tmmivan

21

2 Классификация технических объектов

Профессиональная деятельность инженера - конструктора, технолога, эксплуатационника, ремонтника или исследователя может быть эффективной лишь тогда, когда любой из указанных специалистов знает принципы, на основании которых создана та или иная машина или технический объект и каким образом эти принципы связаны или влияют на технологию изготовления, эксплуатацию или ремонт. Например, выбор материала вкладыша подшипника скольжения на стадии проектирования определяется свойствами материала сопрягаемой детали и расчетом на прочность, а тип смазочного материала применяемого при эксплуатации диктуется степенью его агрессивности по отношению к материалам вкладыша и сопрягаемого вала, тепловым режимом машины. В свою очередь, ремонтоспособность элементов этой пары зависит от конструктивного исполнения и методов упрочнения, назначенных при создании машины.

Существующие в настоящее время методы проектирования механизмов, например, рычажных, зубчатых, кулачковых или машин: двигателей, станков, транспортных уже достаточно хорошо исследованы и доведены порой до совершенства, оставаясь при этом частными (т.е. для определённой отрасли машиностроения) методиками. Здесь важно отметить, что в большинстве случаев данные методики не объясняют, чем обусловлен выбор того или иного типа механизма или машины, а также методики их проектирования.

В большинстве отраслей машиностроения этот выбор определен традициями и существенной консервативностью учебного материала соответствующих дисциплин.

22

Курс теории механизмов и машин – является базовой дисциплиной, определяющей принципы синтеза и анализа механизмов и машин безотносительно к конкретной отрасли машиностроения.

Для обеспечения логической связи эксплуатационнотехнических параметров создаваемой машины или любого другого технического объекта с конструктивным и принципиальным техническими решениями этих объектов, а также методикой их проектирования необходима систематизация объектов техники и в свою очередь механизмов и машин как категорий технических объектов.

Приведенная здесь классификация (Таблица 2.1) базируется на основе функциональных и конструктивных признаков технических объектов. В пределах одной категории технические объекты могут существенно отличаться по степени сложности, или отсутствием ряда структурных элементов, что объясняется уровнем развития техники или технологии, в частности открытием новых технических эффектов, способных заменить или совместить те или иные функции технических объектов (1.6).Примером может служить превращение в чисто электронную микросхему контактного электромеханического регулятора напряжения электросети автомобиля. Другим примером нового принципиального решения является топливная аппаратура непосредственного впрыска топлива в ДВС Отто (с искровым зажиганием) в виде электроуправляемой форсунки (инжектора) и электронного блока вместо кулачкового топливного насоса с центробежным регулятором и гидроуправляемой форсунки. В обоих случаях уменьшение и полное исключение сложных, механически обрабатываемых деталей технических устройств, снижение веса конструкции при повышении

23

эффективности достигнуто не усовершенствованием или развитием прежних механических схем, а переходом на другой технический уровень, обусловленный в данном примере развитием микроэлектроники.

Поскольку функциональные признаки технических объектов не зависят от уровня развития техники, то независимой от него будет и классификация. По этой причине и определения технических объектов даются по функциональным признакам.

28

1.Рабочие тела и среды – твердые, жидкие или газообразные вещества, передающие физические воздействия и эффекты.

2.Здания и сооружения – технические объекты, выполняющие несущую или ограничивающую от внешнего пространства функцию.

3.Орудия и инструменты – объекты или устройства, предназначенные для повышения эффективности человеческих органов.

4.Механизмы – устройства, предназначенные для преобразования движения или его передачи.

5.Машины – устройства, предназначенные для преобразования энергии.

Подобная классификация дает представление о машине не как об обособленном техническом устройстве, а как об одной из категории технических объектов, причем для функционирования которой,

ееэксплуатации и ремонта необходимо использование технических объектов других категорий. Иную принадлежность приобретают при этом технические объекты, унаследовавшие исторические (19 или 20 века) названия. Например «часовой механизм» (часы) представляют собой классический вариант машины, в которой для случая механических – преобразуется потенциальная энергия сжатой пружины в кинетическую энергию движущихся стрелок; в случае электронных – потенциальная энергия электрической батарейки преобразуется в лучевую энергию светящегося дисплея.

