Основы проектирования нормального (размерного) ряда типоразмеров станков

Для современного машиностроения необходимы экономичные, совершенные, высокопроизводительные станки различных типо­размеров. Металлорежущий станок наиболее экономичен в изго­товлении и эксплуатации тогда, когда его изготовляют методом серийного или массового производства с использованием мак­симально возможного числа унифицированных, нормализованных и стандартных деталей и узлов. Если новые станки проектируют каждый в отдельности и они состоят только из оригинальных узлов и деталей, то это удлиняет сроки освоения новых моделей, уменьшает серийность, тормозит развитие специализации произ­водства, повышает затраты, связанные с проектированием, произ­водством и эксплуатацией станков.

В основу создания конструкций новых станков должен быть положен принцип конструктивной преемственности, согласно которому станки должны создаваться в виде нормального ряда типоразмеров, подобных по кинематическим схемам, конструкции и внешнему виду.

Нормальным (размерным) рядом называется группа однотип­ных станков, состоящих в основном из унифицированных узлов и деталей, каждый из которых предназначается для обработки деталей определенных размеров. В совокупности нормальный ряд станков позволяет вести обработку деталей различных раз­меров.

Параметрический ряд — совокупность числовых значений од­ного или нескольких параметров станков, построенных, как правило, на основе ряда предпочтительных чисел (ГОСТ 8032—56).

Тип — классификационное подразделение, объединяющее станки, сходные по назначению, принципу действия, методу выполнения технологической операции, конструктивной схеме и т. д.

Ряд типоразмеров (размерный ряд) — ряд основных параме­тров станков одного типа, дополненный конкретными размерами и другими их характеристиками (см. приложение 2).

Типоразмер — один из представителей (членов) размерного ряда определенного типа станков с конкретными параметрами и размерами.

Модель — конкретное конструктивное исполнение станка оп­ределенного типоразмера.

Базовая модель — станок определенного типоразмера, являю­щийся основой для создания ряда станков данного типа или раз­личных исполнений (модификаций).

Типаж станков — технически и экономически обоснованная совокупность типов и типоразмеров (с указанием моделей) стан­ков, объединенных общностью назначения, с прогрессивными показателями, учитывающими существующую и перспективную потребность народного хозяйства.

Порядок составления типажа станков следующий.

1. Определяется потребность народного хозяйства в станках различных типов.

2. Согласно ГОСТ 8032—56 и отраслевому стандарту ОСТ2 Н11-1—72 выбирается параметрический ряд для станков каждого типа. При наличии у станка нескольких параметров ряд строится по главному параметру, наиболее полно определяющему его эксплуатационную характеристику. Другие параметры могут и не образовывать закономерного ряда.

3. Станки классифицируются по типам.

4. На основании параметрического ряда разрабатывается ряд типоразмеров. При этом значения размеров и других характе­ристик станков должны отвечать требованиям ГОСТ 6636—69.

5. На основе параметрического ряда и ряда типоразмеров раз­рабатываются конструкции отдельных станков.

Типаж станков утверждается на определенный период времени. Он содержит обозначения и основные технические характеристики моделей станков, которые выпускаются или намечаются к вы­пуску, а также станков устаревших конструкций, подлежащих модернизации или снятию с производства.

Установление оптимального размерного ряда станков имеет большое народнохозяйственное значение. От закона построения ряда и целесообразного его диапазона зависит эффективность использования станков. ГОСТ 8032—56 устанавливает, что раз­личные параметры станков (производительность, мощность, ча­стоты вращения шпинделя и др.) должны изменяться по закону геометрической прогрессии с одним из стандартных значений знаменателя φ. В этом случае размеры и параметры каждого отдельного станка согласуются со всеми связан­ными с ним станками. Ряды станков, основные параметры которых изменяются по закону геометрической прогрессии, с точки зрения технологической и эксплуатационной оказываются более целе­сообразными, чем случайно созданные группы станков.

На выбор частоты ряда, зависящей от величины знаменателя геометрической прогрессии, оказывают влияние технологические, эксплуатационные, технико-экономические и другие факторы. Исходя только из технологических факторов, частоту ряда следует уменьшать, так как при этом сокращается номенклатура изделий. Это ведет к увеличению серийности и, следовательно, появлению возможности применения более прогрессивной технологии. С экс­плуатационной точки зрения частоту ряда необходимо увеличи­вать, так как отсутствие нужного типоразмера ведет в отдельных случаях к отказу от наивыгоднейших режимов обработки и не­экономичному использованию станков. Следовательно, очень важно выбрать оптимальный знаменатель ряда. При этом необ­ходимо учитывать следующее:

1. Выбор знаменателя ряда в первую очередь должен быть согласован с фактическими потребностями народного хозяйства.

2. Должна обеспечиваться такая частота ряда, при которой применяемость большинства типоразмеров станков оправдывала бы организацию серийного производства их на специализированных заводах с высокой механизацией и автоматизацией производ­ственных процессов.

3. Должна обеспечиваться максимально возможная преем­ственность станков, уже освоенных в производстве. Это дости­гается выбором такого значения знаменателя, при котором наи­большее число фактически выпускаемых типоразмеров попало бы в размерный ряд.

4. Выбор знаменателя ряда должен обеспечивать возможность унификации узлов и деталей смежных размеров станков размер­ного ряда.

5. Выбранный знаменатель должен обеспечивать согласование основного параметра данного ряда с параметрами других рядов станков, связанных в производственных условиях (например, составляющую единую технологическую линию в производствен­ном процессе), и с параметрами других изделий, также связанных в работе (например, размеры столов с размерами приспособле­ний и принадлежностей, устанавливаемых на этих столах и т. п.).

6. Иногда считается целесообразным применение в одном размерном ряду нескольких знаменателей геометрической про­грессии (см. приложение 2).

