Шпоры по Основы пр. и экс-ия ТО

01. Классификация технологического оборудования по назначению

1. Специализированное (69%) (моечное, диагностическое, подъемно-транспортное и др.);

2. Общетехническое (18%) (металлообрабатывающие станки, сварочное оборудования и др.);

3. Для оснастки постов и рабочих мест (13%) (стелажи, верстаки и др.).

02. Классификация технологического оборудования по размещению

1. Стационарное (49%) (стенды для демонтажных работ, стационарные установки и др.);

2. Передвижное (18%) (тележки для транспортировки, гаражные домкраты и др.);

3. Переносное (33%) (инструменты, контрольные приборы, приспособления).

Разнообразие выполняемых функций и назначения технологического оборудования вызывает необходимость дифференцированного подхода к их применению при решении вопросов механизации процессов ТО и Р на конкретном АТП. Кроме того, мероприятия по механизации процессов ТО и Р представляют собой разноплановую, комплексную задачу, решение которой должно осуществляться в тесной взаимосвязи с существующими на АТП технологическими процессами, особенностями производства, имеющимися производственными площадями и планировками зон, участков, постов и т. д. В связи с этим возникает необходимость разделения технологического оборудования по группам, что позволяет более просто ориентироваться в огромном количестве существующих типов оборудования.

Классификация оборудования предполагает следующие классификационные признаки: по назначению (рис.1.1), по способу размещения оборудования на рабочих местах (рис. 1.2).

Большая часть оборудования используется не систематически, имеет неравномерную загрузку. Оборудование, предназначенное для использования только в одной зоне, составляет около 35% (моечное, смазочное и др.).

Наибольшее число образцов оборудования приходится на участки ТР автомобилей (для кузовных, сварочных, ремонтных и других работ), что обусловлено большим разнообразием операций и работ, выполняемых в процессе ремонта.

Оборудование, предназначенное для использования как в зонах ТО, так и в зоне ТР (подъемники, домкраты, комплекты инструментов и др.), требуется иметь в нескольких экземплярах, чтобы обеспечить возможность выполнения работ в каждой из зон.

Отдельные образцы оборудования (тележки для транспортировки агрегатов и др.), как правило, не закрепляются за постами, зонами и используются по потребности.

05. Потребные и фактические номенклатура и объем производства технологического оборудования

06. Факторы, определяющие первоочередность разработки технологического оборудования

Уровень механизации технологических процессов ТО и Р подвижного состава автомобильного транспорта на АТП зависит от ряда факторов. В первую очередь, от количества и номенклатуры выпускаемого технологического оборудования, так как увеличение числа типов выпускаемого оборудования позволяет механизировать большее число операций ЕО, ТО - 1, ТО - 2, ТР. Во вторых, уровень механизации зависит от финансового положения АТП, которое определяется, в свою очередь, как рядом внутри производственных, так и общенациональных признаков (мощность АТП, его загрузка, вид деятельности, состояние экономики страны в целом).

В целом, номенклатура выпускаемого технологического оборудования должна обеспечивать:

* комплексную механизацию процессов ТО и Р подвижного состава автомобильного транспорта при высоком качестве их выполнения;

* возможность применения любых сочетаний технологического оборудования на предприятиях различных типов и размеров, планировок зданий и т. д.;

* возможность применения передовых приемов труда, технологии и организации работ.

С учетом сказанного, номенклатура оборудования должна включать не менее 300 наименований, в настоящее время перечень включает не более 200 наименований, среди которых имеется значительное количество устаревших моделей, не предназначенных для обслуживания современных автомобилей. Это касается, в первую очередь, диагностического и моечного оборудования, приспособлений и инструментов. Фактическая оснащенность АТП технологическим оборудованием составляет в настоящее время около 30 % от потребности, причем по некоторому оборудованию она несколько ниже: по уборочно-моечному - 25%, диагностическому - 17%, контрольно-регулировочному - 24%, смазочно-заправочному - 20%, подъемно-транспортному - 17%, шиномонтажному и шиноремонтному - 25%, разборочно-сборочному - 7%.

Основной причиной низкой оснащенности АТП технологическим оборудованием являются недостаточные объемы его производства и практически полное отсутствие некоторых типов оборудования в производстве вообще.

Вследствие имеющих место ограничений в материальных ресурсах важным является определение номенклатуры образцов технологического оборудования, оказывающих наибольшее влияние на уровень механизации технологических процессов ТО и Р на АТП, на показатели деятельности АТП, с целью организации их проектирования и производства в первую очередь.

Первоочередность тех или иных образцов, предназначенных для механизации технологических операций по ТО и Р автомобилей, определяется следующими основными факторами:

* большой трудоемкостью выполнения технологических операций без использования средств механизации;

* частотой повторяемости данной технологической операции при проведении работ по ТО и Р автомобилей;

* важностью выполнения данной технологической операции с точки зрения эффективности и безопасности работы автомобиля;

* степенью обеспеченности АТП данным технологическим оборудованием;

* большими физическими усилиями исполнителей при выполнении данной операции без использования средств механизации;

* повышенной опасностью для использования выполнения технологической операции вручную с точки зрения техники безопасности.

Используя имеющиеся данные по трудоемкости и частоте повторяемости технологических операций ТО и Р для автомобилей, а также учитывая вышеназванные критерии, можно определить перечень образцов технологического оборудования, использование которых влияет на величину уровня механизации производственных процессов ТО и Р и которые, следовательно, должны проектироваться и производится в первую очередь.

В перечень входят: установки для уборки салона легковых автомобилей, установки для санитарной обработки салонов автобусов, установки для мойки автомобилей, стенды для проверки тормозов, стенды для проверки и регулировки установки управляемых колес, приборы для проверки работы двигателя, устройства и приспособления для смазочно-заправочных работ, приспособления для транспортировки автомобильных агрегатов, стенды демонтажа и монтажа шин и т. д.

08. Классификация моечного оборудования

Классификация моечных установок

Установки для мойки автомобилей классифицируются по следующим признакам:

1. Конструкции рабочего органа: струйные, щеточные, струйно-щеточные (комбинированные);

2. Относительному перемещению обрабатываемого объекта и рабочих органов установки: проездные - с перемещением через установку обрабатываемого объекта; подвижные - с перемещением рабочих органов вдоль неподвижного объекта;

3. Условию применения: стационарные, передвижные.

Любая механизированная моечная установка состоит из двух основных систем:

* гидравлической, включающей душевое устройство, трубопроводы, коллекторы с соплами;

* механической, включающей привод для качания (вращения) труб (коллекторов) с соплами или ротационных щеток с механизмом их привода.

Рабочим органом струйной моечной установки являются насадки в виде сопел (форсунок), вмонтированные в систему неподвижных или подвижных трубопроводов - коллекторов, по которым к соплам подводится вода или моющий раствор.

Рабочим органом щеточной моечной установки являются цилиндрические вращающиеся (ротационные) щетки, к которым по трубопроводам также подается вода или моющий раствор.

Комбинированные установки имеют в своей конструкции как моющие сопла, так и ротационные щетки.

В большинстве случаев, рабочие органы (щетки, коллекторы с соплами) монтируются на П - образной портального типа раме, перемещающейся по рельсовому пути, уложенному на полу моечного поста, или подвесным направляющим, или, наконец, сам рабочий орган (трубчатая рами с соплами или щетками) выполняется качающейся в опорных подшипниках

Моечные установки проездного типа характеризуются тем, что обрабатываемый автомобиль перемещается через мойку при помощи конвейера или своим ходом. При этом моющие элементы (сопла) совершают колебательные или круговые движения, а ротационные (вращающиеся) вертикальные или горизонтальные щетки делаются поворотными для более полного охвата обрабатываемой поверхности автомобиля. Моечные установки проездного типа выполняются как в виде портальной рамы, так и виде отдельных стоек, стационарно укрепленных на фундаменте моечного поста и несущих рабочие органы (коллекторы с соплами или щетками) и вентиляторы для обдува автомобиля после мойки.

Подвижные моечные установки характеризуются тем, что обрабатываемый автомобиль остается неподвижным, а вдоль (вокруг) него перемещаются подвижные рабочие органы. Подвижные моечные установки представляют собой самоходное шасси, преимущественно шасси автомобиля, на котором монтируются рабочие органы.

Еще одним классификационным признаком моечных установок может служить давление воды (моющей жидкости), измеряемой на выходе моющей струи на выходе из сопла:

* с низким давлением - до 0, 35 МПа;

* со средним давлением - от 0,40 до 0,80 МПа;

* с высоким давлением - свыше 0, 80 Мпа.

Все типы моечных установок по своей конструкции отвечают общепринятому наиболее рациональному технологическому процессу мойки автомобилей, заключающемуся в следующем: автомобиль предварительно смачивается водой для размягчения загрязнений, далее на моечной установке струйного типа он обрабатывается раствором СМС или только водой через сопла. На щеточных моечных установках автомобиль также предварительно обрабатывается раствором моющих средств и далее щетками с водой. Затем автомобиль ополаскивается чистой водой и после этого подвергается обдуву. Выполнение этих операций занимает в зависимости от типа автомобиля 1…3 мин.

10. Насосные станции для моечных установок

Насосная станция - комплекс насосных установок, гидротехнических сооружений и энергетических установок, работающих в технологической взаимосвязи и обеспечивающих бесперебойную подачу воды в разводящую сеть системы водоснабжения. В комплекс независимо от территориального расположения входят все технологически связанные между собой сооружения и оборудование для водозабора, перемещения, подъема и транспортирования воды из источника к потребителю.

Главным агрегатом насосной станции моечной установки является насос. Насосы работают по принципу преобразования подведенной механической или другого рода энергии в гидравлическую энергию протекающей через них жидкости. Для привода насосов применяют чаще всего электрические двигатели, реже - двигатели внутреннего сгорания. Все насосы подразделяются на две основные группы:

1. Динамические, в которых жидкость перемещается под воздействием силы на неё в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. К ним относятся: лопастные, вихревые, лабиринтные, струйные, вибрационные.

2. Объёмные, в которых жидкость перемещается в результате периодического изменения объёма занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса. В группу входят: поршневые, плунжерные, диафрагменные, роторные, шестеренчатые, винтовые.

В моечных установках применяются следующие типы насосов:

* центробежные;

* центробежно-вихревые;

* плунжерные.

В последнее время все большее распространение получают плунжерные насосы высокого давления, обеспечивающие при меньшем расходе моющей жидкости более высокое её давление. Так, насосная станция, оснащенная центробежно-вихревым насосом ЦКБ-1117 при производительности в 18 м3/ч и мощности приводного электродвигателя 14 кВт обеспечивает давление 0,8 Мпа. А насосная станция с плунжерным насосом ГР 16/40 обеспечивает давление 4 Мпа при производительности 16 м3/ч и мощности приводного электродвигателя 22 кВт. Плунжерные насосы целесообразно применять в струйных моечных установках, где требуется высокая сила удара (гидродинамическое давление) струи.

12. Классификация подъемников

Производительность труда ремонтных рабочих и качество выполнения работ ТО и Р автомобилей в большой степени зависят от типа и технического состояния подъёмно-транспортного оборудования, используемого на рабочих местах.

Подъёмники служат для подъёма автомобиля над уровнем пола на высоту, обеспечивающую удобство проведения работ снизу и сбоку автомобиля. Максимальная высота подъёма 1,3…2,2 м, время подъёма 0,3…2,0 мин.

Классификация подъёмников осуществляется в соответствии со следующими признаками:

1. По размещению;

2. По расположению;

3. По виду подъёмного механизма;

4. По количеству стоек (плунжеров);

5. По типу привода;

6. По типу опорного устройства.

По размещению различают:

* стационарные - предназначены для постоянных постов ТО и Р, широко распространенных на АТП различной мощности и типа. Обеспечивают большую устойчивость вывешенного автомобиля и тем самым повышают безопасность и удобство выполнения работ;

* передвижные - предназначены для использования на любом ровном месте, в том числе и вне помещения. Они не требуют выполнения монтажно-установочных работ и устройства фундамента. После выполнения работ подъёмники могут быть удалены с занимаемого ими места, освободив его для других работ или оборудования. Маневренность таких подъёмников позволяет при необходимости изменять технологический маршрут ТО и Р автомобилей, что является несомненным преимуществом для малых АТП или в случаях чрезмерно стеснённых производственных помещений.

В соответствии со вторым признаком различают подъёмники:

* канавные - служат для вывешивания одного колеса или моста автомобиля. Подразделяются на стационарные, закрепленные основанием в стенках осмотровой канавы, и передвижные, перемещающиеся по специально проложенным вдоль канавы стальным ребордам;

* напольные - предполагают крепление опорных устройств к полу при помощи анкерных болтов. Разновидностью напольных подъёмников являются плунжерные подъёмники, у которых силовые цилиндры размещают в бетонных колодцах глубиной приблизительно 2…3 м.

По виду подъёмного механизма различают:

* стоечные - в качестве подъёмного механизма используются механические передачи (винтовые, цепные, тросовые, карданные, рычажно-карданные) размещаемые в стойках подъёмника;

* плунжерные - в качестве подъёмного механизма используются силовые цилиндры с различным приводом (гидравлические, пневматические). При работе таких цилиндров осуществляется подъём непосредственно автомобиля;

* рычажной конструкции - в качестве подъёмного механизма используются также силовые цилиндры, которые при этом разворачивают рычажную конструкцию подъёмника, на которой располагается вывешиваемый автомобиль.

По количеству стоек различают:

* одностоечные (одноплунжерные) - имеют меньшую первоначальную стоимость, их установка достаточно проста, они занимают меньшую площадь, возможно свободное вращение колес. Вместе с тем, центральное размещение плунжера зачастую затрудняет подход к отдельным узлам автомобиля;

* двух-, трех-, четырёх-, шести-, и восьмистоечные (плунжерные). Разнообразие подъёмников по числу стоек (плунжеров) обусловлено большим диапазоном массы и длины обслуживаемых автомобилей, конфигурацией их кузова, рамы, осей, местом возможного их подхвата при вывешивании, а также различием местных производственных условий АТП (размеров рабочих постов и производственных помещений, их планировки). Многоплунжерные подъёмники позволяют вывешивать автомобиль под различным углом к горизонтали.

Привод рабочего органа современных постовых подъёмников может быть:

* электромеханическим;

* электрогидравлическим;

* пневматическим;

* электропневматическим.

Исходя из надежности конструкции, в настоящее время все большее распространение получают электромеханические подъёмники с винтовыми передачами, в которых усилие передается либо на винты, либо на грузонесущие гайки. В таких подъёмниках усилие от электродвигателя передается через редуктор на вертикальный винт. При вращении винтов грузонесущие гайки перемещаются вертикально, и происходит подъём или опускание опорного устройства с автомобилем. Такие подъёмники выпускаются как стационарными, так и в виде комплектов передвижных стоек с пультом управления, обеспечивающим синхронную их работу.

14. Оборудование для смазочно-заправочных работ

Несмотря на большую номенклатуру такого оборудования, в основе каждого образца заложены относительно простые и идентичные конструктивные элементы - двигатель, насос, резервуар, приборы (манометры или расходомеры), шланги, раздаточные устройства (пистолеты и др.).

Функционально оно может быть разделено на оборудование :

* для смазки консистентной смазкой через пресс-масленки узлов трения автомобилей под высоким давлением. Оборудование может быть стационарным, передвижным, переносным, а по типу устанавливаемых приводных устройств - электрическим, пневматическим, ножным и ручного привода. Рабочее давление, развиваемое нагнетателями, составляет от 250 кгс/см2 до 400 кгс/см2, производительность - до 250 г/мин, вместимость бункера - от 10 л (переносные) до 200 л (стационарные).

* для раздачи жидких масел и заправки агрегатов автомобиля. Различают маслораздаточные колонки и баки. Маслораздаточные колонки предназначены для заправки двигателей (агрегатов) маслом и измерения разового и суммарного количества отпущенного масла. Колонки комплектуются насосными установками (с электро- или ручным приводом), монтируемыми на горловине резервуара с маслом, соединительными трубопроводами, самонаматывающимися шлангами с раздаточными кранами и рядом других дополнительных устройств и приборов. Для подогрева масла при работе в условиях низких температур колонки могут снабжаться дополнительными баками с электроподогревом. Производительность маслораздаточных колонок зависит от типа привода и составляет 10-20 л/мин для колонок с электроприводом и до 5 л/мин для колонок с ручным приводом. Маслораздаточные баки служат для заправки моторными или трансмиссионными маслами двигателя и агрегатов силовой передачи автомобиля. Конструктивно выполняются в виде цилиндрического бака на двух колесах с рукояткой для передвижения. Комплектуются ручными насосами, смонтированными на его крышке, и раздаточным шлангом с трубчатым наконечником и нагнетатель¬ным клапаном. Вместимость бака 20 л, производительность - до 3 л/мин. Стационарные маслораздаточные баки с устройством для обеспечения автоматиче¬ского режима работы включают в себя насос с электродвигателем, раздаточные шланги с наконечниками, блок клапанов, реле дав¬ления, фильтры и другие элементы. Производительность установки (при температуре летнего трансмиссионного масла 20°С) не менее 12 л/мин, рабочее давление 8—15 кгс/см2, длина шланга - до 4 м.

* для заправки гидропривода тормоза тормозной жидкостью. Оборудование аналогично оборудованию для раздачи жидких масел.

* для обеспечения производства сжатым воздухом и накачивания шин. Оборудование делится на стационарное и передвижное. Воздухораздаточные автоматические колонки предназначены для накачивания и подкачки шин воздухом. Колонки стационарные, включают в себя корпус, манометр, шланг с наконеч¬ником, систему управления, другие элементы. Отличаются колонки главным образом установленными на них манометрами. В колонках для легковых автомобилей давление подводимого воздуха составляет 4— 6 кгс/см2, пределы измерения 0—4 кгс/см2, точность измерения ±0,06 кгс/см2. В колонках для грузовых автомобилей соответственно 10—15 кгс/см2, 0— 10 кгс/см2, ±0,15 кг/см2. Компрессоры, служащие для получения и подачи сжатого воздуха потребителям, делятся на поршневые, турбинные, одно- и многоступенчатые, стационарные, передвижные, переносные, с ресиверами для стабилизации давления воздуха, поступающего в магистраль.

* комплексного назначения (комбинированное). К комбинированному оборудованию относятся установки и другие изделия, предназначенные для выполнения нескольких функций - заправки различными видами масел и смазок, заправки и прокачки гидропривода тормозов и др. Так, смазочно-заправочная установка модели 3141 служит для централизованной механизиро¬ванной смазки автомобилей и заправки их маслами, водой и воздухом. Установка стационарная, состоит из трех баков с погружными насосами для масел и смазок, пяти самонаматывающихся шлангов с раздаточными барабанами, три из них соединены с упомянутыми баками, четвертый через редуктор соединен с воздушной магистралью и служит для подачи сжатого воздуха в шины, пятый связан с водопроводной системой и предназначен для заправки водой радиаторов. Элементы уста¬новки могут быть разобщены и использованы независимо. Другая установка модели 1147 для промывки маслосистем двигателей служит для подачи промывочного масла, откачки его из двигателя и очистки для повторного использования. Установка передвижная и состоит из шестеренчатого насоса, электродвигателя, бака для масла, вместимостью 60 л, центробежного маслоочистителя, приемного фильтра с магнитной пробкой, фильтра тонкой очистки, указателя уровня масла в баке, манометра, магнитного пускателя, автоматического выключателя электродвигателя, трехходовых кранов изменения рода работы аппарата, шланга с комплектом сменных штуцеров, ввертываемых в поддон картера двигателя, двухколесной тележки с рукояткой. Производительность установки 12 л/мин при давлении масла 25 кгс/см2, мощность электродвигателя 0,6 кВт.

16. Контрольно-диагностическое оборудование

Диагностическое оборудование в связи со спецификой назначения и благодаря получаемой с его помощью информации играет особую роль в повышении эффективности выполнения работ на постах зон и участков ТО и ТР и служб управления производством АТП. Оно отличается большим разнообразием принципиальных особенностей назначения, функционирования, устройства и действия, а также конструктивного исполнения.

Существуют многочисленные конструкции и типы стендов, устройств, приборов для проверки одних и тех же агрегатов, систем автомобилей по одинаковым диагностическим параметрам, например углов установки колес автомобилей, состояния и работоспособности амортизаторов и др. В их основу заложены различные методы диагностирования системы измерения параметров.

Подробное рассмотрение и анализ каждого вида контрольно-диагно-стического оборудования не входит в задачу изучения данного курса. Поэтому ниже, учитывая специфику курса, дается классификация диагностического оборудования по агрегатам и системам автомобиля, а также краткая информация по некоторым наиболее типичным образцам.

