8

−рентабельность машины – это оптовая цена, полная себестоимость, т.е. быстрое возмещение всех затрат на изготовление, эксплуатацию и принесение прибыли;

−экологичность машины, характеризует систему человек-машина- среда с точки зрения уровня вредных воздействий эксплуатируемых машин на природу;

−безопасность, характеризует особенности конструкции машины, обеспечивающие безопасные условия эксплуатации для обслуживающего персонала.

1.2.СТРУКТУРА МАШИН

Любую машину (автомобиль, станок, корабль и т.д.) можно представить как техническую систему состоящую из ряда неделимых при данном рассмотрении технических объектов. Основными техническими объектами машин являются: двигатель, передача, исполнительный механизм, корпус и система управления

(рис.1.1).

Система управления

Корпус

Рис. 1.1

В качестве двигателя могут применяться: электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, паровые или газовые турбины. Наиболее широкое применение нашли электродвигатели. По сравнению с другими двигателями они обладают рядом преимуществ: меньшей массой и габаритами, высокий

9

коэффициент полезного действия (0.96…0.98), высокая степень их стандартизации, удобство компоновки, экологическая чистота при работе, они выпускаются в широком диапазоне мощностей и частот вращения, просты в обслуживании. К недостаткам можно отнести неудобство подвода энергии: требуются кабели или провода.

Двигатели внутреннего сгорания могут работать на бензине, дизельном топливе, газе. Они могут работать автономно, поэтому нашли широкое применение на транспорте, а также в местах где отсутствует электроэнергия. По сравнению с электродвигателями они имеют серьезные недостатки: более низкий КПД (меньше 0.5), имеют более сложную конструкцию и систему управления, загрязняют окружающую среду выхлопными газами.

Паровые и газовые турбины применяются в энергетике, авиации, на морских и речных судах. Они изготавливаются большой мощности и с высокой частотой вращения вала. По сравнению с другими двигателями они сложны в управлении и эксплуатации, имеют самый низкий КПД (меньше 0.2).

Подавляющее большинство двигателей проектируется для работы на постоянной частоте вращения вала, так как в этом случае они имеют максимальный КПД, минимальный расход топлива или энергии. Для исполнительного механизма большинства машин требуются различные частоты вращения, величины крутящего момента, законы движения (колебательный, возвратно-поступательный), передача вращения от одного двигателя нескольким исполнительны механизмам и т.д. Для получения нужного режима работы исполнительного механизма между ним и двигателем устанавливают передачу. В машиностроении широкое применение нашли механические передачи: зубчатые (цилиндрические, конические), червячные, цепные, ременные, фрикционные. Они применяются в виде передач с постоянными параметрами движения (редукторы) или с изменяющимися (коробки скоростей, вариаторы).

10

Исполнительные механизмы могут быть разнообразны в зависимости от функционального назначения машины. Это может быть шпиндель токарного станка для зажима и вращения заготовки или детали, колеса автомобиля или трактора, барабан конвейера и т.д. Конструкция и расчет исполнительных механизмов рассматривается в специальных курсах.

Все элементы машины размещаются в корпусе. Конструкция корпуса и требования, предъявляемые к нему, зависят от назначения машины. Корпус станка (станина) служит только для размещения составляющих элементов машины, а корпуса автомобилей, морских и речных судов для размещения элементов машины, пассажиров и груза. Конструкция и расчет корпусных деталей машин изучаются в специальных дисциплинах. Отдельный корпус имеют двигатели и передачи, которые конструируются и рассчитываются одновременно с проектированием двигателей и передач.

1.3.ОБЪЕКТЫ НОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ

Изучая историю развития любой отрасли техники, можно обнаружить огромное разнообразие схем и конструктивных решений машин. Изучение предшествующего опыта позволяет избежать ошибок и правильно наметить перспективы конструкторского решения. Необходимо изучать отечественную и зарубежную техническую литературу, патенты, поисковые и перспективные работы в данной и смежных отраслях машиностроения.

Очень редко в практике конструирования встречаются случаи, когда все элементы машины создаются заново. Как правило, новой разработке подвергаются только те элементы, которые улучшают технико-экономические показатели, производительность и т.д. Смена всех или подавляющего большинства деталей при переходе с одной конструкции на другую при одном и том же типе машины объясняется недостаточной квалификацией конструктора, невнимательностью или небрежностью.

11

В большинстве случаев двигатели применяются те, которые выпускаются специализированными предприятиями. В этом случае задача конструктора состоит в том, чтобы подобрать двигатель, удовлетворяющий требованиям по массе, габаритам, частоте вращения вала, мощности и он должен хорошо вписываться в общую компоновку машины.

Основными параметрами, характеризующими двигатель, являются:

мощность Р (Вт), величина крутящего момента Т (Н м), частота вращения вала n

(мин−1 ), расход энергии или топлива.

При выборе электродвигателя необходимо учитывать, что при одинаковой мощности его масса и габариты зависят от частоты вращения вала, т.к. с увеличением частоты вращения уменьшается величина крутящего момента. Если исходить из требования минимальной массы и габаритов машины, то лучше брать высокооборотный двигатель, но далее следует посмотреть как это может отразиться на габаритах и конструкции передачи. Это будет зависеть от требуемой частоты вращения исполнительного механизма. Если для исполнительного механизма требуется, например частота вращения n=1000 мин-1, то при n=3000 мин-1, передача должна уменьшить частоту вращения в 3000:1000 = 3 раза. Это можно легко обеспечить одноступенчатой цилиндрической, конической, цепной или ременной передачей. Если требуется n = 300 мин-1, то необходимо уменьшить частоту вращения в 10 раз и для этого необходима двухступенчатая зубчатая передача или комбинированная из одноступенчатой зубчатой совместно с цепной или ременной передачами. Может быть применена одноступенчатая, но червячная передача. Все эти задачи необходимо решать конструктору.

В свою очередь двигатель, передача, исполнительный механизм и корпус могут рассматриваться как технические системы, состоящие из более мелких технических объектов, которые могут быть разделены на две группы: специального и общего назначения. К последним можно отнести изделия, которые встречаются во всех машинах. Это валы, подшипники, муфты,