книги из ГПНТБ / Хилл П. Наука и искусство проектирования. Методы проектирования, научное обоснование решений

4.Допустим, что вы работаете на предприятии, изго­ тавливающем стандартную тару и обдумываете новый спо­ соб открывания консервных банок. Составьте план, по ко­ торому вы будете убеждать в правильности своей идеи вашего непосредственного начальника, а затем руководи­ телей фирмы.

5.Полагаем, что ваш метод открывания консервных ба­ нок, о котором говорилось в упражнении 4, одобрен руко­ водством фирмы и закончено проектирование этого устрой­ ства. Перечислите необходимые элементы отчета о кон­ струкции для представления его фирме, изготавливающей фруктовые соки. Укажите также способ размножения и

брошюровки отчета, учитывая, что нужно изготовить

15копий.

6.Какой диапозитив вы покажете первым при обсуж­ дении нового способа открывания консервных банок. Имей­

те в виду, что назначение таких диапозитивов — создать непринужденную обстановку и привлечь внимание ауди­ тории.

7.Какие демонстрационные средства вы выберете (и почему) при выступлении с техническим докладом перед аудиторией смешанного состава численностью 30—40 че­ ловек в стенах высшего учебного заведения, если ваш бюд­ жет ограничен.

8.Какие размеры должен иметь диапозитив (при про­ ектировании изображенпя на экран), чтобы аудитория могла легко прочитать надписи на расстоянии 9—10 м? (Из диапозитивов различного размера выберите оптималь­ ный.)

9.Какое средство демонстрации иллюстративных мате­ риалов является наиболее эффективным и почему?

10.Какие пункты вы добавили бы к контрольному пе­ речню вопросов, связанных с подготовкой технического совещания?

ЗАДАЧИ И ПРОЕКТЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Помещенные ниже задачи дают представление начина­ ющему конструктору о реальных проблемах и подготавли­ вают его к работе над более сложными проектами. Эти за­ дачи отражают потребность в неизвестном до сих пор устройстве (или системе). При решении процесс инженер­ ного проектирования ограничивается выработкой концеп­ ции и анализом. Главное внимание уделяется проявлению творческого воображения и изобретательности, получению нескольких вариантов решения. Конструктор должен вести работу последовательно, начиная с определения цели, пере­ ходя к этапам научных исследований, формулировки зада­ ния, формирования идеи, выработки концепции и, если потребуется, к анализу, пока не будет получено решение.

ЗАДАЧА 1. ВОРОНКА С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕЛИВА

При заполнении топливного бака подвесного мотора, моторной газонокосилки или моторной пилы с помощью воронки горючее часто переливается и попадает на двига­ тель, так как обычно трудно определить уровень горючего в баке. Перелив горючего исключительно опасен, особен­ но когда двигатель нагрет. Одним из способов предупре­ ждения перелива может быть использование воронки, ав­ томатически закрывающейся при заполнении бака на 95%.

Разработайте воронку с защитой от перелива, автома­ тически закрывающуюся при достижении полного или почти полного уровня горючего (жидкости). Частично заполненная воронка может (определенным способом) слу­ жить индикатором полного уровня. Дополнительным при­ способлением, способным улучшить конструкцию, может быть рычаг или поплавок, благодаря которым излишнее

горючее, оставшееся в воронке, можно вылить обратно в канистру. Воронка с защитой от перелива должна быть дешевой.

ЗАДАЧА 2. РЕГИСТРАТОР СКОРОСТИ

Компетентные органы в настоящее время считают, что' все моторные транспортные средства должны быть осна­ щены устройством, показывающим скорость движения хо­ тя бы за километр до проверки. Если автомобиль останов­ лен за превышение скорости, то автоинспектор должен получить запись скоростей движения на последнем кило­ метре. Ожидается, что такой прибор позволит существенно сократить число несчастных случаев в результате дорожнотранспортных происшествий вследствие превышения ско­ рости и, кроме того, прекратятся споры между автоинспек­ тором и нарушителем.

Разработайте прибор для непрерывной регистрации скорости автомобиля на отрезке пути длиной в один кило­ метр. Ои должен быть связан определенным образом со спидометром и счетчиком. Регистрируемую скорость дви­ жения должен видеть водитель автомобиля. Конструкция прибора должна исключать возможность установки ложно­ го или неправильного отсчета.

ЗАДАЧА 3. АВТОМАТ ДЛЯ РАЗМЕНА БУМАЖНЫХ БАНКНОТОВ

В настоящее время широкое распространение получили торговые автоматы для продажи бутербродов, кофе, а так­ же некоторых предметов одежды. Хотя некоторые из них принимают монеты любого достоинства, большинство тор­ говых автоматов срабатывает при опускании строго опре­ деленной монеты (автоматы но продаже сигарет, автоматы в прачечных и т. д.). Поэтому при таких автоматах приходится держать кассиров для размена бумажных денег.

