ВКРБ_2015_10

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЗЛА ОБОРУДОВАНИЯ 7.1. Кинематический расчет

Проектирование любой машины начинается с ее кинематического расчета. Работа по кинематическому расчету и проектированию технологической машины может быть разбита на следующие этапы:

-выбор общей принципиальной схемы машины;

-установление перечня технологических и подсобных операций;

-разложение технологических и подсобных операций на первичные;

-расчет и проектирование рабочих органов для выполнения каждой из первичных операций;

-выбор принципиальных схем исполнительных механизмов, обеспечивающих необходимые для выполнения первичных операций перемещения рабочих органов;

-установление требований технологических операций к законам движения рабочих органов: определение допустимых значений максимальных скоростей, ускорений рабочих органов и т.д.;

-выбор законов движения рабочих органов;

-составление технологической схемы машины;

-расчет и составление структурной схемы машины;

-расчет и составление компоновочной схемы машины;

-расчет требуемой согласованности в перемещениях рабочих органов (составление циклограммы, а в некоторых случаях и синхронной диаграммы машины).

Содержание и порядок выполнения этапов подробно изложены в работах [1, 8, 31]. В зависимости от конкретного типа машины те или иные этапы кинематического расчета могут отсутствовать.

7.2.Расчет и конструирование узлов и систем машины

Ввыпускной работе расчету и конструированию подлежат отдельные узлы и механизмы (по указанию руководителя дипломного проекта). Для них производится кинематический расчет, определяются геометрические параметры всех звеньев, производится силовой и прочностной расчеты деталей механизма.

По мере расчета узлов и механизмов в пояснительной записке должны быть написаны обоснованные выводы и заключения, характеризующие самостоятельность принятого решения по назначению тех или иных конструктивных параметров.

Все детали любой машины с расчетной точки зрения могут быть отнесены к следующим категориям:

1. Нагруженные детали, размеры основных элементов которых определяются путем расчета на прочность (валы, оси, зубчатые колеса, звездочки, ответственный крепеж, пружины и пр.).

2. Детали, обеспечивающие жесткость и точное взаимное положение

11

составных частей машины (корпус, направляющие, каркас). Расчет этих деталей возможен только на ЭВМ с применением специальных программ. Размеры их обычно устанавливаются эмпирическими рекомендациями с дальнейшим проведением проверочных расчетов на ЭВМ.

3. Детали, практически не испытывающие действия нагрузок, все размеры которых назначают исключительно из конструктивных соображений (крышки, панели, стаканы, неответственный крепеж и прочие).

Таким образом, только размеры деталей 1-й категории могут быть определены расчетным путем; расчет деталей 2-й категории весьма сложен и составляет содержание отдельной специальности.

Расчеты на прочность, жесткость, долговечность, нагрев и т.п., если необходимы, являются составной частью процесса проектирования. Их выполняют параллельно с разработкой чертежей. Обычно сначала делают предварительные ориентировочные расчеты, а окончательные результаты часто получают путем последовательного приближения.

Типовой силовой расчет привода рабочей машины должен быть проведен в соответствии со следующей схемой: определение динамических параметров перемещаемых элементов (линейные скорости и ускорения, угловые скорости и ускорения); определение сил сопротивления при перемещении рабочих органов (технологические нагрузки, силы трения, инерционные нагрузки); определение мощности, необходимой для работы каждого из исполнительных механизмов; определение мощности, потребной для работы проектируемой рабочей машины в режиме установившегося движения (на основе анализа циклограммы); определение общего коэффициента полезного действия кинематической цепи; определение мощности приводного электродвигателя и выбор его типа; определение крутящих моментов на отдельных механизмах, входящих в данную кинематическую цепь (с учетом коэффициентов полезного действия и передаточных отношений); силовой расчет элементов, входящих в кинематическую цепь; определение геометрических размеров кинематических элементов, входящих в данную кинематическую цепь; прочностные расчеты деталей привода - проверочные расчеты шпоночных и шлицевых соединений, штифтов, стопорных винтов, валов, роликов и т.п. (по мере необходимости и по указаниям руководителя дипломного проекта).