Оборудование для диагностирования тормозной системы автомобиля подразделяется на стенды для общей проверки ее состояния и приборы для проверок отдельных элементов.

Наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получили двухсекционные, роликовые, тихоходные силовые стенды, обладающие следующими преимуществами: меньшей чем у других стендов стоимостью, простотой конструкции, обслуживания и ремонта, сокращением времени диагностирования. К такому типу стендов относится роликовый стенд для проверки тормозов легковых автомобилей. Стенды, как правило, выпускаются полностью, либо частично автоматизированными, с двумя секциями роликов, установленными на раме. Каждая секция для одного колеса автомобиля имеет два ролика, связанных цепной передачей, балансирный мотор-редуктор с рычажным устройством и датчиком силы, соединенным с измерительным прибором на панели аппаратного шкафа, а также пнев¬матический подъемник под площадкой, находящейся между роликами и служащей, для облегчения въезда и выезда автомобиля со стенда

Стенд снабжен системой стационарного и переносного ручного дистанционного управления, педометром для измерения усилия, прикла-дываемого к педали тормоза и системой вывода результатов замера на печать. С помощью этого стенда можно измерить тормозную силу каждого колеса (диапазон измерения 0—500 кгс) при имитированной скорости движения автомобиля 6 км/ч, синхронность срабатывания тормозов колес отдельной оси, время срабатывания тормозного привода и усилие, прикладываемое к педали тормоза во время торможения. Реактивный момент, возникающий при торможении вращающегося от роликов колеса автомобиля, создает нагрузку на корпусе мотор-редуктора, которая передается на его рычажное устройство, датчик и прибор. Стенд рассчитан на автомобили с нагрузкой на ось не более 2 тыс. кг.

Для проверки технического состояния пневматического привода тормозов автомобилей и автопоездов предназначен комплект приборов, состоящий из манометров, соединительных шлангов и головок, переходников для присоединения к элементам автомобиля. Состояние пневмопривода определяется по величине давления воздуха в определенных точках тормозного привода и снижению давления в течение заданного периода времени.

Для проверки рулевого управления выпускаются приборы, состоящие из люфтомера и динамометра. Корпус прибора с двухрежимным пружинным динамометром и откидной шкалой люфтомера крепится зажимами на ободе рулевого колеса, а стрелка люфтомера, изготовленная отдельно, с помощью захватов закрепляется на неподвижной рулевой колонке. Прикладывая к динамометру заданное усилие, поворачивают рулевое колесо (шкалу люфтомера) относительно стрелки в одну и другую стороны. По величине дуги, описываемой концом стрелки, по шкале люфтомера определяют люфт рулевого управления. Легкость работы рулевого управления, правильность выполненных регулировок и затяжек деталей наконечников рулевых тяг и рулевого управления определяют по наибольшему усилию, зафиксированному прибором при повороте вывешенных передних колес в обе стороны до предела.

Проверку углов установки управляемых колес автомобиля осуществляют с помощью различного диагностического оборудования, включающего в себя стенды и приборы.

Известные стенды, несмотря на большое разнообразие их конструк-тивного исполнения, применяемых измерительных систем и других параметров по функциональному признаку и назначению составляют две:

* динамические (площадочные проездные, предназначенные для измерения одного параметра - угла увода двух колес, или бокового усилия площадки, равнозначного их схождению);

* статические, служащие для проверки на неподвижном автомобиле всех или части параметров установки колес: схождения, углов развала, поперечного и продольного наклона шкворней колес, соотношения поворота колес передней оси, взаимного положения задних колес относительно передних и т. п.

Площадочные стенды являются чисто диагностическими, остальные комбинированными для проверки, регулировки и проведения других работ ТО и ТР по передней подвеске и рулевому приводу.

Площадочные стенды, измеряющие боковые силы, возникающие в площадках при проезде по ним автомобиля, не получили распространения и не выпускаются промышленностью из-за низкой достоверности полученных результатов.

Стенд, измеряющий боковое перемещение площадок (увод колес), состоит из основания с одной площадкой, свободно перемещающейся на катках (длинных роликах) в обоих боковых направ¬лениях, с тремя датчиками для фиксации различных диапазонов ее перемещения и указательной колонки со световыми и звуковыми сигналами. При проезде левого колеса автомобиля со скоростью 2—3 км/ч через площадку стенда происходит ее боковое смещение, которое воспри¬нимается датчиками. В зависимости от величины схождения колес сраба¬тывает один из датчиков и включается зеленый свет (при удовлетвори¬тельной установке колес), желтый (предупредительный) или красный вместе со звуковым сигналом (при неудовлетворительной установке). За рубежом имеются подобные стенды с одной и двумя площадками, с фиксацией результатов контроля на бланке и без нее.

Основным недостатком таких стендов является низкая достоверность результатов контроля автомобилей, имеющих изношенные узлы подвески колес и рулевого привода, в связи с изменением положения колес при въезде на подвижную площадку.

Статические стенды для проверки углов установки колес на неподвижном автомобиле отличаются разнообразием. Они устанавливаются на специальной осмотровой канаве, полуэстакаде, имеют лучевые с (проекторами), оптические (с микроскопами и лазерные), электронные, механические, комбинированные измерительные системы, выполняются в виде отдельных агрегатов или специального поста.

К группе стендов для проверки схождения колес по боковой силе в месте контакта шин со стендом при их вращении на неподвижном автомобиле относятся различные роликовые стенды с одним или двумя роликами (барабанами) для каждого колеса автомобиля. Они измеряют только один параметр - боковую силу, по которой и оценивается правильность установки колес.

Разнообразны и переносные приборы для проверки углов установки колес — гидравлические, оптические, механические, комбинированные и другие, например общеизвестная линейка для проверки схождения колес.

Стенды для проверки тягово-экономических показателей автомобиля (двигателя) независимо от конструктивного выполнения по существу являются нагрузочными (тормозными) устройствами, воздействующими на ведущие колеса проверяемого автомобиля. Они являются базовым оборудованием поста комплексного диагностирования автомобиля, поскольку обеспечивают возможность создания различных нагрузочных и скоростных режимов, необходимых для проверки различных систем двигателя, агрегатов трансмиссии. По типу применяемых тормозных устройств они подразделяются на гидравлические, электрические, механические, инерционные, комбинированные, по опорно-воспринимающим устройствам — на роликовые (двух-, четырехроликовые и др.) и ленточные, по способу поддержания режимов диагностирования и регистрации результатов контроля — на автоматизированные и неавтоматизированные.

Стенды состоят из тормозного устройства, роликового узла, инер-ционных масс, пульта управления, колонки с контрольно-измерительной аппаратурой, включая расходомер топлива. В их состав могут входить вентилятор для обдува проверяемого двигателя воздухом, устройство для отвода отработавших газов, а также комплекс различных приборов для проверки систем зажигания, питания, охлаждения и др.

Основными параметрами, измеряемыми с помощью стендов, являются мощность (или сила), развиваемая ведущими колесами проверяемого автомобиля, его скорость, расход топлива. Некоторые стенды позволяют измерять время (путь) разгона или выбега ведущих колес, потерю мощности в трансмиссии.

Наибольшее распространение получили стенды двухроликовые (ба-рабанные) с электрическим или гидравлическим тормозом.

Для проверки сцепления имеются два различных по устройству и действию прибора, используемые совместно с динамометрическим роликовым стендом.

Первый — стробоскопический, состоящий из корпуса, стробоскопи-ческой лампы, выпрямителя, конденсатора, резистора, панели с рукоятками и элементами электрической схемы. Подключается прибор к аккумуляторной батарее и свече первого цилиндра.

Во время работы двигателя импульс высокого напряжения со свечи, преобразованный выпрямителем, подается на конденсатор. Последний, заряжаясь, накапливает энергию для стробоскопической лампы, которая испускает последовательный ряд световых вспышек, синхронных с моментом зажигания в первом цилиндре. Частота вспышек пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Освещая вспышками лампы задний карданный шарнир автомобиля при работающем двигателе, включенной первой передаче и максимально возможной нагрузке, создаваемой стендом на колесах, отмечают наличие или отсутствие движения шарнира. Если наблюдается движение шарнира, то сцепление неисправно, имеется пробуксовка его дисков.

Прибор другого типа состоит из двух объединенных планкой или раздельно используемых элементов — гидравлической месдозы с манометром и указателя хода подачи сцеп¬ления.

Месдоза с манометром служит для измерения усилия, прикладываемого к педали сцепления, указатель хода педали представляет собой са¬монаматывающуюся металлическую ленту с крюком и шкалу барабан¬ного типа, градуированную в миллиметрах. Манометр и указатель закрепляются на рулевом колесе автомобиля, а месдоза и крюк ленты —на педали сцепления.

При работе двигателя и нагружении ведущих колес автомобиля стендом в тех же режимах, что и при использовании стробоскопического прибора, медленно нажимают на педаль сцепления (месдозу), наблюдают за стрелкой манометра и шкалой указателя. Фиксируя показания мано¬метра после свободного хода педали, определяют усилие, при котором происходит глушение двигателя. По разности показаний манометра в мо¬мент глушения двигателя и в конце свободного хода педали определяют имеющиеся технические возможности сцепления и предотказные его состояния. Чем больше разность, тем лучше работает сцепление. При разности, равной нулю, происходит пробуксовка дисков сцепления.

В сравнении с первым прибором второй обладает следующими преимуществами: позволяет выявить предотказные состояния сцепления, более удобен при подключении его к автомобилю и в использовании, обеспечивает меньшую трудоемкость диагностирования системы.

18. Методы решения проектировочных задач

Проектирование технологического оборудования является частным случаем огромного числа проектировочных задач. При этом поиск путей достижения поставленной цели является весьма сложной задачей, так как в процессе проектирования большинство конструкторов пользуются так называемым методом "проб и ошибок".

От точки, которую можно определить как «задача», проектировщик должен попасть в точку «решение». Где именно находится эта точка, заранее, как правило, неизвестно. Проектировщик создаёт определённую поисковую концепцию ПК, т.е. выбирает направление поиска. Начинаются броски в выбранном направлении. При этом часто возможны такие случаи, когда вся поисковая концепция оказывается неправильной. Проектировщик возвращается к «задаче», выдвигает новую поисковую концепцию и начинает серию новых «бросков». В практике количество попыток обычно намного больше, чем изображено на схеме.

Необходимо отметить еще одну особенность метода «проб и ошибок». На схеме стрелки расположены гуще в направлении, противоположном «решению». Это объясняется тем, что проектировщик, приступая к решению поставленной «задачи», опирается на свой предыдущий опыт. Данная тенденциозность показана на схеме «вектором инерции», выходящим из точки «задача» и направленным в сторону от «решения». На практике это приводит к неоправданным затратам времени на поиск желаемого решения. Однако не всякая задача может быть решена даже в том случае, если изначально правильно определена поисковая концепция. Практика показывает, что для достижения цели должны быть реализованы два условия:

* экономическая необходимость в данной проектируемой конструкции;

* техническая возможность производства проектируемой конструкции.

Если отмеченные условия не достигнуты, то в проектировании наблюдается некий “простой” и расплачиваться приходится довольно дорого. Можно привести такой пример. Еще на заре автомобилизма на двигателях устанавливали вентилятор. При низкой температуре окружающего воздуха вентилятор не нужен, более того, он вреден - происходит переохлаждение двигателя, увеличивается расход топлива. Отключающийся вентилятор был изобретен только в начале 50 - х годов, а в серийное производство был внедрен спустя почти пятнадцать лет.

Всё выше отмеченное справедливо как для отдельных проектировщиков, так и для коллективов конструкторских бюро. Такие задачи как проектирование моечного оборудования, диагностических стендов, подъёмного оборудования решаются специалистами различных конструкторских бюро и простой в одной из групп может негативно сказаться на работе всего коллектива.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что для решения поставленных проектировочных задач необходима разработка методики проектирования и изобретательства. Данная методика нужна:

* чтобы проектировочные и изобретательские задачи не простаивали и вовремя попадали в поле зрения разработчиков;

* чтобы решение задач осуществлялось с возможно более высоким коэффициентом полезного действия;* чтобы однажды найденные приёмы использовались при решении других технических задач, избавляя разработчиков от необходимости каждый раз заново вести трудные и долгие поиски.

21. Основные правила мозгового штурма

Мозговой штурм (брейнсторминг)—так назвал Осборн свой метод—не устраняет беспорядочных поисков. В сущности, он делает их даже более беспорядочными. Как мы видели, «пробы» долгое время идут в направлении «вектора инерции»: они не просто беспорядочны, они преимущественно направлены не в ту сторону. По¬этому переход к «простой беспорядочности» — уже какой-то прогресс.

Основные правила мозгового штурма несложны:

1. В группу "генераторов" идей должны входить люди различных специальностей.

2. "Генерирование" идей ведут, свободно высказывая любые идеи, в том числе явно ошибочные, шутливые, фантастические. Регламент — минута. Идеи высказыва¬ются без доказательств. Все идеи записываются в прото¬кол или фиксируются магнитофоном.

3. При "генерировании" идей запрещена всякая критика (не только словесная, но и молчаливая—в виде скептических улыбок и т. п.). В ходе штурма между его участниками должны быть установлены свободные и доб-рожелательные отношения. Желательно, чтобы идея, выдвинутая одним участником штурма, подхватывалась и развивалась другими.

4. При экспертизе следует внимательно продумывать все идеи, даже те, которые кажутся явно ошибочными или несерьезными.

Известны различные разновидности мозгового штурма:

* обратный штурм (ищут недостатки машины или процесса, выявление недостатков позволяет поставить новые задачи);

* индивидуальный;

* массовый;

* двухстадийный ( между этапами ведется обсуждение);

* поэтапный (последовательно штурмуются постановка задачи, решение, развитие идеи в конструкцию, проблема внедрения).

23. Поэтапная схема процесса конструирования – верхняя часть

Верхняя часть схемы иллюстрирует процесс оценки рациональности создаваемой конструкции по трем специальным критериям. Все три критерия вме¬сте взятые отражают непрерывное стремление к наиболее полному соответствию между создаваемой конструкцией и заданными требованиями. С помощью этих критериев принимаются весьма важные решения о необходимости корректировки технических требований. Содержание каждого из трех критериев и их роль на каждом из этапов будут раскрываться в ходе последующего изложения методики.

24. Поэтапная схема процесса конструирования – средняя часть

Средняя часть схемы иллюстрирует переработку исходного материала в форму технических требований, и затем процесс последовательной реализации требований в конструкции в ходе собственно конструи¬рования. При реализации требования и параметры задания поочередно ”материализуются” в конструкцию. Этот процесс не заканчивается на восьмом, последнем для рассматриваемой схемы этапе, но продолжается и при деталировке.

Реализация исходного материала в конструкции является понятием, отображающим внешне скрытую мыслительную работу по созданию устройства. Нас будут интересовать особенности этой работы на каждом из этапов, а также характер переходов от предыдущего этапа к последующему.

Образуемый жирными линиями треугольник разделяет среднюю часть схемы на две области. Геометрические фигуры, расположенные внутри треугольника, символизируют работу конструктора над техническими требованиями (над их первоначальным составлением и дальнейшими изменениями). Фигуры, расположенные вне треугольника (в средней части схемы), отображают этапы создания конструкции. Заштрихованные области, примыкающие к наклонным линиям треугольника, отображают работы, сопутствующие конструированию: расчеты, эксперименты, макетирование и пр. Стрелки с индексом Р символизируют основное направление констру-ирования, т. е. постепенную реализацию технических требований в конструкции. Стрелки с индексом О символизируют обратные воздействия со стороны формирующейся конструкции на технические требования (на каждом этапе). Кольцевые стрелки с индексом В (возврат) указывают на особый характер переходов от предыдущего этапа конструирования к последующему. Как будет показано в дальнейшем, каждый из предыдущих этапов не может считаться полностью завершенным в момент перехода к последующему этапу. Сказанное следует понимать в том смысле, что результаты каждого этапа требуют корректировки и уточнения на последующих этапах.

25. Поэтапная схема процесса конструирования –нижняя часть

Нижняя часть схемы иллюстрирует процесс оценки рациональности создаваемой конструкции по следующим критериям:

– надежность конструкции;

– минимизация веса;

– минимизация габаритов;

– технологичность конструкции;

– экономичность конструкции.

Не только сравнительная важность, но также число и наименование критериев рассматриваемой группы могут варьироваться в зависимости от специфики каждого конкретного устройства. Эта особенность отличает критерии нижней части схемы от критериев, помещенных в верхней части и характеризующихся большей универсальностью.

Каждый из указанных пяти критериев рассматриваемой группы является комплексным, причем для примера один из них – “технологичность устройства” на схеме представлен в детализированном виде. В качестве от-дельных его составляющих выбраны наиболее типичные для сложного устройства критерии:

а) технологичность деталей, т. е. критерий, позволяющий оценивать отдельные детали устройства с точки зрения рациональности их изготовления (например, одним из признаков технологичности отливок является наличие литейных уклонов и т. п.);

б) технологичность сборки.

В зависимости от реальных задач конструирования можно было бы внести в схему критерий “технологичность регулировки”, “технологичность обслуживания” и т. п.

Остается добавить, что реальный процесс формирования технологического облика конструкции по своей глубине, сложности и разнообразию выходит далеко за рамки оценки или проверки рациональности конструкции по критериям технологичности. Эти критерии, в частности, не отражают и не раскрывают содержания процесса активного поиска оригинальных конструктивных решений, основанных на глубоком знании технологии. То же относится и к остальным комплексным критериям.

Приведенные на модели эпюры показывают изменение значимости каждого критерия на разных этапах конструирования. Так, например, по соответствующей эпюре видно, что о технологичности тех или иных от-дельных деталей конструктору приходится думать на протяжении всего хода конструирования данного устройства, но на последних этапах удельный вес этого фактора резко возрастает.

Нумерация этапов приведена над средней частью схемы. Наклонные граничные линии (смежные стороны четырехугольников) символизируют незавершенность каждого предыдущего этапа в момент перехода к после-дующему Рассмотрение схемы показывает, что творческий процесс конструирования сводится в ней в значительной мере к определению последовательности этапов и выбору критериев рациональности конструкции на каждом этапе. Оба эти процесса также носят творческий, эвристический характер и даже в рамках конкретных задач нелегко поддаются анализу. В частности, выбор критериев рациональности конструкции зависит от множества взаимосвязанных переменных и, прежде всего от данных технического задания.

27. Изучение технического задания

При получении технического задания на конструирование нового устройства конструктор, прежде всего, ищет в задании возможно более полной и строгой формулировки той конечной цели, которая перед ним ставится.

Если конструктор подключается к работе коллектива над сложным проектом для решения частной задачи, притом подключается не с начального, а с промежуточного этапа, то это ограничивает его осведомленность в отношении проекта в целом. Ему, следовательно, нелегко установить правильность постановки цели в задании.

Если создаваемое устройство является частью более общей технической системы, то конечная цель, которая ставится перед конструктором в задании, должна быть сформулирована на основе знания места и роли устройства в системе. В этом случае целевое назначение устройства определяется целевым назначением системы, что может уменьшить всегда существующую опасность подмены конечной цели.

Первоочередная задача конструктора - убедиться в том, что конечная цель сформулирована правильно, что не произошло ее подмены каким-либо частным конкретизированным решением. Разработчик технического зада¬ния может либо ошибочно отождествлять такое решение с конечной целью, либо необоснованно считать его наилучшим. В обоих случаях оно может декларироваться в задании, как обязательное. Нередко из факта такой подмены вытекает и ложный выбор промежуточных целей.

Необходимость критического подхода к формулировке цели является одной из особенностей инженерных, в частности конструкторских задач, в отличие от строго поставленных учебных задач математического характера с однозначно заданными условиями. Начинающий конструктор должен понимать эту особенность, быть готовым к ней, не должен дать увлечь себя на ложный путь с самого же начала.

29. Анализ взаимосвязей устройства с внешним окружением

Анализ целесообразно представить в виде схемы взаимосвязей некоторого технического устройства с внешним окружением. Под внешним окружением понимается вся та материальная среда, которая, находясь вне устройства, оказывает на него какое-либо воздействие или испытывает их со стороны устройства. Окружение устройства разбито на отдельные группы, в соответствии с которыми сгруппированы и взаимовоздействия (взаимосвязи). Под воздействиями, названными на схеме входными, понимаются такие воздействия на устройство, которые необходимы для его функционирования, т. е. для формирования таких выходных воздействий (параметров), ради которых и создается устройство. Все остальные взаимосвязи устройства с внешним окружением в большинстве случаев необязательны и нежелательны.

