільний пошук нових технічних рішень за допомогою ЕОМ в режимі діалогу "людина - ЕОМ», при якому поєднуються можливості ЕОМ швидко і точно виконувати математичні операції з творчими здібностями людини, його інтуїцією, здатністю використання аналогій, асоціацій, передбачення. Після кожного етапу роботи ЕОМ в автоматичному режимі конструктор аналізує отримані результати, зіставляє їх з наявними експериментальними даними, варіює параметри системи і, в разі необхідності, коригує саму програму - уточнює прийняту розрахункову схему.

Найкраще рішення, що забезпечує найбільшу ефективність роботи всієї машини, може бути знайдено лише порівнянням різних варіантів виконання механізму і знайдених для кожного з них оптимальних параметрів і законів руху.

Важливими умовами успішного вирішення складних технічних завдань є якості розробника: 1) творчі здібності, працьовитість і наполегливість, 2) об'єктивний підхід до розроблюваних завданням, вміння не залишатися в полоні упереджень і відкидати висунуту раніше ідею, якщо факти суперечать їй або якщо пропозиції колег по роботі дають найкращі результати; 3) готовність долати труднощі заради досягнення високої ефективності результатів технічної розробки.

Ефективним методом вирішення складних науково-технічних проблем є паралельна робота над аналогічними проблемами різних колективів. Це дає різносторонній підхід до їх вирішення і створює умови творчого змагання колективів.

ЛЕКЦІЯ 10

План лекції:

10.1. Ергономіка і технологічність конструкції обладнання

10.2. Естетичне оформлення технологічного обладнання

10.1. Ергономіка і технологічність конструкцій устаткування

Ергономічні вимоги до обладнання визначаються фізіологічними, антропометричними, біомеханічними і психологічними характеристиками людини і встановлені для оптимізації його діяльності в системі "людина - машина".

Облік ергономічних вимог при проектуванні і конструюванні виробів забезпечує підвищення ефективності та якості праці, зручності експлуатації та обслуговування, поліпшення умов праці, економію витрат фізичної та нервово енергії працюючого максимально можливим пристосуванням виробів до його функціональним можливостям. При цьому досягається значний соціально-економічний ефект, що виражається у підвищенні привабливості та змістовності праці, збереження здоров'я і підтримці високої працездатності людини, скорочення непродуктивних і втрат робочого часу, зменшенні витрат на надання пільг і компенсацій за роботу в несприятливих умовах.

В інженерній практиці відомі далеко не одиничні випадки, коли використання нових продуктивних машин і пристроїв не давало належного ефекту через невідповідність їх конструкції функціональним особливостям людини. Отже, ефективність машини визначається не тільки такими її характеристиками, як ККД, продуктивність, трудомісткість виготовлення, надійність та ін, але і тим, наскільки легко і точно оператор зможе керувати машиною.

Сучасна техніка вимагає від робітника не стільки значних зусиль, скільки точності реакцій, продуманості дій, швидких рішень і, отже, значного нервового напруження. У зв'язку з цим раціональну конструкцію виробу не можна створити, не знаючи ергономіки, що вивчає функціональні можливості людини в трудових процесах з метою створення для нього таких умов праці, які забезпечували б не тільки високопродуктивний та безпечну працю, але й необхідні зручності в роботі, т. Е . Збереження його сил, здоров'я, працездатності.

Ергономічні показники якості виробів визначає ГОСТ 16035 - 81:

антропометричні вимоги встановлюють відповідність виробу антропометричними параметрами людини; останні визначають розмірне побудова і форму тіла людини (оператора);

фізіологічні вимоги визначають відповідність виробу фізіологічним властивостям людини (наприклад, біомеханічних, силовим, швидкісним);

психофізіологічні вимоги встановлюють відповідність виробу особливостей функціонування органів почуттів (рецепторів) людини-оператора;

психологічні вимоги визначають відповідність виробу психологічним особливостям людини (особливості сприйняття, пам'яті та ін);

гігієнічні нормативи спрямовані на створення безпечних умов праці та попередження професійних занедужував, орієнтовані на обмеження шкідливого впливу факторів виробничого середовища.

Ергономічний підхід до гігієнічного нормування повинен передбачати створення оптимальних умов для трудової діяльності урахуванням комплексного впливу факторів виробничого середовища (пил, газ, вібрації, шум, температура, іонізуюче випромінювання, освітленість та ін); гігієнічне нормування повинно бути орієнтоване не тільки на ГДК (ПДУ ), але і на створення оптимальних умов виробничого середовища.