7.3Техническая характеристика машины

Вконце проектирования должна быть составлена техническая харак-

теристика разработанной машины, содержащая потребительские (эксплуатационные) показатели оборудования и методы их контроля. В состав технической характеристики должны входить следующие сведения: назначение оборудования с краткой характеристикой условий его эксплуатации; краткая характеристика технических показателей с указанием допустимых для них отклонений; перечень технических показателей, которые подвер-

12

гаются различным видам контроля и испытаний; указания об условиях и методике определения технических показателей; технический ресурс и гарантийный срок службы оборудования; условия упаковки, транспортировки и хранения оборудования.

8. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА РАБОТЫ

Этот раздел должен содержать назначение машины и описание принципа ее работы в целом. При этом необходимо использовать схемы (технологическую, кинематическую, вакуумную, электрическую и др.) и чертежи общего вида.

Следует указать направление и способы передачи движения от первого элемента кинематической цепи к последнему, ссылаясь на обозначения в схемах и указывая основные параметры передаточных звеньев. Целесообразно отметить согласованность работы отдельных механизмов по циклограмме и описать систему управления машиной.

9. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ВКРБ имеет научно-исследовательский характер, если в нем содержатся результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных студентом в годы учебы и непосредственно связанных с темой работы. Объем научно-исследовательской части должен составлять 20…30%. В некоторых случаях, по решению кафедры, дипломный проект может носить полностью научно-исследовательский характер, при этом в записке приводятся методы аналитических исследований, выводы или расчеты основных зависимостей и формул. Приводятся описание или схема алгоритма расчета, текст программы на соответствующем алгоритмическом языке, результаты расчета. В графической части проекта приводятся схемы эксперимента, матрицы планирования эксперимента и его результаты в виде графиков и диаграмм, а также результаты аналитических исследований и компьютерного моделирования.

10. ОФОРМЛЕНИЕ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ БАКАЛАВРА

Оформление ВКРБ выполняется в соответствии с требованиями межгосударственных стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) [51…58]. Обязательным является выполнение конструкторских документов с помощью компьютера. При этом допускаются отдельные отклонения от ЕСКД, вызванные особенностями различных систем автоматизированного проектирования, специализированных программ или устройств для вывода изображения на бумагу [51].

10.1. Требования к графической части

Чертежи выполняются на листах формата А1 (по указанию руководителя проекта могут использоваться и другие основные и дополнительные форматы по ГОСТ 2.301-68) в соответствии со стандартами ЕСКД.

13

Графическая часть проекта может включать в себя: схемы; чертежи общего вида; сборочные чертежи; рабочие чертежи деталей; демонстрационные листы (диаграммы, графики, таблицы показателей и т.п.).

Схема - технический документ, на котором с помощью условных изображений показаны составные части изделия и машины, связи между ними. Стандартом установлены восемь типов схем. Структурная схема определяет состав и взаимосвязь основных элементов машины. Функцио- нальная схема показывает процессы, протекающие в машине и её частях. Принципиальные схемы определяют полный состав элементов изделия и связи между ними. Монтажные схемы показывают соединения составных частей машины и элементов этих соединений. Схемы подключения - внешние подключения машины. Общие схемы - составные части комплексов в процессе эксплуатации. Схема расположения - относительное расположение частей оборудования.

В зависимости от элементов и связей, отображаемых на схеме, различают одиннадцать видов схем. Виды и типы схем, а также буквенноцифровые коды для их обозначения приведены в табл. 1.

Общим для всех схем является то, что они выполняются без соблюдения масштаба, в виде развёртки на плоскость чертежа с использованием условных графических обозначений.

На структурной кинематической схеме изображают в виде про-

стых геометрических фигур все основные функциональные части изделия и основные взаимосвязи между ними. Внутри геометрических фигур указывают наименование функциональных частей изделия. Допускается (при использовании ЭВМ) графическое изображение функциональных частей и связей между ними заменять аналитической надписью.

На функциональной кинематической схеме изображают в виде про-

стых геометрических фигур все функциональные части изделия, участвующие в процессе, иллюстрируемом данной схемой, и связи между ними. Внутри каждой геометрической фигуры указывают соответствующее обозначение или надпись. Обозначения функциональных частей располагают в последовательности их функциональной связи. Допускается, если это не нарушает наглядности представления процессов, учитывать действительное расположение функциональных частей.

