Общие требования к современным машинам, их деталям и сборочным единицам

Несмотря на большое многообразие современных машин, отли­чающихся друг от друга назначением, производительностью, скоростью движения рабочих органов и т.д., установлены общие требования, предъявляемые к конструкции самих машин, а также к их сборочным единицам и деталям. Такими требованиями к машинам являются:

· соответствие производительности заданным объемам и темпам выполнения работы;

· обеспечение высокой надежности и долговечности, а также срока службы машины, соответствующего сроку гарантии в заданных условиях эксплуатации;

· правильность выбора материала и рациональных способов обработки;

· соответствие конструкции машины ее назначению;

· обеспечение наименьших габаритных размеров машины, затрат труда и материально-денежных средств;

· удобство доставки к потреблению;

· привлекательность формы и отделки внешнего вида машины.

К конструкциям сборочных единиц предъявляются требования легкой сборки и разборки, легкой замены относительно быстро изнаши­вающихся частей и т. д.

Детали должны иметь минимальную массу при достаточной проч­ности и быть надежными в эксплуатации, так как их поломка может привести к авариям в машине. Прочность детали обеспечивается выбором материала и правильно рассчитанными размерами. Уменьшение массы деталей достигается применением более прочных и экономичных материалов. Применение наиболее точных методов расчета дает возможность получить размеры деталей без излишних запасов прочности. Многие детали должны также обладать достаточной жесткостью, т.е. способностью сопротивляться образованию остаточных деформаций. Особое значение это имеет для таких деталей, как корпуса, валы, оси, опоры. Жесткость деталей зависит от свойств материала, размеров и формы деталей, поэтому при конструкции многие детали машин подвергаются расчетам на жесткость и специальным испытаниям опытных образцов.

Деталям должна быть придана достаточная износостойкость. Это требование выполняется применением специальных материалов и различ­ными способами поверхностного упрочнения.

Детали должны быть как можно более простыми по форме и экономичными в изготовлении. Это требование может быть выполнено при условии тесного содружества конструкторов и технологов, обеспечивающего применение наиболее рациональных конструкций, прогрессивной технологии, более дешевых материалов и т.д.

Одним из существенных критериев оценки конструкций изделия является его технологичность и экономичность.

Существуют следующие виды технологичности конст­рукций: производственная; эксплуатационная; технического обслужива­ния; ремонтная и др.

Производительность машины — это объем работ, производимых ею в единицу времени.

Экономическая эффективностьхарактеризует народно-хозяйствен­ные результаты и целесообразность производства машин и их примене­ния. Она измеряется отношением получаемого эффекта (в виде роста объема выпускаемой продукции или работ, снижением их себестоимости, роста прибыли) к затратам на создание и внедрение машины.

Большой экономический эффект дают унификация, стандартизация деталей и сборочных единиц, модифицирование, агрегатирование и универсализация машин.

Унификация состоит в многократном применении в конструкции одних итех же элементов, что способствует сокращению номенклатуры деталей и уменьшению стоимости изготовления, упрощению эксплуата­ции и ремонта машин.

Стандартизация — есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей и сборочных единиц. Стандартизация ускоряет конструирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин.

Модифицированием называют переделку машины с целью приспо­собить ее к иным условиям работы, операциям и видам продукции без изменения основной конструкции

Агрегатирование — метод конструирования машин на основе применения унифицированных и стандартных составных частей. Агрегатирование сокращает трудоемкость конструирования и изготовления машин, упрощает их эксплуатацию.

Универсализация характеризуется расширением функций машин, увеличением диапазона выполняемых ими операций, расширением номенклатуры обрабатываемых деталей.

Технологичнойназывается конструкция машины, которая обеспечивает заданные эксплуатационные качества и позволяет при данной серийности изготовлять ее с наименьшими затратами труда и материалов. Технологичность конструкции тесно связана с серийностью, обеспечивающей ее соответствие масштабу выпуска и условиям производства. В значительной степени технологичность конструкции обеспечивается широким внедрением стандартизации, нормализации и унификации, использованием полуфабрикатов и рекомендуемых материалов, а также типизацией технологических процессов. Основные условия обеспечения технологичности связаны со способами получения заготовки, механической обработки и с точностью изготовления деталей и сборки.