ГДК (ПДУ) - це гранично допустимі концентрації (рівні) шкідливих факторів робочої зони, які при щоденній роботі протягом 8 годин, але не більше 41 год на тиждень, протягом усього робочого стажу не викликають у працюючих захворювань або, відхилень у здоров'ї, виявляються про процес роботи або в окремі строки життя теперішнього і майбутніх поколінь. Необхідно враховувати, що дози та рівні шкідливих факторів, значно менші, що допускаються, у ряді випадків при їх комбінованій дії стають небезпечними для здоров'я працюючих. Гігієнічні вимоги органічно пов'язані з іншими ергономічними вимогами та їх оптимальними показниками є необхідні умови ефективності ергономічних рекомендацій, використовуваних при конструюванні виробів та організації робочих місць.

Проектування досконалих систем "людина - машина" і "людина-машина-середовище" неможливо без урахування всіх зв'язків вироби з людиною і середовищем. Вже на початкових стадіях проектування ретельно розглядають не тільки конструкторські особливості майбутньої системи, але і конкретні дії людини в цій системі. Такий аналіз постійно нагадує конструктору про функції вироби, а ергономіст дозволяє уточнити ряд положень ергономічного характеру. Ергономіст допомагає вибрати з ряду конструкторських рішень оптимальний в ергономічному щодо варіант. Моделі і макети такого варіанту не тільки служать для перевірки композиційних рішень, але і дозволяють експериментально перевірити відповідність нової конструкції вимогам ергономіки.

Таким чином, ергономіка найтіснішим чином взаємопов'язана з художнім конструюванням, так як критеріями її аналізу є: оптимальне пристосування конструкції до психофізіологічних особливостей людини; можливість за допомогою конструктивних рішень впливати на розкриття людських здібностей і їх стимулювання для оптимізації діяльності людини; можливість створення умов для виникнення позитивних емоцій та оптимального життєвого тонусу в оператора в процесі взаємодії людини і техніки.

Розподіл функцій між людиною і машиною, тобто визначення операцій, які повинні виконувати людина або машина для забезпечення необхідної ефективності системи людина - машина, є важливим завданням порівняльного аналізу можливостей людини і машини.

Машині доцільно передати функції, що вимагають: додатки великої фізичної сили слабозмістовне і монотонного характеру; велику трудомісткість; швидкої реакції на сигнали; високого ступеня плавності і точності докладання зусиль; прийому, переробки та зберігання великих обсягів інформації; прийняття однотипних постійно повторюваних рішень.

За людиною слід залишати функції, що вимагають: вирішення завдань планування, програмування і контролю трудового процесу; прийняття рішень в непередбачуваних ситуаціях; більш високою, ніж машина, чутливості до різних сигналів; різноманіття відповідних реакцій; пристосування до мінливих умов.

Реалізацію ергономічних вимог при проектуванні і конструюванні виробів забезпечують дотриманням відповідних стандартів на системи людина - машина і системи безпеки праці (СБТ), санітарних норм і правил, стандартів на терміни та номенклатуру ергономічних показників якості та інших нормативних матеріалів.

При створенні нового виробу ергономічна опрацювання необхідна на всіх стадіях розробки конструкторської документації та технічного завдання.

На стадії розробки технічного завдання:

визначають призначення виробу, виконують аналіз аналогів і прототипів по їх ергономічним характеристикам;

проводять ергономічний аналіз трудової діяльності людини та орієнтовний розподіл функцій у реальній системі людина - машина;

розробляють орієнтовні ергономічні вимоги на основі нормативних документів, довідкових ергономічних матеріалів.

На стадії розробки технічного проекту:

остаточно розподіляють функції в системі людина - машина;

визначають остаточні ергономічні вимоги та їх реалізацію в проекті;

оцінюють ступінь реалізації ергономічних вимог аналітичними методами та методами моделювання.

На стадії розробки робочих креслень і випробувань:

виконують аналіз і дають ергономічну характеристику (оцінку) створеного вироби для визначення ступеня його відповідності ергономічним вимогам;

складають пропозиції щодо вдосконалення (доведенні) вироби і відповідному коригуванню технічної документації.

Вимоги антропометрії і біомеханіки. При конструюванні виробу необхідно передбачати його відповідність антропометричним даним і біомеханічних характеристик людини на основі врахування: габаритних розмірів і розмірів окремих частин тіла людини в робочих позах і положеннях; динаміки змін розмірів тіла при переміщенні його в просторі (динамічні розміри); діапазону рухів у суглобах.

