2. На стадии серийного (массового) производства – изготовление и испытание установочной серии с последующей корректировкой конструкторской документации.

Весь процесс создания машины приведен на рисунке 1. Здесь же условно показан процесс корректировки конструкторской документации по результатам испытаний опытного образца. Чаще всего конструктору приходится корректировать чертежи на стадии рабочего проекта, реже – технического проекта и еще реже – эскизного проекта. На стадии серийного (массового) производства возможно незначительная корректировка рабочих чертежей по непринципиальным вопросам.

Наличие всех проектных стадий разработки конструкторской документации необязательно. Это зависит от новизны и сложности разрабатываемой конструкции.

Нередко отдельные стадии разработки объединяются, отчего значительно сокращаются проектные работы.

Рисунок - 1. Процесс создания машины.

Основная литература: [1] (стр.6-31).

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные этапы создания машины.

2. Основное содержание технического задания на создание машины.

Лекция 2

Тема: Оценка технического уровня создаваемых машин Основные принципы и методика конструирования машин. Задачи конструирования. Экономические основы конструирования.

Технический уровень характеризует техническую полезность и ценность машины, ее соответствие своему назначению. Он представляет собой количественную характеристику степени совершенства машины и позволяет сравнивать создаваемую машину с эталонной, оценивать ее достоинства и недостатки. Для сравнения выбирается, как правило, машина, имеющая высший мировой технический уровень.

Показатели назначения, характеризующие основные функции для выполнения которых предназначены изделия и обуславливающие область его применения. Например, в соответствии с ГОСТ 4.121-87 для скреперов это будут: вместимость ковша, грузоподъемность, тяговый класс базового тягача, мощность двигателя, скорость передвижения транспортная и рабочая, и т.д.

Показатели надежности включают в себя показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и т.д. В соответствии с приведенным стандартом для скреперов установлены такие показатели надежности: наработка на отказ (время работы между двумя неисправностями, установленный ресурс до первого капитального ремонта, удельная суммарная оперативная трудоемкость технических обслуживаний и т.д.).

Показатели экономного использования сырья, материалов, топлива и энергии. Такими показателями для скреперов являются: удельная масса, часовой расход топлива и удельный расход рабочей жидкости.

Показатели технологичности характеризуют изделие с точки зрения его производства и эксплуатации. Например, количество расходуемых на одну машину материалов (материалоемкость). Энергии - энергоемкость. Труда - трудоемкость. Денег (себестоимость) и т.п. Для скреперов – удельная трудоемкость изготовления, коэффициент использования металла и энергоемкость изделия.

Эстетические показатели позволяют оценить изделие с точки зрения его соответствия требованиям технической эстетики: красоты, гармоничности, рациональности форм, оригинальности, совершенства исполнения и др. Для скреперов установлен обобщенный эстетический показатель (в баллах).

Эргономические показатели характеризуют соответствие изделия, гигиеническим, антропометрическим, физиологическим и психологическим требованиям человека. Например, расположение органов, управление станком в удобной, менее удобной и неудобной зонах обслуживания оценивается различными величинами эргономических показателей. Для скреперов – это уровень звука и температура на рабочем месте машиниста, уровень вибрации сиденья машиниста, усилие на органах управления и др.

Экономические показатели: цена изделия, себестоимость изготовления, эксплутационные расходы и т.д.

Показатели стандартизации и унификации определяют степень использования в изделии стандартных, унифицированных и заимствованных от других изделий элементов.

Патентно–правовые показатели, характеризующие степень новизны изделия (патентная чистота) и соответствующее оформление этой новизны авторскими свидетельствами, патентами, лицензиями (патентная защита).

Экологические показатели определяют содержание вредных выбросов в среду (атмосферу, воду, на земную поверхность) при изготовлении, обращении и эксплуатации машины.

Показатели безопасности, характеризующие защищенность обслуживающего персонала от поражения движущимися частями машин, излучениями и т. п. К ним относятся также быстродействие защитных устройств, сопротивление изоляции токонесущих элементов, уровень радиационной защиты и т д.

Показатели траспортабельности, характеризующие возможность перевозки изделия автомобильным, железнодорожным, водным и воздушным транспортом, полноту использования стандартных контейнеров, кузовов, вагонов, удобство погрузки – выгрузки и т.п.

Поскольку у любого изделия бесконечное множество характеристик, для оценки качества выбирается минимальное, но достаточное количество показателей, характеризующих наиболее существенные свойства в соответствии с его назначением.

Совокупность показателей качества характеризует категорию качества машины, которая, в свою очередь, определяет технически уровень машины. Все аттестуемые изделия могут быть отнесены к одной из двух категорий качества – высшей или первой.

