книги из ГПНТБ / Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения учебник

Г ЛАВА XI I I

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ

§ 67. МЕТОДИКА СИСТЕМАТИЗАЦИИ И КЛАССИФИКАЦИИ

Систематизация предметов, явлений или понятий преследует цель расположить их в определенном порядке и последователь­ ности, образующей четкую систему, удобную для пользования. Наиболее простой формой систематизации является алфавитная система расположения объектов. Такая система используется, например, в энциклопедических и политехнических справочниках, в библиографиях и т. и. Применяют также порядковую нумерацию систематизируемых объектов или расположение их в хронологиче­ ской последовательности. Например, ГОСТы регистрируются Государственным Комитетом стандартов по порядку номеров, после которого в каждом стандарте указывают год его утвержде­ ния. (Например ГОСТ 16093—70 «Резьба метрическая для диа­ метров от 1 до 000 мм. Допуски»), Как уже отмечалось, для систе­ матизации параметров и размеров мантия, их частей и деталей рекомендуются ряды предпочтительных чисел.

В народном хозяйстве СССР широкое распространение полу­ чила разновидность систематизации — классификация. Она пре­ следует цель расположить предметы, явления или понятия но классам, подклассам и разрядам в зависимости от их общих призна­ ков. Чаще всего классификацию проводят по десятичной системе. На ее основе создан общесоюзный классификатор продукции (см. § 5). Универсальная десятичная классификация (УДК) при­ нята в качестве международной системы рубрикации индексами

621.3 : 622 — электротехника в горном деле и т. п. Систематизация и классификация являются основой любой

унификации, примеры которой рассматриваются ниже.

§68. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ

ИТИПОРАЗМЕРНЫХ РЯДОВ МАШИН

Параметрическим рядом называется закономерно построенная в определенном диапазоне совокупность числовых значений глав­ ного параметра машин (или других изделий) одного функциональ­

ного назначения. Каждая машина характеризуется несколькими параметрами. Номенклатура стандартизуемых параметров должна быть минимальной, но достаточной для оценки эксплуатационных характеристик данного типа машин и его модификаций. Поэтому при стандартизации параметрических рядов необходимо опреде­ лить главный и основные параметры машин.

Главным называют такой параметр, который определяет важ­ нейший эксплуатационный показатель машины и не зависит от технических усовершенствований изделия и технологии его изго­ товления. По нему и строится параметрический ряд. Этот пара­ метр служит базой при определении числовых значений основных параметров. Например, главным параметром мостового крана является грузоподъемность токарного станка — габаритные раз­ меры обрабатываемых заготовок (высота центров и расстояние между центрами в крайнем положении задней бабки и ее ниноли), протяжного станка — тяговое усилие, для штангенинструмента, микрометров, рычажных скоб — предел измерения, для зубомеров и шагомеров — предел измеряемых модулей зубчатых колес и т. д.

Основные параметры иногда выражаются через главный пара­ метр. Например, главным параметром поршневого компрессора является диаметр D цилиндра, а одним из основных — произво­ дительность Q. Они связаны зависимостью

(2 = ^ / / я = /сН2; к = п * Н ,

где Н — ход поршня; п — число оборотов.

Разновидностью параметрического ряда является типоразмер­ ный (или просто размерный) ряд, его главный параметр — раз­ меры изделий. На базе параметрических (типоразмерных) рядов создаются конструктивные ряды конкретных типов (моделей) машин одинаковой конструкции и функционального назначения.

Параметрические* типоразмерные и конструктивные ряды машин иногда строят исходя из пропорционального изменения их эксплуатационных показателей (мощности, производительности, тягового усилия и др.). В этом случае геометрические характери­ стики машин (рабочий объем, диаметр цилиндра, диаметр колеса у роторных машин и т. д.) являются производными от эксплуа­ тационных показателей и в пределах ряда машин могут изменяться но закономерностям, отличным от закономерностей изменения эксплуатационных показателей. При построении параметриче­ ских, типоразмерных и конструктивных рядов машин желательно соблюдать подобие рабочего процесса, обеспечивающего равенство параметров тепловой и силовой напряженности машин в целом и их деталей. Такое подобие иногда называют механическим подо­ бием. Оно приводит к геометрическому подобию. Например, для двигателей внутреннего сгорания существуют два условия подо-.

