2 Понятие о машине и ее служебное назначении

Машина - устройство, предназначенное для действия в нем сил природы сообразно потребностям человека.

В настоящее время понятие «машина» имеет ряд смыслов:

• машина - механизм или сочетание механизмов, выполняющих движение для преобразования энергии, материалов или производства - с точки зрения механики;

• машина - доменная печь (Менделеев Д.И.);

• машина (с появлением ЭВМ) - механизм или сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии, выполнения работы или же для сбора, передачи, хранения, обработки и использования информации.

И, наконец, с точки зрения технологии машиностроения: машина является либо объектом, либо средством производства.

Поэтому машина - система, созданная трудом человека, для качественного преобразования исходного продукта в полезную для человека продукцию (рисунок 14).

Рисунок 14 – Машина – средство производства

Исходный продукт процесса - предметы природы, сырье или полуфабрикат.

Сырье - предмет труда, на добычу или производство которого, был затрачен труд.

Полуфабрикат - сырье, которое подвергалось обработке, но не может быть потреблено как готовый продукт.

Продукция - это результат производства в виде сырья, полуфабриката, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера (таблица 1).

Каждая машина создается для выполнения определенного процесса, т.е. имеет свое, строго определенное предназначение, иными словами — свое служебное назначение.

Под служебным назначением машины понимают четко сформулированную задачу, для решения которой предназначена машина.

Таблица 1 – Преобразования машинами исходного продукта в продукцию

Исходный продукт	Энергия	Машина	Продукция
Заготовка	Электроэнергия	Станок	Деталь
Груз	Механическая	Автомобиль	Перевезенный груз
Ткань, нить	Механическая	Швейная машина	Шов
Эл. магнитные волны	Электрическая	Телевизор	Изображение и звук
Задача	Электрическая	ЭВМ	Решенная задача
Энергия сгораемого топлива	Расширения газов	Двигатель внутреннего сгорания	Механическая энергия

Формулировка служебного назначения машины должна содержать подробные сведения, конкретизирующие общую задачу и уточняющие условия, при которых эта задача может быть решена.

Например, автомобиль или обувь:

Автомобиль	Обувь
Сведений только о перевозке грузов недостаточно, чтобы представить нужный автомобиль. Необходимо знать: характер грузов, их массу и объем, условия, расстояние и скорость перевозки, состояние дорог, климат, внешний вид и т.д.	Сведения о защите ног недостаточно, чтобы удовлетворить потребность в обуви. Необходимо знать: размер, климат, время года, состояние дорог, внешний вид и т.д.

Объектами производства машиностроительной промышленности яв­ляются различные машины.

МАШИНА - это механизм или сочетание механизмов, осуществляю­щих целесообразные движения для преобразования энергии или произ­водства работ. В зависимости от основного назначения различают два класса машин: машины-двигатели, с помощью которых один вид энергии преобразуется в другой, удобный для использования, и рабочие (ма­шины-орудия), с помощью которых производится изменение формы, свой­ства и положения объектов труда.

Машины, механизмы и установки, их агрегаты или детали в процес­се производства их на машиностроительном предприятии являются изде­лиями.

ИЗДЕЛИЕ - это предмет или набор предметов производства, подле­жащих изготовлению на предприятии.

Изделия в зависимости от назначения делят на изделия основного и вспомогательного производства. К изделиям основного производства относятся изделия, предназначенные для поставки (реализации), а к изделиям вспомогательного производства - изделия, предназначенные только для собственных нужд изготовляющего их предприятия. ГОСТом установлены перечисленные ниже виды изделия.

ВИДЫ ИЗДЕЛИЙ

Деталь - это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций (например, валик из одного куска металла, литой корпус и т.д.).

Сборочная единица (узел) - это часть изделия, которая соби­рается отдельно и в дальнейшем участвует в процессе сборки как одно целое. Составные части сборочной единицы подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиваением, склеиванием, клепкой, опрессовкой и т.п.). Например, собираются шпиндельный узел, коробка скоростей, ротор турбины, составной коленчатый вал и т. п.