Следует отметить, что сложность технического объекта, оцениваемая количеством элементов или видом физических эффектов, используемых в нем, не определяет категории объекта техники. Маши-

29

на может, например, вообще не содержать в себе механизмов или подвижных элементов. Пачка взрывчатки (бомба или «тепловая машина») с электродетонатором есть преобразователь потенциальной энергии (в частности химически активного взрывчатого вещества) в кинетическую энергию взрывной волны газов.

Ранее представляющуюся обособленной, категорию технических объектов, называемую передачами, следует считать одной из разновидностей механизмов, а валоприводы есть передачи с передаточным отношением равным единице.

Машины, с их определением по функциональному признаку, в реальной практике встречаются редко. Это могут быть бытовой электровентилятор или бритва с механическим пружинным приводом (рис. 2.1.).

Рис. 2.1. Принципиальная схема машины (например, подъемник для ремонта автомобилей)

Технологические, транспортные и большинство энергетических машин в случае исполнения по такой схеме, ввиду теплонапряженных условий работы, значительной нагрузки подвижных соединений, т. е. без систем охлаждения и смазки не смогли бы функционировать длительное время. С функциональной точки зрения каждая из таких вспомогательных систем является машиной.

30

Конструктивно объединенные главная и вспомогательные машины, предназначенные для выполнения функций одного исполнительного органа, называются машинным агрегатом.

Источником энергии (двигателем) вспомогательных машин агрегата является двигатель главной машины (рис. 2.2.)

Конструктивно объединенные главная и вспомогательные машины, предназначенные для выполнения функций более чем одного исполнительного органа, называются машинами – комбайнами. Обычно, общими в машинах – комбайнах являются двигатель, несущие элементы, машины управления, контроля и защиты. (рис. 2.3.). Как и любые другие машины, машины – комбайны могут содержать и дублирующие устройства, служащие для повышения функциональной надежности всего технического объекта.

ГЛАВНАЯ МАШИНА АГРЕГАТА.

Вспомогательные машины агрегата Обеспечения смазки.

Охлаждения.

Управления.

Контроля и защиты.

Рис. 2.2. Принципиальная схема машинного агрегата (например, автомобиля или строгального станка)

31

Главная машина комбайна

Двигатель Механизмы и исполнительный орган машины, выполня щий 1 функцию.

Механизмы и исполнительный орган машины, выполня щий 2 функцию.

Механизмы и исполнительный орган машины, выполня щий 3 функцию.

Вспомогательные машины комбайна.

Механизмы и исполнительный орган обеспечения смаз

Механизмы и исполнительный орган управления и ре лирования

Рис. 2.3. Принципиальная схема комбайна (например, зерноуборочного)

Степень сложности машин, как одной из категорий технических объектов, определяется эволюцией технических знаний и самой техникой. При этом, на основании естественного отбора идет накопление изменений существующих объектов и при достижении определенного уровня происходит качественное изменение объекта, причем не только способов достижения функцией, но и изменения самих функций.

32

Этим объясняется нестабильность классификации технических объектов и машин, в частности по структуре.

Тем не менее, настоящая классификация позволяет достаточно определенно решать вопросы синтеза и анализа технических решений.

. Методы проектирования. Пер. с англ. М.:Мир. 1986.

33

3. Основы проектирования машин.

Проект или процесс проектирования машины (технического объекта) представляет собой комплекс

организационных,

финансовых,

поисковых,

исследовательских,

конструкторских,

экспериментальных, испытательных, производственных,

коммерческих и других мероприятий, связанных с разработкой, созданием, эксплуатацией и ремонтом машины в течение всего срока ее существования, вплоть до утилизации.

Необходимость выполнения тех или иных мероприятий определяется объемом предполагаемого выпуска изделий (единичный, малая серия, массовый), ценой и трудоемкостью.

Проектирование любой новой машины преследует решение следующих задач:

1.Создание машины с необходимыми конкретными техническими и эксплуатационными характеристиками;

2.Создание машины более высокого технического и технологического уровня, – машины, основанной на новых, не использовавшихся ранее принципах, и обеспечивающих получение большей эффективности машины и новых потребительских качеств.

Следует отметить, что если до середины двадцатого века в технике доминировала первая их указанных задач, то в дальнейшем,