Кинематическая принципиальная схема механизма с помощью ус-

ловных графических обозначений или упрощенных контурных очертаний показывает совокупность кинематических элементов и их соединений. Схема показывает, как осуществляется регулирование, управление и контроль заданных движений исполнительного органа. Как правило, кинематическую принципиальную схему выполняют без применения масштаба в виде развертки на плоскость. Допускается вписывать ее для наглядности в контур изделия (толщина линий контура изделия равна s/3, элементов s/2)

14

или строить в аксонометрии (см. прил. 5). Толщина линий, изображающих валы, оси, стержни, шатуны, кривошипы, равна s. Разрыв в местах пересечения валов не допускается. Разрешается условно повертывать валы, оси.

Невидимый участок вала изображают штриховой линией s/2. Толщина линий, изображающих контуры зубчатых колес, червяков, звездочек, кулачков и других элементов, равна s/2. На проекциях, перпендикулярных их оси вращения, эти элементы изображают штрих пунктирной линией.

Таблица 1

Для механизма, собираемого отдельно и регулируемого самостоятельно, контур обводится сплошной тонкой линией s/3. Схема его изображается как выносной элемент I. Такую схему можно выполнить отдельным документом со ссылкой на него в основной схеме.

Для обозначения функциональных частей применяют буквенные коды (табл. 2).

При наличии одинаковых механизмов можно выполнить схему только одного из них. При глухом соединении зубчатого колеса с пустотелой осью – крестик находится на образующей этой оси.

Расположение механизмов на принципиальной схеме соответствует положению исполнительных органов – исходному, среднему или рабочему. Можно применять поясняющие надписи, а также изображать крайнее положение элемента штрих пунктирной линией.

Для упрощения чтения схем допускается перемещать элементы механизма за пределы его контура и поворачивать элементы вместе с валом. При переносе сопряженные элементы соединяют штриховой линией s/2. Если связь проходит через некинематические (энергетические) участки,

15

проводят двойную штриховую линию, а для указания расчетной связи - тройную.

Каждому кинематическому элементу схемы присваивают порядковый номер, начиная от источника движения, и буквенно-цифровые позиционные обозначения. Покупной или заимствованный механизм (редуктор, вариатор и др.) нумеруют одним номером, без разбивки на элементы (см. продолжение прил. 5). Валы нумеруют римскими цифрами. При наличии в схеме изображений кинематических элементов групп настройки их изображают отдельно и нумеруют сменные элементы латинскими строчными буквами. Порядковые номера таким элементам не присваивают. Характеристики всего набора сменных элементов указывают в таблице, которую помещают на схеме или выполняют на отдельных листах.

Таким образом, на схеме указывают: для каждой кинематической группы ее наименование; для кинематических элементов – основные характеристики, определяющие, в конечном счете, исполнительные движения рабочих органов.

Общий вид машины должен давать представление о составных частях изделия, перечень которых приводится непосредственно на чертеже.

Сборочные чертежи узлов должны содержать все необходимые проекции, главные и вспомогательные разрезы, показывающие взаимное расположение и связи составных частей, соединяемых по данному чертежу, и обеспечивающее возможность сборки и контроля сборочной единицы; размеры, предельные отклонения и другие параметры и требования, которые должны быть выполнены или проконтролированы по данному сборочному

16

чертежу; указания о характере сопряжения собираемых деталей, а также указания о выполнении неразъемных соединений (сварных, паяных и др.); номера позиций составных частей, входящих в изделие; габаритные размеры изделия; установочные, присоединительные и другие необходимые справочные размеры; техническую характеристику изделия (при необходимости); координаты центра масс (при необходимости).

При указании установочных и присоединительных размеров на сборочный чертеж должны быть нанесены: координаты расположения, размеры с предельными отклонениями элементов, служащих для соединения с сопрягаемыми изделиями; другие параметры.

На сборочном чертеже допускается изображать тонкой штрих пунктирной линией с двумя точками перемещающиеся части изделия в крайнем или промежуточном положении с соответствующими размерами. Сплошной тонкой линией можно изображать пограничные (соседние) изделия - «обстановку» и размеры, определяющие их расположение.

На сборочном чертеже все составные части сборочной единицы нумеруют в соответствии с номерами позиций, указанными в спецификации этой сборочной единицы. Номера позиций наносят на полках линий - выносок, проводимых от изображений составных частей. Выноску и полочку проводят сплошной тонкой линией. Номера позиций располагают вне контура изображения и выполняют шрифтом, размер которого на один-два номера больше, чем у размерных чисел. Номер позиции, как правило, наносят на чертеже один раз.