Каждая группа взаимосвязей условно изображена разнонаправленными стрелками, что иллюстрирует двоякий характер воздействий внутри группы (со стороны окружения на устройство и наоборот). Таким образом, каждая группа взаимосвязей состоит в общем случае из двух подгрупп. Пунктирные линии со стрелками символизируют связи с внешним окружением, предусмотренные принципиальной схемой устройства.

Картина взаимосвязей любого устройства с внешним окружением может быть изображена аналогичным образом. Правда, не исключена возможность некоторых затруднений; в частности, не всегда бывает очевидным, какие воздействия принять за входные, какие за выходные. Точно так же не всегда входы и выходы могут считаться однонаправленными, не всегда их легко отделить от остальных воздействий, не вводя те или иные условности. Но для наших целей уточнения и дополнения технических требований задания подобные затруднения в большинстве случаев несущественны, так как любая структурная форма схемы, позволяющая выявить взаимосвязей с достаточной для поставленных задач полнотой, является приемлемой.

Очевидно, что широта охвата картины взаимодействий устройства с внешним окружением, так же как и глубина анализа связей, зависят и от располагаемой информации и от потраченного на работу времени. Время, которое конструктор может затратить на выполнение рассматриваемого этапа работы, всегда ограничено; так же обычно ограничены и возможности получения информации. Это означает, что часть существенных для кон-струирования взаимосвязей может остаться необнаруженной или недостаточно раскрытой.

Если считать, что раскрытие взаимосвязей устройства с окружением является необходимым условием для решения задач собственно конструирования, то стано¬вится ясным их отличие (в отношении начальных условий) от строго поставленных задач математического характера. Насколько четко заданы условия в последних (известно что дано), настолько во многих случаях неопределенны исходные условия задач конструирования. Конструктор сам должен определить “что дано”, не только представив заранее картину функционирования еще не созданного устройства, но и описать ее техническим языком с достаточной для данной конкретной задачи полнотой.

На что может повлиять недостаточная полнота раскрытия взаимосвязей? Прежде всего, на надежность будущего устройства. Надежность прямым образом зависит от полноты учета взаимосвязей с окружением. Упустить из виду какое-либо воздействие на устройство, существенное с точки зрения его безотказности или долговечности, не принять конструктивных мер по защите устройства — значит понизить его надежность.

Как известно, требования к надежности многих классов устройств, в частности к устройствам используемым в процессах ТО и Р, непрерывно повышаются. Это вызывается усложнением задач, стоящих перед подобными устройствами. Причины, вызывающие возможность отказа устройства, далеко не всегда обнаруживаются при испытаниях готовых образцов на надежность. Особенно это относится к испытаниям аппаратуры, к которой предъявляют требования весьма высокой надежности (речь идет об испытаниях именно на надежность). Про¬ведение таких испытаний часто требует решения ряда сложнейших проблем: здесь и очевидная невозможность точного воспроизведения условий эксплуатации, и необходимость в многократности испытаний, и связанные с этим затраты.

По указанным причинам, а также потому, что обнаруженные при испытаниях дефекты не всегда легко исправить, проблема обеспечения надежности в процессе разработки, в частности при конструировании для многих классов устройств, является далеко немаловажной. Это до крайности усложняет работу конструктора на рассматриваемом этапе. Ведь в дальнейшем конструктор не сможет уделить время для повторного подробного рассмотрения взаимосвязей; все результата проделанного анализа могут оказаться заложенными в конструкцию без последующей проверки. Не упустить из виду ни одного существенного воздействия — главное в рассмотрении взаимосвязей окружения с устройством, если к последнему предъявляются высокие требования по надежности.

Неполнота информации в отношении тех или иных взаимосвязей всегда имеет место, что углубляет проти¬воречие между требованиями высокой надежности к устройству и возможностями выявления взаимосвязей.

Можно сделать следующие выводы относительно особенностей рассмотрения взаимосвязей применительно к устройствам с высокими требованиями по надежности.

Планомерность обзора. Чтобы не упустить ничего существенного при анализе взаимосвязей устройства с внешним окружением, конструктор должен вести просмотр взаимосвязей с возможно большей планомерностью. Это не значит, однако, что он может рассматривать отдельные группы связей (и отдельные воздействия внутри групп) только поочередно и полностью не-зависимо друг от друга. Нельзя забывать об условном характере разбиения окружения, выполненного на схеме (см. рис. 2.1). Реально существующие воздействия могут совпадать по времени и зависеть друг от друга. Только их комплексное рассмотрение способствует выявлению наиболее неблагоприятных комбинаций.

Разнообразие методов выявления взаи¬мосвязей. Многоплановость, разнообразие эксплуатационной картины требуют от конструктора столь же разнообразного подхода к анализу взаимосвязей. Обратимся вновь к схеме, приведенной на рис. 2.1, и попы¬таемся их мысленно “раскрыть”, не смущаясь слабым знакомством с исследуемым окружением. В поле нашего зрения будут попеременно попадать то изменчивость воздействия окружающей среды, то человек с его особенностями физиологии и психики, то искусственный мир аппаратуры, входящей в состав устройства.

Для успешного выявления взаимосвязей устройства с каждой из этих областей конструктор должен достаточно развитым воображением (понимае-мым, конечно, в инженерном смысле). Прежде всего, он должен зримо представлять себе поведение будущего устройства не только в знакомом, но и в непривычном конструктору окружении. Вместе с тем анализ взаимо-связей должен вестись направленно и избирательно. Конструктор должен уметь отбросить излишние подробности, ненужные связи и концентрировать свое внимание на существенных. Наконец, раскрытие и последующая формализация взаимосвязей не могут быть успешными без применения математического аппарата. Такая работа в той или иной степени также должна быть по силам конструктору.

Организация работ. Для обеспечения качественного выполнения технического задания конструктор должен располагать всей необходимой на рассматриваемом этапе информацией по разрабатываемому устройству и системе в целом и иметь постоянную связь с производством, проектировщиками и эксплуатационниками и конструкторами, работающими над смежными устройствами.

31. Основное содержание третьего этапа

Предварительное конструирование основных частей устройства в отдельности (третий этап)

Как было отмечено, стремление конструктора к улучшению компоновки сложного устройства посредством объединения отдельных частей, несущих разные функции, сдерживается рядом факторов. Объединение частей возможно лишь на основе объединения их функций, в общем случае разнородных, что является почти всегда нелегкой задачей.

Конструктивные варианты, основанные на объединении частей, часто носят проблемный характер, требуют, длительной теоретической или экспериментальной проверки и потому часто выходят за рамки возможностей конструктора. Помимо этого, стремление к органическому объединению, сращению частей нелегко согласуется с весьма существенными для сложных конструкций требованиями поэтапной сборки. Преимущества конструкции, предусматривающей окончательную сборку устройства после сборки отдельных частей, заключаются в возможности предварительного контроля качества собранных частей, возможности их комплексной регулировки и проверки по техническим условиям, применения стандартизированных узлов, кооперирования и т. п.

Принимая во внимание все эти причины, будем считать, что процесс объединения частей типичного сложного устройства, создаваемого впервые, как правило не доходит до степени их полного слияния. Это позволо нам в результате учета особенностей принципиальной схемы и изучения технических требований различить в будущем устройстве, независимо от возможных вари¬антов его компоновки, несколько крупных частей, выполняющих различные функции.

Если такое расчленение произведено правильно, то имеет смысл начать собственно конструирование с раздельного рассмотрения каждой части будущей конструкции. Этот решающий шаг сразу открывает чрезвычайно важную возможность для разделения и группировки технических требований, составляющих единый перечень. Каждая составная часть должна удовлетворять определенной группе требований перечня, среди которых уже легче выделить несколько наиболее существенных для компоновки данной части. Строго говоря, требования, относящиеся непосредственно к данной части устройства, должны быть сгруппированы по степени их важности для компоновки. При этом, конструктору наряду с имеющимися техническими требованиями необходимо учесть и дополнительные, не входящие в первоначальный перечень, но отражающие связи рассматриваемой части с другими частями устройства.

Предположим, что конструктор сумел для каждой составной части отобрать несколько эскизов конструктивных вариантов (будем называть их подвариантами), которые он счел наиболее удачными. Если теперь, сочетая между собой различные подварианты различных частей, оценивать возникающие варианты компоновки всего устройства по некоторым заранее выбранным критериям, то можно отобрать наиболее оптимальные варианты, приблизившись тем самым к решению задачи.

Такова примерная схема перехода от технических требований к первоначальным эскизным решениям компоновки устройства в целом. Схема может считаться типичной для сложных устройств.

Первоначальный поиск конструктивных вариантов это .наиболее увлекательная стадия конструирования, имеющая ярко выраженный творческий характер начала процесса. Вся последующая работа по выбору окончательного варианта компоновки устройства связана с многократными масштабными прорисовками вариантов сочетаний частей, с поисками компромиссов, принятием вынужденных решений, словом, с обычными трудностями реализации технических идей.

Но в рассматриваемый момент конструктору надо найти эти идеи, набросать эскизы первых компоновочных решений для каждой из основных частей устройства. Найденные подварианты каждой из частей на самых первых порах поиска не сопоставляются друг с другом и не слишком тщательно проверяются на соответствие техническим требованиям. Компоновщик до из¬вестного момента дает волю фантазии. Он позволяет себе облекать принципиальную схему в самые разные конструктивные одежды, не отдавая ни одной предпочтения. Пусть запас времени у конструктора и невелик, но он сознательно оттягивает стадию сравнения подвариантов и отбора наилучших, так как отдать сразу предпочтение какому-либо из подвариантов — это значит в какой-то степени уже лишить себя свободы дальнейшего поиска, а вместе с тем и возможностей отыскать иные, лучшие решения.

В процессе поиска первоначальных подвариантов создание самостоятельных комбинаций из общеизвестных и присущих только данной конструкции деталей сочетается с заимствованием готовых узлов, с нахожде-нием конструктивных принципов ассоциативным путем и т. п. Условно можно говорить о наличии у каждого конструктора не только некоторого запаса готовых вариантов, но и некоторой области их поиска, которая по мере накопления опыта работы непрерывно расширяется.

Область ближайшего поиска вариантов — это те или иные источники информации, хранящие и систематизирующие накопленный опыт конструирования сходных устройств. Здесь и чертежно-техническая докумен¬тация, и проектные материалы, и результаты испытаний, и научно-технические отчеты. К той же области можно отнести специализированную техническую литературу, справочники по деталям машин, механизмам и т. п.

Область дальнего поиска вариантов безгранична н неопределенна. Оригинальные конструктивные решения могут быть найдены и вокруг нас, в мире привычных вещей, и в заводских цехах, и в мире живой природы. Ре-шающее преимущество в таком поиске имеет тот конструктор, которому интерес к механике, к внутренней жизни заводских цехов, к машинам и механизмам позволил до возникновения данной задачи уже накопить достаточно полный, разнообразный и мобильный запас инженерных знаний. Пополнение запаса конструктивных вариантов должно составлять непрестанную заботу начинающего конструктора. Интерес к такого рода заня¬тию может в известной степени служить мерой склонности к конструированию.

33. Основное содержание пятого этапа

Разработка окончательного варианта компоновки

Эскизная компоновка выражает лишь основную конструктивную идею устройства, окончательная компоновка раскрывает эту идею более полно.

В эскизной компоновке реализована лишь предварительно отобранная часть технических требований без подробного рассмотрения возможностей будущей реализации остальных требований. Окончательная компоновка учитывает гораздо большее количество требований, и именно поэтому основная идея в ней если и не изменена по сравнению с идеей эскизной компоновки, то во всяком случае увязана со всеми этими требованиями. Эскизная компоновка может сочетать в себе первую масштабную основу с без масштабными набросками. Окончательная компоновка, как правило, выполнена целиком в масштабе. Но, несмотря на большую полноту и масштабность, это еще далеко не чертеж общего сборочного вида.

Многие узлы на чертеже компоновки только-только намечены, иные вообще отсутствуют. При этом говорят о все еще продолжающейся переработке созданных конструктивных подвариантов, т. е. о процессе более сложном, нежели выбор одного варианта эскизной компоновки среди нескольких.

Новое важное обстоятельство, отличающее разработку окончательного чертежа компоновки от создания первоначального эскиза, - необходимость определенной последовательности в прочерчивании отдельных узлов. В дальнейшем постепенный переход от чертежа компоновки к сборочному виду будет происходить под знаком введения все более и более строгой последовательности в вычерчивании элементов конструкции.

Очевидно, что в первую очередь наносятся на чертеж компоновки контуры узлов с наибольшими габаритами, расположенных в наиболее стесненных зонах и не дающих конструктору возможностей для варьирования их конфигурацией, ориентацией и местоположением. Удачное размещение этих узлов на чертеже компоновки дает конструктору уверенность в том, что остальные узлы, которые будут выявлены в дальнейшем на сборочном чертеже, существенно не ухудшат созданную компоновку.

Примерное расположение на чертеже сборочного вида не охваченных компоновкой узлов конструктор должен представлять себе мысленно. Для более полного выявления особенностей расположения основных узлов компоновочный чертеж сложного устройства должен включать в себя две или три проекции. Трудности ком¬поновки этих узлов сравнительно невелики из-за таких факторов, как удаленность от критической зоны и возможность осуществить различные варианты расположения узлов.

Нанесение на чертеж компоновки контуров всех узлов, а также подробная разработка каждого узла, не¬рационально по той причине, что чертеж этот в дальнейшем претерпевает ряд изменений (не говоря уже о трудоемкости работы).

Как мы видим, конструктору на данном этапе следует вспомнить о тех требованиях, которые были им отнесены к группе, подлежащей реализации на этапах, следующих за компоновкой. Если нет возможности произвести точную оценку созданной компоновки с точки зрения реализации этой группы требований, то всегда есть возможность приблизительной оценки. Впрочем каждый конструктор как опытный, так и начинающий не нуждается в напоминании о необходимости всесторонне проверить законченную основу конструкции будущего устройства по следующим показателям:

* по всем техническим требованиям задания;

* на соответствие принципиальной схеме;

* по некоторым особенно сложным взаимосвязям с окружением;

* по ряду заранее заложенных критериев (минимизации веса и габаритов, надежности, технологичности, экономичности).

Проделав эту работу, конструктор обретает некоторую уверенность в том, что ничего существенного, по-видимому, не упущено. Конструктору было бы чрезвычайно важно убедиться в большем, а именно в том, что выбранный им вариант компоновки близок к оптимальному.

Для того чтобы сделать несколько шагов по пути к решению этой задачи, введем некоторые новые понятия.

"Запасы", заложенные в конструкцию. В процессе реализации задания конструктор добивается соответствия конструкции техническим требованиям. Однако убедиться в том, что технические требования полностью реализованы, еще не значит добиться нужного соответствия. Конструкция может заключать в себе достаточно элементов для удовлетворения требованиям, но не все элементы могут быть для этой цели необходимыми. Для выполнения условия "необходимого и достаточного" следует проверить конструкцию на "избыточ¬ность", т. е. попытаться найти и устранить все то, что является лишним. Все лишнее, не необходимое в конструкции, можно представить себе в виде "запасов" в подразделить последние на две группы: запасы по параметрам технических требований на устройство (первая группа); запасы по параметрам самой конструкции, не связанные с техническими требованиями непосред¬ственно, в первую очередь излишние запасы прочности и жесткости (вторая группа).

Запасы первой группы. Если какое-либо из технических требований реализовано в конструкции с избытком, то это, как правило, сигнализирует о возможности улучшить компоновку за счет уничтожения обнаруженного запаса.

Запасы по любому параметру технических требований, реализованные в конструкции, свидетельствуют об отклонении создаваемого конструктивного варианта от иного, более рационального. По мере введения масштаба, по мере детализации чертежа компоновки и перехода к чертежу общей сборки уничтожение запасов первой группы становится все более действенным сред¬ством улучшения компоновки и конструкции.

Пустоты в конструкции, как правило, свидетельствуют о нерациональности компоновки. Их можно рассматривать в качестве запасов по располагаемому пространству. Наличие таких запасов говорит о недоиспользо¬вании критерия минимизации габаритов.

Для устройств, используемых при техническом обслуживании в качестве переносных, к признакам нерациональной компоновки следует отнести не только наличие отдельных пустот, но и общую "рыхлость" компоновки или недостаточно плотное заполнение деталями всего располагаемого пространства.

Пустоты внутри устройства нередко удается исключить перекомпоновкой частей. Этим достигается уменьшение габаритов. Иногда выгодно, сохранив габариты устройства, использовать пустоты для конструктивных комбинаций, более полно удовлетворяющих каким-либо другим требованиям, например точности, виброустойчи¬вости, удобству работы оператора и т. п.

Наличие пустот, периодически заполняющихся движущимися частями и вновь освобождаемых, также следует считать своего рода запасами по располагаемому пространству. Запасы по параметрам геометрического характера (например, по угловым или линейным перемещениям движущихся частей) легко обнаружить по чертежу, чего нельзя сказать о запасах по таким параметрам, как, например, механическая мощность на выходе. При поиске скрытых запасов конструктор не должен забывать и о принципиальной схеме, так как при переходе от нее к конструкции особенно легко допустить избы¬точность (в том или ином виде). Если в каком-либо конструируемом устройстве вместо электромеханизма повторно-кратковременного действия используется механизм длительного действия той же мощности, то подобное обстоятельство можно рассматривать с позиций избыточности: габариты электромеханизма длительного действия можно считать неоправданно большими. С несколько меньшей определенностью можно говорить о "запасе" по температуре перегрева, если последняя не достигает оговоренного в технических требованиях допустимого предела.

Нередко понятие запасов по параметрам технических требований теряет- строгость. (Впрочем, таково свойство большинства используемых здесь понятий). Поэтому употреблять понятие "запасов" и пользоваться ими следует с известной осторожностью. Несмотря на этот существенный недостаток, проверка устройства по "запасам" с последующим их уничтожением является действенным методом улучшения компоновки.

Запасы второй группы. Если в технических требованиях заданы крайние пределы величин технических характеристик устройства, то уменьшение реализованных в конструкции запасов первой группы во многих случаях может быть произведено без существенного снижения надежности устройства или его узлов. С запасами второй группы в этом отношении дело обстоит сложнее, поскольку надежность всегда как-то зависит от запасов по прочности и жесткости.

Непосредственным следствием уменьшения запасов по жесткости или прочности отдельных частей устройства является снижение веса. Налицо, казалось бы, обычное противоречие между жесткостью частей устройства и их весом, разрешаемое обычным компромиссом. Но в реальной конструкции, где все взаимосвязано, уменьшение габаритов и снижение веса отдельных частей вы¬зывает далеко идущие последствия. В частности, снижение веса, сопровождаемое ухудшением жесткостных характеристик каких-либо деталей, может в то же вре¬мя сопровождаться улучшением других жесткостных характеристик, существенных для нормального функцио¬нирования устройства в целом. При этом может быть получен немалый выигрыш в надежности.

С величиной различного рода "запасов" связан выбор типоразмеров готовых изделий, входящих в конструкцию устройства. Так, например, вес и размеры электродвигателя определяются развиваемой им мощностью. Уменьшение потребной мощности за счет снижения каких-либо "запасов" в механизме привода дает возможность перейти к соседнему по шкале типоразмеров меньшему двигателю. Но такой скачкообразный с точки зрения веса и габаритов переход почти всегда открывает новые возможности для лучших вариантов компоновки.

Нередко случается, что при реализации этих возможностей компоновка приобретает совершенно иной вид, становится значительно более рациональной. Дальнейшее конструирование ведется как бы на новом "уровне рациональности" компоновки. Можно представить себе (с весьма большой степенью условности) существование двух крайних случаев, крайних уровней ра¬циональности, среди всех возможных вариантов компо-новки одного и того же сложного устройства:

* тривиального варианта компоновки, в котором отдельные части устройства сочленяются посредством специальных соединительных деталей (не имеющих иного назначения) без какой-либо реализации выгод совмещения функций или снижения неявно выраженных "запасов";

* оригинального варианта, в котором возможности уплотнения функциональной нагрузки частей, возможности их подгонки и частичной "интеграции", а также выгоды от снижения запасов обоих групп реализованы в максимальной степени.

Эти крайние варианты можно рассматривать в качестве некоторых гипотетических результатов двух направлений конструирования.

По мере того как в результате уменьшения "запасов" компоновка приближается к выполнению условия "необходимого и достаточного" (при сопоставлении ее с техническими требованиями), конструктор обретает уверенность в рациональности выбранного варианта. Уменьшение запасов второй группы является нелегкой задачей, требующей тщательных расчетов и знания технологических возможностей сегодняшнего дня.