413

>

бия: 1) равенство среднего эффективного давления ре, завися­ щего от давления и температуры топливной смеси на всасыва­

нии; 2) равенство средней скорости поршня vn — -^ (S — ход

поршпя; п — число оборотов двигателя) или равенство произве­ дения Dn, где D — диаметр цилиндра.

6)

Рис. 191. Конструктивные ряды машин:

а — двигателей по принципу механического подобия; б — прессов на основе рядов предпочтительных чисел

В специальной литературе приводятся расчеты, показываю­ щие, что равенство параметров силовой и тепловой напряженно­ сти, например деталей цилиндропоршневой группы, обеспечи­ вается тогда, когда главным параметром будет диаметр цилиндра D (рис. 191, а). Это дает возможность создать ряд геометрически

S

подобных двигателей с соотношением д = const п соблюсти ука­

занные выше критерии подобия рабочего процесса. При этом

414

у всех геометрически подобных двигателей будут одинаковые термодинамический, механический и эффективный к. и. д. (а сле­ довательно, и удельный расход топлива), тепловая и силовая напряженность и удельная мощность. Градации толщины стенки цилиндра h будут такими же, как и градации D.

При выборе и расчете параметрических и типоразмерных рядов машин необходимо широко применять математический аппарат. В большинстве случаев числовое зна­ чение параметров строят на основе рядов предпочтительных чисел, осо­ бенно для рядов (чаще производных или смешанных) с равномерной на­ сыщенностью градации во всех частях ряда (рис. 191, б). Например, ГОСТ 10648—63 на протяжные станки общего назначения установлен сле­ дующий ряд номинальных сил тяги:

меры ширины В обрабатываемых

изделий даны по R 10 : 200—250—320—400—500—630—800—

415

Например, из графика на рис. 192 видно, что н общем машино­ строении около 90% всех используемых модулей зубчатых колес находятся в пределах 1—0 мм; максимум применяемости прихо­ дится на колеса с т ■ 2 — 3 мм. Поэтому в стандарте на ряд модулей (ГОСТ 9563—00) наибольшее число градаций предус­ мотрено на модули 1—(> мм.

Наименьшее и наибольшее значения главного параметра, а также частоту ряда следует устанавливать не только на основе текущей потребности, но и с учетом перспективы развития народ­ ного хозяйства, достижений науки и техники, тенденций разви­ тия машин, для которых определяют параметрические (размер­ ные) ряды. Необходимо учитывать также возможность широкого применения принципа агрегатирования и унификации основных узлов размерного ряда изделий.

Частота ряда должна быть технически и экономически обос­ нована, чтобы избежать излишне большой номенклатуры выпу­ скаемых изделий. Следует иметь в виду, что с уменьшением числа типоразмеров увеличивается серийность и, следовательно, значи­ тельно снижается трудоемкость производства машин (рис. 193). Однако при этом главным определяющим фактором должен быть минимум суммарных затрат в сфере производства и эксплуатации.

§69. УНИФИКАЦИЯ И АГРЕГАТИРОВАНИЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Воснове унификации лежит конструктивное подобие деталей, узлов, агрегатов, машин и приборов, которое определяется общ­ ностью рабочего процесса, условий работы изделий, т. е. общно­ стью эксплуатационных требований. К ним, например, относятся величина и характер нагрузки, реяшм ее изменения, температур­ ные условия и т. и.

Агрегатирование — принцип создания машин, оборудования и приборов, основанный на применении унифицированных агре­ гатов (узлов), устанавливаемых в изделии в различном числе и комбинациях. Эти агрегаты (узлы) должны обладать полной вза­ имозаменяемостью по всем экплуатационным показателям и по присоединительным размерам.