Все чертежи должны иметь основную надпись (штамп) по [53]. Над основной надписью сборочного чертежа приводят технические требования к сборке, регулировке и контролю сборочной единицы (см. прил. 10).

На каждую сборочную единицу составляется спецификация на отдельных листах формата А4. Спецификация (см. прил. 4) состоит из разделов, которые располагают в следующей последовательности: документация на специфицируемую сборочную единицу; комплексы; сборочные единицы; детали; стандартные изделия; прочие изделия; материалы; комплекты. Все спецификации подшиваются в конце пояснительной записки после приложений, но в содержании ПЗ не указываются.

В рабочих чертежах на детали (см. прил. 8) проставляются все размеры и их предельные отклонения, виды термообработки, шероховатость поверхностей, их покрытия, материал детали и особые технические требования. Массу детали в графе основной надписи проставляют в килограммах без указания единицы измерения. Допускается указывать массу в других единицах с их проставлением, например: 10 г.

На всю выпускную работу составляется "Ведомость выпускной работы", в которую записывают все конструкторские документы, разрабо-

17

танные для данного проекта, и их буквенно-цифровые обозначения.

В самом общем случае обозначение состоит из шести прописных букв кириллицы и девяти арабских цифр, разбитых на группы. В связи с учебным характером дипломного проекта обозначение (например, РВ.123456.000 СБ) формируется следующим образом. РВ – означает работа выпускная; 123 – три последние цифры номера зачетной книжки студента; 456 – номер сборочной единицы; 000 – номер детали в сборочной единице; СБ – сборочный чертеж.

Ведомость выпускной работы состоит из трех разделов. В первый раздел «Документация общая» вносят конструкторские документы, относящиеся к проектируемому оборудованию в целом, во второй – документы по сборочным единицам, в третий – по деталям (см. прил. 3).

10.2. Требования к оформлению пояснительной записки

Расчеты должны сопровождаться расчетными схемами и эскизами выбранной конструкции узлов и механизмов, эпюрами нагрузок, напряжений и деформаций рассчитываемых деталей. Не допускается произвольный выбор исходных данных для расчетов, отсутствие расчетных схем и эпюр, которые выявили бы наиболее напряженные места деталей. За ошибки в расчетах ответственность несет студент.

Оформление пояснительной записки ВКРБ выполняется в соответствии с ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Рекомендуется текст ПЗ готовить на компьютере с помощью какого-либо текстового редактора. Распечатку текста ведут на листах белой бумаги формата А4 без рамок шрифтом № 12. Для размещения утверждающих и согласующих подписей первые листы основных разделов ПЗ (пункты 7*…11* на стр. 6) должны содержать основную надпись (или быть напечатаны на готовых форматках).

Разделы ПЗ должны иметь порядковые номера в пределах всей записки, обозначенные арабскими цифрами без точки и записанные с отступом слева. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. Подразделы делятся на пункты. Дальнейшая рубрикация текста на подпункты не рекомендуется. Разделы и подразделы должны иметь заголовки, которые следует печатать с прописной буквы без точки в конце. Номера и заголовки разделов и подразделов с соответствующими номерами страниц включаются в содержание ПЗ.

В тексте ПЗ не допускается применять обороты разговорной речи и жаргонные слова, а также применять сокращения слов, кроме установленных стандартом ГОСТ 2.316-85, а также заменять слова математическими и другими символами.

Математические уравнения и формулы должны использовать символы латинского и греческого алфавитов. Пояснения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу (экспликация), должны быть приве-

18

дены непосредственно под формулой с указанием единиц измерения. Формулы рекомендуется нумеровать в пределах каждого раздела.

Пояснительную записку вместе со спецификациями переплетают типографским способом в жесткий переплет, на внешней стороне которого наклеивают этикетку размером 150 × 150 мм (см. прил. 6).

10.3. Требования к оформлению презентации

Презентация это иллюстрированный материал (текст, рисунки, графики, фотографии, видео), оформленный в виде слайдов, демонстрируемых

спомощью цифрового проектора на большом экране синхронно с докладом на защите ВКРБ в государственной аттестационной комиссии. Главное требование к презентации — наглядность.