К высшей категории качества относят изделия, которые по показателям технического уровня, экономической эффективности и качества соответствуют лучшим отечественным и мировым аналогам или превосходят их, являются конкурентоспособными на внешнем рынке и определяют технический прогресс в народном хозяйстве. Такая продукция должна характеризоваться также стабильностью качества, основанной на высоком техническом уровне производства, строгом соблюдении технологической дисциплины и высокой культуре производства.

К первой категории качества относятся изделия, которые по показателям технического уровня, экономической эффективности и качества соответствуют современным требованиям стандартов и удовлетворяют потребности народного хозяйства.

Изделия, не аттестованные по этим категориям, подлежат снятию с производства.

Борьба за высокое качество изделия должна вестись на всех стадиях его жизненного цикла. Известный уровень качества изделий закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и поддерживается при эксплуатации. самой ответственной стадией является стадия проектирования, на которой в конструкторскую документацию на самом раннем этапе – при разработке технического задания – закладывается не только принцип работы и конструктивные особенности изделия, но и его основные показатели качества.

Основные принципы и методика конструирования машин.

Задачи конструирования.

Конструирование машин и механизмов длительное время носило характер индивидуального мастерства, основанного на интуиции и сообразительности отдельных умельцев, конструкторов и изобретателей. Процесс конструирования при этом осуществлялся в ходе изготовления машин с уточнением кинематики, формы и размеров деталей «по месту» на основе многократного экспериментального опробования.

В дальнейшем возникла необходимость выработать основные принципы, положения и правила, которыми необходимо руководствоваться при конструировании машин.

Конструирование – это процесс инженерной разработки конструкции, процесс ее создания. Деятельность конструктора вполне справедливо относят к разряду творческого труда, требующего умения найти оптимальное решение задачи в условиях возникновения противоречии между желаемым результатом и видимыми возможностями его достижений. Но наряду с этим в труде конструктора гораздо чаще творческий поиск переплетается с упорной, длительной, часто однообразной работой, требующей использования стандартных конструкторских приемов и решений, большой тщательности и скрупулезности. Это обусловлено тем, что современный технический проект, воплотивший новейшие научные и конструкторские идеи, это не только комплект документации, насчитывающий тысячи чертежей, расчетов и технологических регламентов. В нем овеществлены крупные финансовые и материальные ресурсы. И в случае даже небольшой ошибки ил просчета конструктора неизбежны значительные экономические потери.

Сегодня в труде конструктора и проектировщика еще много рутинных процессов. Причина этого кроется в несоответствии между постоянно возрастающей сложностью новой техники и устаревшими методами ее конструирования. Серьезным подспорьем при повышении экономичности разработок должны стать системы автоматизированного проектирования (САПР). Эти системы не просто берут на себя часть конструкторского труда, но и дают возможность на основе перебора многих вариантов конструкции находить оптимальные характеристики, обеспечивать эффективную технологическую подготовку производства. Появляется возможность с телевизионного экрана, на котором ведется проектирование деталей и узлов быстро передавать программу их изготовления без чертежа непосредственно на станок.

Таким образом, задача конструирования состоит в создании машин, в полной мере отвечающих потребностям народного хозяйства, дающих наибольший экономический эффект и обладающих высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.

Экономические основы конструирования

Проектируя машину, конструктор должен добиваться всемерного увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта от использования машины, величина которого зависит от обширного комплекса технологических, организационно-производственных и эксплуатационных факторов.

Экономический фактор играет первостепенную роль в конструировании. Многие конструкторы ошибочно считают, что экономически конструировать – значит уменьшать стоимость изготовления машины, избегать сложных дорогих решений, применять наиболее дешевые материалы и наиболее простые способы обработки. Это только небольшая часть задачи. Экономически направленное конструирование должно учитывать весь комплекс факторов, определяющих экономичность машины и правильно оценивать относительное значение этих факторов, главными из которых, определяющими экономичность машины, являются величина полезной отдачи машины, долговечность, надежность, стоимость изготовления и ремонтов

Полезная отдача машины определяется стоимостью продукции или полезной работы, выполняемой машиной за определенный период времени.

Задачу увеличения полезной отдачи необходимо решать в основном на этапе проектирования машины путем повышения ее производительности.

Долговечность машины в немалой степени зависит от условий и технического уровня эксплуатации. Однако решающее значение для долговечности имеет конструкция машины.

