10 Основные принципы и правила конструирования

10.1 Общие сведения

Конструкция изделия должна максимально удовлетворять по­требности пользователя, т. е. при низкой цене должна иметь высокое качество. Технические характеристики должны быть на уровне мировых достижений и иметь резерв развития. Основ­ными требованиями к конструкции механизмов узлов и деталей являются:

- выбор наиболее рациональной схемы конструкции и ее эле­ментов;

- обеспечение показателей, записанных в техническом зада­нии (ТЗ), определяющих назначение, технические и экономиче­ские характеристики объекта: производительность, мощность, скорость движения, стоимость и др.;

- повышение надежности и ресурса, обусловленных свойством изделия выполнять в течение заданного времени свои функции, сохраняя эксплутационные показатели. У детали надежность обеспечивается прочностью, жесткостью и стойкостью к воздей­ствиям вибрации, износу, температуре, давлению, влажности и др. В зависимости от назначения и условий эксплуатации тре­бования могут быть различными. Например, при воздействии на резьбовые детали вибрации они должны стопориться;

- уменьшение материалоемкости, что выполняется при созда­нии компактных конструкций и изготовлении деталей из материала с высокой удельной прочностью, включая металлы, неметаллы и композиты; выбор размеров и формы детали, обес­печивающей выравнивание напряжений. Возможно также уп­рочнение материала различными методами (термическими, хи­мико-термическими, физическим воздействием высоких энер­гий и др.);

- малое энергопотребление при эксплуатации, что реализует­ся при минимальных потерях на трение и высоком КПД. Например, использование в передачах подшипников качения вме­сто подшипников скольжения;

- обоснованное назначение точности и шероховатости деталей и обеспечение их взаимозаменяемости; использование стандар­тизации и унификации деталей и их элементов;

- исключение попадания грязи, пыли и влаги на подвижные де­тали изделий, используя герметичные корпуса, кожухи и другие элементы конструкций, а на ряд поверхностей нанесения анти­коррозионных или антифрикционных покрытий. В результате устраняется коррозия, а в узлах трения уменьшается износ;

- включение элементов (лючков, регулировочных устройств и т. п.) для обеспечения технического обслуживания, ремонта и контроля;

- создание безопасности и комфорта оператору или исключе­ние его присутствия (автоматизированный процесс), устранение вредного воздействия на человека и окружающую среду;

- учет производственно-технологических требований. Конструктивные решения будут более совершенными и иск­лючат ошибки при использовании принципов, сформировав­шихся на основании многолетнего опыта создания изделий.

10.2 Стандартизация и унификация

Использование стандартизации и унификации деталей и узлов улучшает качество изделий, делает конструкцию более техноло­гичной и экономичной ее производство.

Стандартизация — регламентирование типоразмеров и конст­рукций, широко применяемых машиностроительных деталей, узлов, агрегатов. Стандартизация ускоряет проектирование, об­легчает изготовление, эксплуатацию, ремонт машин и механиз­мов, способствует увеличению надежности машин.

В зависимости от сферы действия предусматриваются сле­дующие категорий стандартов: государственные (ГОСТ), отрас­левые (ОСТ), стандарты предприятий (объединений) (СТП).

Государственные стандарты включают требования преиму­щественно к продукции массового и крупносерийного производ­ства широкого и межотраслевого применения, например ряды нормальных линейных размеров, нормы точности зубчатых пе­редач, допуски и посадки, размеры и допуски резьбы и др.

Отраслевые стандарты устанавливают требования к продук­ции, технической оснастке, инструменту, специфическим для отрасли. Их разрабатывают также для ограничения количества вариантов, например, типоразмеров крепежных деталей, полей допусков и посадок.

Стандарт предприятия распространяется на нормы, прави­ла, методы, составные части изделий, имеющие применение только на данном предприятии.

Унификация — приведение объектов одинакового функцио­нального назначения к единообразию по установленному призна­ку и рациональное, сокращение числа этих объектов на основе данных об их эффективной применяемости. Унификация состо­ит в многократном применении в конструкции одних и тех же элементов и деталей. Это наиболее распространенная и эффек­тивная форма улучшения технологичности изделий.

Стандартизация изделий, их составных частей и деталей обязательно предполагает их унификацию. В результате этих мероприятий сокращается номенклатура стандартного рабочего и мерительного инструмента, что особенно важно при использо­вании сложных инструментов (фрез, метчиков, плашек и др.), стоимость которых значительно увеличивается при индивиду­альном производстве нестандартных образцов. Пример конст­рукции до унификации приведен на рис. 10.1, а, после унифика­ции (т — модуль) — на рис. 10.1, б.

Рис. 10.1