Таким образом, оптимальным рядом является такой ряд, который, обеспечивая потребности народного хозяйства, приводит к минимальным затратам как на производство станков ряда, так и на их эксплуатацию.

При выборе числа типоразмеров станков необходимо про­вести глубокий технико-экономический анализ, обращая особое внимание на эксплуатационные возможности станков и требова­ния заводов, использующих станки проектируемого ряда. Суще­ствует ряд методик по выбору оптимального размерного ряда [79]. Анализ и выбор размерного ряда станков сводится к нахождению при помощи методов математической статистики оптимального ряда, дающего наибольший экономический эффект [79]. Для этого факторы, влияющие на экономичность размерного ряда, отображаются некоторыми зависимостями, которые затем аппрок­симируются соответствующими функциями. Значения этих функ­ций находятся статистически путем обследования предприятий, изготовляющих и использующих соответствующие станки. Это дает возможность проверить допустимость принятой аппрокси­мации. Таким же образом статистически устанавливается и аппрок­симируется закон распределения деталей, обрабатываемых на станках проектируемого ряда. В общем случае для технико-экономического обоснования необходимо учитывать следующие статистические функции:

а) экономическую эффективность соответствия параметров обрабатываемых деталей данному размерному ряду;

б) стоимость изготовления станков в зависимости от серий­ности с учетом внутриразмерной унификации;

в) изменение стоимости изготовления станков вследствие межразмерной унификации;

г) изменение стоимости в связи с необходимостью создания новых моделей станков взамен технически устаревших;

д) влияние на стоимость изготовления станков объема их но­менклатуры и организационных факторов;

е) объем капиталовложений для наращивания выпуска стан­ков;

ж) объем капиталовложений на производственные площади, необходимые для эксплуатации станков;

з) стоимость эксплуатации станков рассматриваемого ряда. При проектировании нормального ряда станков за базовую модель принимают такой станок, который по своим параметрам и размерам наиболее подходит для преобразования в модели станков проектируемого ряда. Обычно базовой моделью является станок средних размеров или же станок, имеющий большой удель­ный вес в общем объеме выпуска станков этого ряда. На практике эти два фактора часто совпадают.

Станки, полученные в результате преобразования базовой модели, являются производными. Базовая модель и ее производ­ные должны конструктивно отличаться друг от друга только теми узлами и деталями, которые определяют специфические особенности каждого отдельного станка. При этом надо постоянно учитывать техническую и экономическую целесообразность созда­ния той или иной новой модели. Получить различные производные модели станка можно различными конструктивными спосо­бами. Базовая модель и ее производные могут представлять собой станки одного и того же целевого назначения (например, на основе базового токарного станка выпускаются тоже токарные станки, но других размеров, повышенной точности, автоматизи­рованные и т. д.) или различного целевого назначения (напри­мер, за базовую модель выбран токарный станок, а ее производ­ные — револьверный и другие станки).

В различных отраслях промышленности широко применяют специальные и специализированные станки. Для сокращения сроков проектирования и изготовления этих станков, снижения их стоимости и обеспечения гарантийной работоспособности их следует создавать на основе станков широкого назначения. Жела­тельно при проектировании нормального ряда универсальных станков предусматривать возможность создания на их базе спе­циальных и специализированных станков.

Существует два метода проектирования размерных рядов станков: проектирование отдельных станков, включенных в со­став данного ряда, и проектирование одновременно всех станков ряда. Второй метод более прогрессивный, так как обеспечивает все достоинства проектирования нормального ряда типоразме­ров станков. (Тарзиманов Г. А. Проектирование металлорежущих станков.-3-е изд., перераб., и доп.- М.: Машиностроение, 1980.- 288с.,ил.)стр. 13-20, 29-41.

Вопрос 24: Основы художественного конструирования в МРС. Эргономические требования. Требования к техники безопастности , производственной санитарии и экологичности к промышленному оборудованию. Технологичность деталей и узлов МРС.

ОСНОВЫ ХУДОЖЕСТВЕННОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ СТАНКОВ

Пожалуй мы не ошибемся, если назовем одним из главных чувств человека такое чувство, как стремление к прекрасному. Чувство красоты, так же как и потребность трудиться, возникло вместе с человеком и неотделимо от него. Следовательно, чтобы изделие отвечало всем современным требованиям, при его созда­нии недостаточно решать лишь технические и экономические задачи. Изделие должно быть еще эстетически совершенным, т. е. тщательно отработано с позиций художественного кон­струирования.

Конструктор, проектируя эстетически совершенные изделия, создает условия для эстетического наслаждения как производи­телям этих изделий, так и их потребителям. Необходимость созда­ния красивых и удобных в эксплуатации изделий обусловлена еще и потребностью в повышении конкурентоспособности наших изделий на внешнем рынке. Постоянных правил о внешних фор­мах изделий не существует и не может существовать, поскольку формы непрерывно меняются и совершенствуются. Однако есть определенные закономерности, которые надо учитывать, решая эстетическую сторону изделия. Эти вопросы квалифицированно могут быть решены специалистами-художниками. Таким образом, появилась новая профессия — художник-конструктор (дизайнер). Это специалист, имеющий художественное образование, обладающий вкусом и определенными техническими знаниями. Иногда роль художника в процессе проектирования понимают непра­вильно — считают, что эта работа начинается после того, как закончено конструирование, и ему только остается художественно оформить готовое изделие. Это серьезная ошибка. Ведь красота изделия не должна создаваться какими-то дополнительными эле­ментами и украшениями. Она таится в органическом построении, в логичности и целесообразности, в гармонической пропорцио­нальности и согласованности отдельных частей и изделия в целом. Этого же можно достигнуть только тогда, когда проектирование ведется в определенном порядке и в условиях тесного контакта конструктора, технолога и художника, начиная с рассмотрения технического задания и кончая выполнением рабочего проекта. Только при совместной работе конструкторов, технологов, эконо­мистов и художников можно создать совершенное изделие, отве­чающее современным требованиям техники, экономики и эсте­тики. Если при проектировании изделий будут использованы методы художественного конструирования, то можно надеяться, что изделие будет отвечать перечисленным требованиям. Пра­вильность этого метода подтверждается опытом работы многих отраслей промышленности. Конструктор обязан знать основы методики художественного конструирования, чтобы грамотно проектировать и быть подготовленным для совместной работы с художником-конструктором.