Долговечность есть общее время, которое машина может отработать на номинальном режиме в условиях нормальной эксплуатации без существенного снижения основных расчетных параметров при экономически приемлемой суммарной стоимости ремонтов. Иногда применяют понятие «ресурс машины» (время работы машины в часах до первого капитального ремонта).

Под надежностью машин понимается их свойство выполнять свои функции в течение заданного периода, сохраняя при этом в установленных пределах технико-экономические и эксплуатационные параметры.

Надежность характеризуется определенной совокупностью свойств: безотказности, ремонтопригодности, долговечности, сохраняемости.

Безотказность – это свойство машины непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Экономически целесообразна длительная работа машины с промежуточными техническими обслуживаниями и ремонтами.

Ремонтопригодность – свойство машины, характеризующее ее приспособленность к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и способность восстановления работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность строительных машин характеризуется, как правило, длительностью ремонта, иногда – трудоемкостью восстановительных работ. Существенное влияние на нее оказывают такие конструктивные факторы, как степень взаимозаменяемости, унификации деталей и узлов, их доступность, удобство диагностики, приспособленность к техническим обслуживаниям и ремонтам.

Долговечность – свойство машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе обслуживания и ремонтов. Подробнее долговечность была рассмотрена выше.

Сохраняемость – свойство машины сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения или транспортирования. Календарная продолжительность хранения или транспортирования машины, в течение и после которой сохраняются значения этих показателей в установленных пределах, определяет срок сохраняемости.

Основная литература: [1] (стр.6-31).

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основные показатели качества, характеризующие технический уровень машины.

2. Назовите основные задачи конструирования.

Лекция 3.

Тема: Методика конструирования. Методика конструирования. Конструирование узлов и деталей. Масса и металлоемкость машин. Отработка изделий на технологичность по стадиям проектирования. Конструкторская документация. ЕСКД. Общие положения.

Ниже кратко изложены лишь некоторые, основные приемы, которыми может воспользоваться конструктор в процессе создания машины.

Конструктивная преемственность – это использование при проектировании предшествующего опыта машиностроения данного профиля и смежных отраслей. Направление конструктивной преемственности не означает ограничения творческой инициативы. Проектирование каждой машины представляет огромное поле деятельности для конструктора, однако не следует изобретать уже изобретенного и нельзя забывать правило: «меньше изобретать, дольше конструировать».

Изучение сферы применения машины. Проектированию машин, предназначенных для определенной отрасли промышленности, должно предшествовать тщательное изучение этой отрасли, динамики ее количественного и качественного развития, потребностей в данной категории машин и вероятности появления новых технологических процессов и методов производства.

Выбор конструкции. При выборе параметров машины, основной схемы и типа конструкции в центре внимания должны быть факторы, определяющие экономическую эффективность машины – высокая полезная отдача, малые энергопотребление и расходы на обслуживание, низкая стоимость эксплуатации и длительный срок службы.

Метод инверсии (обращение функции, форм и расположения деталей) занимает видное место среди приемов, облегчающих сложную работу конструирования.

В узлах иногда бывает выгодным поменять детали ролями, например, ведущую сделать ведомой, направляющую – направляемой. Неподвижную – подвижной, всасывающую магистраль нагнетательной. Целесообразно иногда инвертировать формы деталей, например, наружный конус, заменить внутренним, выпуклую сферическую поверхность – вогнутой. В других случаях оказывается выгодным переместить конструктивные элементы с одной детали на другую, например, шпонку с вала на ступицу или боек с рычага на толкатель (см. рис 2).

Компонование обычно состоит из двух этапов: эскизного и рабочего. В эскизной компоновке разрабатывают основную схему и общую конструкцию агрегатов. На основании анализа эскизной компоновки составляют рабочую компоновку.

Компоновку следует начинать с решения главных вопросов – выбора рациональных кинематической и силовой схем, правильных размеров и формы деталей, определения наиболее целесообразного взаимного их расположения.

При компоновании должны быть уточнены все условия, определяющие работоспособность агрегата, разработаны системы смазок, охлаждения, сборки – разборки, крепления агрегата и присоединения к нему смежных деталей, предусмотрены условия удобного обслуживания, и т.д.

Схемы вариантов		Сравнительная характеристика схем
исходного	инвертированного
Привод толкателя		В исходном варианте боек коромысла 1 плоский, тарелка толкателя 2-сферическая. В инвертированном варианте – наоборот. Инверсия устраняет поперечные нагрузки на толкатель.
Установка шатуна в вилке		В исходном варианте ось закреплена в шатуне и вращается в подшипниках вилки, в инверсированном варианте – наоборот. Инверсия улучшает условия работы подшипника.

Рисунок – 2. Конструктивные элементы.