На практике конструктор, уложившись в заданные техническими требованиями значения веса и габаритов, не всегда стремится к уменьшению имеющихся в конструкции запасов, но такой случай выпадает из поставленных нами условий оптимизации конструкции по соответствующим критериям (критериям минимизации габаритов и веса).

35. Основное содержание седьмого этапа

Построение костяка на чертеже общей сборки (седьмой этап)

Мы подошли к тому моменту, когда конструктор приступает к вычерчиванию многодетального сборочного вида устройства. Своеобразие этого этапа в его двойственности: с одной стороны, чистовым вычерчиванием сборочного вида подводится итог проделанной ранее длительной работы; с другой стороны, это не просто вычерчивание, это конструирование, притом начинающееся с самого начала, с самой первой линии и заканчивающееся созданием чертежа, практически полностью обеспечивающего этап деталировки.

Конструирование общего вида, так же как и компоновка есть шаговый процесс с возвратом, однако специфика строгой масштабной графики существенно ограничивает возможности любого возврата, любой корректировки. Указанные затруднения испытывает каждый конструктор, когда число деталей на общем виде исчисляется не десятками, а сотнями. Значительная корректировка иногда ведет к необходимости перечерчивания не доведенного до конца сборочного вида, т. е. « большой потере времени. Для успешного доведения до конца многодетальных общих видов (без перечер¬чивания) от начинающего конструктора требуется не только владение техникой черчения, но и понимание особенностей рассматриваемого этапа конструирования. Вот почему нелишне остановиться на этих особенностях несколько подробнее.

Решившись приступить к чистовому вычерчиванию сборочного вида конструктор тем самым решается (во всяком случае частично) на отказ от дальнейших поисков, от сравнения и отбора вариантов. В то же время вся методика вычерчивания сборочного вида должна оставлять конструктору максимальную свободу варьирования на протяжении всего хода работы. Необходимость в текущих изменениях создаваемой конструкции заставляет вести вычерчивание в два приема: в тонких линиях с последующей их обводкой.

На первых порах у конструктора есть достаточно данных для того, чтобы в значительной степени исключить из графической работы над общим видом элементы конструирования. Такие данные дает ему чертеж компоновки. Будучи перенесен на лист без больших изменений, он образует своеобразный «костяк» — основу чертежа будущей конструкции устройства.

Костяк чертежа строится сразу в нескольких проекциях. Если чертеж компоновки оказывается непригодным для такого построения, то это является свидетельством его недоработанности. Костяку чертежа присущ ряд особенностей. При его создании не преследуется целей полного выявления конфигурации узлов, не говоря уже об отдельных деталях.

Костяк чертежа образуется примерно следующими линиями:

* линиями наружного контура наиболее определившихся по местоположению элементов конструкции, в частности входящих в конструкцию покупных изделий;

* осевыми линиями, в частности осями симметрии крупных упорядоченных наборов деталей;

* линиями, изображающими в проекции базовые и посадочные поверхности;

* контурными линиями деталей, соединяющих крупные части устройства;

* начальными окружностями зубчатых зацеплений;

* условными линиями, ограничивающими располагаемое пространство;

* линиями, относящимися к присоединительным конструктивным элементам, известным заранее.

Костяк приблизительно определяет габариты устройства, поскольку он охватывает все его наиболее крупные части. В общем случае он должен удовлетворять следующим двум условиям:

* при дальнейших стадиях разработки он не должен чрезмерно деформироваться, иначе общий вид не сможет быть доведен до конца;

* он должен оставлять конструктору максимум возможностей для варьирования при последующей детальной проработке общего сборочного вида.

По мере того как на общем виде начинают выявляться конструктивные элементы, которых не было на чертеже компоновки, конструктор сталкивается с все более возрастающими трудностями. Наряду со сравнительно несложным процессом вычерчивания он вынужден заниматься активным конструированием, что во многих случаях противоречит требованиям графики, не допускающим корректировки. Устранимо ли это противоречие?

Очевидно, опытный конструктор располагает какими-то реальными возможностями к преодолению указанного затруднения, иначе факты разработки сложного общего вида с начала и до конца без повторного пере-черчивания наблюдались бы значительно реже, чем то имеет место в действительности. Обратимся к рассмотрению этих возможностей.

В плотно скомпонованном устройстве влияние одних конструктивных элементов на другие носит самый разнообразный характер. Почти каждый конструктивный элемент налагает пространственные ограничения на соседние элементы, и сам, в свою очередь, выполнен с учетом наложенных ограничительных условий. Каждая линия, прочерчиваемая в границах располагаемого пространства, либо непосредственно изображает какой-нибудь элемент конструкции, либо имеет к нему близкое отношение (ребро, поверхность, ось симметрии, делительная окружность и т. п.). Поэтому большинство линий связаны друг с другом, воздействуют друг на друга, ограничивают одна другую. В устройстве, скомпонованном предельно плотно, каждая вновь прочерчиваемая линия является одновременно и следствием предшествующей линии и предпосылкой для последующей. А это значит, что очередная «текущая» линия прочерчивается не на произвольном месте, она уже подготовлена к прочерчиванию и сама, в свою очередь, подготовляет последующую. Строго говоря, она не подготовляет ее, а завершает эту подготовку самим фактом своего появления на чертеже.

Если допустить, что текущая линия сборочного чертежа обладает свойством подготовки последующей, то непрерывно решаемой и столь же непрерывно возникающей вновь задачей конструктора становится обнаружение подготовленных линий и фиксация их путем прочерчивания. До тех пор пока конструктор в состоянии находить на выполняемом чертеже подготовленные линии, ему нет необходимости, да и нельзя заниматься сравнением и отбором вариантов (в том смысле, как это понималось на предыдущих этапах).

Процесс конструирования приобретает строгую направленность, оплачиваемую ценой неуклонного подчинения непрерывно накладываемым, отражаемым в линиях, ограничениям. При этом рациональность принимаемых решений зависит от рациональности принятых ранее, в частности от полноты выявленных ограничений. Чем плотнее компоновка, чем больше связей между деталями, тем больше ограничений накладывают текущие линии и тем ощутимее производимая ими подготовка последующих линий.

Можно в качестве одной из методических предпосылок рациональности разработки общего сборочного вида ввести понятие «поиска линий, наиболее подготовленных к прочерчиванию». Чем более упорядочен набор деталей узла или устройства в целом (в смысле ориен¬тации деталей), тем больше информации несут в себе первые относящиеся к этому набору линии. Так, например, ось вала редуктора, нанесенная в виде штрих-пунктирной линии в определенном месте внутри полости редуктора, несет информацию как о местонахождении, самого вала, так и о местонахождении набора нанизанных на него деталей (зубчатых колес, шарикоподшипников, крепящих и распорных втулок и т. п.).

При вычерчивании упорядоченного набора конструктор, как правило, быстрее продвигается от линии к линии, поскольку ограничения в этом случае просматриваются легче, чем при неупорядоченном наборе. Особое место среди других линий занимает та, которая наносится на чертеж общего вида первой. Чаще всего это ось симметрии какого-либо крупного упорядоченного набора деталей, расположенного в центральной зоне устройства.

Очередность нанесения на чертеж элементов костяка в основном совпадает с очередностью нанесения тех же элементов на чертеже компоновки. Но есть и разница, поскольку очередность вычерчивания костяка весьма важна для успешности последующего конструирования и потому должна продумываться более тщательно, чем при компоновке. Неудачный выбор последовательности вычерчивания элементов костяка может дать себя знать гораздо позднее и создать значительные трудности при подробной конструктивной реализации того или иного узла.

Успех описываемого метода поиска линий, подготовленных к прочерчиванию, может быть достигнут при условии логического обоснования каждой наносимой на чертеж линии. Но было бы неправильно думать, что конструктор может вычертить общий сборочный вид сложного устройства с начала и до конца, следуя непрерывной логической нити поиска линий, подготовленных к прочерчиванию. Иногда приходится провести не одну, а несколько линий, нанести на чертеж очертания не одного, а нескольких узлов, прежде чем появится логическое обоснование для нанесения нового элемента кон¬струкции в строго определенном месте.

Наличие равноценных вариантов конструктивных решений в тех случаях, когда работа вычерчивания общего вида зашла достаточно далеко, должно настораживать конструктора, Это может свидетельствовать о том, что какие-либо ограничения оказались неучтенными. И наоборот, нередки случаи, когда нет нужды искать очеред¬ную линию, так как рациональность однозначных решений для множества конструктивных элементов, друг от друга не зависимых, ясна без всякого поиска.

Наиболее яркое выражение описываемый метод получает в те моменты, когда сеть линий на чертеже и цепь логических заключений развиваются непрерывно и совместно, а каждая линия соответствует как бы одному звену логической цепи. При этом каждая вновь вычерченная детали каждый конструктивный элемент находит для себя на чертеже, в пределах границ располагаемого пространства, единственное, именно ему предназначенное место.

Таким образом, последовательность конструирования даже столь несложного приспособления закономерно определена рядом самых разнообразных ограничений, среди которых можно выделить следующие:

* исходные ограничения, налагаемые конфигурацией отдельных деталей, расположением в ней отверстий, отклонением размеров от номинала и т. п.;

* ограничения, налагаемые воздействиями режущего инструмента. Эта группа ограничении весьма разнообразна: здесь и необходимость точного направления инструмента, и местоположение упоров, воспринимающих усилия подачи, и необходимость обеспечения свободы для выхода сверла, удаления стружки и т. п.;

* множество вторичных ограничений, налагаемых уже вычерченными элементами кондуктора на конфигу¬рацию и расположение последующих элементов.

О параллельных цепочках. При рассмотрении костяка чертежа необходимо упомянуть и о характерных для его структуры параллельных цепочках. Отдельные геометрические элементы костяка чертежа, связываясь друг с другом, образуют цепочки, распро¬страняющиеся по всем трем измерениям габарита костяка чертежа,

Ряд требований к подобным агрегатам (габаритные, простоты внешних форм, надежности, малодетальности, технологичности и т. п.) вызывают необходимость выравнивания параллельных цепочек по длине. Такое вы-равнивание возможно на этапе вычерчивания костяка чертежа, пока цепочки состоят из небольшого числа линий и не детализированы. Отдельные цепочки, не уменьшающиеся в желаемых габаритах, могут повести к значительной перекомпоновке агрегата, что говорит о трудоемкости работы выравнивания.

Уменьшение габаритов и упрощение внешних форм достигается тем же приемом выравнивания и в устройствах с неявно выраженными, но реально существующими кинематическими цепочками.

При компоновке пультов с размещенными на них рядами приборов, тумблеров, кнопок, сигнальных лампочек конструктору также приходится заниматься выравниванием параллельных цепочек (в этом случае не-кинематических).

О надежности. Для того чтобы костяк чертежа конструкции удовлетворял «требованиям высокой надежности» будущего устройства, конструктор должен уметь представить его себе «нагруженным», т. е. увидеть его в готовом устройстве с полным набором деталей и с выполненным электромонтажом.

Желательно, чтобы вычерчивание костяка чертежа сложного устройства носило характер четко разграниченного этапа. После выполнения костяка чертежа и до перехода к заключительной работе над общим видом важно произвести оценку сделанного. В этот период должны иметь место консультации с технологами, так как на заключительном этапе вопросы технологии играют особенно важную роль.

38. Классификация съемников

1) Рычажные съемники наиболее просты по конструкции и применяются в тех случаях, когда усилие выпрессовки сравнительно невелико. Основной элемент - рычаг первого (рисунок 3.4, а) или второго (рисунок 3.4, б) рода, позволяющий при соответствующем соотношении плеч увеличить силу, прилагаемую к съемнику, в несколько раз.

2) Эксцентриковые съемники применяют в тех случаях, когда ход штока небольшой. Ввиду большого соотношения плеч и (рисунок 3.4, в), этот съемник позволяет развивать значительные усилия выпрессовки. Подсчет возможной величины силы можно вести так же, как и для обычного рычажного съемника с рычагом второго рода.

3) Клиновидные съемники применяются в тех случаях, когда бывает необходимость "сорвать" с места детали, туго посаженные на конус (шаровые наконечники рулевых тяг). Из схемы (рисунок 3.4, г) видно, что сила R, направленная по линии N - N, зависит от угла * и может достигать больших значений, если * будет не велик.

4) Ударные съемники просты по конструкции, удобны в эксплуатации и применяются в тех случаях, когда усилие выпрессовки невелико.

Усилие выпрессовки создается в съемниках этого типа грузом 2 (рисунок 3.5), свободно сидящим на стержне, с одного края которого наглухо закреплена шайба 1, а с другого - захваты 3. При резком перемещении груза 2 влево появляется сила P, которая и используется для спрессовывания деталей.

5) Винтовые съемники позволяют получать достаточно большие усилия по сравнению с усилием, прилагаемым к рукоятке

6) Гидравлические съемники развивают большое усилие выпрессовки. Основным рабочим органом, создающим усилие выпрессовки, является силовой цилиндр (рисунок 3.6), в который под давлением подается рабочая жидкость.

7) Гидромеханические съемники совмещают основные конструктивные признаки механического и гидравлического съемников. Усилие выпрессовки создается вращением винта, который воздействует на поршень малого цилиндра и создает давление масла в большом цилиндре, который перемещает шток, соединенный с захватами.

8) Пневматические съемники по своему устройству и действию аналогичны гидравлическим. Усилие, развиваемое этими съемниками, невелико (4000-8000 Н), так как давление воздуха, подаваемого на рабочие места, обычно бывает невысоким.

40. Классификация приводов

В современной технике у подавляющего числа типов технологического оборудования движение рабочих (исполнительных) органов является вращательным. К ним относятся подъемное оборудование, разно¬образное станочное оборудование, вспомогательные устройства и средства механи¬зации различных работ (стенды, установки, приспособления с машинным приво¬дом) и т. п. Приводы большей части этих машин допускают применение стандарт¬ных двигателей и однотипных механических передач, в том числе стандарт¬ных редукторов, что позволяет отнести эти приводы к категории общего назначения.

Рациональное проектирование приводов общего назначения должно способ¬ствовать снижению их массы, габаритных размеров, повышения к. п. д. и надеж¬ности.

Машинные приводы общего назначения классифицируются по ряду призна¬ков [11]. Основными из них являются:

* число двигателей и схема соединения их с пере¬дачами;

* тип двигателей;

* тип передачи.

Особую группу составляют приводы, в которых используются встраиваемые двигатели или встраиваемые механические передачи — мотор-редукторы.

По числу двигателей различаются приводы:

* групповой;

* однодвигательный;

* многодвигательный.

Групповым называют привод, при котором от одного двигателя посредством механических передач приводится в движение несколько отдельных механизмов или единиц оборудования. Привод этого типа применяется в различных строительных и погрузочно-разгрузочных машинах и практически не используется для технологического оборудования, используемого на АТП, т. к. групповой привод имеет низкий к. п. д., громоздок и сложен по конструкции.

Однодвигательный привод наиболее распространен, особенно при использова¬нии электродвигателей. Каждая единица оборудования снабжается инди¬видуальным приводом. Если же отдельные механизмы одного и того же оборудования приводятся в движение от отдельных двигателей, то такой привод следует назы¬вать многодвигательным. При этом два или более двигателей могут соединяться с одной и той же передачей соответствующей конструкции. Многодвигательный привод используется в исполнительных механизмах тормозных стендов, станочного оборудования и включает электродвигатели и гидромоторы. Гидропривод в этом случае является вторичным в отличие от основного, первичного, привода гидронасоса.

По типу двигателей различаются приводы:

* электрические;

* с двигателя¬ми внутреннего сгорания;

* с паровыми двигателями;

* гидродвигатели;

* пневмодвигатели.

Приводы могут иметь следующие типы передач:

* цилиндрические и конические зубчатые;

* червячные;

* планетарные;

* волновые;

* комбинированные;

* ременные;

* цепные;

* винт—гайка;

* гидродинамические.

По расположению механизма привода в пространстве различают приводы с горизонтальным и вертикальным тихо¬ходными выходными валами. В зависимости от расположения привода конструи¬руются элементы передач и выбирается тип и исполнение двигателя.

01. Классификация технологического оборудования по назначению

02. Классификация технологического оборудования по размещению

03. Типизация оборудования

04. Критерии типизации оборудования

05. Потребные и фактические номенклатура и объем производства технологического оборудования

06. Факторы, определяющие первоочередность разработки технологического оборудования

07. Классификация технологического оборудования по видам работ

08. Классификация моечного оборудования

09. Насадки для моечных установок

10. Насосные станции для моечных установок

11. Перспективы развития моечного оборудования

12. Классификация подъемников

13. Перспективы развития подъемников

14. Оборудование для смазочно-заправочных работ

15. Оборудование для разборочно-сборочных работ

16. Контрольно-диагностическое оборудование

17. Перспективы развития контрольно-диагностического оборудования

18. Методы решения проектировочных задач

19. Уровни творчества

20. Отличие задач первого и четвертого уровней

21. Основные правила мозгового штурма

22. Стадии проектирования

23. Поэтапная схема процесса конструирования – верхняя часть

24. Поэтапная схема процесса конструирования – средняя часть

25. Поэтапная схема процесса конструирования –нижняя часть

26. Этапы конструирования

27. Изучение технического задания

28. Изучение принципиальной схемы устройства

29. Анализ взаимосвязей устройства с внешним окружением

30. Основное содержание второго этапа

31. Основное содержание третьего этапа

32. Основное содержание четвертого этапа

33. Основное содержание пятого этапа

34. Основное содержание шестого этапа

35. Основное содержание седьмого этапа

36. Основное содержание восьмого этапа

37. Уровень и степень механизации производственных процессов

38. Классификация съемников

39. Классификация подшипников

40. Классификация приводов

03. Типизация оборудования

04. Критерии типизации оборудования

Под типизацией оборудования подразумевается его характеристики и группировка по критериям, в наибольшей степени оценивающих и выражающих его качество как средство механизации ТО и Р, отдельных работ, комплексов операций и т.д. Принципы типизации оборудования заключаются в определении этих критериев и оценка по ним образца.

Важнейшими критериями оценки оборудования могут быть следующие:

1. Укрупненное функциональное назначение. Подразумевается обобщенная цель применения оборудования (для повышения производительности труда, качества выполнения операций и др.). По этому критерию оборудование подразделяется на группы следующим образом:

* оборудование, служащее для повышения производительности труда (гайковерты, стенды для демонтажно-монтажных работ, площадочные стенды для проверки установки колес и др.) - 37%;

* оборудование, повышающее качество выполнения работ (подъемники, диагностические приборы и устройства и др.) - 16%;

* оборудование, без которого невозможно либо опасно выполнение работ (комплекты инструментов, компрессорные установки, ванны для проверки радиаторов, камер, токарные, шлифовальные станки и др.) - 34%;

* оборудование комбинированного назначения (моечные установки, диагностические комплексы и стенды и др.) - 13%.

2. Значение для технологии работ. Предполагается возможность полного (линии для мойки автомобилей) либо частичного выполнения работ (специализированные устройства и др.). Оборудование классифицируется следующим образом:

* оборудование, определяющее технологию вида обслуживания или основных работ (моечные установки, конвейеры, диагностические комплексы и др.) - 8%;

* оборудование, определяющее технологию работ поста (комплексы смазочного оборудования, стенды для проверки тормозов и др.) - 6%;

* оборудование, влияющее на технологию выполнения отдельных операций или их комплексов (оборудование для ТО и Р систем питания двигателя, электрооборудования, сварочное, кузнечное и др.) - 86%.

3. Значение для формирования и специализации рабочего места (поста). Относится главным образом базовое оборудование, определяющее конструкцию и оснащение рабочего поста: по работам ТО - моечные установки, подъемники, комплексы смазочного оборудования и др.; по работам ТР, выполняемым на постах - опрокидыватели, подъемники и др.; по работам ТР, выполняемым на участках - электровулканизаторы, некоторые токарные станки, стенды для ремонта агрегатов автомобилей и др., на которых производятся ежедневные работы и за которыми закрепляются исполнители. Большинство стационарного оборудования расположено на участках и не формируют рабочего места, так как используется эпизодически, по мере возникновения потребности.

4. Стоимость. По стоимости оборудование и инструменты распределяются на различные стоимостные группы, причем относительно малая стоимость образцов оборудования свидетельствует о том, что во многих случаях она не является лимитирующим фактором механизации операций.

5. Занимаемая площадь. При ограниченных производственных площадях занимаемая образцом оборудования площадь может стать решающим фактором отказа от его приобретения.

6. Технологическая совместимость с другим оборудованием при выполнении заданных работ, операций типизация по группам работ). Позволяет оценить возможности его удобного расположения при обслуживании или ремонте автомобиля. Этот критерий имеет большое значение для базового оборудования (подъемники и др.) и комплектования образцами в соответствии определенной специализацией поста или линии.