Показателем художественного качества станка, как и любого другого изделия, является соответствие его формы требованиям ряда факторов, влияющих на ее образование. Такими факторами являются:

а) назначение, кинематика, размеры и схема компоновки станка;

б) удобство эксплуатации станка, взаимодействие человека и станка;

в) согласованность формы станка с окружающей средой;

г) стандартизация и унификация узлов и деталей станка;

д) материал и технологичность формы станка;

е) возможности и условия производства станков на заводе-изготовителе;

ж) пропорциональность, пластичность (художественная выра­зительность объемной формы) и цветовое решение;

з) тенденции в образовании форм станков;

и) экономичность формы станка.

Все эти факторы взаимосвязаны и взаимозависимы, поэтому при проектировании следует тщательно анализировать принятое решение, не пренебрегая ни одним из них.

Важным фактором, влияющим на форму станка, является взаимодействие человека и станка. Чтобы создать удобный в ра­боте станок и обеспечить безопасность труда, надо знать психо­физиологические особенности человека и только потом, с учетом этих особенностей, разрабатывать конструкции. При таком под­ходе человек и станок рассматриваются как одна единая система. Можно считать станок оптимальным, если его технические пара­метры и конструкция соответствуют психофизиологическим воз­можностям человека. Ведь станок предназначается для человека, человек пользуется станком. У человека в работе участвуют мозг, зрение, слух, мускулы, осязание, нервы. Поэтому при про­ектировании станков и создании надлежащей окружающей среды надо учитывать это и стремиться освобождать станочника от лишнего утомления. Психические способности человека прояв­ляются тем полнее, чем меньше его общее физическое утомление. Трудно создать хороший, в полном смысле этого слова, станок, не обладая основными знаниями в области эргономики (см. гл. II, § 7).

Другим важным фактором, влияющим на форму станка, яв­ляется его функциональное назначение. Прежде чем начинать проектирование, нужно хорошо изучить работы, которые будут выполняться на станке.

При конструировании должны быть учтены условия среды, где будет находиться проектируемый станок (например, тропи­ческий климат, запыленность воздуха, термоконстантный участок и т. д.). В этих случаях следует обращать внимание на выбор материалов, на отделку, на защиту от влаги и пыли и т. п.

Форма и содержание станка должны быть едины. Нет смысла придавать металлорежущим станкам динамичные формы, они должны быть статичными. Вероятно, только отдельные части некоторых станков, имеющие большие скорости, могут выражать динамичность. Учет таких понятий, как сила, тяжесть, легкость, при проектировании станков является обязательным. Так, напри­мер, несущие элементы станка должны быть тяжелыми, а части, которые не являются несущими, легкими. В противном случае будет впечатление неуравновешенности, неустойчивости. Не могут быть решены в одних пропорциях и иметь одинаковые формы, например, тяжелый токарный станок и быстроходный токарный станок повышенной точности. Эстетическая ценность любого изделия, в том числе и металлорежущего станка, заключается в том, что форма должна выражать, подсказывать назначение изделия.

В оформлении любого станка должно существовать компози­ционное единство, определенный замысел и порядок построения его форм. Какая-то часть должна быть главной, а остальные — второстепенными. Являясь центром композиции, главная часть должна быть, как правило, более крупной. Все остальные части должны быть подчинены главной, направлены к ней. Рассма­тривая проектируемый станок не как случайное скопление от­дельных частей, а как единое целое, нужно стремиться к созда­нию тесной связи между его отдельными частями. Без такой связи станок не будет композиционно целым, единым.

На рис. 5 и 6 представлены токарные станки различных форм. Станки, показанные на рис. 5_, не имеют композиционной целостности и их форма представляет как механический набор самостоятель­ных частей. На рис. б совсем иная картина: станки имеют хорошую форму, достигнуто единство всех частей. Целостность достигается за счет; единой общей плоскости станины и передней бабки (рис. 6, а); использования в качестве объединяющего форму эле­мента лицевого борта корыта (рис. 6, б); введения экрана, при­крывающего интерьер со стороны работающего, и использования цвета для усиления композиционной связи основных частей (рис. 6, в).

При проектировании станка должна быть соблюдена его мас­штабность (соизмерение размеров того или иного изделия с раз­мерами человека). Глаз человека хорошо чувствует немасштаб­ность. У него появляется неудовлетворенность, когда станок построен без соблюдения этого условия. Если, например, малень­кий настольный станок и большой станок решить в одних про­порциях, одинаково члененных, то маленький произведет впе­чатление уменьшенной модели большого, т. е, будет несоответ­ствие впечатления пропорции: членение — большого станка, а размеры — маленького.