Следовательно, необходимо создать автоматическое уст­ ройство для размена бумажных денег, которое бы, приняв банкнот любого достоинства (от 1 до 10 долл.), произвело правильный размен.

Разработайте автоматическое устройство для размена бумажных денег, которое принимало бы банкноты досто­ инством 1, 5 и 10 долл, и производило правильный размен, выдавая две монеты по 25 центов, четыре по 10 центов,

две — по 5 центов, а остальные банкнотами. Автомат дол­ жен также обнаруживать фальшивые банкноты и подавать в этом случае звуковой сигнал (например, в виде сильного звонка).

ЗАДАЧА 4. СЧЕТЧИК С АВТОМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ НА НУЛЬ ДЛЯ ПЛАТНЫХ СТОЯНОК

Потеря доходов от платных стоянок вследствие того, что последующему автомобилю засчитывается неиспользо­ ванное время предыдущего автомобиля, покинувшего сто­ янку, настолько значительна, что представители власти предложили разработать счетчик, который бы после осво­ бождения стоянки сбрасывал неиспользованное время. В этом случае новый автомобиль въезжал бы на стоянку, когда счетчик показывает нулевое время.

Разработайте приставку к стандартному счетчику про­ должительности стоянки, которая установливала бы счет­ чик на нуль, как только автомобиль покидает стоянку. Исключительно важно, чтобы устройство срабатывало для автомобилей любой марки и любого размера и чтобы счет­ чик не реагировал на проходящих перед ним людей.

ЗАДАЧА 5. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС

Фирма, изготавливающая женскую летнюю обувь, раз­ работала привлекательную модель, при изготовлении кото­ рой она столкнулась с некоторыми проблемами. Одной из особенностей этой модели является то, что к обеим сторо­ нам туфли через подъем пришивается полоска ткани с пришитым к ней эластичным материалом. При демонстра­ ции модели эта полоска должна сжиматься (материал со­ бирается в складки) и плотно облегать ногу при носке (ма­ териал растягивается).

Обувную фирму интересует главным образом изготов­ ление полосок ткани с пришитым к ней эластичным мате­ риалом. Производственный цех имеет автоматические швей­ ные машины непрерывного действия со столом длиной 60 см. В эту машину необходимо вводить одновременно два материала: эластичный материал и ткань. При вводе в ма­ шину эластичный материал должен быть растянут на 75% на столе длиной 60 см, а при выходе из машины должен возвращаться в нормальное состояние. Ткань имеет ту же

некоторых дорогах, например на автомагистралях штатов Массачусетс, Нью-Джерси и Пенсильвания, размер платы зависит от того, въезжает автомобиль на магистраль или же выезжает с нее.

В обоих случаях сбор платы за проезд — дорогостоящее мероприятие, так как оно вызывает задержку автомобилей и часто приводит к скоплениям транспорта. В системах периодического сбора платы за проезд эта проблема реше­ на путем установки автоматических устройств. Для пунк­ тов, где плата производится при выезде с магистрали, еще не разработана действующая система.

Таким образом, требуется создать систему, которая работала бы столь же эффективно и была такой же удоб­ ной, как и автоматические системы сбора постоянной пла­ ты за проезд, но использовалась на дорогах, где плата взимается при выезде с магистрали. Система должна устра­ нить существующие недостатки (большие затраты на сбор платы за проезд и неудобства, испытываемые водителями).

ЗАДАЧА 8. НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ТЕЛЕГРАФНЫХ СТОЛБОВ

Природа наделила Америку многими красотами, кото­ рые вскоре могут померкнуть, если мы не начнем более тщательно планировать строительство, обращая внимание не только на назначение сооружений, по и на их форму. Одним из примеров такого пренебрежительного отношения или безразличия к форме является телеграфный столб и мачта линии электропередачи.

На улицах любого города США можно увидеть столбы

сэлектрическими и телефонными проводами, протянутыми

кдомам, магазинам и учреждениям. Для сравнения взгля­ ните на здания, деревья и столбы с дорожными знаками вблизи линий передачи и вынесите суждение о их формах и функциях. Разве вам не приходилось, сняв какую-нибудь сцену, после проявления пленки обнаружить, что теле­ графный столб на снимке играет куда более важную роль, чем сцена, которую вы хотели заснять?

Исследуйте обычный телеграфный столб (или мачту электропередачи) с точки зрения формы и назначения. Нарисуйте эскиз. Спроектируйте столб (или мачту), удов­ летворяющий требованиям технической эстетики, обращая особое внимание иа форму и назначение. Столб должен хо­ рошо вписываться в окружающий пейзаж либо гармониро­ вать с окружающими его сооружениями. Необходимо учи­ тывать также относительные затраты, способность нести нагрузку и установку такого столба.