Сборочные единицы (узлы), в процессе общей сборки непосред­ственно входящие в изделие, называются сборочными единицами пер­вого порядка. Сборочные единицы, входящие в сборочную единицу первого порядка, называются сборочными единицами второго порядка и т. д.

Отдельные детали (например, крепежные) могут входить в сбо­рочные единицы любого порядка или непосредственно в собираемое изделие (рисунок 15).

Собранное изделие может рассматриваться как сборочная еди­ница нулевого порядка.

Сборочный комплект - это группа составных частей изделия, которые необходимо подать на рабочее место для сборки изделия или его составной части (ГОСТ 3.1109-82).

Объектами производства машиностроительных предприятий могут быть комплексы и комплекты изделий, кроме отдельных машин и их частей.

Комплекс - это два и более специфицированных (состоя­щих из двух и более составных частей) изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначен­ных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций, на­пример: автоматическая линия, цех-автомат, станок с ЧПУ с управ­ляющими панелями и т.п.

Комплект- это два и более изделия, не соединенных на предприя-тии-изготовителе сборочными опера-циями и представляющих набор изде-лий, которые имеют общее эксплуата-ционное назначение вспомогательного характера, например: комплекты запас-ных частей, инструмента и принадлеж-ностей, измерительной аппаратуры, упако­вочной тары и т. п. Комплектующее изделие - это изделие предприятия-поставщика, применяемое как составная часть изде-лия, выпускаемого предприя­тием-изго-товителем.		Сборочные единицы (узлы) 1 - го порядка 2 – го порядка 3 – го порядка детали
	Рисунок 15 – Схема сборочных элементов

Составными частями изделия могут быть детали и сборочные единицы (ГОСТ 3. 1109-82).

Для построения эффективного технологического процесса сбор­ки необходимо расчленить изделие на ряд сборочных единиц и дета­лей. Такое расчленение производится на стадиях конструкторской подготовки произ-водства при разработке конструкции изделия (рисунки 15, 16). При этом составные части (сборочные единицы) могут быть спроектированы с учетом конструктивных или технологических тре­бований. В соответствии с этими требованиями различают конструк­тивные сборочные единицы или узлы.

Конструктивная сборочная единица - это единица, спроектиро­ванная лишь по функциональному принципу без учета особого значе­ния условий независимой и самостоятельной сборки. Примером таких сборочных единиц могут быть механизмы газораспределения, системы топливопроводов и маслопроводов двигателя и т.п. (рисунок 17)

Технологическая сборочная единица или узел - это сборочная единица, которая может собираться отдельно от других составных частей изделия (или изделия в целом) и выполнять определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями (ГОСТ 23887-73). На рисунке 1.4 представлена схема расчленения консольно-фрезерного станка.

Наилучшим вариантом конструкции является сборочная единица, которая отвечает условию функционального назначения ее в изделии и условию самостоятельно независимой сборки. Это так называемая конструктивно-технологическая сборочная единица. К таким единицам можно отнести насосы, клапаны, вентили, коробки скоростей, короб­ки передач и т. п.

Принцип конструирования изделий из таких единиц называется агрегатным или блочным. Из конструктивно-технологических сбороч­ных единиц формируются агрегаты.

Количество разъемных соединений в современных машинах и механизмах составляет 65-85% от всех соединений.

Неразъемные соединения в процессе эксплуатации и ремонта нередко подвергаются разборке, вызывающей большие затруднения и часто приводящей к порче сопряженных поверхностей (одной или обеих деталей соединения), а также дополнительной пригонке, доработке или замене.