Використовуючи антропометричні дані, при конструюванні виробів слід визначити контингент людей, для яких буде призначено виріб; вибрати антропометричний ознака (групу ознак), який є основним для визначення розмірів виробу, з урахуванням відповідної поправки на вид одягу і взуття.

Робочі зони і закономірності робочих рухів. Всі елементи робочого місця (розміри сидіння, робочої поверхні, підставки для ніг, органів управління та ін), які безпосередньо стикаються з тілом людини, повинні по можливості точно відповідати його антропометричними даними. Допускається округлення розмірів до 1 см. При розрахунку мінімальних просторів, займаних тілом людини в різних положеннях і позах, допускається округлення на 2 - 3 см. Робоче місце оператора, взаємне розташування елементів робочого місця регламентовані ГОСТ 21958 - 76, ГОСТ 22269 - 76.

10.2. Естетичне оформлення технологічного обладнання

Технологічність і художнє конструювання. У практиці художнього конструювання в багатьох випадках вимоги технічної естетики пов'язані з деякими правилами створення технологічних конструкцій виробів, наприклад:

вимогою технологічності є зменшення довжини кінематичного ланцюга вироби, так як механізм з короткою кінематичної ланцюгом, як правило, менш трудомісткий у виготовленні; разом з тим зменшення довжини кінематичного ланцюга, заміна механічних пристроїв електричними, важільного управління - кнопковим та ін полегшують завдання конструктора при знаходженні раціональної естетичної форми конструкції;

працюючи над естетичним виглядом виробу, дуже важливо правильно підібрати пропорції основних складальних одиниць і всієї конструкції, що задовольняє вимогам естетики і покращує технологічність конструкції; велике значення для поліпшення естетичного вигляду виробу в цілому має зовнішній вигляд таких деталей, як рукоятки і маховички управління, пускові кнопки , сигнальні лампочки, фірмові таблички та ін: форми цих деталей повинні відповідати всій конструкції виробу і бути технологічними у виготовленні;

особлива увага повинна бути приділена таким декоративних деталей, як кожухи і кришки, вміле використання яких дозволяє вирішити складні питання ув'язки естетики виробів з їх технологічністю.

Досвід показує, що спільна робота технологів і конструкторів - розробників виробів з художниками конструкторських бюро сприяє підвищенню технологічності виробів, поліпшення їхнього зовнішнього вигляду з урахуванням вимог технічної естетики.

Технічна естетика при конструюванні й експлуатації виробів. Для того, щоб надати машинобудівному виробу красивий зовнішній вигляд, необхідно правильно використовувати принципи художньої творчості з урахуванням вимог технічної естетики.

Вимоги технічної естетики представляють собою комплекс соціально - економічних, функціонально - конструктивних, ергономічних і естетичних вимог, виконання яких має забезпечити створення суспільно доцільних, технічно досконалих, економічних, зручних в експлуатації і естетично виразних виробів.

Вимоги технічної естетики реалізуються методами художнього конструювання, яке спрямоване на досягнення: єдності естетичного і функціонально - технічного рівня виробу; композиційної єдності і гармонійності форм; декоративності і гармонійності цветофактурного рішення поверхонь з урахуванням особливостей тактильного сприйняття; високої якості відпрацювання зовнішніх елементів виробу.

Крім загальних вимог технічної естетики до певних видів виробів повинні бути пред'явлені конкретні вимоги відповідно з особливостями форми, умов експлуатації та обслуговування, а також умов середовища (виробниче приміщення, відкритий майданчик та ін.) До виробів, які мають пости оператора, слід висувати додаткові вимоги, які характеризують композиційні рішення.

Вимоги технічної естетики враховують при розробці технічного завдання на виріб; технічне завдання встановлює також склад художньо - конструкторського проекту.

До оцінюваним естетичним показників відносяться: сучасність художньо - конструкторського рішення виробу; функціонально - конструктивна виразність форми; гармонійна цілісність композиційної структури; досконалість виробничого виконання елементів зовнішньої форми.