Рис. 6. Токарные станки с хорошо найденной формой

Важным моментом при проектировании станка является выбор материала, который должен соответствовать функциональной задаче. Ведь неправильный выбор материала приводит к допол­нительным конструктивным средствам (например, приходится делать дополнительные ребра, увеличивать размеры, утолщать стенки и т. д.). А это ухудшает внешний вид станка, увеличивает трудоемкость его изготовления. Следует обратить внимание и на то, насколько удовлетворяет материал декоративным требо­ваниям и какая нужна дополнительная отделка или окраска. Материал влияет и на методы обработки (литье, штамповка и т. п.). Следовательно, необходимо рационально выбирать номенклатуру марок материалов и заготовок для деталей станка, применять современные материалы, особенно синтетические и разнообразные отделочные материалы и покрытия, широко использовать фак­туру и цвет, экономить материалы, уменьшать материалоемкость. Особое внимание должно быть уделено технологичности формы станка (см. гл. II, § 9), т. е. возможности изготовления отдель­ных деталей станка на современном оборудовании с применением передовых технологических процессов и с минимальными затра­тами. Детали должны быть простой формы, для станков харак­терны прямоугольные формы с малыми радиусами. При выборе форм нужно всегда учитывать процесс окончательной отделки станка, т. е. его окраску. Чтобы не усложнять отделочные работы, не затруднять их механизацию, не следует применять детали со сложной конфигурацией, надо избегать наружного оребрения и загромождения поверхности станка фланцами, выступающими частями и т. п. Учитывая, что поверхности станков, в особенности в рабочей зоне, загрязняются, стираются и портятся стружкой, эмульсией, маслом и т. д., следует помнить о необходимости качественной отделки поверхностей. В этом случае целесооб­разно применять вместо окраски высокопрочные пластмассы. Не менее важным фактором являются тенденции развития форм станков. Эти тенденции в большой степени зависят от совре­менных направлений развития станков вообще и определяются в результате тщательного анализа существующих образцов, подобных проектируемому. Таким образом, оптимальные формы станков устанавливаются на основе анализа тенденций развития их форм и с учетом современных направлений развития станко­строения.

Необходимо также учитывать «цикл жизни» («старение») станков. Конструкции станков совершенствуются, создаются новые, некоторая часть станков выходит из употребления. По­этому при совершенствовании существующих и создании новых станков надо учитывать это обстоятельство.

При выборе того или иного конструктивного решения нельзя не учитывать его экономическую целесообразность. Этот фактор иногда заставляет изменять уже принятую форму или при опти­мальной форме указывает на необходимость изменения принятой технологии и организации производства. Разрабатывая конструк­цию отдельных деталей и станка, необходимо также учитывать возможности и условия производства завода-изготовителя.

^Внешний вид станка зависит от целесообразной и рациональ­ной компоновки его узлов и частей, удачного выбора внешних форм корпусных деталей и узлов и хорошей отделки внешних, доступных глазу поверхностей.

При создании станков надо стремиться к тому, чтобы кинема­тические цепи были короткими, а узлы были замкнуты в объемах простых форм, примем каждая часть, каждый узел и основные детали станка должны быть гармонично согласованы с общей конструктивной компоновкой. Если конструктор учитывает эти условия, то всегда создается впечатление целостности, уравнове­шенности и ритмичности.

Основными средствами, придающими изделию целостность и гармонию, служат пропорции, масштаб (масштабность), ритм, симметрия и асимметрия, динамика и статика (динамичность и статичность), цветовое решение и др.

Под ритмом в художественном конструировании понимают такое членение объемов, при котором принятая пропорция повто­ряется как в целом, так и в частях. Удачно выбранные пропорции помогают в создании гармоничного изделия. Существует ряд систем пропорций, применяемых при проектировании изделий: арифметические (модульные), геометрические, «золотого сечения» (частный случай геометрической пропорции), пропорция с применением иррациональных величин и др. Считают, что наиболее удачное членение объемов имеет станок, построенный на принципах «золотого сечения». Согласно этим принципам линейные размеры поверхностей, ограничивающих объемы, должны опре­деляться отношениями 2:3, 3:5; 5:8; 8:13; 13:21 и т. д. Например, если длина коробки скоростей 1000 мм, то высота должна быть 618 мм, т.е. отношение высоты к длине составляет .

Если полученные на основании конструктивных соображений размеры основных корпусных деталей и узлов станка не укла­дываются в пропорции «золотого сечения», то ритмичность дости­гается делением Нормальных размеров пополам, повторением какого-либо размера или разбивкой поверхности на две нерав­ные части в принятой пропорции. Это обычно делается введением какого-либо выступа или впадины, образование которых не усложняет изготовление детали, покраской, а также за счет кожу­хов и крышек соответствующих размеров и формы.

В отдельных случаях выполнение требований архитектоники может привести к Ухудшению конструкции или условий эксплуа­тации станка. В этом случае предпочтение следует отдать разме­рам, которые естественно получаются, из условий конструкции, а ритм будет служить корректором.

Рис. 7. Приемы создания направленности фигуры

Существуют определенные прие­мы, которыми можно выразить статичность, динамичность, направлен­ность. Все фигуры, имеющие центр или оси симметрии, статичны относительно них (шар, куб, параллеле­пипед и т. д.). Фигуры, у которых по оси симметрии изменяется фор­ма — динамичны, при этом как бы дается направленность всей фигуре. Динамичность, направленность можно создать и в статичной по форме фигуре. Это делается в результате членения ее в определенном убывающем или возра­стающем ритме накладками, углублениями, выступами, покрас­кой; ритмическим расположением на ней отдельных деталей, элементов. При этом чем резче разница между членениями, тем больше впечатление направленности (рис. 7). На рис. 8 [67] представлен пример сосуществования в форме изделия симметрии и асимметрии, в кругу показана условная модель, типичная для формы станков. На рис. 9 [67] приведены примеры развития асимметричной формы.

Надо внимательно подходить к выбору радиусов закруглений углов. Желательно, чтобы они были одной величины. Это упростит изготовление и улучшит внешний вид. Нельзя допускать комби­нации плавных переходов с резкими прямоугольными формами. Стремясь к общей гармонии, следует также избегать сложных фигурных оформлений.