7. Пригодность для выполнения работ на автомобилях различных типов и моделей. Типизация оборудования по критерию пригодности его для использования при ТО и Р показывает, что около 50% образцов являются универсальными (смазочно-заправочное, слесарно-механическое, сварочное, электротехническое и др.), т. е. пригодным для всех моделей и типов автомобилей. Оборудование, специализированное по типам автомобилей, составляет для грузовых автомобилей - 8%, легковых - 11%, автобусов - 5%, комбинированного назначения - 26%.

Большой процент универсального оборудования и комбинированного назначения облегчает возможность его применения на АТП при наличии смешенного парка, сокращает потребность в производственных площадях, способствует разработке и выполнению универсальных производственных процессов, более полной загрузке оборудования. Эти преимущества в большей степени справедливы для АТП небольшой мощности. Для выполнения большой производственной программы необходимо другое, более высокопроизводительное оборудование, специализированное на обслуживании и ремонте отдельных типов автомобилей или на выполнении отдельных работ, операций.

07. Классификация технологического оборудования по видам работ

1. Оборудование для уборочно-моечных работ

2. Подъёмно-транспортное оборудование

3. Оборудование для смазочно - заправочных работ

4. Оборудование, приборы, приспособления и инструменты для разборочно-сборочных и ремонтных работ

5. Контрольно-диагностическое оборудование

6. Оборудование для контроля, обслуживания и ремонта систем питания двигателей

7. Оборудование для контроля, обслуживания и ремонта электрооборудования и системы пуска двигателя

8. Шиномонтажное и шиноремонтное оборудование

9. Оборудование для кузовных, малярных и обойных работ

10. Оборудование для сварочных, кузнечных и медницких работ

11. Слесарно-механическое оборудование

12. Не стандартизированное оборудование для ТО и ТР

09. Насадки для моечных установок

Основным назначением насадок, которые принято называть соплами или форсунками, является создание скоростного напора протекающей через сопло струи моющей жидкости с определенным направленным потоком и дозирование ее расхода. Необходимо отметить, что если в подводящих моющую жидкость трубах вместо насадок делать только цилиндрически отверстия, то в этом случае не обеспечивается направленность струи, а сама струя не обладает необходимой для смывания загрязнений кинетической энергией. В результате это приведет к неоправданному расходу моющей жидкости и низкому качеству мойки автомобилей.

Сопла изготавливаются из металла или капрона, а их различная форма обеспечивает соответственно разные виды моющей струи: рассеивающие, веерообразные, кинжальные, щелевые и др

Наиболее совершенным, обеспечивающим дозирование расхода моющей жидкости, является регулируемое сопло), состоящее из корпуса со сквозным каналом, заканчивающимся конусом, обращенным внутрь; на корпус наворачивается гайка, соединенная с поворотным конусом с помощью перемычек. Фиксация в требуемом положении гайки осуществляется с помощью контргайки. По каналу моющая жидкость поступает через зазор между конусом и поворотным конусом. Благодаря наличию перемычек , связывающих поворотный конус с гайкой , обеспечивается регулировка зазора между конусом и поворотным конусом путем перемещения поворотного конуса при заворачивании и отворачивании гайки. При отворачивании гайки зазор увеличивается, при заворачивании - уменьшается до полного перекрытия. Установив зазор, обеспечивающий оптимальный расход жидкости, контргайкой фиксируют положение гайки.

Сопло, рассчитанное для обмывки верхних поверхностей автомобиля, а также для мойки растворами синтетических моющих средств, имеет необычный вид. Оно выполнено с боковым зевом, обеспечивающим веерообразную эффективную моющую струю, и получило название «ложковое». «Ложковое» сопло, устанавливаемое на верхних моющих рамках моечной установки в горизонтальном положении, обращено зевом на обмывае¬мую поверхность.

11. Перспективы развития моечного оборудования

Моечное оборудование. Этот вид оборудования — одно из основных средств механизации наиболее трудоемкого и важного вида работ по ТО автомобилей на АТП. Перспективные направления его развития включают совершенствование конструкции существующих моечных машин и расширение их номенклатуры, создание новых образцов и типов (установки для мойки автомобилей без применения воды, бесщеточные машины с автоматическим режимом мойки в зависимости от степени за¬грязненности автомобиля).

В настоящее время создаются щеточные моечные ус¬тановки для легковых автомобилей и автобусов, струй¬ные и струйно-щеточные для грузовых автомобилей, универсальные щеточные и струйно-щеточные установки для легковых и грузовых автомобилей, автобусов.

Основными путями совершенствования щеточных моечных установок являются:

* создание установок со сложной кинематикой движения щеток, автоматическим изменением направления их вращения и автоматическим регулированием усилия прижатия к обмываемой поверхности для обеспечения качественной мойки автомобилей различных типов, имеющих сложную конфигурацию кузова и большое число выступающих частей;

* создание многощеточных конвейерных установок для обеспечения высокой производительности мойки (до 100авт/ч при скорости движения конвейера 15 м/мин и длине автомобиля до 7 м) и возможности изменения режи¬ма работы в зависимости от степени загрязненности автомобиля (посредством изменения скорости движения конвейера);

* применение качающихся боковых щеток с изменяющимся углом наклона относительно вертикали для обеспечения наилучшего прилегания щеток к различным частям автомобиля и, в частности, улучшения качества мойки бамперов и колес;

* обеспечение возможности отключения верхней горизонтальной щетки при мойке грузовых автомобилей с открытой платформой, автобусов с багажником на крыше, специализированных автомобилей;

* обеспечение быстрой замены щеток;

* обеспечение мойки автомобилей с антеннами радиоустройств без повреждения последних;

* применение порталов с верхним приводом для выведения приводных механизмов из зоны загрязнения, где они подвергаются неблагоприятным воздействиям воды, грязи и моющих веществ.

Основными путями совершенствования струйных моечных установок являются:

* создание установок с меняющимся углом направления (атаки) водяных струй непосредственно в процессе мойки, что значительно увеличивает зону эффективного воздействия водяных струй и повышает качество мойки;

* увеличение напора воды примерно до 30 кгс/см2 для повышения эффективности мойки;

* создание подвесных струйных моечных установок;

* создание струйно-щеточных моечных установок для повышения качества мойки и универсальности использования установки.

За последние годы за рубежом большое распространение получили универсальные моечные установки, пригодные для мойки легковых автомобилей и автобусов (установки щеточного типа), грузовых автомобилей и автобусов (установки щеточного или струйно-щеточного типа) или для мойки грузовых и легковых автомобилей и автобусов (щеточные или струйно-щеточные установки). Поскольку такие универсальные моечные установки находят широкое применение в автохозяйствах со смешанным составом парка автомобилей, что характерно для большинства отечественных АТП, этот опыт необходимо использовать.

В некоторых зарубежных установках используется дополнительный подвесной пульт управления для повторного его включения вручную при мойке автомобиля особо сложной конфигурации и необходимости вследствие этого постоянного вмешательства оператора.

Как правило, зарубежные фирмы выпускают «семейства» моечных установок с различным (по требованию потребителя) набором отдельных элементов, причем комплекты набираются из элементов в разном количестве и ассортименте в зависимости от требуемой производительности моечного поста (например, 40—60, 90—110, 140—160, 180—200 авт./ч). Преимущество таких комплектов заключается в широкой унификации деталей и узлов их элементов, возможности использования комплектов оборудования на крупных и мелких АТП.

В настоящее время целесообразно расширить номенклатуру и раз-работать в ближайшие годы следующие образцы: многощеточные конвейерные линии производительностью 110 - 120 авт./ч для мойки легковых автомобилей, щеточную моечную установку производительностью 80 - 100 авт./ч для мойки легковых автомобилей, установку производительностью 80—100 авт/ч для мойки низа легковых автомобилей, универсальные струйно-щеточные моечные установки, производительностью 30—40 и 50— 60 авт./ч для мойки грузовых автомобилей, автопоездов, автомобилей с тентом, фургонов, установку производительностью 10—15 авт./ч для мойки автофургонов внутри, щеточные установки' производительностью 40—60 и 60— 80 авт./ч для мойки автобусов, установку производитель¬ностью 60—80 авт./ч для мойки колес автобусов и другие.

Зарубежные фирмы вместе с моечной линией обычно поставляют установку для регенерации воды и моечного раствора, которая обеспечивает значительное снижение эксплуатационных расходов. При этом почти пол-ностью исключается сток загрязненной воды в канализацию. В исключительных случаях моечную линию с такой установкой можно эксплуатировать вообще без подключения к канализации. Одновременно установка повышает давление воды для моечной линии.

Очевидно, что необходимо создать отечественные установки для регенерации воды после мойки. Их внедрение позволит исключить строительство дорогостоящих очистных сооружений и даст значительную экономию воды.

13. Перспективы развития подъемников

Из большого числа разнотипных по устройству и назначению образцов, входящих в эту группу оборудования, наибольший интерес представляют подъемники, являющиеся базой для рабочего поста ТО и ТР и определяющие условия работы исполнителей.

Перспективы развития подъемников включают следующие основные направления:

* совершенствование существующих подъемников и расширение их номенклатуры за счет разработки новых образцов оборудования;

* разработка подъемного оборудования, обеспечивающего возможность работы с автомобилем одновременно на нескольких уровнях.

Анализ существующих серийно выпускаемых подъемников с учетом потребностей АТП позволил определить следующие предложения по развитию их перспектив:

* расширение номенклатуры выпускаемых подъемников;

* разработка и производство передвижных напольных подъемников для легковых автомобилей;

* разработка передвижных подъемных стоек, которые можно комбинировать в четырех-, шести-, восьмистоечные подъемники и использовать для обслуживания тяжелых грузовых автомобилей, автобусов, прицепов, грузовых автомобилей с прицепом и т. д.;

* разработка четырехстоечных подъемников балконного типа;

* разработка комплекса оборудования для совмещенного поста, состоящего из неглубокой осмотровой канавы и подъемника или подъемной эстакады, обеспечивающих возможность одновременной работы на трех различных уровнях.

Разработка подобных устройств обеспечивает лучшие условия работы исполнителей, а также повышает производительность труда.

15. Оборудование для разборочно-сборочных работ

На современных АТП выполняется большой объем работ по текущему ремонту узлов и агрегатов автомобилей. Для рациональной организации ТР узлов и агрегатов автомобилей на АТП широко используется различное технологическое оборудование. Наиболее широкое примене¬ние нашли стенды для разборки, сборки и ремонта узлов и агрегатов автомобилей. Применение этих стендов на АТП позволяет значительно облегчить труд ремонтных рабочих и увеличить производительность их труда. Конструктивно все стенды состоят из одной или двух стоек, на которых в зависимости от моделей автомобилей и ремонтируемых агрегатов устанавливаются поворотные столы со сменными установочными приспособлениями. Поворотные столы обеспечивают поворот ремонтируемых агрегатов в вертикальной плоскости с фиксацией поворота. Различают стенды с ручным и электромеханическим приводом.

Операции по отвертыванию и завертыванию наруж¬ных и внутренних гаек колес и стремянок рессор грузовых автомобилей и автобусов при ТО и Р являются трудоемкими., требующими приложения больших физических усилий от исполнителя. Для их механизации, сокращения трудоемкости выполнения, облегчения условий труда при монтаже и демонтаже колес и рессор, в нашей стране выпускается не¬сколько моделей передвижных электромеханических гайковертов.

Для отвертывания и завертывания гаек колес грузовых автомоби¬лей, автобусов, прицепов и полуприцепов служат передвижные, ревер¬сивные, инерционно-ударные гайковерты. Крутящий момент затяжки на ключе за один удар составляет до 40 кгс • м, допустимый крутящий момент на ключе до 150 кгс • м. Для снятия и установки рессор грузовых автомобилей выпускаются гайковерты напольного и канавного типа. Оба типа гайковертов передвижные, с электромеханическим приводом.

В конструкциях некоторых типов гайковертов возможна регулировка прикладываемого крутящего момента при помощи специальной муфты путем затяжки ее пружины. При превышении заданной величины крутящего момента пружина проскальзывает. Диапазон изменения крутящего момента составляет 30—120 кгс • м.

Кроме передвижных гайковертов промышленностью нашей страны освоен выпуск переносных пневмогайковертов массой до 3,5 кг, которые могут быть использованы для отвертывания и завертывания гаек колес грузовых автомобилей. Диаметр резьбы заворачиваемых гаек и болтов до М1б. Рабочее давление сжатого воздуха 5 кг/см2. Мощность электродвигателя 0,4 кВт. Число ударов ударного механизма 1250 в минуту.

Для разборки, сборки и регулировки сцеплений на АТП используются настольные, пневматического типа стенды. Усилие сжа¬тия при рабочем движении воздуха 4— 5 кгс/см2 составляет 1500—2000 кгс. Масса стендов 63—65 кг. Все они просты по устройству, дают возможность быстро и качественно производить разборку, сборку и регулировку сцеплений, обеспечивая при этом необходимую безопасность выполнения работ.

На АТП широко используются верстачные переносные и стационарные гидравлические прессы для выполнения таких операций ТР, как запрессовка, выпрессовка, гибка и правка различных деталей автомобилей (втулок поршней, поршневых пальцев, шестерен, осей механизмов автомобиля). Наибольшее распространение получили гидравлические монтажно-запрессовочные прессы стационарного типа, с развиваемым усилием от 50 тс до 40 тс, или переносные с максимальным усилием 10 тс.

Для шлифовки рабочих поверхностей клапанов, толкателей и коромысел газораспределительного механизма двигателя используются настольные электромеханические приспособление, которые могут быть использованы также для производства других круглошлифовальных и заточных работ.

Ремонт тормозов представляет собой наиболее обширную часть ремонта автомобилей. Кроме замены накладок, на АТП применяют механическую обработку барабанов, дисков и новых накладок для придания им точной геометрический формы и обеспечения равномерного прилегания поверхностей трения. Для механизации работ по расточке тормозных барабанов исполь¬зуются станки и установки для расточки тормозных барабанов в сборе с колесами. Предельные размеры обрабатываемых изделий составляют от 180 до 400 мм. Станки комплектуется шлифовальным механизмом, приспособлением для правки шлифовального круга, приспо-соблениями для установки на станок колодок, наборами оправок для крепления бараба¬нов на шпинделе.

Для клепки фрикционных накладок тормозных колодок и дисков сцеплений автомобилей различных марок выпускаются стационарные пневматические прессы. Диаметр стержня расклепываемой заклепки до 8 мм. Усилие, развиваемое при давлении воздуха 4 кгс/см2, составляет 2400 кгс, максимальный ход штока 35 мм.

В нашей стране выпускается широкая номенклатура слесарно-монтажного и специального инструмента различного типа.

Это и комплекты двусторонних ключей гаечных с открытыми зевами, предназначенных для выполнения сборочных и разборочных работ при ТО и ремонте автомобилей. Это и комплект ключей гаечных специальных автомо¬бильных накидного типа. Их достоинством по сравнению с открытыми ключами являются небольшие размеры головок, высокая прочность, без¬опасность в работе. Для выполнения монтажно-демонтажных работ ис¬пользуются также ключи гаечные торцовые немеханизированные со сменными головками. Массы комплектов составляют (без футляров) от 1,5 до 2,6 кг.

При ТО и ТР часто возникает необходимость производить окончательную затяжку некоторых резьбовых соединений с приложением определенного крутящего момента, чтобы исключить возможность деформации деталей, для повышения выносливости резьбового соединения и предотвращения надрыва резьбы в процессе затяжки болтов и гаек. Успешное выполнение этих условий возможно при использовании динамо-метрической рукоятки, состоящей из пружинного цилиндрического стержня, на одном конце которого укреплена го¬ловка с квадратом 12,7 мм под стенные торцовые головки, на другом — ручка и градуированная шкала (в кгс • м). В головке рукоятки закреплена стрелка. Предел измерений по шкале до 30 кгс • м.

Кроме вышеперечисленных, выпускаются специализированные наборы инструмента для обслуживания и ремонта различных систем, узлов и агрегатов автомобилей. Среди них: комплект инструментов для ТО и ремонта электрооборудования автомобилей, комплект инструмента для регулировщика-карбюраторщика, комплект инструмента для электрика-карбюраторщика, для выполнения работ по ТО-1, комплект инструмента для регулировки углов установки управляемых колес легковых автомобилей; набор инструмента для шиноремонтника и др.

17. Перспективы развития контрольно-диагностического оборудования

Перспективы развития и проектирования этого оборудования определяются особенностями диагностических работ и использования диагностической информации, о чём отмечалось ранее.

Развитие и проектирование диагностического оборудования в связи с указанными выше особенностями должны происходить по двум основным направлениям:

* узко специализированному, при котором контрольно-диагностические средства используются при проверке, регулировке и других операциях по агрегатам, узлам автомобилей на рабочем посту;

* общепроизводственному, при котором результаты диагностирования применяются для управле¬ния технологическим процессом на автотранспортном предприятии.

19. Уровни творчества

Разработчики технологического оборудования в своей деятельности сталкиваются с все более сложными задачами, в то время как методы проектирования практически не совершенствуются.

Во второй половине III века нашей эры впервые были сделаны попытки по упорядочению поиска и построению общих правил решения творческих задач. Как результат - сформировалась наука эвристика. Эвристика с самого начала ставила слишком общую цель: найти универсальные правила, позволяющие решать любые творческие задачи во всех отраслях человеческой деятельности. Была предложена следующая схема творческого процесса:

* замысел (постановка задачи);

* нахождение новой идеи (решение задачи);

* разработка идеи (конструктивное ее воплощение).

На первый взгляд схема действительно предполагает решение любой творческой задачи, к которой можно отнести и процессы проектирование технологического оборудования. Однако реализация данной схемы в практической деятельности весьма сложна, т.к. схема настолько некорректна, что практически ничего не даёт разработчику. В схеме в хронологическом порядке перечислены основные этапы работы над изобретением, причем в один ряд поставлены совершенно различные процессы, например замысел (усмотрение потребности) и нахождение идеи (поиск информации). Получить информацию можно в библиотеке, усмотрение потребности возможно в результате анализа существующих образцов и присущих им недостатков. Но возможность зарождения новой идеи требует еще и здоровой, живой интуиции разработчика. Данный пункт в предложенной схеме не учитывается.

Чтобы разобраться в технологии изобретательства, необходимо рассматривать проектировочную и изобретательскую деятельность с учетом многообразия уровней на каждом этапе творческого процесса.

На рис. 4.2 приведена структурная схема творческого процесса. Этапы на ней обозначены буквами (А, Б, В, Г, Д, Е), уровни - цифрами (1, 2, 3, 4, 5).

Каждая стадия может быть пройдена на одном из пяти уровней.

Первый уровень: использование готового объекта без выбора или почти без выбора.

Второй уровень: выбор одного объекта из нескольких.

Третий уровень: частичное изменение выбранного объекта.

Четвертый уровень: создание нового объекта (или полное изменение исходного).

Пятый уровень: создание нового комплекса объектов.

Конечно, стадии и уровни могут быть детализированы. Однако качественные отличия между уровнями нам¬ного важнее количественных отличий в пределах одного уровня.

При этом, соотношение между количествами изобретений разных уровней следующее (%):

1-й уровень ............ 32

2-й уровень ............ 45

3-й уровень ............ 19

4-й уровень ........... менее 4

5-й уровень ........... менее 0,3

Следовательно, 77% зарегистрированных (признанных) изобретений фактически представляют лишь новые конструкции. В принципе каждый инженер должен уметь делать изобретения на двух первых уровнях. В этом диапазоне не приходится иметь дело с выработкой новых задач, новых технических идей и т. д., для успешной работы достаточны те знания и навыки, которыми обязан обладать каждый современный инженер. С другой стороны, высшие подуровни пятого уровня связаны с использованием новых открытий. Для современного изобретатель¬ского творчества типичен, таким образом, диапазон от третьего уровня до середины пятого уровня. Количественно это менее ? регистрируемых изобретений. Но именно эти изобретения обеспечивают качественное из¬менение техники.

Разницу между уровнями (на стадии Г) можно охарактеризовать так: на первом уровне число проб и ошибок, необходимых среднему инженеру для отыскания решения, измеряется единицами, на втором уровне - десятками, на третьем - сотнями, на четвертом - тысячами и десятками тысяч, на пятом - сотнями тысяч, миллионами. На верхних ступенях пятого уровня пробы можно продолжать до бесконечности, поскольку среди “спрятанных” решений еще нет нужных (нет открытий, которые позволили бы решить данную изобретательскую задачу).