Внедрение унификации и агрегатирования позволяет перейти от конструирования и производства специального оборудования и машин к их выпуску на основе стандартных узлов и агрегатов. При этом в создаваемых компоновках обеспечиваются оптималь­ ные эксплуатационные показатели, а сроки проектирования и освоения новой техники сокращаются с 4—6 до 1,5—2 лет (за счет использования освоенных ранее и проверенных в эксплуатации узлов). Соответственно затраты на проектирование и освоение серийного производства снижаются в 1,5—2 раза, растет выпуск машин на тех же производственных мощностях, а себестоимость их изготовления уменьшается на 25—30% [17].

416

Унификация может распространяться на параметрические и типоразмерные ряды машин, их типы, составные части (узлы) и детали. Различают следующие виды унификации.

Внутриразмерная унификация всех 1Модификаций определен­ ного изделия с базовой моделью или между собой внутри одного типоразмера. Например, токарно-винторезные станки с макси­ мальным диаметром обрабатываемых заготовок 320 мм модифици­ руются на токарные, винторезные, двухсуппортные, операцион­ ные и т. д. Их степень унификации между собой и с базовым то­ карно-винторезным станком достигает 85—05°6.

Межразмерная унификация базовых моделей или их модифика­ ций! (между разными размерами параметрического ряда изделий, но внутри одного типа). Например, унифицируются токарно­ винторезные станки с диаметром обрабатываемых заготовок 320 и 400 мл). Степень такой унификации может составлять до 35%.

Эти два вида относятся к внутритиповой унификации, так как охватывают машины, составные части и детали одного типа.

Межтиповая унификация изделий, относящихся к различным параметрическим рядам и различным типам. Например, унифици­ рованы в один межтиповой ряд продольно-фрезерные, продольно­ строгальные, продольно-шлифовальные станки.

Унификация может быть заводской (в рамках завода) и от­ раслевой (для ряда заводов отрасли). Она может охватывать номенклатуру изделий, их составные части и детали, которые производятся и находят применение в различных отраслях народ­ ного хозяйства (межотраслевая унификация).

Унификация и стандартизация деталей и агрегатов (узлов)

машин общего назначения. В СССР проведена унификация и раз­ работано около 250 стандартов на крепежные детали, свыше 400 стандартов на арматуру и соединения трубопроводов (вентили, клапаны, тройники, краны), более 500 стандартов на редукторы, шкивы, муфты. Большая работа выполнена по унификации и стан­ дартизации литейной, кузнечно-прессовой оснастки, станочных приспособлений, инструмента и т. д.

Наиболее простой метод унификации деталей и составных частей общемашиностроительного назначения заключается в за­ мене группы близких конструкций одним оптимальным типо­ размером, использование которого не связано с существен­ ными трудностями в какой-либо сфере применения. Этот метод широко используют для деталей машин с ограниченным числом параметров, определяющих их конструкцию (шайбы, винты, болты, гайки, муфты, уплотнения и т. д.). В других случаях требуется более сложный предварительный анализ конструкций и параметров унифицируемых объектов, оценка качества их функционирования и проведение расчетно-конструкторских ра­ бот. При этом большое внимание следует уделять влиянию кон­ структивных элементов на эксплуатационные качества унифици­ руемых деталей и агрегатов. Например, необходимо уменьшать

417

концентрацию напряжений, особенно в местах контакта деталей, проводить оптимизацию формы деталей и предусматривать плав­ ные переходы от одной поверхности детали к другой. В качестве примера на рис. 194 показано, что предельная амплитуда цикла напряжений ответственных болтов 1 при широкой проточке на 36% больше, чем у болтов 3, не имеющих такой проточки (а — угол сбега резьбы).

В настоящее время приводные цепи, клиновые ремни, боль­ шинство крепежных деталей, арматуры и многие другие унифици­ рованные детали и агрегаты (узлы) изготовляют на специализи-

Рпс. 194. Влияние формы перехода от нарезанной части к гладкому стержню болтов на усталостную прочность резьбовых соединений М12 X 1,5:

1 , 2 , з — болты с проточками раьной формы

рованных заводах. Это дает возможность значительно уменьшить себестоимость и повысить качество деталей. Так, например, тру­ доемкость изготовления болтов и гаек на специализированном предприятии в 10 раз ниже, чем на неспециализированном.