Одним из основных критериев качества формы является гармо­ничное сочетание световых линий (бликов) и контуров предмета. Световые линии располагаются по геометрическим образующим поверхностей, и если они не гармонируют с контурами предмета, то форма его становится невыразительной. Чтобы обеспечить гармонию формы и светового каркаса, необходимо ясно себе представлять, как направлены геометрические образующие проек­тируемых сложных поверхностей. Не допускается пересечение этих образующих на плавных переходах (рис. 10, а). Если контуры детали прямолинейны, то надо исключать появление криволи­нейных бликов рис. 10, б. Если контуры детали ограничены па­раллельными линиями, то не должны появляться наклонные образующие, а следовательно, наклонные блики (рис. 10, виг) и наоборот.

Для деталей органов управления рекомендуется шире приме­нять пластмассы, что не только улучшает внешний вид, но и снижает себестоимость деталей. Выпускаются цветные пресс-порошки, из которых после прессования получают совершенно готовые детали, не нуждающиеся в дополнительной обработке.

Окончательную форму станка целесообразно отрабатывать на объемной модели (макете). Модель желательно иметь в нату­ральную величину. Если невозможно создать такую модель (на­пример, из-за больших размеров станка), то для предварительного суждения о форме станка можно допустить изготовление модели в меньшем масштабе. Желательно затем проектировать изобра­жение такой модели на экран с увеличением до натуральных раз­меров станка. Модель должна быть снята со всех сторон на кино­ленту. В случае изготовления модели не в натуральную величину форма станка должна быть окончательно отработана на опытном образце.

Для изготовления моделей применяют разнообразные мате­риалы: гипс, глину, пластилин, пластмассы, дерево, бумагу, металл и т. п. Для моделей больших размеров сначала изготов­ляют каркасы, которые затем облицовывают гипсом, пластилином и т. п. (рис. 11). Такие модели могут быть изготовлены и без облицовки. Мелкие модели изготовляют из гипса, пластилина, дерева, бумаги и т. п. без дополнительных каркасов. Для изго­товления моделей желательно иметь отдельное помещение — светлое и просторное, чтобы большие модели можно было рас­сматривать с расстояния не менее 10 м.

Моделирование дает возможность проанализировать различные варианты композиционного решения как всего станка, так и его отдельных частей, проверить эксплуатационные качества станка, а также сократить сроки создания станка.

Занимая значительную часть пространства в цехе, станки являются основным элементом цветовой обстановки помещения. Поэтому при выборе цвета отделки станка надо учитывать психо­физиологические воздействия цвета на человека. При этом обра­щают внимание на функциональную сторону цвета, цвет окру­жающей среды, взаимосвязь окраски, отделки и формы станка, размеры станка, цветопередачу. Известно, что правильный выбор цвета уменьшает утомляемость, повышает производительность труда, снижает травматизм. Значит, выбирая цвет для окраши­вания станков, надо учитывать особенности действия различных цветов на человека, надо сделать так, чтобы он благоприятно влиял на психику и настроение человека.

Цвет станков не может быть выбран каждым конструктором индивидуально, это привело бы к пестроте красок в цехах заво­дов. Тем не менее, конструктор должен иметь представления о цве­тах, о восприятии красок и их свойствах.

Наш мир — это мир цвета, и без него мы просто не в состоя­нии представить окружающую нас действительность. Около 90% всей информации об окружающем мире человек получает через зрение. Причем немалую долю информации несет в себе цвет. Достаточно привести несколько примеров, чтобы убедиться, насколько разнообразна эта информация. Например, по спектру звезды можно узнать ее примерный химический состав, темпера­туру и даже скорость и направление ее движения. Опытный сталевар довольно точно определяет готовность стали только лишь по ее цвету. Слесарь, положив в раскаленную печь кусок стали, может по цвету накала определить температуру его на­грева. А сколько примеров подобного рода встречаем мы в нашей повседневной жизни. Правда, информация, полученная нами, бывает менее точна, чем при научных наблюдениях, но тем не менее она очень широка и красноречива, она несет на себе отпе­чаток эмоциональных ощущений. Цвет поблекших, пожелтевших страниц расскажет нам о древности рукописи, пробудит в нас интерес к жизни наших предков, к знаниям, пришедшим к нам через века. А краски заката расскажут не только о состоянии атмосферы, но и вызовут в человеке лирическое настроение, если эти краски нежны и прозрачны, или состояние подавленности, если они зловеще-багровых тонов. По цвету листвы мы, не заду­мываясь, назовем время года; определенная гамма цветов, при­сутствующая в описании пейзажа, поможет нам угадать, идет ли речь о холодном севере или о знойном юге и т. д.

Вполне понятно, что цвет, занимая такое огромное место в мироощущении человека, является хорошо усваиваемой инфор­мацией. Человеческие органы, в частности глаза, являются тон­кими и довольно точными приборами для контакта с внешней средой. Не случайно физиологи называют глаза частью голов­ного мозга, вынесенной на периферию.

О чувствительности человеческого глаза говорят такие данные. Глаз человека различает около 120 градаций по длине волны или, иначе говоря, по цветовому тону. Он может отличить друг от друга более 10 градаций по насыщенности каждого тона и более 25 — по яркости. Всего это составляет свыше 25 тыс. раз­личных цветов и оттенков. Но как ни совершенно устройство этого важного органа, возможности его небеспредельны. После напряженной работы острота зрения снижается, наступает так называемое утомление глаз, а отсюда и утомление всего организма человека. Время нормальной работы глаз зависит от внешних условий, причем оно может в значительной степени быть увели­ченным, если эти условия благоприятны.

Развитие техники и связанные с этим условия деятельности человека вызвали потребность глубже изучить влияние цвета на психику человека, установить «цветовой климат», который бла­гоприятно влияет на организм человека (который был назван комфортным).