Психологи довольно точно разобрались в механизме мышления на первом и втором уровнях (поскольку этот механизм не отличается от нетворческого мышления): идет перебор вариантов, негодные варианты отбрасываются, каждый отброшенный вариант проясняет задачу, перестраивая ее условия.

Трудности для традиционной психологии возникают при раскрытии механизма творчества на более высоких уровнях. Теоретически число подлежащих перебору вариантов очень велико, но не вызывает никаких сомнений, что изобретатель не перебирает их все подряд, а каким-то образом сужает число проб и ошибок: из 100000 возможных проб изобретатель эвристически выделяет “участок”, скажем, со 100 пробами. Решающее значение имеет механизм этого выделения, дальше действует обычный перебор.

Вся эвристика (в значительной мере и психология творческого мышления) построена на надежде выявить механизм перехода от 100000 вариантов к 100. Эксперименты в этом направлении столь же стары, как и сама эвристика. И столь же безрезультатны.

Ошибочно исходное положение. Никаких эвристических механизмов перехода от “большого поискового поля» (сотни тысяч попыток) к “малому, но нужному участку” (сотни попыток) не существует. Хотя задачу, требующую 100000 проб, изобретатель действительно решает всего 100 пробами.

Кажущееся противоречие объясняется тем, что психологи рассматривают действия одного человека, а задачи высших уровней решаются последовательными усилиями многих людей.

С древних времён эвристические приемы считаются универсальными. Исследуя творчество, психологи экспериментируют на головоломках и других простых задачах, считая механизм творчества одинаковым на всех уровнях. С таким же успехом можно пытаться постичь законы кораблестроения, экспериментируя с бумажными корабликами.

Эвристическое отыскивание решения в поисковом поле площадью в 100000 попыток не может не отличаться от поиска на участков 100 попыток. Тут нужны совершенно различные психологические механизмы.

Эвристические приемы низших уровней типа простых правил “помни о психологической инерции”, “используй аналогию”, «по¬ставь себя на место рассматриваемого объекта (эмпатия)» и т. д. вполне годятся для решения задач первого и, в определенной мере, второго уровня. Выше этого они бесполезны, а иногда даже вредны.

Никакие призывы “помнить о психологической инерции” не срабатывают, если человек не знает, как именно бороться с инерцией. Тщетными остаются рекомендации использовать аналогии, когда этих аналогий слишком много. Эмпатия только запутывает дело, если объект достаточно сложен.

Эвристике на таком уровне можно было научить всех инженеров. Но практически нет особой разницы - сделано ли изобретение после 20 попыток или эвристически с двух попыток. В полной мере сила эвристики могла бы проявиться лишь на высших уровнях творчества. Но там эвристические приемы низших уровней оказываются бессильными. А высших эвристических приемов не существует.

И это не случайно.

На протяжении всей эволюции мозг человека приспосабливается к решению задач, соответствующих по сложности примерно первому уровню. Эволюция сделала свое дело: задачи этого уровня могут решаться с полной уверенностью. Даже с избыточной уверенностью. Выработанные механизмы мышления (включая эвристические приемы) годятся и на втором уровне. Но они оказываются совершенно непригодными для работы на высших творческих уровнях.

Естественный отбор способствовал появлению и закреплению механизмов, свойственных первому уровню. Если и рождался человек с эвристическими способностями высших порядков, он не имел ни малейших преимуществ. Скорее наоборот.

Природа не выработала эвристических приемов высшего порядка хотя бы из-за длительности каждого цикла. Сделав в течение жизни одно-два изобретения четвертого уровня, человек просто не успевает накопить «выс-ший» эвристический опыт.

Эволюция пошла испытанным путем: создана надежная система из ненадежных элементов. Нет одного изобретателя "мощностью" в 100000 попыток. Но изобретения, требующие такого числа попыток, тем не менее, делаются. Поле в 100000 попыток с избытком перекрывается тысячью участков по 300 попыток.

Поэтому эвристические приемы, которые, казалось бы, должны играть решающую роль на высших уровнях, фактически проявляются лишь в виде едва ощутимых проблесков при решении немногих изобретательских задач на низших уровнях. Опыт большинства изобретателей дают основание констатировать: изобретения на высших уровнях делаются без высших эвристических приемов - теми же методами, которыми делаются изобретения низших уровней.

Драма изобретательства состоит в том, что на высших уровнях приходится работать методами, соответствующими низшим уровням.

Количественно задачи разных уровней отличаются числом проб и ошибок, необходимых для отыскания решения. Но почему одна задача требует 100 проб, а другая в 1000 раз больше? В чем качественная разница между ними?

Сравнительный анализ задач позволяет ответить на этот вопрос.

На первом уровне задача и средства ее решения лежат в пределах одной профессии (одного раздела отрасли). На втором уровне - в пределах одной от¬расли (машиностроительная задача решается спосо¬бом, уже известным в машиностроении, но в другой его области). На третьем уровне - в пределах одной науки (механическая задача решается механически). На четвертом уровне - за пределами науки "задачедательницы" (например, механическая задача решается химически). На высших подуровнях пятого уровня - вообще за пределами современной науки (поэтому сначала нужно сделать открытие, а по¬том, опираясь на новые научные данные, решать изобретательскую задачу).

Когда задача возникает, ее пытаются решить сначала на первом уровне, затем на втором и т. д. Изобретатель, приступающий к решению задачи четвертого уровня, с точки зрения психологов, начинает с первой попытки. На самом деле он начинает с n-й попытки, причем n — весьма большое число.

При решении задачи первого уровня человек, прежде всего, использует "житейское знание". Как показали опыты, именно это мешает понять задачу сразу. Но разница между "житейским знанием" и подходом, требуемым на первом уровне, очень невелика. Поэтому, достаточно нескольких попыток, чтобы осмыслить задачу.

Идеальная тактика решения на первом уровне практически совпадает с реальной тактикой. На четвертом уровне такого совпадения нет.

Задачи первого уровня сложности решались из поколения в поколение и продолжают решаться сегодня каждым из нас в повседневной жизни. Эволюция выработала механизмы мышления, соответствующие таким задачам.

Изобретательская задача четвертого уровня значительно сложнее повседневных ситуаций.

Теперь мы можем четко сформулировать отличие между задачами первого и четвертого уровней.

Для изобретательской задачи первого уровня (а также для повседневных житейских задач и экспериментальных психологических задач) характерно:

1. Небольшое число элементов в задаче.

2. Неизвестных элементов нет (редко один-два неизвестных элемента).

3. Легкость анализа: элементы, которые могут быть изменены, легко отделяются от элементов, не поддающихся изменениям в условиях данной задачи. Легко прослеживается взаимное влияние элементов.

4. На решение дается короткое время.

Изобретательская задача четвертого уровня отличается:

1. Большим числом элементов.

2. Значительным числом неизвестных элементов.

3. Трудностью анализа: сложно отделить известные элементы от неизвестных; практически невозможно построить полную модель, учитывающую взаимодействие элементов.

4. На решение дается достаточно большое время.

В процессе эволюции наш мозг научился находить приближенные решения простых задач. Но эволюция не выработала механизмов для медленного и точного реше¬ния сложных задач,

Если бы мы с величайшей точностью знали все, что происходит в голове хорошего изобретателя, это не приблизило бы нас к созданию тактики, соответствующей четвертому уровню. Мы бы просто обнаружили, что при решении задачи четвертого уровня изобретатель приме¬няет ту же тактику, что и на первом уровне.

Эвристические механизмы высших порядков не могут быть открыты—их нет. Но они могут и должны быть созданы.

В 1953 году американский психолог А. Осборн предпринял попытку усовершенствовать метод «проб и ошибок». Пытаясь решить задачу этим методом, изобретатель выдвигает какую-то идею («А если сделать так?»), а затем проверяет, годится она или нет. Есть люди, которые по складу ума хорошо «генерируют» идеи, но плохо справляются с их анализом. И наоборот: некоторые люди больше склонны к критическому анализу идей, чем к их «генерации». Осборн решил разделить эти процессы. Пусть одна группа, получив задачу, только выдви¬гает идеи, хотя бы и самые фантастические. Другая группа пусть только анализирует выдвинутые и д е и.

22. Стадии проектирования

1. Внешнее проектирование:

1) Формулировка задачи;

2) Опредление "входов" и "выходов";

3) Опредение внешних и внутренних связей устройства.

2. Внутреннее проектирование:

1) Разработка специальной схемы;

2) Выявление технических характеристик устройств;

3) Подробная проработка конструкции.

26. Этапы конструирования

1. Первичная информация

2. Разработка технических требований к конструируемому устройству

3. Предварительное конструирование основных частей устройства в отдельности

4. Разработка предварительных вариантов эскизной компоновки устройства

5. Разработка окончательного варианта компоновки

6. Сближение частей устройства

7. Построение костяка на чертеже общей сборки

8. Окончательная проработка чертежа общей сборки

28. Изучение принципиальной схемы устройства

Будем считать, что задание на конструирование включает в себя как принципиальную схему устройства, так и ряд технических требований к нему. Степень приближения принципиальной схемы к реальной конструкции может быть самой различной. В некоторых случаях правильнее говорить не о принципиальной, а о конструктивной схеме, частично уже предопределяющей выбор конструктивного варианта устройства.

Предварительный анализ принципиальной схемы - это первое звено в цепи “обратных воздействий” на исход¬ные данные задания. Принципиальная схема анализируется, оценивается и корректируется конструктором, прежде всего с точки зрения возможностей ее конструктивной реализации.

Принципиальную схему сложного устройства чаще всего можно подразделить на несколько составных частей, каждая из которых выполняет свои собственные функции. Конструктор, прежде всего, стремится усовер-шенствовать схему в направлении “интеграции”, т. е. объединения частей и уплотнения их функциональной нагрузки. Очень часто множество не зависимых от конструктора проблем как научного, так и технического ха-рактера ограничивают такие стремления. Чем совершеннее схема (с точки зрения современного уровня техники), тем меньше возможностей у конструктора, а тем более у начинающего, улучшить ее в указанном направлении. Но конструктор обязан предпринимать такие попытки.

Далее при изучении предложенной принципиальной схемы конструктор, насколько это в его возможностях, должен проанализировать ее с точки зрения надежности. Подход конструктора к вопросу о надежности принципиальной схемы отличается от подхода ее разработчика более четким пониманием особенностей схемы в возможной ее конструктивной реализации. Очевидно, что ненадежный вариант принципиальной схемы может свести на нет все усилия по обеспечению надежности устройства при дальнейшем конструировании.

В частности конструктор должен отдавать себе отчет даже о самых отдаленных последствиях уплотнения функциональной нагрузки, реализованного в схемном решении: при попытках к совмещению функций отдельных частей надежность устройства в целом может как повыситься, так и понизиться.

Оценка надежности принципиальной схемы может производиться конструктором по целому ряду факторов, как, например, оценка возможностей резервирования, использование тех или иных готовых элементов и стан¬дартизированных деталей, обеспечение безопасности обслуживающего персонала и т. д.

Схема может быть проанализирована по критериям “цены реализации отдельных ее элементов», “технологичности” и другим.

Теперь рассмотрим другую часть технического задания на конструирование, а именно исходные технические требования.

В наиболее общем случае перечень исходных технических требований задания охватывает широкий круг вопросов. Прежде всего, в нем приводятся “входные” и “выходные” характеристики устройства и основные параметры принципиальной схемы. Затем дается описание тех наиболее характерных внешних воздействий на устройство, которые могут иметь место при его эксплуатации, а также вызванные этими воздействиями допустимые отклонения от нормальных режимов работы. Если само устройство является источником вредных воздействий на окружающую среду или человека, приводятся допустимые величины таких воздействий. Наконец перечисляются меры, обеспечивающие удобство работы оператора, обслуживающего персонала, потребителя.

Но широта охвата требований задания еще не делает их полноценным исходным материалом для собственно конструирования. Для этого они должны содержать все необходимое, не включая в себя ничего избыточного. Такими их может и должен сделать сам конструктор. Требования технического задания базируются обычно на| рассмотрении тех взаимосвязей устройства с окружением, которые наиболее просто поддаются анализу, формулировке на техническом языке, количественному выражению. Ряд важных для конструктора взаимосвязей устройства с внешним окружением может вообще никак не отражаться в задании. В конечном счете, только сам конструктор должен решить, какие именно взаимосвязи требуется раскрыть и описать не только качественно, но и количественно. Вот почему, взяв из задания все необходимое и отбросив все лишнее, конструктор должен заняться сбором дополнительной информации, а затем анализом взаимных воздействий устройства и его разнообразного внешнего окружения. Для такого анализа осо¬бенно ценен личный опыт конструктора, как эксплуатационника.

30. Основное содержание второго этапа

Разработка технических требований к конструируемому устройству (второй этап)

По мере раскрытия и изучения взаимосвязей вся информация, необходимая конструктору для последующей работы,- должда фиксироваться. Этот материал служит для отработки дополнительных технических требований, дополняющих перечень исходных технических требований задания.

В сложных конструкторских задачах путь от анализа взаимосвязей до четко сформулированных технических требований к устройству, необходимых конструктору, может быть значительно более сложным, чем рассмотренный выше. Этот путь может проходить через такие стадии создания устройства, как научно-исследовательская разработка, промежуточное макетирование, а также может сопровождаться расчетными и экспериментальными работами, далеко не всегда выполняемыми при участии конструктора.

Возвращаясь к нашей схеме, допустим, что конструктор на основе изучения взаимосвязей уточнил и дополнил исходные технические требования задания на конструирование устройства. Тем самым он получил в свое распоряжение особого рода техническое описание, изложенное с той степенью технической строгости, которая определяется четкостью выводов, сделанных из рассмотрения взаимосвязей. В перечне требований даются уже не сами связи, а технические характеристики устройства и параметры, отражающие условия его эксплуатации.

Можно сделать следующие замечания относительно существа требований и формы их изложения.

1. Каждое из требований должно допускать логическую возможность рассматривать его в значительной сте¬пени независимо от других требований.

2. Перечень требований не должен быть чрезмерно большим. Каждое требование должно быть изложено предельно лаконично. В противном случае перечень станет неудобным для практического использования.

3. Каждое требование должно быть сформулировано так, чтобы не возникало необходимости в его переработке или перефразировке при последующей реализации в конструкции.

Для того чтобы последний пункт стал очевидным, обратимся непосредственно к тем понятиям, при помощи которых формулируются требования. В соответствии с природой этих понятий можно разделить требования независимо от их содержания на четыре группы.

Первая группа. Требования, содержащие ограничения геометрического характера. Требования, содержащие ограничения конструктивного характера, т.е. ставящие необходимым условием реализацию определенного конструктивного варианта той или иной части будущего устройства.

Пример формулировки: «Корпус бортового высотомера должен быть стандартным (ф 80 мм)».

Вторая группа. Требования, выраженные при помощи технических или физических понятий, записанных в виде чисел с размерностями.

Третья группа. Требования, выраженные словесно, не включающие в себя ни понятий, определенных количественно, ни геометрических ограничений в конструкции. Пример формулировки: «Устройство должно быть быстросъемным».

Четвертая группа. Требования, сформулированные при помощи сложных понятий или математических зависимостей.

Пример формулировки: «Для данного конструируемого устройства распределение атмосферного давления в рабочем диапазоне высот следует принимать согласно МСА (международной стандартной атмосферы)».

Требования первой группы наиболее подготовлены к непосредственной реализации в конструкции. Геометрические и конструктивные ограничения, содержащиеся в общем перечне технических требований, играют роль «мостков» для перехода от них к компоновке устройства. Если такие ограничения распространяются на крупные конструктивные части будущего устройства, то задача перехода существенно упрощается. Если, например, дано задание сконструировать самолетный высотомер в стандартном корпусе (для установки на приборной доске), то это позволяет конструктору отказаться от ряда промежуточных стадий и начать работу с вычерчивания корпуса (рис. 2.3).

Последующий ход работы определится:

а) заданными размерами ряда стандартных узлов и деталей, укрепленных на корпусе (шкал, механизма кремальеры, подводящего штуцера и др.);

б) размерами и формой мембранной коробки.

Если геометрические и конструктивные ограничения распространяются на второстепенные части будущего устройства, то они не могут столь сильно упростить ход дальнейшего конструирования.

Первая группа требований значительно пополняется в результате выявления ограничений, связанных с местом установки конструируемого устройства. Множество конструктивных и геометрических ограничений возникает в качестве следствий из особенностей принципиальной схемы устройства.

Вторая группа требований является в значительной степени результатом количественного отображения взаимосвязей устройства с внешним окружением и особенностей принципиальной схемы. Однако наиболее технически законченная форма количественного отобра¬жения взаимосвязей не является наиболее подготовленной для компоновки: конструктивная реализация требований выраженных при помощи четких технических понятий, определенных количественно (таких, например как передаточное число и т. п.), может быть осуществлена различным образом. Преимущества такой формы написания требований очень велики, так как она не несет в себе неопределенности (если не говорить о неоднозначности конструктивной реализации) и служит средством объективной проверки правильности кон¬струкции. В такой форме выражаются требования к входам и выходам устройства и все наиболее важные технические характеристики. Все сказанное относительно второй группы требований можно отнести и к четвертой группе.

Следует особо остановиться на третьей группе требований. Словесная форма написания технических требований в большинстве случаев свидетельствует о незаконченности процесса формализации реальной физи-ческой картины. Иногда она порождена отсутствием информации о количественной стороне тех или иных взаимосвязей или незнанием сущности каких-либо процессов в сложной системе «устройство — окружение». Нередко словесная формулировка посредством весьма общих понятий объединяет воедино множество нераскрытых связей. Примером может служить часто встречающийся в технических заданиях «дежурный» пункт гласящий, что «устройство должно быть удобным в эксплуатации, при монтаже и демонтаже».

Конструктор, уточняющий и дополняющий техническое задание для себя, должен расшифровать такой пункт рассмотрев наиболее существенные взаимосвязи между устройством и обслуживающим персоналом. В результате такого рассмотрения могут возникнуть более конкретные требования к быстросъемности устройства, требования, регламентирующие технику регулировки, включения и выключения устройства, требования к взаимо¬заменяемости отдельных частей и целый ряд других весьма существенных требований. Появятся и количественные характеристики, свидетельствующие о том что отдельные стороны сложной эксплуатационной картины выявлены с достаточной полнотой и определенностью. Такую работу важно провести своевременно чтобы освободить себя от нее в процессе собственно конструирования. Но это не значит, что следует стремиться к наиболее полной формализации (вплоть .до количественного выражения) всех без исключения технических требований. Степень необходимой формализации определяется, с одной стороны, трудностями ее осуществления, с другой — требованиями последующих этапов конструирования.

Для написания технических требований весь разнообразный арсенал понятий, начиная от специальных и кончая общими понятиями обыденной речи, должен использоваться с достаточной гибкостью. Если строгие технические понятия хорошо приспособлены для характеристики основных особенностей будущей конструкции, то понятия обыденной речи могут служить напоминанием о ряде второстепенных обстоятельств, в меньшей степени влияющих на конструкцию, но все же требующих к себе внимания при конструировании.

После того как перечень требований составлен, конструктор ориентируется именно на них и лишь при) необходимости обращается к рассмотрению тех сторон реальной физической картины, которые в этом перечне не отражены.

Процесс реализации требований в конструкции, как выше уже отмечалось и как отражено на поэтапной схеме, сопровождается обратными воздействиями на технические требования. Для осуществления рациональною процесса «реализации требований» конструктор должен иметь возможность в допустимых пределах варьировать параметрами технических требований. Важно поэтому в требованиях отражать не только номинальные но и предельные значения закладываемых величин. Для конструктора поочередно реализуемые требования становятся своего рода вехами, отмечающими ход работы.

Сложный многоступенчатый переход от воображаемой картины работы устройства в условиях эксплуатации непосредственно к его конструкции требует от начинающего конструктора развития технической эрудиции, а также некоторой способности к самоанализу, помогающему отдать себе отчет в своих сильных и слабых сторонах.

Технические требования рассматривались до сих пор преимущественно как результат обработки информации, относящейся к задачам, поставленным перед конструктором. Но последний лишен возможности подробно углубляться в вопрос о том, что он будет делать, не создавая себе почти одновременно пусть самого общего представления о путях реализации задуманного. Вопрос что делать неотделим при конструировании от вопроса как делать. Требования к устройству не могут быть сформулированы, если общее направление конструирования не выбрано. Выбор такого направления означает как первую корректировку созданного перечня требований, как и его пополнение. Можно сказать, что законченный перечень технических требований всегда отражает степень ясности представлений конструктора о выбранном направлении работы. Вот почему при изучении и уточнении технических требований конструктор должен потратить значительную часть времени на сбор данных производственного, технологического и экономического характера. Изучение возможности реализации технических требований начинается, как уже было сказано, на первом этапе конструирования.