	Рисунок 17 - Модульная конструкция авиационного двигателя: 1 – вентилятор; 2 – компрессор среднего давления; 3 – переходный модуль; 4 – турбина привода компрессора среднего давления; 5 – турбина привода вентилятора; 6 – компрессор и турбина высокого давления; 7 – коробка приводов
Рисунок 16 - Схема расчленения консольно-фрезерного станка: 1 – станина; 2 – поворотная головка; 3 – стол и салазки; 4 – консоль; 5 – коробка подач; 6 –электрооборудование; 7 – коробка переключений; 8 – коробка скоростей

По форме сопрягаемых поверхностей соединения подразделяются на:

• цилиндрические (до 35 - 40% всех соединений);

• плоские (15 - 20%);

• комбинированные (15 - 25%);

• конические (6 - 7%);

• сферические (2 - 3%);

• винтовые и профильные.

По методу образования соединений они разделяются на резьбо­вые, клиновые, штифтовые, шпоноч-ные, шлицевые, сварные, паяные, клепаные, клееные, фланцевые, прессовые, фальцованные (соедине­ния, полученные с применением совместного загибания их кромок), развальцованные, комбинированные и др.

Важнейшей характеристикой современных машин является их качество. В соответствии с ГОСТ 15467-79 под качеством продукции понимается совокупность свойств, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с ее наз­начением.

Качество каждой машины характеризуется определенной системой показателей, учитывающих ее назначение и регламентируемых ГОСТ Р 50779.10-2000, ГОСТ Р 50779.11-2000 и др. При этом сте­пень совершенства машины, выражающаяся ее мощностью, КПД, производительностью и экономичностью, степенью автоматизации и точ­ностью работы и некоторыми другими показателями, определяет общий технический уровень машины.

Для общей оценки качества машины большое значение имеет ее работоспособность, под которой понимается такое состояние изде­лия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохра­няя значения заданных параметров в пределах, установленных норма­тивно-технической документацией. В связи с этим одной из основных характеристик современных машин является их надежность.

Надежность - это свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность (ГОСТ 27.002.89).

Отказ - это событие, заключающееся в нарушении работо­способности изделия. Время работы изделия до отказа, выраженное в часах, называется наработкой до отказа и по своему существу яв­ляется случайной величиной.

Срок службы изделия, определяемый его наработкой до дости­жения предельного регламентированного состояния (предельный износ и т.п.) называется ресурсом.

Ресурс в отработанных часах или допустимый срок службы изде­лия (в календарных часах), в отличие от наработки до отказа, яв­ляется неслучайной, детерминированной величиной (регламентирован­ное время работы изделия, определяющее его долговечность).

Надежность изделия - это обобщенное свойство, которое вклю­чает в себя понятия безотказности и долговечности.

Безотказность - это свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени или неко­торой наработки. При этом предполагается самостоятельная непре­рывная работа изделия без каких-либо вмешательств для поддержания работоспособности (т.е. без регулировки и ремонта).

Долговечность - это свойство изделия сохранять работоспособ­ность до наступления предельного состояния, т.е. в течение всего периода эксплуатации при установленной системе технического об­служивания и ремонтов.

Кроме эксплуатационных показателей качество машины характе­ризуется экономичностью их эксплуатации, изготовления и ремонта и системой производственно-технологических показателей, перечислен­ных ниже.

Трудоемкость определяется продолжительностью изготовления изделия при нормальной интенсивности труда в часах.

Станкоемкость характеризуется продолжительностью времени, в течение которого должны быть заняты станки или другое оборудо­вание для изготовления всех деталей изделия. Единицей измерения станкоемкости обычно является станко-час.

Производственный цикл - интервал календарного времени от начала до окончания процесса изготовления или ремонта изделия, а также ряд других показателей организационно-технического ха­рактера.

Конструктивная преемственность изделия - это свойство изде­лия, определяющее возможность использования в нем деталей и сбо­рочных единиц, применяемых или применявшихся в других изделиях

Технологическая преемственность изделия - это свойство из­делия, определяющее возможность использования применяемых на предприятии технологических процессов, отдельных технологических операций и средств технологического оснащения для его изготовле­ния или ремонта.

Изготовление современных машин и приборов требует четкой организации всего производственного процесса при тщательной тех­нологической подготовке производства.