Какие же эмоции могут вызвать определенные цвета? Инте­ресные характеристики цветов по их психофизиологическому воздействию на человека дал французский ученый М. Дерибере. Свои выводы он сделал на основании многочисленных опытов, не исключающих и частные случаи, которые зависят от настрое­ния, пола и физического состояния каждого человека. Итак, вот эти характеристики.

Красный — люди воспринимают как цвет возбуждающий, го­рячий, энергичный.

Оранжевый — близок к красному, также горяч, напоминает раскаленный металл или знойные краски пустыни.

Желтый — уже совсем лишен жгучести, он скорее теплый, веселый, может располагать к шутке, хорошему настроению, создать атмосферу солнечного, ласкового, мягкого весеннего дня. Но свойства желтого цвета резко меняются в зависимости от его чистоты и яркости.

Зеленый — это цвет обновления, весны и юности. Он может быть холодноватым и нести в себе свежесть, бодрость весеннего утра, а в сочетании с желтым — быть мягким и теплым, как смолистый запах соснового бора. В том и другом случае он рож­дает душевный покой, хорошее настроение.

Синий — так же как все его оттенки, напоминают о холоде, о воде, дали. Этот цвет свеж и прозрачен, он кажется воздушным и легким.

Фиолетовый — цвет утомленности и взволнованности.

Коричневый — имеет широкий диапазон воздействия. Вообще гамма коричневых цветов получается при смешивании серого с оранжевым. При преобладании оранжевого компонента и уме­ренной насыщенности коричневый цвет — теплый, способен вы­ражать крепость, устойчивость, создает спокойное, мягкое на-, строение. Но этот же цвет, если в нем преобладает серый тон, будет располагать к мрачному настроению. Он настораживает человека, вызывает тревогу, ожидание неприятностей.

Белый — холодный и благородный.

Черный — говорит о тяжести и мрачности окружающей об­становки. Вполне понятно, что он резко ухудшает настроение. Но сочетание черного с белым создает состояние подъема и его используют в торжественных случаях.

Серый — цвет деловой обстановки, который навевает уныние и скуку, а иногда даже апатию.

Дальнейшие исследования психофизиологов показали, что цвет не только действует на психическое состояние человека, он может, например, подчеркивать тяжесть или легкость предмета.

Существующие в природе цвета делят на ахроматические — не имеющие цветных оттенков (белый, черный и серый) и хрома­тические — цветные (голубой, зеленый, красный и др.). Цвета разделяют также на две группы: теплые (красные, оранжевые, желтые, пурпурно-красные) и холодные (фиолетовые, синие, голу­бые, пурпурно-фиолетовые). Эти группы цветов по-разному дей­ствуют на психику и зрение человека, а) холодные цвета зрительно воспринимаются дальше, а теплые — ближе; б) теплые возбуж­дают и поднимают настроение, а холодные успокаивают и даже угнетают; в) теплые цвета понижают слуховую чувствительность, а холодные повышают; г) при теплом цветном окружении мышеч­ная работоспособность больше, чем при холодном; д) холодные цвета помогают переносить высокие температуры, а теплые — затрудняют и т. д.

Воздействие цвета на человека зависит не только от цветового тона, но и от других характеристик: а) темные цвета действуют на психику подавляюще, а светлые — повышают настроение;

б) темные цвета более тяжелые, а светлые — более легкие;

в) светлые цвета увеличивают размеры предметов, а темные — уменьшают и т. д.

Чем больше площадь поверхности, окрашенной в отдельный цвет, чем он ярче и насыщеннее, тем сильнее его воздействие. Длительное восприятие одного цвета (или группы похожих цве­тов может привести к цветовому утомлению). Наименее утомляю­щими являются желто-зеленые, зеленые (цвета середины спектра) и светлые ахроматические цвета. Вопросы воздействия на чело­века цветовых сочетаний гораздо сложнее, чем воздействие от­дельных цветов, они связаны с теорией цветовых гармоний [75].

Зная все характеристики цвета, можно говорить о таких поня­тиях, как контраст и нюанс двух цветовых пятен. Под контрастом понимают такое сочетание двух или нескольких цветовых пятен, при котором цвета резко различны по яркости, насыщенности или по тону. Нюанс — это оттенок, едва заметный переход цвета. Нюансное сочетание представляет собой объединение в компо­зиции цветов, которые имеют незначительные расхождения по основным параметрам. При наличии характеристик можно с их помощью задать строго определенный цвет.

Говоря о цвете, было бы ошибкой выпустить из вида такой важный вопрос, как взаимодействие цвета и света. Эти два явле­ния непосредственно связаны между собой. Падающий пучок света может происходить от естественного источника — солнеч­ного луча и от искусственного освещения: лампы накаливания и лампы холодного свечения. Качественно новый пучок света даст и несколько иное разложение цветов. Так, при освещении лампами накаливания отсутствуют синие и фиолетовые излучения.

Рис. 12. Приемы выбора фона для выделения обрабатываемых деталей:

а – фон неоднородный, с большим контрастом по светлоте и отсутствием контраста по цвету; б — рациональная конструкция элементов, создающих фон .

Красные цвета становятся более чистыми, оранжевые краснеют, голубые — зеленеют, синие и фиолетовые — краснеют, превращаясь в пурпур­ный. Освещение ртутными лампами приводит к тому, что кремовые цвета становятся зеленоватыми, желтый цвет — ярко-зеленым, желто-красные — желтовато-зелеными, бледно-голубой — серо-го­лубым, темно-голубой — более ярким, зеленый — более глубоким, розовый — серовато-бурым, оранжевый — блеклым и серо­ватым, красный — бурым, фиолетовый — блестящим, серый при­обретает зеленоватый тон. При конструировании необходимо учи­тывать указанные выше свойства цвета и применять соответствую­щие цвета в каждом конкретном случае.

