Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. Э. БАУМАНА

Кафедра ”Оптические приборы научных исследований” (РЛ 3)

Родионов Е.М.

Технологические основы конструирования элементов и функциональных устройств оптических приборов

ЧастьI. Основы конструирования деталей

Учебное пособие

Москва

2010

1. Введение

При создании новых приборов выполняют работу, которая называется проектированием и (или) конструированием изделия.

На практике и в литературе существует две точки зрения по отношению к сущности этих терминов. В одних источниках [1, 2, 3] весь процесс разработки нового изделия часто называют проектированием.

В литературе [4, 5, 6] эти понятия различают. Считают, что проектирование предшествует конструированию и заключается в выявлении потребности общества в изделии, поиске идей, физических эффектов, целесообразных методов и принципов действия, синтезе функциональных структур возможных вариантов.

Под конструированием понимают разработку конкретного варианта изделия на основе результатов проектирования, при которой создается его конструкция: устройство, состав, взаимное расположение частей и элементов, способ их соединения и взаимодействия с учетом технологии изготовления и т.п.

Автор придерживается второй точки зрения.

Следует заметить, что, несмотря на различие понятий проектирование и конструирование, невозможно найти четкую границу между этими процедурами проектно-конструкторской деятельности.

К современным оптическим приборам предъявляются все новые повышенные требования к показателям качества, которые закладываются уже на стадии проектирования и конструирования. С усложнением объектов конструирования все более сложным и ответственным становится труд конструктора, все большее значение приобретает развитие научной базы конструирования. За последние годы это развитие протекает неравномерно. Наряду с имеющимся мощным аппаратом инженерных проверочных расчетов существует еще крайне мало методик проектных расчетов, необходимых для синтеза и оптимизации конструктивных решений, а в реальном конструировании преобладают эмпирический и эвристический методы.

Характерными чертами конструирования сложных объектов является массовость решаемых задач многовариантность возможных решений. Следует различать две группы методов: метод поиска оптимальных решений и методы оценки возможных решений: процесс принятия решений основан на синтезе тех и других.

Основным способом поиска в настоящее время является метод аналогии, обусловленный личным опытом конструктора и опытом обобщенным в справочной литературе: большинство решений принимается этим методом. Оценка принимаемых решений носит качественный характер и лишь в отдельных случаях основана на выполнении проверочных расчетов (на прочность, жесткость, точность).

В тех случаях, когда возникают затруднения с принятием однозначного решения, конструктор прибегает к методу перебора известных вариантов. Оценка вариантов имеет большое значение и в особо сложных случаях основывается на проверочных расчетах и даже на экспериментальных исследованиях, однако решение и тогда принимают на основе опыта. Основная причина этого связана с отсутствием в настоящее время инженерных методик выполнения оценок по большому числу критериев.

Следующая ступень усложнения процесса принятия решений характеризуется недостаточностью набора известных возможных вариантов, процесс конструирования начинается с поиска подходящих вариантов, который выполняется методом проб и ошибок, и состоит в разработке новых вариантов на основе комбинирования известных.

Опыт показывает, что описанные методы конструирования не обеспечивают в этих условиях оптимальность принимаемых решений. Основной причиной является трудность одновременной оптимизации параметров объекта по всем показателям. В реальных условиях проектирования конструктор, хотя и держит в поле внимания все показатели, но предпочтение отдает лишь некоторым, по его мнению, наиболее критичным в данном случае.

Таким образом, в настоящее время существует лишь ограниченная оптимизация при создании конструкции. Развитие теоретических основ конструирования на уровне синтеза происходит медленно. Поэтому необходима в первую очередь разработка принципов, устанавливающих зависимости между конструктивными решениями и показателями качества конструируемых объектов. Известны лишь немногие работы такого рода [1,2,3]. Основная литература по вопросам конструирования носит рецептурный характер, учит конструированию на примерах и не содержит теоретических обобщений.

Особо следует отметить роль теории точности для конструирования приборов. Основы теории точности сформулированы в работах [4,5,6] и продолжены в работах [7,8,9]. На их фоне еще лучше видно отставание в вопросах конструирования.

В связи с этим приобретает большое значение совершенствование процесса конструирования прибора.

Известно, что детали как объект конструирования являются первичными элементами всякой реальной конструкции. Конструирование деталей представляет наиболее массовую операцию в общем процессе конструирования прибора. Однако, вопросам конструирования деталей в литературе и производственной практике уделяется очень мало внимания. Существуют разрозненные рекомендации по конструированию деталей с учетом прочности, жесткости не связанные с условиями функционирования и особенно с технологией изготовления и сборки.

В данном учебном пособии основное внимание уделяется технологическому аспекту конструирования. В МВТУ на приборостроительном факультете больше 40 лет существовал курс “Технология приборостроения” с единым названием для всех кафедр от оптики до ЭВМ. Курс, который не связывался с конструированием конкретных приборов. Смотри, например, учебное пособие “Технология приборостроения” 1968 г. - общеобразовательное пособие по процессам: литье, штамповка, пластмассы, резание и т.д.

Хотя уже давно на предприятиях за рубежом существовало правило: ”Изделие должно проектироваться под технологический процесс”.

Нет технологии вообще, точно также как нет изделия без технологии. Каждое изделие, каждая деталь требует свою технологию. Например, процесс может быть один: штамповка для деталей ЭВМ и штамповка для ирисовых диафрагм, но технологии изготовления разные.В стране известны безуспешные попытки изготовить скопированные изделия. Можно сделать чертежи, даже перевести дюймы в мм, но, увы, технологию не скопируешь.

Ошибочным является сейчас деление дипломных проектов на части: ”Конструкторская часть”, “Технологическая часть” и т.д. Это на части не делится, это – одно целое!!

Пособие написано на базе лекций, прочитанных автором студентам кафедр РЛ2 и РЛ3, а также использованы книги В.В. Кулагина [ ], С.М. Латыева [ ], С.Т. Цуккермана [ ] – известных конструкторов точных механизмов и приборов.