Презентации обычно разрабатываются в редакторе Power Point с использованием материалов ВКРБ.

Для разработки презентации составляется доклад на 10-12 минут. По содержанию доклада разрабатывается сценарий презентации. Наличие сценария сопровождения речевого доклада позволяет отобрать сжатый текстовый материал и иллюстративные схемы моделей, технологий, последовательности вывода формул, содержательные алгоритмы, таблицы, гистограммы и т.п. Надписи на слайдах должны быть лаконичными и содержа-

тельными - недопустимо в презентации дублировать текст доклада. При составлении слайда следует учитывать, что графики и диаграммы являются более наглядными, чем таблицы и текст; схемы лучше для восприятия, чем чертежи, а анимация и видео лучше всего демонстрируют развитие процессов во времени.

Слайд презентации должен присутствовать на экране не менее 30 секунд и не более 2 минут, В первом случае аудитория не успеет рассмотреть, что же все-таки было представлено на экране, во втором случае слушатели могут переключить свое внимание на другие объекты и события. Это требование ограничивает количество слайдов в презентации числом 15 … 20.

Цветовое и графическое оформление слайдов презентации должно способствовать восприятию представленного материала. Учитывая условия показа презентации при отсутствии полного затемнения помещения, прежде всего, необходимо обеспечить контрастность изображения (темные надписи по светлому фону), достаточный размер надписей и их читаемость (недопустимы вычурные шрифты и пляшущие буквы, раздражающие цвета).

11.ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ НАД ВКРБ И ЕЕ ЗАЩИТА

Закрепление темы ВКРБ проводит заведующий кафедрой совместно

сруководителями ВКРБ. Примерный календарный план приведен в прил.2. После соответствующей корректировки рабочий план утверждается

руководителем дипломного проекта. После согласования с руководителем

19

основных вопросов технологии и выбора схемы механизмов студент приступает к расчету и проектированию рабочей машины. Дальнейшую работу следует проводить в соответствии с календарным планом, что гарантирует своевременное и качественное выполнение задания.

Окончательный этап заключается в оформлении графической части расчетно-пояснительной записки и подготовке к защите. Полностью законченная ВКРБ с положительным отзывом руководителя представляется студентом на кафедру. Допуск проекта к защите производится заведующим кафедрой с одновременной выдачей направления на рецензию. Каждый дипломный проект должен иметь отзыв рецензента, которому студент представляет для рассмотрения все материалы ВКРБ. После рассмотрения дипломного проекта и личной беседы со студентом рецензент составляет в письменной форме заключение-рецензию.

Защита ВКРБ производится на открытом заседании Государственной экзаменационной комиссии (ГЭК). Порядок защиты ВКРБ предусматривает: доклад студента с показом презентации; ответы студента на вопросы членов и председателя ГЭК; ответы студента на замечания рецензента.

Доклад дипломника должен быть рассчитан на 10-12 минут. Из них 2-3 минуты посвящаются изложению задания на проектирование, его актуальности, характеристике обрабатываемого изделия; 2-3 минуты - критическому анализу существующего технологического процесса и описанию принятого; 4-5 минут - принципу работы спроектированной (модернизированной) рабочей машины, особенностям кинематической, гидравлической и др. схем и циклограммы, конструкций основных узлов, методике испытаний и эффективности рабочей машины; 1-2 минуты - вопросам охраны труда и экологии; 2-3 минуты - специальной исследовательской теме и 1 -2 минуты - выводам по проекту.

Особое внимание в докладе следует обратить на принятые оригинальные и интересные решения, аргументируя их целесообразность и перспективную ценность проекта в условиях производства.

По результатам защиты на закрытом заседании члены ГЭК принимают решение об оценке проекта (с учетом отзывов рецензента и руководителя дипломного проекта). После закрытого совещания вновь открывается публичное заседание ГЭК, на котором оглашаются результаты защиты, и происходит присуждение квалификации специалиста дипломантам.

12. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ В ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Современный специалист электронной промышленности должен уметь вести проектирование с использованием ЭВМ, поэтому применение ЭВМ в дипломном проектировании обязательно. Для различных целей разработаны специализированные программные комплексы. Так все расчеты, аналитические выкладки и построение графиков рекомендуется вести с ис-

20