В плане выяснения возможностей реализации заданных и уточненных требований конструктора в первую очередь интересуют:

1) запланированные размеры партии изделий (в нашем случае речь может идти об опытной партии);

2) характер, возможности и перспективы развития производственной базы;

3) номенклатура имеющихся на складе материалов;

4) наличие готовых изделий, предусмотренных принципиальной схемой устройства в качестве составных частей;

5) экономические возможности изготовителя.

После того как такая информация получена и переработана (часть ее может содержаться и в задании на конструирование), конструктор должен уже думать о возможной технологии изготовления будущего устройства. До начала компоновки, не зная еще, из каких узлов и деталей будет состоять устройство, конструктор делает выбор между сваркой, литьем, штамповкой, фрезеровкой и т. п., имея в виду общее технологическое направление конструирования. Еще не зная кинематики устройства, конструктор уже решает вопрос о том, каким способом будет достигнута необходимая точность отработки поворотов выходного звена. При этом он.делает очень существенный, с точки зрения как технологичности, так и экономичности конструкции выбор между жесткими и свободными допусками звеньев кинема¬тической цепи, решаясь в последнем случае на введение в кинематическую цепь специальных упругих звеньев для выбора люфтов.

При решении этих вопросов почти неизбежно как прямую, так и косвенную роль играют соображения эко¬номического характера. Например, выбор того или иного материала производится не только с учетом его стои-мости, но и с учетом стоимости обработки, стоимости обслуживания устройства при эксплуатации и др. Очевидна тесная связь стоимостных вопросов с надежностью. Здесь большое значение имеют опыт конструи-рования и знание технологии производства.

Итак, к концу рассматриваемого этапа конструктору известны:

1) принципиальная схема устройства;

2) дополненные и систематизированные технические требования к устройству;

3) общее технологическое направление конструирования.

Каковы представления конструктора к моменту окончания разработки технических требований о компоновке будущего устройства и конструкции отдельных узлов? Несомненно, что некоторый обобщенный образ устройства возникает у конструктора уже после знакомства с принципиальной схемой. Без такого обобщенного преставления был бы невозможен ни отбор необходимых взаимосвязей устройства с окружением, ни их последующая формализация. По мере того как в результате переработки информации о взаимосвязях по¬полняется перечень технических требований, начинается попутный, точнее говоря встречный процесс формирования конструкции некоторых частей устройства. Заложенные в технических требованиях ограничения геомет¬рического и конструктивного характера содействуют этому в наибольшей степени. Если, например, принципиальная схема предусматривает «выход» устройства в виде поворотного рычага, а в технических требованиях ука¬зывается угол поворота, угловая скорость и вращающий момент на выходном валу, то у конструктора совершенно естественно возникают соображения о возможных размерах рычага и даже его конструкции.

Выбор даже самого общего технологического на¬правления конструирования способствует еще большей конкретизации конструкции рычага. Сказанное относится не только к отдельным частям будущего устрой¬ства, но и к его компоновке в целом. Но такая конкретизация далеко не всегда совершается с постепенностью, соответствующей накоплению исходного мате¬риала. Случается, что вариант компоновки устройства возникает «сам собой», без подготовки, без разработки достаточно полных технических требований.

Творческий процесс конструирования не может развертываться по заранее заготовленной логической канве без каких-либо отклонений. Варианты компоновки устройства возникают, разумеется, задолго до завершения подготовительных стадий. Чем проще, оригинальнее, изящнее кажется внезапно возникший вариант компоновки, тем сильнее соблазн именно его и материализовать в металле, не тратя усилий и времени на поиски других возможностей. Эстетическое воздействие первого неожиданно легко найденного решения компоновки, будто бы разрешающего все трудности, оказывается чрезвычайно сильным. Неудивительно, что начинающий конструктор, не имевший заранее намеченного логического плана поиска такого решения, останавливается на нем без дальнейших раздумий и сомнений.

Варианты компоновки, возникающие до завершения подготовительных стадий процесса конструирования, не могут учитывать всей совокупности обстоятельств, раскрывающихся позднее. Как правило, такие варианты основываются на какой-либо отдельной яркой идее конструктивного или технологического характера. Опытный конструктор отдает себе отчет в том, что длительная работа по созданию компоновки сложного устройства по существу только-только начинается. Знает он и то, что в дальнейшем возникнет немало других не менее заманчивых вариантов, так же как и соображений, пре¬пятствующих их осуществлению. Поэтому он благоразумно откладывает на будущее не только реализацию, но даже всестороннюю оценку первых компоновочных решений с тем, чтобы вернуться к ним вновь на достаточно высоком уровне подготовки.

32. Основное содержание четвертого этапа

Разработка предварительных вариантов эскизной компоновки устройства

Данный этап конструирования — компоновка сложного устройства в наименьшей степени поддается логи¬ческому анализу. Правда, сделанные выше допущения о формировании компоновки устройства в результате перебора сочетаний подвариантов частей вводят и эту сугубо творческую часть работы конструктора в неко¬торое логическое русло. Следуя такому руслу можно составить понятие о подготовке к решающей конструктивной комбинации, так же как и о ее дальнейшей реализации, но, конечно, не о механизме ее возникновения. Перебор сочетаний подвариантов частей является лишь одним из узлов этого сложного творческого механизма, находящегося в сфере изучения психологии мышления. Не задаваясь целью вторгаться в эту сферу, попытаемся тем не менее сформулировать несколько существенных для конструктора рекомендаций.

Отметим прежде всего, что рождающиеся в голове конструктора комбинации несут на себе печать его знаний, наблюдений, повседневного и профессионального опыта. Поэтому раньше всего возникают варианты, связанные с более привычными, чаще встречающимися конструктивными решениями.

В методических пособиях по изобретательству приводится немало примеров своеобразных "порогов мышления", стоящих на пути изобретателя, которому приходится пробираться к оригинальному варианту через множество тривиальных. Ту же работу приходится пделывать и конструктору. Он испытывает на себе "пороговый эффект" всякий раз, когда следует отойти от привычных конструктивных вариантов и далеко не сразу замечает выгодные возможности, если это связано с нахождением следующих, например, решений:

* с переходом от привычного плоскостного рассмотрения задачи к пространственному;

* с отказом от ортогональных осей вращения для поворота какого-либо конструктивного узла в пользу осей, направленных под косым углом друг к другу;

* с непривычным использованием в конструкциях сил тяжести, инерции, реактивных, трения и других;

* с выбором непривычно ориентированных плоскостей разъема базовых поверхностей;

* с изменением "естественной" последовательности операций технологического процесса изготовления или сборки устройства.

Ход мыслей и действий конструктора при сравнении и выборе вариантов может быть примерно таким:

Этот кинематический узел достаточно распространен, апробирован и надежен. Весьма и весьма соблазнительно приспособить его целиком, ничего не меняя. Изготовление устройства сразу резко удешевится, не говоря уже о директивном сроке, в который можно будет теперь уложиться.

Посмотрим, однако, как возник этот узел, какие функции он выполняет в существующих устройствах и какие будет выполнять в том, которое создается? Какие требования предъявлялись к нему прежде? Какие предъявляются теперь? Выпишем прежние и будущие требования в виде двух списков. Сравним эти списки. Все ли здесь выявлено? Нет ли чего-нибудь завуалированного? Есть ли во втором списке требования, которых нет в первом? Существенны ли эти новые требования? Как им удовлетворить? Есть ли в первом списке требования, которых нет во втором? Как повлияло на конструкцию узла наличие именно этих требований? Стал ли он тяжелее? Стал ли он больше по габаритам? Много ли мы проиграем по весу, приспособив этот узел для наших целей? Не усложнится ли схема компоновки из-за включения в нее узла с заданной конфигурацией? Не выгоднее ли некоторые функции узла возложить на другие части устройства, а сам узел, сильно упростив его, все-таки сделать заново?"

Важно, чтобы профессиональный багаж конструктора пополнялся схемами оригинальных механизмов, нестандартными технологическими решениями, конструктивными узлами, которые созданы как противопостав-ление обычным. Чем шире "круг знакомств" конструктора с необычными конструктивными комбинациями, тем легче ему вырваться из рамок распространенных вариантов.

Особенности графики на этапе эскизной компоновки

Поиск вариантов компоновки как основных частей, так и устройства в целом сопровождается эскизированием. Эскизы состоят из небольшого числа линий, изображающих лишенную подробностей конструктивную схему и лишь иногда те ее части, которые поясняют и развивают основную конструктивную идею. Несовершенство эскизирования искупается быстротой вычерчивания. Быстрота необходима, так как конструктор должен рассмотреть множество вариантов, и трудности графической реализации не должны, особенно на первых порах, замедлять поиска.

Отобранные варианты нуждаются в проверке посредством масштабного вычерчивания. Это не значит, что чертеж, выполненный в масштабе, должен быть подробным. Трудоемкость прочерчивания подробностей несовместима ни с необходимой широтой поиска компоновочных решений, ни с большим числом сочетаний подвариантов частей устройства в процессе перебора. Чем раньше совершается окончательный переход от эскизирования к строгому масштабному вычерчиванию компоновки, тем больше опасность, что наивыгоднейший вариант останется необнаруженным.

О месте установки устройства

Полнота информации о "месте" является чрезвычайно важным условием успешного решения задачи компоновки. Не беда, если по ряду причин конструктору не ставят никаких ограничений, связанных с "местом". Наоборот, он чувствует себя свободнее, а следовательно, может искать более оптимальные решения. Так бывает при небольших габаритах диагностических устройства (сравнительно с габаритами диагностических стендов).

Дело обстоит значительно сложнее, если данные о месте установки безусловно важны, но конструктор не располагает ими. Подобная ситуация может возникнуть при создании аппаратуры для еще не спроектированных объектов. Начинающего конструктора такая неопределенность обескураживает, заставляя оценивать постановку задачи как нереальную, и нередко является непреодолимым препятствием.

Недостаточная информация о месте установки требует уменья представить его себе обобщенно, а конструкции придать качества, обеспечивающие возможность установки устройства на любом объекте. Иногда удается обеспечить подобную приспособляемость устройства к разным объектам за счет небольшого количества переходных крепежных деталей, выполняемых каждый раз по-новому. Гибкий валик для передачи вра¬щательного движения от одного устройства к другому можно рассматривать, как конструктивный элемент, учитывающий неполноту информации о месте установки устройства на объекте.

Предварительная эскизная компоновка сложного устройства

Принципиальная основа компоновки реального технического устройства может быть самой различной: иногда это удачно найденный физический принцип, иногда рациональное технологическое решение или даже способ удешевления устройства.

Взамен технических требований, к рассматриваемому моменту уже реализованных конструктивно, появляются связи между частями устройства. Рационально обеспечить эти связи — значит отыскать наилучшее сочетание подвариантов. Перебирать сочетания подвариантов без какого-либо плана или метода нерационально. Огромное число сочетаний исключает такой подход к компоновке. Но планомерный подход вырабатывается не сразу. На первых порах перебор обычно носит беспорядочный характер и лишь постепенно приобретает направленность.

Процесс подгонки частей друг к другу начинается с поисков удачного сочетания каких-либо двух частей. Некоторые варианты отбрасываются немедленно.

Сочетание выбранных вариантов каких-либо двух частей, взятое за основу, выдерживает первое испытание, если удается на этой основе удачно подогнать друг к другу все остальные части устройства. В дальнейшем окончательный вариант компоновки проверяется более полно, в частности, на удовлетворение ряда оставшихся требований. Однако нередко случается, что по мере прорисовки устройства становится все труднее и труднее реализация в конструкции последующих требований. В этих случаях следует своевременно остановиться, с тем чтобы предпринять поиски другого "стержня", другой основы компоновки устройства.

Конструктору тем труднее вовремя отказаться от не оправдавшего себя варианта, чем оригинальнее или изящнее кажется он с первого взгляда. Компоновка еще только зарождается, эскиз ее состоит из нескольких проведенных от руки линий и потому у конструктора еще не накопилось объективных данных для проверки возникшего варианта. В таких условиях эстетическое воздействие "красивой" идеи (как верной, так и несостоятельной) может быть чрезвычайно сильным.

Логическая последовательность компоновки, при которой конструктор вначале расчленяет принципиальную схему на части, а затем все-таки находит возможности к их интеграции, может считаться характерной для случаев глубокой конструкторской проработки сложных устройств. Для простых устройств с небольшим числом деталей предварительное расчленение на обособленные части в ходе компоновки конечно не столь характерно.

Цена реализации параметров технических требований

Реализация различных параметров осуществляется посредством неодинаковых "затрат" веса и располагаемого пространства, различной степенью усложнения отдельных деталей и всего устройства в целом, ценой появления больших или меньших технологических трудностей. Поэтому такое понятие, как "цена конструктивной реализации параметров", приобретает вполне определенный смысл, хотя и остается весьма обобщенным понятием. Та или иная конкретизация этого понятия для определенного класса устройств может приобрести чрезвычайную практическую важность. Так, например, иногда удается выразить отдельные параметры технических требований в единицах веса создаваемого устройства. В этом случае конструктор или проектировщик получает важную для него возможность количественной оценки наиболее существенных параметров. Понятие "цены конструктивной реализации" может оказаться для конструктора полезным и при менее конкретном его выражении.

На этапе разработки (дополнения и уточнения) технических требований конструктор имеет еще очень слабое представление о том, ценой какого веса и каких габаритов может быть реализован тот или иной параметр.

Предварительное конструирование частей устройства и изучение "семейств" подвариантов сопровождается уточнением упомянутой "цены", знание которой приобретает особую важность при компоновке.

В плотно компонуемых устройствах почти любые локальные изменения веса и размеров отдельных деталей распространяются на все устройство в целом. В этих условиях от степени полноты реализации одного какого-либо требования могут зависеть, и существенно, как габариты и вес всего устройства, так и прочие его характеристики.

Итак, знание цены конструктивной реализации основных технических параметров позволяет конструктору в ходе компоновки осуществлять рациональное их перераспределение (в допустимых пределах). Критерий "цена конструктивной реализации" является одним из основных движущих факторов обратного воздействия на технические требования со стороны формирующейся конструкции.

О технологических факторах

На рассматриваемом этапе конструктору приходится думать уже не столько об общей технологичности устройства, сколько о технологических возможностях того или иного конструктивного варианта. Конструктор решает вопросы сравнительной сложности изготовления применительно не ко всему устройству в целом, а к отдельным узлам и даже деталям. Общие соображения, касающиеся, например, возможностей производственной базы, уступают место более конкретным технологическим знаниям процессов изготовления деталей, сборки, регулировки, юстировки и т. п. К требованию уметь мысленно воспроизвести картину эксплуатации устройства присоединяется необходимость столь же наглядного представления прохождения устройства через заводские цеха. Пробелы в области технологии на этапе компоновки неизбежно ощущаются самим конструктором, как слабости, мешающие ему в полной мере использовать выгоды оригинальных с технологической точки зрения конструктивных вариантов.

Содержание подлежащих решению технологических вопросов, так же как и удельный вес технологических факторов, на этапе компоновки могут быть самыми разнообразными. Иногда принципиальная схема устройства строится на основе использования некоторых весьма трудных в изготовлении деталей. В этих случаях конструктору приходится прояснять производственные и технологические возможности в отношении таких деталей уже при первом знакомстве с принципиальной схемой.

Нередки случаи, когда компоновка устройства в целом основывается на необычном технологическом решении, на применении новых материалов, новых способов обработки. Особенно это касается новых видов литья, открывающих широкие возможности формообразования деталей. В этих случаях технологическая подготовка конструктора решает успех компоновки.

Обеспечение надежности на этапе компоновки

Расположение основных частей устройства, установленное при компоновке, в дальнейшем уже не может подвергаться существенным изменениям. В соответствии с этим трудно устранимы и причины ненадежности устройства, связанные с расположением частей.

Существенным недостатком компоновки является ее "рыхлость", неплотное заполнение деталями всего располагаемого объема. Если даже "рыхлость" и не является непосредственной причиной снижения надежности данного устройства, то косвенно она может способствовать снижению надежности той сложной системы, в которую данное устройство входит как составное. Неоправданное увеличение габаритов одного из устройств данной системы может вызвать необходимость появления чрезмерно жестких габаритных ограничений для другого устройства.

"Рыхлость" — наиболее просто обнаруживаемый дефект компоновки, связанный так или иначе с надежностью. Но существуют вызывающие ненадежность факторы, источники которых хотя и связаны с расположением частей, однако таятся глубоко и нелегко обнаруживаются. Вспомним, что компоновка устройства создавалась на основе технических требований, которые давали возможность отвлечься, абстрагироваться от повторного рассмотрения породивших эти требования конкретных обстоятельств. Наличие технических требований позволяет конструктору создать систему опорных точек для компоновки. Однако проверка компоновки по техническим требованиям не может служить проверкой ее на надежность. Чтобы осуществить такую проверку, нужно вновь обратиться к анализу взаимосвязей устройства с окружением, но уже на иной, уточненной, основе.

Раньше при рассмотрении картины взаимосвязей мы относили их к еще не реализованной конструктивно принципиальной схеме устройства, теперь ее место должен занимать тот или иной вариант эскизной компоновки. В таком рассмотрении анализируемые связи приобретают существенно иное содержание. Если, например, прежде мы могли рассматривать тепловое воздействие среды на устройство лишь с общих позиций (так как знали лишь принципиальную схему будущего устройства), то теперь появляются возможности более полного и глубокого рассмотрения тех же воздействий. В частности, может оказаться необходимым произвести учет тепловыделения элементов, находящихся внутри устройства и уже предусмотренных компоновкой.

Точно так же следует рассмотреть условия работы предусмотренных компоновкой элементов, особо чувствительных к температурным воздействиям, т. е. элементов, нуждающихся в обогреве, охлаждении или в стабилизации температурного режима. Необходимо далее выяснить, к каким последствиям может привести временное отсутствие обогрева, охлаждения, стабилизации температуры этих элементов при различных условиях эксплуатации и на различных режимах. О тепловых воздействиях при компоновке в свете требований надежности можно было бы написать очень много, но и сказанного достаточно, чтобы дать понятие о сложности их учета.

Вопросы герметизации и связь их с надежностью также принадлежат к числу тех, которые должны рассматриваться на этапе компоновки. Помещая аппаратуру в герметичные кожухи, можно, казалось бы, наилучшим способом защититься от вредных внешних воздействий, но при этом нельзя забывать о целом ряде вызываемых герметизацией отрицательных факторов.

При тех или иных сочетаниях условий могут иметь место следующие отрицательные факторы герметизации:

* ухудшение условий охлаждения;

* усложнение защиты от вредных веществ, выделяющихся внутри самой аппаратуры;

* усложнение и удорожание конструкции;

* увеличение веса и габаритов;

* трудности герметизации выводов (например, штепсельных разъемов).

34. Основное содержание шестого этапа

Сближение частей устройства

Этот этап выделен в качестве самостоятельного до некоторой степени условно. Поставленная цель (сближение частей) характерна для заключительной стадии компоновки, когда расположение частей уже опреде-лилось и речь идет о нахождении дополнительных возможностей к их уплотнению. Для более сложных устройств ту же работу можно отнести к стадии промежуточных масштабных построений, осуществляемых после окончания компоновки, но перед вычерчиванием сборочного вида.

Наиболее очевидная возможность уплотнения конструкции устройства сближением частей состоит в уменьшении расстояний между частями. Этот путь связан с рядом трудностей, возрастающих по мере уменьшения зазоров. Даже определение величин зазоров между сближаемыми частями при сложной их конфигурации является трудоемкой работой, выполняемой методами начертательной геометрии. Неизмеримо большие трудности возникают в производстве при изготовлении деталей с жесткими допусками и их сборке. Не следует забывать, что чрезмерное уменьшение зазоров может по ряду причин понизить надежность конструкции (например, из-за температурных деформаций).

Как уже отмечалось выше, довольно распространенная ошибка начинающего конструктора подчас состоит именно в стремлении с самого начала удовлетворить всем техническим требованиям в наиболее полном виде. То же самое наблюдается, в частности, при вычерчивании срединных частей устройства. В конце работы, при вычерчивании периферийных частей, на¬чинающий конструктор убеждается, что компоновка не удалась, однако и в этом случае он далеко не всегда отдает себе отчет в первопричине неудачи. Что же касается опытного конструктора, то он прежде всего воспринимает «рыхлость» срединной части, как существенный и очевидный недостаток.