Литые детали должны обеспечивать легкость формовки, сочетание толщин стенок, плавные закругления, литейные уклоны, правильное расположение ребер, удобство для базирования и механической обработки. Детали, получаемые ковкой, штамповкой, прокаткой, не должны иметь острых внутренних углов, резких перепадов толщин стенок, обеспечивать хорошее «растекание» металла в штампе и уклоны, обеспечивающие удаление детали из штампа.

Методом литья получают детали практически неограниченной сложности, а посредством штамповки изготовляют детали сравнительно простой конфигурации, но с применением сварки из штампованных элементов выполняют изделия весьма сложной формы.

Таким образом, под технологичностью конструкций и их деталей подразумевается придание им соответствующих конструктивных форм и применение для их изготовления таких материалов и приемов, которые обеспечивают наименьшие в требуемых пределах массу и размеры конструкции, минимальный расход материалов, наибольшую простоту и экономичность производства.

Технико-экономические расчеты наряду с техническими величинами учитывают также и экономические категории — затраты материалов, энергии, труда и других средств. Особый интерес представляет выполнение таких расчетов на первых этапах конструирова­ния, особенностью которых является многовариантность. Сущность технико-экономического подхода при конструировании заключается в поисках наиболее рациональной конструкции машины с учетом совокупности всех особенностей производства и эксплуатации. Экономический эффект возрастает пропорционально увеличению долговечности машины, а также за счет снижения стоимости затрат рабочей силы при эксплуатации и повышения производительности машины.

Экономическое обоснование выбора варианта конструкции связано с оценкой материалоемкости, трудоемкости и себестоимости изготов­ления машины. При оценке различных вариантов конструкции исполь­зуют удельные показатели, представляющие собой отношение массы изделия к наиболее характерному для него параметру (мощности, вращающему моменту, производительности, грузоподъемности).

Общая трудоемкость — нормированная сумма затрат труда (в единицах времени) на изготовление деталей, сборочных единиц и машины в целом — в наибольшей степени определяет себестоимость проектируемого изделия.

Расчет себестоимости машины по стоимости единицы массы основан на принципе подобия. Однако чаще и более строго принцип подобия выдерживается не для машины в целом, а для отдельных агрегатов и деталей. В себестоимости современных машин большую часть состав­ляют комплектующие изделия. Экономический эффект унификации выражается в сокращении количества технической документации и технической оснастки.

Выбирая материал для деталей конструируемой машины наряду с другими соображениями следует учитывать трудности, вызываемые большой номенклатурой используемых материалов и по возможности сокращать ее, учитывая, что на себестоимость детали оказывает способ ее изготовления. Сравнительный анализ показывает, что детали простой формы из проката дороже деталей из ст.3 в 2–5 раз, литые и кованые — в 5–10 раз; обработка на строгальных и долбежных станках дороже токарной в 2–5 раз, а на револьверных и автоматических станках дешевле в 2–10 раз.

Таким образом, экономические аспекты в процессе конструирования проявляются при выборе материала, термообработки, упрочняющей технологии, способа изготовления.

Постоянное стремление к увеличению ресурса машин является важнейшей задачей создателей машин, наиболее эффективным результатом работы в деле повышения качества и экономической эффективности их труда.

Основным содержанием проектированияявляется материализация, «овеществление» научно-технических идей и знаний, использование их при создании нового технического объекта, обладающего наилучшими или заранее обусловленными параметрами, свойствами и технико-экономическими показателями. Качественно новый технический объект обязательно включает новое техническое решение, но не исчерпывается им. Создание нового объекта — это, прежде всего, результат органического синтеза нового технического решения и элементов прежних решений в целом.

Вопросы для самоконтроля

1 Назовите общие требования к машинам, сборочным единицам и деталям.

2 В чем суть понятия «экономическая эффективность»?

3 Какие решения обеспечивает технологичность конструкции?

4 Как влияет выбор материала и способ получения заготовки на экономичность машины?