ЗАДАЧА 9. СКЛАДЫВАЮЩИЙСЯ РЕФЛЕКТОР РАДИОЛОКАТОРА

Разработайте легкий компактный складывающийся реф­ лектор радиолокатора и треножную опору, которая выдви­ гается при нажиме кнопки. Необходимо рассмотреть схему рычажных механизмов, методы их соединения и т. д. (а не блок питания радиолокатора). Решение должно содержать описание возможных применений такого устройства.

ЗАДАЧА 10. РЕМОНТНАЯ ВЫШКА ШАРНИРНОГО ТИПА

Необходимо разработать компактную складывающуюся ремонтную вышку, способную поднимать груз весом 500 кгс на высоту до 15 м. Вышка должна размещаться в кузове грузовика (возможно, на горизонтально устанавли­ ваемом барабане) и поднимать рабочего с необходимым оборудованием для ремонта кабелей высокого напряжения, проводки телефонных линий, ремонта зданий, установки дорожных знаков, мытья окон и т. д.

ЗАДАЧА 11. КОНСТРУКЦИЯ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ГЕОМЕТРИЕЙ

Требуется создать конструкцию с изменяющей геомет­ рией в форме компактных (трубчатых пли плоских) бло­ ков, размещаемых в головной части ракеты или ограничен­ ном объеме космического корабля. В определенной точке пространства такое устройство раскрывается (под действи­ ем пружин, сжатого воздуха, центробежной силы, если оно выпускается из вращающегося аппарата и т. д.). Устрой­ ства с изменяющейся геометрией можно использовать в антеннах на спутниках, возвращаемых космических ап­ паратах, космических кораблях, орбитальных станциях и т. д.

Принципиальное конструктивное решение должно иметь форму колец с шарнирно соединенными полукруглыми или треугольными дугами. Комбинируя элементы, можно по­ лучить различные конструкции. Так, комбинация треуголь­ ных дуг с жесткими кольцами различного диаметра дает конструкцию, имеющую в сложном виде коническую фор­ му; комбинация двух жестких колец одинакового диамет­ ра и круговых дуг позволяет получить шарообразную фор­

му, имевшую максимальный объем при минимальной площади поверхности. Разработайте одну из таких конст­

рукций и продемонстрируйте на модели ее работоспособ­ ность.

ЗАДАЧА 12. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Требуется создать прибор для измерения сил, дейст­ вующих в таких стационарных сооружениях, как опоры ан­ тенн, мачты высоковольтных линий и т. ц., чтобы затем можно было определить ползучесть материала или сдвиг почвы. Метод измерения сил, действующих на кабели, поз­ воляет проанализировать и зарегистрировать интересую­ щие нас силы.

Искомое устройство должно: 1) измерять силы, дейст­ вующие на кабели в интервале до 5000 кгс (желательно, чтобы устройство имело несколько рабочих диапазонов); 2) иметь точность до 5%; 3) обеспечивать снятие отсчетов без изменения нагрузки, действующей на кабель; 4) быть максимально простым, дешевым и не требовать специаль­ ной подготовки при его обслуживании.

Кроме того, оно не должно ухудшать жесткость и устой­ чивость сооружения.

ЗАДАЧА 13. ПЕРЕНОСНОЙ КОНСТРУКТОРСКИЙ НАБОР

Число студентов, изучающих инженерное проектирова­ ние, увеличивается с каждым годом, поэтому невозможно обеспечить их в достаточном количестве материалами для изготовления макетов и прототипов. С другой стороны, реа­ лизация и проверка конструкции, представленной на бума­ ге, с помощью физических моделей играет важную роль в подготовке ипженеров.

Проблема лабораторных занятий может быть решена, если будет изобретен удобный и недорогой конструктор­ ский набор, который должен быть компактным, иметь не­ большой вес и содержать инструменты, материалы и ком­ поненты, необходимые для изготовления студентами уст­ ройств, разрабатываемых в процессе обучения. Набор не должен содержать инструкций о том или ином конструк­ торском решении, а также инструкций, ограничивающих решение определенными рамками.

ЗАДАЧА 14. АВТОМАТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ТРАНЗИСТОРОВ В ОПРЕДЕЛЕННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И ИХ ПРОВЕРКА

Беспорядочно расположенные транзисторы необходимо подготовить к операции присоединения проводников к вы­ водам эмиттера, коллектора и базы. Разработайте оборудо­ вание для автоматической ориентировки транзисторов в

Фиг. П1.1. Автоматическая укладка транзисторов (размеры даны в миллиметрах).

лотке конвейера таким образом, чтобы база оказалась пе­ ред оператором, как показано на фиг. П 1.1. В некоторой точке этой системы необходимо проверить сопротивление между эмиттером и базой и отбраковать все транзисторы, сопротивление которых не находится в интервале 9,2— 9,3 кОм.

ЗАДАЧА 15. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СБОРКА И ПРОВЕРКА

(фиг. П 1.2). Внутреннее и наружное кольцо, а также се­ паратор подаются на участок сборки по лентам конвейера. Шарики подшипника поступают на этот участок по спуск­ ным желобам. Для обеспечения сборки можно изменить