Однако неправильно осуществленная унификация может дать отрицательный эффект, в частности, когда приходится исполь­ зовать ближайшие большие унифицированные детали, вызываю­ щие неоправданное эксплуатационными условиями увеличение веса и габаритов машин. Как уже говорилось, задача унификации конструкций и типоразмеров деталей является не только техниче­ ской, но и экономической. Ее цель — стандартизовать такие конструкции деталей и их размерные ряды, при которых суммар­ ная эффективность в сфере производства и эксплуатации была бы наивысшей.

418

Это положение можно пояснить графическим примером (рис. 195). При небольшом сокращении типоразмеров изделий серийность производства возрастает незначительно и переход на более прогрессивный технологический процесс может быть не оправдан экономически. Тогда уровень качества и себестоимость изделий остаются прежними, но отсутствуют и связанные с уни­ фикацией потери (кривая 3, участок ЛБ). По мере дальнейшего сокращения типоразмеров создаются условия для организации специализированного производства и достижения значительного экономического эффекта (кривая 1). Но начинают расти и потери (кривая 3). Однако положительный эффект, полученный за счет улучшения качества изделий

собствует сокращению запасных частей, улучшению условий эксплуатации и т. н.

В настоящее время унификация деталей, узлов и агрегатов проводится во всех отраслях машиностроения, существует также межотраслевая унификация. Организация специализированных производств унифицированных деталей и составных частей дает стране значительный технический и экономический эффект. Поэтому необходимо шире применять в разрабатываемых конструк­ циях унифицированные детали, узлы и агрегаты.

Агрегатирование машин и других изделий. Важнейшее преиму­ щество агрегатированных машин — конструктивная преемствен­ ность и возможность многократного применения стандартных агре­ гатов в новых компоновках при смене или конструктивном изме­ нении объекта производства.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что при частой сменяемости изготовляемых изделий и совершенствовании тех-

419

нологичсгких процессов агрегатирование является наиболее про­ грессивным методом конструирования, обеспечивающим большой экономический аффект в народном хозяйстве.

В настоящее время принцип агрегатирования ншрЬко при­ меняют при создании разнообразных типов машин, приборов и особенно металлообрабатывающего оборудования и автоматиче­ ских линий. Fla заводах работают сотни автоматических линий, собранных из унифицированных узлов. На рис. 196 приведены унифицированные агрегаты и классическая схема компоновки агре­ гатного станка. 11а круглой станине устанавливается несколько силовых головок. Присое­ диняя к головкам соот­ ветствующие насадки, на таком агрегатном станке можно выполнять свер­ лильно-расточные, резьбо­ нарезные, фрезерные и другие операции. Произ­ водительность агрегатных станков в несколько раз выше, чем универсальных.

Другим примером при­ менения принципа агрега­ тирования является систе­ ма универсально-сборных приспособлений (УСП). Та­ кие приспособления ком­ понуют из окончательно и точно обработанных взаи­ мозаменяемых элементов: плит, угольников, стоек, опор, прихватов, зажи­

УСП наиболее широко используется на опытных заводах в ус­ ловиях мелко- и среднесерийного производства, т. е. там, где конструирование и изготовление неразборных приспособлений экономически невыгодны. При помощи элементов УСП собирают приспособления для фрезерных сверлильных, токарных, свароч­ ных, сборочных и контрольных операций (рис. 198). Время, за­ трачиваемое на сборку УСГ1, как правило, компенсируется при обработке первых 2—3 деталей. Элементы УСП могут служить

6—10 лег.

Ряды производных машин. Принципы унификации и агрегати­ рования позволяют на основе базовой модели создавать ряд про­ изводных машин одинакового назначения, но с различными эксплу­ атационными показателями (мощности, производительности и др.), или машин различного назначения, выполняющих качественно

421