Показник сучасності художньо - конструкторського рішення виробу характеризує:

ступінь і специфічні особливості прояву основних принципів художньо - конструкторського рішення виробу;

ступінь відповідності художньо - конструкторського рішення виробу сучасному рівню техніки;

ступінь застосування в художньо - конструкторському вирішенні вироби прогресивних конструкцій і матеріалів;

ступінь відповідності стильового рішення виробу прогресивним тенденціям формоутворення;

ступінь оригінальності і новизни художньо - конструкторського рішення;

ступінь узгодженості форми вироби з сучасним підходом до вирішення функціонально - предметного середовища.

Показник функціонально - конструктивної виразності форми характеризує:

функціональну доцільність художньо - конструкторського вирішення кожного елемента форми;

образну інформативність форми, що свідчить як про пряме призначення виробу, так і про його місце і роль у навколишньому функціональної середовищі;

вираженість у формі вироби його конструктивних закономірностей (тектоничность).

Показник гармонійної цілісності композиційної структури характеризує:

гармонійність пропорцій, масштабну домірність частин і цілого, ритмічність композиційних елементів виробу;

цілісність пластичного рішення форми, стильова єдність всіх його елементів;

значення в об'ємно-просторову структуру вироби основних і другорядних елементів, їх підпорядкованість і групування навколо композиційного центру;

гармонійність колірного і фактурного вирішення, їх відповідність загальному композиційному задуму;

узгодженість графічних і декоративних елементів з композиційним рішенням вироби.

Показник досконалості виробничого виконання елементів зовнішньої форми характеризує:

стабільність товарного виду виробу в процесі експлуатації, стійкість елементів форми до ушкоджень;

ступінь обробки поверхні виробу (їх механічної обробки, нанесення захисно-декоративних покриттів тощо);

ретельність виконання швів, стиків, з'єднань, сполучень, кріплень;

чіткість виконання графічних і декоративних елементів.

Рекомендації та приклади колірної обробки виробів. Традиційний підхід до вибору покриттів, як завершального етапу конструкторської розробки далеко не завжди може забезпечити вимоги технічної естетики, що випливає з визначення покриттів як органічної частини форми і утворює її матеріалу. У зв'язку з цим покриття і способи їх нанесення слід вибирати в процесі конструювання окремих деталей, складальних одиниць і виробу в цілому з урахуванням основних експлуатаційних і технологічних факторів. Наприклад, для отримання надійного в експлуатації склоемалевих покриття необхідно уникати зварних швів і гострих ребер в конструкції складальних одиниць (деталей). При необхідності електролітичного хромування деталі її конфігурацію слід конструювати з урахуванням низької розсіює здібності електролітів хромування.

У випадках, коли поверхня деталі несе домінуючу функціональне навантаження (відбивачі, шкали, номограми і ін) покриття певною мірою визначає вибір конструкційного матеріалу.

Складний комплекс чинників, які необхідно враховувати при виборі покриття, виключає будь-які універсальні рекомендації. Однак, загальні відомості можуть сприяти оптимальному вирішенню конкретних завдань. Схема ілюструє необхідність одночасного обліку основних функціонально-експлуатаційних вимог, що пред'являються до деталей конструкції, і технологічних характеристик останніх

Колір відіграє важливу роль в оптимальному режимі функціонування системи машина - людина - середовище; значення кольору проявляється в колірній обробці виробів машинобудування.

Кольорове рішення має задовольняти ряду вимог, основними з яких є: інформаційно-смислове значення (інформація про функції вироби, сигналізація про стан виробничого середовища з точки зору безпеки, позначення органів управління та ін); рекламна ефективність (товарний вигляд виробу); емоційно- естетичний вплив на людину.

Позитивне емоційно-естетичний вплив колірного рішення на людину забезпечують: створенням комфортних психофізичних умов функціонування людського організму в ході трудового процесу; формуванням обстановки, що сприяє творчому підходу людини до своєї роботи.

Колірний фактор психофізичного комфорту забезпечує: оптимальні умови сприйняття людиною форми предметів (машини, верстата, інструментів тощо); оптимальні умови сприйняття простору, в якому відбувається трудовий процес; часткову компенсацію несприятливих впливів виробничого процесу (зниження зорової стомлюваності і т.д .); поліпшення санітарно-гігієнічних умов; підвищення ступеня безпеки виробничих процесів.

Гармонія колірних співвідношень виробів та інтер'єру (по колірному тону, насиченості кольору) сприяє виконанню таких основних вимог технічної естетики до виробу: сучасність художньо - конструкторського рішення; функціональна виразність форми; гармонійна цілісність композиційної структури (особливості архітектурної композиції і колірне рішення інтер'єру, характер природного і штучного освітлення при експлуатації виробу); краса вироби.