Размеры станка оказывают влияние на выбор цвета для окра­шивания. Малые станки следует окрашивать в один цвет, многоцветность может нарушить цельность формы, иногда можно исполь­зовать более насыщенные цвета. Для окрашивания же крупных станков можно применять несколько цветов, это служит средством объединения отдельных частей (объемов) станка. Для окрашивания станков, имеющих поверхности больших площадей, доминирую­щих в производственном интерьере, следует применять светлые и ненасыщенные цвета. Однотипные станки (например, по их техно­логическому назначению) и станки, устанавливаемые на одном участке, в одном пролете, могут иметь одинаковое цветовое ре­шение.

Очень важно правильно выбрать фон для выделения обраба­тываемой детали (рис. 12). Если на станке будут обрабатывать детали из разных материалов (чугуна, стали, бронзы и т. п.), то в конструкции станка следует предусмотреть специальные сменные щиты с соответствующей окраской. Рекомендуются следующие цвета фона для выделения обрабатываемой детали;

Для работающего на станке исключительно важное значение имеет цветовое оформление органов управления станка и правильный выбор фона для них. Если органы управления темног₀ цвета, то фон для них должен быть светлым и наоборот.

При выборе цвета для окрашивания станков необходимо учитывать также тип источника освещения (естественное освещение лампы накаливания, лампы дневного света и т. д.) и освещенность, так как при различных источниках света и различной освещенности цвет краски меняется. Отраслевой стандарт ОСТ2 Н06-2—72 устанавливает следующие общие указания по цветовой отделке металлорежущих станков: а) цвет окраски выбирают конструкторы (художники-конструкторы), которые делают соответствующие надписи на чертежах деталей, узлов и общих видов станков; б) допустимо окрашивать станок в два и более цвета; в) при выборе цветов учитывают размеры и назначение станка, создание фона для обрабатываемых деталей, воздействие охлаждающих жидкостей на окрашиваемую поверхность и другие фактору; г) станки, поставляемые на экспорт, окрашивают в указанные в наряд-заказе цвета; если этих указаний нет, станки окрашивают в цвета, заданные на чертеже.

Желательно иметь схему станка с маркировкой принятых колеров (рис. 13, позиции 1-6).

Особое внимание должно быть уделено художественно-конструкторской отработке универсальных станков, так как их выпускают большими партиями, используют длительное время, и они составляют основную часть оборудования большинства машиностроительных предприятий.

Иного подхода требует эстетическая отработка специальных станков. Специальные станки часто создают на базе нормализованных узлов или с использованием узлов ранее изготовленных станков. В этом случае красота станка будет зависеть от худо­жественно-конструкторской отработки этих узлов, а также о_т удачного их сочетания в данном станке. Художественная отработка специальных элементов, присущих только конкретному станку, дает возможность усилить художественную вы­разительность станка.

Рис. 13. Схема станка с маркиров­кой принятых колеров (каждой по­зиции соответствует определенный цвет)

Тех­нологичными и легко соче­таемыми в различных прост­ранственных комбинациях являются такие части стан­ков, форма которых при­ближается к форме правиль­ных геометрических тел (ку­бу, цилиндру, конусу и др.). Но это не значит, что при конструировании станков нельзя использовать слож­ные поверхности. При проектировании размерного ряда станков и использова­нии отдельных узлов в разных станках ряда должна быть обеспе­чена композиционная целостность каждого отдельного станка. Поэтому в процессе проектирования следует рассмотреть все возможные варианты компоновок с учетом возможности создания на их базе специальных станков.

Теоретические основы и практические рекомендации по худо­жественному конструированию изложены в книгах.

ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

ГОСТ 16035—70 устанавливает термины и определения эрго­номических показателей промышленных изделий.

Эргономика охватывает большой круг вопросов, но объем книги позволяет рассмотреть лишь некоторые из них, связанные с проектированием машин. К ним относятся: закономерности зрительного восприятия; антропометрические данные; биомеха­нические возможности человека.

Закономерности зрительного восприятия. Усталость глаз влияет на весь организм. Конструктор должен знать и учитывать это при проектировании станков. Для этого ему надо знать границы зрительного поля, зоны обзора (рис. 14) и некоторые особенности зрительного восприятия. Зрительным полем называют простран­ство (измеряемое в угловых единицах), которое видит человек, когда он смотрит на неподвижную точку, находящуюся на уровне глаз.

Кроме зрительного поля конструктор должен знать и другие закономерности зрительного восприятия. Вот некоторые из них.

1. Различительная чувствительность глаза (в пределах поля зрения) резко уменьшается от центра к периферии (для горизон­тальной плоскости):

Угол, град	0	5	20	35	50	65	80
Чувствительность	1	1/2	1/4	1/8	1/12	1/18	1/36

С удалением, например, прибора от центра поля зрения точ­ность чтения падает, а продолжительность чтения увеличивается.

2. В пределах зрительного поля границы восприятия отдель­ных монохроматических цветов различны. Наиболее широкие границы имеют желтый и голубой цвет; наиболее узкие — крас­ный и зеленый.

3. При хорошем освещении и на небольшом расстоянии более четко воспринимаются черные объекты на белом фоне, при плохом освещении и на большом расстоянии — белые на черном.

4. Подвижные объекты воспринимаются периферическим зре­нием значительно лучше, чем неподвижные.

5. Глаз человека может воспринимать одновременно не более 5—7 отдельных объектов.

6. Горизонтальные движения глаз быстрее, чем вертикальные.

7. Вертикальные движения глаз утомительнее, чем горизон­тальные.

8. Горизонтальные размеры и пропорции оцениваются взгля­дом точнее, чем вертикальные.