Конструктор уже не ограничивается перераспределением величин исходных параметров в пределах, допускаемых заданием, но стремится к согласованию вопроса о корректировке его в выгодном направлении. Кор-ректировка исходных технических требований может иметь место, конечно, не только на рассматриваемом этапе, что и отражено на поэтапной схеме. В результате коррекции с устройства могут быть сняты некоторые побочные функции. Хорошие результаты могут быть достигнуты перераспределением функций между несколькими устройствами одной технической системы, поскольку цена реализации одних и тех же функций в разных устройствах может существенно разниться. В этом случае корректируются исходные требования не только на данное устройство, но и на систему в целом.

В ряде случаев корректировка технических требований задания ведет к изменению целевых функций или эксплуатационных характеристик устройства не в лучшую сторону. Но если цена конструктивной реализации какого-либо из требований чрезмерно велика (например, по весу), приходится и в этих случаях идти на недовыполнение технических требований задания. Как пример скорректированного таким образом требования первоначального задания можно привести требование к экранировке для защиты обслуживающего персонала от Y-излучений активного источника, заключенного в из¬мерительном приборе.

36. Основное содержание восьмого этапа

Окончательная проработка чертежа общей сборки (восьмой этап)

После вычерчивания костяка чертежа конструктор получает возможность сосредоточить усилия на конкретной разработке узлов. Стоящая перед ним задача в некоторых отношениях не столь ответственна, как задача компоновки. Ошибки, допускаемые при проработке отдельных узлов, если они не слишком серьезны, могут не отразиться на взаимном расположении основных частей устройства, поэтому они легче поддаются исправлению, чем погрешности общей компоновки.

При конструктивной проработке узлов и деталей не только проверяется правильность допущений, принятых на предыдущих стадиях, но до некоторой степени исправляются и ошибки компоновки.

Перед началом детализации костяка чертежа вопрос о последовательности разработки узлов может стоять весьма остро. Случается, что чертеж компоновки к этому времени полностью использован для построения костяка, но все начерченное на нем еще не дает оснований для использования метода поиска линий, подготовленных к прочерчиванию. Казалось бы наличие костяка, фиксирующего основные узлы устройства на строго определенных местах, снижает важность вопроса о последовательности их детализации. Но нельзя забывать о предварительном характере такой фиксации. Отдельные узлы при дальнейшей проработке могут либо не поместиться в отведенных им границах, либо занять меньше места, чем это предполагалось.

Окончательную фиксацию узлов важно произвести до их детальной проработки. Именно этим и должен заняться конструктор в момент, когда чертеж компоновки уже не может ему помочь, а данных для нахождения линий, подготовленных к прочерчиванию, еще не достаточно. Не доводя детальную проработку каждого узла до конца, конструктор останавливается на определен¬ном ее уровне, необходимом для первоочередной задачи фиксации узлов. Таким образом, детализация костяка носит, если и не строго равномерный, то и не односторонний характер. В зависимости от условий конкретной задачи конструктор осуществляет детализацию костяка. руководствуясь самыми разными промежуточными кри¬териями.

Обычно последовательность детализации определяется желанием удовлетворить следующим трудносовмес-тимым тенденциям:

1) вести детализацию от срединной части к периферии, чтобы избежать «рыхлости» или чрезмерной сжатости в радиальных направлениях;

2) в первую очередь наносить на лист элементы, однозначно определившиеся по форме и расположению. чтобы воспользоваться вносимыми ими ограничениями:

3) не откладывать на последнюю очередь проработку узлов с невыявленными габаритами, чтобы иметь возможность своевременно скомпенсировать увеличение габаритов этих узлов за счет уплотнения соседних.

Как уже отмечалось, при детализации костяк несколько «деформируется» в соответствии с общей логикой процесса конструирования, являющегося шаговым процессом с возвратом. Допустимая «деформация» ограничивается возможностями техники масштабного вычерчивания в отношении переделок. Ограничения, налагаемые «текущими» линиями, возрастают по мере того, как сеть их становится чаще. На определенной степени детализации чертеж приобретает такое состояние, когда каждая проводимая линия оказывается «подготовленной к прочерчиванию» предыдущими.

Распределение функций между узлами и деталями

На рассматриваемом этапе узел играет ту же роль по отношению к более крупной объединяющей части, какую эта часть играла по отношению ко всему устройству на этапе компоновки. В каждом узле можно определить входы и выходы; для каждого из узлов можно определить его функции; к каждому узлу можно предъявить свои требования.

На этапе изучения принципиальной схемы задачи распределения функции среди основных частей устройства, а в особенности объединения частей на основе уплотнения функциональной нагрузки, были связаны с решением проблемных вопросов. На этапе компоновки эти задачи были облегчены предварительным изучением «семейств» вариантов частей, но тем не менее оставались достаточно сложными. При отработке набора деталей на чертеже общего сборочного вида сокращение числа деталей на основе уплотнения функциональной нагрузки является не только посильной задачей, но и обычным, распространенным эффективным приемом.

При конструировании не следует забывать о мерах предохранения

В подобных случаях конструктор нередко сознательно идет на увеличение числа деталей, для того чтобы освободить чувствительные элемент прибора от побочных функций

В механизмах уменьшение числа деталей очень часто достигается за счет усложнения характера движения звеньев кинематической цепи. Простейшим примеров может служить планетарный редуктор. Здесь ценой усложнения характера движения планетарного колеса удается уменьшить число зубчатых пар (по сравнение с обычным зубчатым редуктором).

Пространственные механизмы со сложным характером движения звеньев позволяют выполнять множество специфических функций, которые могут быть обеспечены плоскими механизмами при условии использования значительно большего числа деталей.

Конструктор всегда должен иметь возможность пользоваться справочниками с набором различного рода механизмов.

Нередко отдельные детали в узлах формируются с учетом облегчения доступа к деталям других узлов для их разборки или регулировки. Можно сказать, что в этом случае на одни детали возлагаются функции, усложняющие их конструкцию, но облегчающие функционирование других деталей.

Наборы деталей

Поиск линий, подготовленных к прочерчиванию, значительно легче вести в границах одного узла, чем при построении костяка чертежа всего устройства. По мере прорисовки узлов число линий, подготовленных к прочерчиванию, множится. Метод вычерчивания сборочного вида «от линии к линии» становится основным методом конструирования. Это ведет к нарастанию темпа чертежной работы. Детали, находящиеся в различных узлах, приобретая свои окончательные очертания, смыкаются Друг с другом, пока, наконец, внутри располагаемого пространства не остается ни одного «белого пятна». Теперь конструктор получает возможность посмотреть на весь набор деталей в целом и оценить его конструктивные особенности с точки зрения удовлетворения требованиям и критериям.

Как уже упоминалось, конструирование частей устройства, взаимодействующих с человеком (оператор, обслуживающий персонал, потребитель), ведется с учетом особенности его анатомии, физиологии и даже психики. При этом задачи чисто технические (в узком понимании этого слова) смыкаются с проблемами таких дисциплин, как, например, инженерная психология.

Конфигурация деталей, «работающих» совместно с руками и глазами оператора, а следовательно и компоновка соответствующих частей набора деталей зависит от взаимосвязей их с человеком. Форма таких деталей неизбежно усложняется. Это затрудняет изготовление деталей и препятствует упрощению форм устройства в целом. При первоначальном конструировании очень нелегко сделать детали подобного рода удобными для oneратора. В отношении удобства пользования немало предметов домашнего обихода, прошедших длительное совершенствование, может служить для конструктора образцами.

Требования совместной работы с оператором ограничивают возможности варьирования не только формой, но и весом и габаритами деталей и частей набора. Вместе с тем в соответствии с принципиальной схемой те же части должны иногда сочленяться с упорядоченными, одинаково ориентированными, технологически отработанными узлами, образующими отдельные компактные наборы (типа, например, планетарного редуктора, компактного телескопического устройства и т. п.).

Возникает необходимость соединения в одной конструкции отдельных узлов, разных по стилю выполнения. Одно и то же устройство нередко сочетает в себе черты прецизионного прибора и машины, несущей значительную силовую нагрузку, имеющую иногда характер ударной. Анализ силовой схемы в таких случаях должен быть всесторонним и глубоким.

Обеспечение правильного функционирования в одном устройстве узлов, как бы являющихся принадлежностью разных отраслей техники, трудно достижимо, особенно для конструктора узкой специализации. Приборные узлы такого устройства нередко свидетельствуют о том, что их автор специализируется в области машиностроения, и наоборот.

Если набор деталей общего сборочного вида вычерчен целиком тонкими линиями, проведенными без нажима, не поздно оценить его с точки зрения имеющегося разнообразия в выполнении отдельных узлов и более крупных частей. При этом условия работы отдельных частей и их конструктивные формы следует сопоставить с условиями работы и формами аналогичных устройств, характерных для тех или иных отраслей техники.

Вопросы технологии

Несложность конструкции отдельных узлов по сравнению с устройством в целом избавляет конструктора при их разработке от прохождения всех рассмотренных выше этапов. В этом смысле локальная задача конструирования узла несравненно легче задачи компоновки устройства в целом (если, конечно, границы, отведенные для узла, не стеснены чрезмерно). Но именно при раз¬работке узлов конструктору предстоит решить множество конкретных вопросов как чисто технологических, так и тесно связанных с производственно-технологическими возможностями.

Соображения, касающиеся способов изготовления деталей, удобства сборки узлов, регулировки и юстировки, взаимозаменяемости, унификации, использования оснастки и инструмента, назначения допусков, выбора мате-риалов, покрытий, термообработки, чистоты обработки поверхности, способов смазки и т. п., требуют обдумывания и решения именно в процессе вычерчивания набора деталей на общем виде. Знакомство с производством я степень технологической подготовки конструктора играют при этом решающую роль. Конструктор, смутно представляющий себе технологические процессы, решает вопросы, связанные с формообразованием деталей, медленно и несмело. Оригинальных решений, позволяющих преодолевать возникающие затруднения чисто технологическими путями, от такого конструктора ожидать трудно. Вычерчивание им всего набора деталей непропорционально затягивается.

Начинающему конструктору при решении всего круга вопросов, возникающих на рассматриваемом этапе, важно придерживаться определенной системы. В частности, не следует при конструировании общего вида решать те вопросы, которые могут быть безболезненно решены на следующей стадии — при деталировке. Это не исключает того, что для ускорения деталировки и улучшения ее качества общий сборочный вид должен быть достаточно подробен.

К числу вопросов, решение которых практически полностью заканчивается на рассматриваемом этапе, относится обеспечение технологичности сборки как одного| из слагаемых общего критерия технологичности устройства. Из множества рекомендаций, касающихся вопросов сборки и разборки устройств, критичных к габаритам, можно привести одну, имеющую достаточно общим характер: следует стремиться по возможности выполнять набор деталей таким образом, чтобы при сборке и разборке устройства каждая последующая деталь (или узел) могла быть удалена через пространство, освобождаемое при удалении предыдущей детали. Иначе говоря, нужно избегать того, чтобы часть располагаемого пространства, ничем в собранном устройстве не| заполненная, служила только для целей разборки или сборки.

Таковы те жесткие ограничения, налагаемые критерием минимизации габаритов, в границах которых конструктору приходится решать вопросы технологичности) сборки.

Обеспечение надежности

По мере уточнения конфигурации деталей возрастают возможности оценки надежности их функционирования расчетным путем. Наличие прорисованного набора деталей и узлов позволяет по новому проанализировать взаимосвязи с окружением — не всего устройства в целом, а каждого узла, каждой детали в отдельности. Это делает проблему учета воздействий более определенной, но чрезмерно трудоемкой как из-за большого количества конструктивных элементов, так и из-за разнообразия воздействий.

При вычерчивании любой детали на общем виде следует помнить о таких всепроникающих воздействиях, как вибрации и перегрузки. При этом следует учитывать не только рабочие режимы, но и возможные ударные нагрузки при транспортировке, монтаже и демонтаже устройств. Иногда такие режимы могут представлять гораздо большую опасность (в смысле возможности отказов), чем расчетные. В тех случаях, когда в относительно грубой и нечувствительной к перегрузкам аппаратуре имеются элементы Конструкции, не переносящие удар¬ных нагрузок, эти элементы имеет иногда смысл делать съемными, чтобы не усложнять конструкцию амортизаторов.

Условия консервации и расконсервации должны быть проанализированы столь же тщательно, как и условия транспортировки. Можно привести следующий пример трудно учитываемых при конструировании воздействий, связанных с воздушной транспортировкой аппаратуры.

В неполностью герметизированных кожухах при длительном пребывании аппаратуры на высоте может установиться давление, равное пониженному атмосферному. Если при внезапном повышении давления в окружающей атмосфере давление внутри кожуха в течение некоторого времени остается пониженным, то возникающий перепад давлений может повести к деформации кожуха. Такая ситуация может возникнуть при транспортировке уплотненной, но негерметичной аппаратуры в отсеках высотных самолетов на большие расстояния. При заходе на посадку самолет быстро снижается, давление в отсеке возрастает и не рассчитанный на такие нагрузки кожух аппаратуры деформируется.

Если при компоновке конструктора интересовало (с точки зрения надежности) расположение органов управления (рукояток, тумблеров, кнопок) и элементов контроля (шкал, индексов), то сейчас особую важность приобретают весьма существенные тонкости их конструктивного исполнения. Примером вопроса, важного с точки зрения надежности и подлежащего рассмотрению именно сейчас, может служить вопрос о необходимости по-становки защитных приспособлений для тумблеров ответственного или аварийного назначения. Такое приспособление с одной стороны предохраняет тумблер от случайного или ошибочного включения, с другой — препятствует возможности мгновенного включения тумблера в нужный момент. Поэтому при решении вопроса следует тщательно проанализировать возможные последствия несвоевременного включения тумблера.

Если при компоновке решался вопрос о необходимости герметизации той или иной части устройства, то теперь всесторонне рассматриваются способы уплотнений и подбирается соответствующий материал уплотнительных прокладок.

Если при компоновке учитывалось влияние источников тепла, расположенных внутри устройства, то теперь обращается внимание на обеспечение отвода тепла подбором подходящих по теплопроводности материалов, подбором окраски, созданием естественных вентиляционных потоков и другими средствами.

Если при компоновке определялось местоположение вводных штуцеров для подсоединения устройства к пневмо- и гидромагистралям, то теперь производится (или уточняется) выбор типа подсоединения трубопроводов с точки зрения надежности. То же относится и к установке электроразъемов с позиции обеспечения требований быстросъемности и удобства при монтаже.

Выбор надежного способа контровки является весьма важным вопросом, разрешаемым также на рассматриваемом этапе. Способ контровки должен обеспечивать возможность визуального контроля ее качества.

Оптимальной с точки зрения обеспечения надежности является такая конструкция, в которой применены типовые, хорошо освоенные в производстве блоки, модули, узлы, детали. Использование типовых элементов обычно позволяет снизить сроки разработки устройств и приносит экономические выгоды. При отработке набора деталей на общем виде следует тщательно проверить, всюду ли, где возможно, применены нормализированные или типовые элементы.

Корректировка набора деталей на общем виде

Чем дальше продвигается процесс конструирования общего вида, тем труднее вести прочерчивание всей массы деталей в тонких линиях, проведенных без нажима. Иной. раз конструктор с трудом удерживается от желания провести основные линии с нажимом, чтобы легче различать их среди вспомогательных и избавить себя от излишнего зрительного напряжения. Но всякий раз, когда возникает необходимость в тех или иных изменениях графики, конструктор бывает вознагражден за то, что не начал обводку преждевременно.

Вся работа по конструированию набора деталей общего сборочного чертежа сопровождается непрерывно возникающими возможностями для текущей корректировки уже прочерченных частично узлов и деталей, кор-ректировки сложной, многоплановой, разнообразной. Да иначе и не может быть, так как связи между элементами конструкции (функциональные, геометрические, технологические) настолько сложны и разветвленны, что даже местные изменения не могут не распространяться на соседние узлы и детали (в особенности при плетной компоновке). Корректировка, с одной стороны, прерывает процесс поиска линий, подготовленных к прочерчиванию, с другой стороны, она сама приобретает характер «цепной реакции». Одно изменение влечет за собой ряд последующих, и поиск линий, подготовленных к прочерчи¬ванию, продолжается снова, но уже в ином направлении.

Как распознавать непрерывно возникающие возможности корректировки? Можно ли отыскать здесь что-либо похожее на обладающий достаточной общностью метод, который поддается изложению в виде правила?

Влияние вновь вычерчиваемых деталей набора на вычерченные ранее, влияние «надстойки» на основу заставляет опытного конструктора рассматривать все, нанесенное им на общий сборочный вид как нечто не совсем законченное. Опыт подсказывает конструктору, что логика, заложенная уже нанесенными на чертеж элементами, может легко исказиться при нанесении последующих элементов, несмотря на строгое следование методу поиска линий, подготовленных к прочерчиванию. Особенно подвержена искажениям эта логика при всякого рода переделках. Поэтому конструктор многократно просматривает вычерчиваемый набор, каждый раз заново сопоставляя его с требованиями и концентрируя внимание на неудачных местах.

Начинающему конструктору легче рассматривать уже начерченные детали набора как «незыблемый фундамент» для дальнейшего конструирования. Это ведет к тому, что необходимая текущая корректировка проводится им с запозданием и неполностью. В результате объем переделок резко возрастает и в итоге работа затягивается.

Своеобразным мерилом конструкторского мастерства служит обеспечение возможности нормальной сборки создаваемого устройства при всех текущих переделках. В то время как опытный конструктор постоянно помнит об этом требовании, начинающий конструктор то и дело с запозданием обнаруживает, что текущие изменения уже повели к его нарушению.

39. Классификация подшипников

1) Радиальные шариковые однорядные подшипники являются более быстроходными, чем другие типы подшипников. Могут наряду с радиальной нагрузкой воспринимать осевую (до 0,7 от неиспользованной радиальной нагрузки). Допускают перекосы внутреннего кольца по отношению к наружному до 0°15'. Находят самое широкое применение в машинах и механизмах. Выпускаются в различных модификациях: с защитными шайбами и фетровыми уплотнителями, с канавкой на наружном кольце, для осевого крепления с помощью стопорной шайбы и т. д.

2) Радиальные шариковые двухрядные подшипники предназначены в основном для восприятия радиальной нагрузки. Осевая нагрузка в них не должна превышать 0,2 от неиспользованной радиальной. Отличительной особенностью данных подшипников является возможность использования при значительном перекосе внутреннего кольца по отношению к наружному (до 3°). Модификация подшипника с конусным отверстием внутреннего кольца на закрепительной втулке позволяет устанавливать их на гладких осях и валах, в том числе в средней части.

3) Радиальные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами имеют большую нагрузочную способность, однако, при прочих равных условиях, допускают меньшую частоту вращения. Благодаря разборной конструкции они более удобны при монтаже. Их можно использовать только на жест¬ких коротких валах, исключающих возможность значительных перекосов в опо¬рах. Выпускаются в различных модификациях в зависимости от конструкции упорных буртиков на наружном и внутреннем кольцах. Если на наружном и внутреннем кольцах имеются буртики, то подшипники могут воспринимать осе¬вую нагрузку.

4) Двухрядные сферические роликоподшипники обладают наибольшей несущей способностью при одинаковых наружных диаметрах. Так же как шариковые подшипники, допускают осевую нагрузку до 0,2 от неиспользованной радиальной и перекосы до 3° и имеют модификации, позволяющие закреплять их на осях и валах с помощью установочного конуса.

5) Игольчатые роликоподшипники воспринимают только радиальную нагрузку, применяются в условиях ограниченности габаритов при малых скоростях вращения, не допускают перекоса валов. Подшипники с витыми роликами лучше воспринимают ударные нагрузки.

6) Радиально-упорные шарикоподшипники воспринимают радиальную и одностороннюю осевую нагрузку при установке одинарного подшипника. При необходимости воспринять двустороннюю осевую нагрузку применяются сдвоенные подшипники. Сдвоенные и строенные подшипники применяются при необходимости восприятия больших одно- и двусторонних нагрузок. Подшипники выпускаются в различных модификациях и находят широкое применение в технике; устанавливаются на жестких двух опорных валах.

7) Радиально-упорные роликоподшипники предназначены для вос¬приятия радиальных и односторонних осевых нагрузок. Так как наружное кольцо съемное, подшипники удобны при монтаже. При установке двух однорядных под¬шипников рядом или на противоположных концах вала они воспринимают дву¬сторонние осевые нагрузки; применяются во многих узлах передач при средних и больших мощностях. Выпускаются также двух- и четырехрядные конические ро¬ликовые подшипники.

8) Упорные подшипники воспринимают одностороннюю (однорядные) или двустороннюю (двухрядные) осевую нагрузку. Выпускаются как шариковыми, так и роликовыми; находят широкое применение в машинах и механизмах.