При виборі раціонального колірного рішення виробів певного виду слід проаналізувати комплекс конкретних умов та факторів: характер технологічного виробничого процесу, виконуваного виробом; функціональне призначення виробу; розміри вироби; умови безпеки процесів праці.

Колір впливає на якісне сприйняття готового виробу. Темні кольори, що створюють ефект тяжкості, можна використовувати для фарбування фундаментів, несучих конструкцій, у деяких випадках станин; такі кольори як би підкреслюють їх призначення, виконувану функцію. Однак вироби, повністю пофарбовані в темні тони, мають непривабливий вигляд, поглинають багато світла і створюють фон, що утруднює виявлення обрисів виробів при виконанні, наприклад, точних робіт. Такі яскраві кольори, як жовтий, червоний, помаранчевий, викликають враження напруженості, тривоги. У той же час вони сприяють появі відчуття теплоти. Світлі тони використовують для зменшення враження масивності. Якщо, наприклад, частина машини нависає над головою працівника і стомлює його своєю громіздкістю, то можна створити враження уявного видалення фарбуванням її в блідо-блакитний колір.

Багато фахівців рекомендують офарблювати обладнання у світло-сірі, світло-зелені, світло-блакитні тони, так як вони мають високий коефіцієнт відбиття (близько 60%). Крім того, вироби повинні бути пофарбовані таким чином, щоб створювався колірний контраст між їх окремими частинами. Такий метод фарбування в значній мірі сприяє виявленню чіткості розділення деталей і, отже, сприяє підвищенню продуктивності праці. Необхідно, однак, уникати занадто різких колірних контрастів, так як вони стомлюючі для очей. Особливо важливо не фарбувати великі площі в яскраві кольори. Яскраво забарвлені поверхні можуть викликати явище засліплення (через що порушується чіткість бачення), стомлення очей і загальне фізичне нездужання.

Внутрішні поверхні корпусних деталей доцільно офарблювати в темні тони, так як це полегшує збірку, контроль і регулювання механізму, зібраного в корпусі. Внутрішні частини панелей, люків потрібно фарбувати в яскраві кольори для того, щоб вони чітко виділялися у відкритому положенні. Колірне позначення пристроїв та деяких інструментів полегшує обслуговування складних машин і установок.

Рухливі пристрої (транспортна техніка, крани, автонавантажувачі, автомашини, електрокари тощо), повинні чітко виділятися на загальному фоні. Для залучення до них максимальної уваги необхідно фарбувати їх, наприклад, в яскраво-оранжеві кольори, на передні і задні частини машини наносити чорні і жовті смуги. Число кольорів повинне бути мінімальним. У багатьох випадках два або три кольори забезпечують необхідний ефект.

Особливого значення набуває колір при використанні його в сигнальних системах. Застосування кольору для будь-яких кодують систем повинно збігатися з його укоріненим значенням. Очевидно, червоний колір, що позначає небезпеку або «стоп», не слід застосовувати для інших цілей. Економне вживання застережливого кольору для фарбування лише найбільш небезпечних місць, більш ефективно, ніж застосування його для загального покриття.

Облік психологічного впливу різних кольорів грає важливу роль в техніці безпеки. Використання кольору в якості коду-носія інформації про небезпеку може бути додатковим засобом попередження нещасних випадків.

Раціональне використання сигнальних кольорів у багатьох випадках може значно підвищити надійність роботи людини, зменшити кількість помилок в небезпечних випадках. Забарвлення виробів лакофарбовими матеріалами сигнальних кольорів і нанесення (установку) знаків безпеки повинен виконувати підприємство-виробник виробу відповідно до вимог ГОСТ 12.4.026 - 80 (СТ РЕВ 1412 - 78).

Вибираючи покриття для окремих елементів конструкції і вироби в цілому, поряд з розглянутими технологічними особливостями їх виготовлення не можна не враховувати специфіки конкретного виробництва.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Лекція
456.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Проектування і конструювання фільтрів на поверхневих акустичних хвилях
Проектування основ і фундаментів конструювання промислових будівель і споруд
Основи конструювання
Проектування і конструювання гравірувальної машини на заняттях в умовах шкільних майстерень
Основи художнього конструювання
Основи конструювання батарейного циклону
Прикладна механіка і основи конструювання
Ергономічні основи проектування
Основи методології проектування ІС
© Усі права захищені
написати до нас