9. Прямолинейные контуры прослеживаются взглядом легче, чем криволинейные, а плавные, сопряженные переходы линий — легче, чем ломаные.

10. Зрительное утомление больше обусловлено утомлением от движения глаз, чем утомле­нием от светоощущения. Зна­чит, для снижения зрительного утомления надо сокращать «маршруты» глаз в процессе их работы.

11. При быстрой смене объек­тов восприятия предшеству­ющие образы оказывают влия­ние на последующие. Напри­мер, прямая линия кажется кривой, если на нее взглянуть после длительного и внима­тельного рассматривания ис­кривленной линии и т. д.

12. Зрительные иллюзии — ошибки в оценке и сравнении длин отрезков, величин углов, форм предметов и др.

Рис. 14. Зоны зрительного обзора

Знание их законов и умелое использование дает возможность конструктору исправить некоторые недостатки формы деталей и всего станка.

Антропометрические данные. При проектировании станков необходимо учитывать соответствующие антропометрические дан­ные, которые включают основные размеры человеческого тела и пределы движения конечностей. Антропометрические данные населения разных стран отличаются друг от друга. Например, средний рост взрослого мужчины составлял в 1960—1970 гг.; в США — 176 см, в Англии — 173 см, в Чехословакии — 175 см, в Японии — 164 см. В Советском Союзе средний рост мужчины принят 168 см, женщины — 156 см.

Антропометрические данные нужно использовать в совокуп­ности с анатомо-физиологическими особенностями и биомехани­ческими возможностями человеческого тела, так как учет только антропометрических данных может привести к неправильным решениям.

В процессе проектирования новых и изучения существующих станков желательно провести антропометрический анализ, кото­рый дает возможность выявить недостатки компоновки отдель­ных узлов и расположения органов управления. Для облегчения выполнения такого анализа обычно используют модель фигуры человека (оператора) с шарнирными сочленениями, изготовлен­ными из оргстекла. На рис. 15 показана схема антропометри­ческого анализа шлифовального станка. Данная схема показы­вает, что у станка органы управления расположены неудачно (рис. 15, а) и для управления станком требуется человек с такими примерно размерами, как показано на рис. 15, б.

Биомеханические возможности человека. Движения в пределах оптимальной рабочей зоны (рис. 16) являются наименее утоми­тельными, работа за ее пределами связана с дополнительным напряжением. Это необходимо учитывать при компоновке станка. Вот некоторые данные о биомеханических возможностях чело­века, которые надо принимать во внимание каждому конструк­тору:

а) рука человека двигается лучше и быстрее в горизонтальной плоскости, чем в вертикальной, причем правая — против часовой стрелки, левая — по часовой;

б) там, где требуется быстрая реакция, нужно использовать движение по направлению «к себе»;

в) движения вперед и назад, быстрее, чем движение в сто­роны;

г) движения, выполняемые одной рукой, совершаются наибо­лее точно и быстро под углом около 60° к направлению прямо — вперед (рис. 17, а) движения, выполняемые обеими руками одновременно, — быстрее под углом около 30° к прямому на­правлению (рис. 17, б) и точнее в направлении прямо — вперед (рис. 17, в);

Рис. 15. Схема антропометрического анализа шлифовального станка

д) максимальная частота движений руки (например, при сги­бании) — около 80 раз в минуту, ноги — 45, корпуса —30, ча­стота движений пальца — 6 раз в секунду, кисти — 3;

е) каждое движение должно заканчиваться в положении, удобном для начала следующего движения;

ж) при работе двумя руками движения должны быть симме­тричны и иметь противоположное направление, по возможности обе руки должны одновременно начинать и заканчивать действия;

з) мускулы меньше утомляются при динамической работе, чем при статической; статическая работа при обслуживании станка должна сокращаться до минимума;

и) время переключения органа управления должно быть минимальным;

к) движение менее утомительно, если оно направлено вниз;

Рис. 16. Рабочие зоны;

А — рабочее пространство; Б - зона удобного размещения устройств обслуживаемых руками; В - оптимальное рабочее пространство; а -зона, удобная для обеих рук; в - расстояние между центрами опти­мального рабочего пространства

Рис. 17. Рабочие зоны рук

Рис. 18. Зависимость силы правления движения

л) движения рук по окружности предпочти­тельнее, чем прямолинейные движения;

м) движение под прямым углом изменяется значительно быстрее, чем под тупым; плавно закругленные движения быстрее движений прямолинейных и имеющих резкое и внезап­ное изменение направления; ^: н) точные движения лучше выполнять сидя, чем стоя;

о) скорость движения «слева — направо» (для правой руки) несколько больше, чем в обратном направлении;

п) движения, ориентированные механическими устройствами, совершают быстрее, чем движения, зависящие только от визуаль­ной оценки;

р) сила в предплечье больше при согнутой руке, чем при вытя­нутой (рис. 18) (цифрами обозначены величина силы в Н).

Необходимо, чтобы:

а) напряжение органов зрения и слуха было в пределах обыч­ных способностей человека;

б) тело находилось в наиболее естественном положении, име­лась возможность смены положения при работе и возможность работы сидя;

в) органы управления создавали удобную рабочую позу, имели рациональную форму, были легкодоступными, а устрой­ства контроля и сигнализации хорошо просматриваемыми, чет­кими и понятными;

г) органы управления, располагаемые близко друг от друга, различались по форме и цвету; установлено, что рука человека может различать на ощупь около восьми—десяти различных по форме рукояток;

д) взаимосвязанные органы контроля и управления были удобно расположены, а также ясно различимы по форме и цвету;

е) движения совершались в пределах поля зрения;

ж) число и сложность движений были уменьшены до мини­мума; движения были простыми и ритмичными;

з) усилия, которые надо приложить к органам управления, не превышали допустимых величин.

Более подробно об эргономике см. в книгах.