Конструювання машин
Виконав студент групи М-118 Кухтарьова А.Ю.
Запорізький національний технічний університет
З історії технічної еволюції знаємо, що освоєння деяких субстанцій призводило до стрибків у розвитку техніки, т. е. до технічних революцій. Справді, щоразу, коли техніка опановувала речовиною, енергією чи інформацією новому рівні, відбувалося стрибкоподібне збільшення її ефективності - з'являлася можливість перекласти машини ті види діяльності, якими раніше змушений був займатися людина
Конструювання машин - творчий процес із властивими йому закономірностями побудови та розвитку. Основні особливості цього процесу полягають у багатоваріантності рішення, необхідності узгодження прийнятих рішень із загальними та специфічними вимогами до конструкцій, а також з вимогами відповідних ГОСТів, що регламентують терміни, визначення, умовні позначення, систему вимірювань, методи розрахунку тощо.
Деталі, вузли, машини виготовляють за кресленнями, виконаними на основі проектів - сукупності розрахунків, графічних матеріалів та пояснень до них, призначених для обґрунтування та визначення параметрів конструкції (кінематичних, динамічних, геометричних та ін), її продуктивності, економічної ефективності. Для особливо відповідальних конструкцій проект доповнюють макетом або моделлю, що діє.
Стадії розробки конструкторської документації та етапи робіт встановлені ГОСТ 2.103-68. Він узагальнює досвід, накопичений у передових країнах із проектування машин, приладів та апаратів.
Враховуючи характер формулювання завдання та точку входу в робочий план, ми можемо виділити такі різновиди конструювання.
Перша стадія -розробка технічного завдання - документа, що містить найменування, основне призначення, технічні вимоги, показники якості, економічні показники та спеціальні вимоги замовника до виробу.
Технічне завдання розробляють на основі вимог замовника з урахуванням досягнень та технічного рівня вітчизняних та зарубіжних конструкцій, патентного пошуку, а також результатів науково-дослідних робіт та наукового прогнозу.
Друга стадія — розробка технічної пропозиції — сукупності конструкторських документів, що обґрунтовують технічну та техніко-економічну доцільність розробки виробу на основі пропозицій у технічному завданні, розгляду варіантів можливих рішень з урахуванням досягнень науки та техніки в країні та за кордоном, патентних матеріалів, можливостей машинобудівних заводів галузі та суміжних галузей. Технічна пропозиція затверджується замовником та генеральним підрядником.
Третя стадія — розробка ескізного проекту — сукупності конструкторських документів, що містять принципові конструкторські рішення та розробки загальних видів креслень, що дають уявлення про пристрій виробу, що розробляється, принцип його дії, габарити і основні параметри. Сюди входить пояснювальна записка із необхідними розрахунками.
Четверта стадія - розробка технічного проекту - сукупності конструкторських документів, що містять остаточне рішення та дають повне уявлення про влаштування виробу. Креслення проекту складаються із загальних видів та складальних креслень вузлів, отриманих з урахуванням досягнень науки та техніки на рівні роботи вузлів. На цій стадії розглядаються питання надійності вузлів, відповідність вимогам техніки безпеки, умовам зберігання та транспортування тощо.
П'ята стадія — розробка робочої документації — сукупності документів, що містять креслення загальних видів, вузлів та деталей, оформлених так, щоб за ними можна було виготовляти вироби та контролювати їх виробництво та експлуатацію. На цій стадії розробляються конструкції деталей, оптимальні за показниками надійності, технологічності та економічності.
Підрозділ процесу конструювання на різні фази та етапи істотно полегшував роботу на окремих етапах, але при цьому виявляє чітко видимі розриви, подолання яких вимагає використання більш-менш довільних зіставлень. Сукупність цих зіставлень, крім можливості освіти варіантів, створює також уявний простір об'єктів конструювання, яким проходить багато шляхів, які ведуть різних рішень однієї й тієї завдання. Можна, звичайно, намагатися: діяти в цьому просторі, керуючись правилами (алгоритмами), що механічно виконуються, проте набагато корисніше тут добірки випробуваних рішень для окремих приватних функцій, наприклад конструкторські каталоги.
Вимоги до конструкторських каталогів
Щоб конструкторські каталоги були вільні від довільності, характерної для неформальних добірок рішень, мали широкий спектр застосування, а також поєднувалися з новими методами конструювання, вони повинні відповідати таким вимогам:
забезпечувати швидку вибірку інформації у зручній формі та задовольняти запити широкого кола користувачів;
добре вписуватись у процес конструювання;
не містити суперечностей як усередині одного каталогу, так і між різними каталогами;
узгоджуватися з положеннями та процедурами методичного конструювання;
мати максимальну повноту ввідповідної галузі;
забезпечувати можливість розширення та зміни змісту при незмінних принципах організації матеріалу та містити відомості про ці принципи.
І корисність таких каталогів, і трудомісткість їхнього складання цілком очевидні. Так, прагнення максимальної повноти вимагає особливо бездоганної, верифицируемой термінологічної структури класифікаційних принципів.
Як добірки рішень, і конструкторські каталоги можна з великою користю застосовувати при конструюванні - часто акумулюють відомості з багатьох, зокрема малодоступних, джерел інформації, сприяють раціоналізації конструювання і, нарешті, часто спонукають конструктора до пошуку нетривіальних рішень. Крім того, вони полегшують синтез конструкцій, який, no-суттєво, є не що інше, як складання загального рішення з малої кількості оригінальних і великої кількості відомих приватних рішень. Чим елементарніший рівень цих рішень, тим швидше вони виявляться вже відомими в техніці, і тим менше їх ймовірне загальне число. Тим самим з'являється можливість зібрати елементарні рішення, що постійно зустрічаються, щоб однаково і максимально повно описати їх у добре доступній формі в каталозі. Кожне з цих елементарних рішень представлятиме ціле сімейство споріднених варіантів, подібно до того, як вихідний профіль рейки представляє всі зубчасті колеса з числом зубів від -∞ до +∞
Елементарні рішення, у нашому сенсі, - це не що інше, як різні варіанти реалізації основних переходів - від функціонального положення до ідеальних функцій, від ідеальних функцій - до ефектів, від ефектів - до структурних елементів - носіїв ефектів, від структурних елементів - до контурних (геометричним) елементам (тобто деталям чи групам деталей), і, нарешті,від деталей - до певних способів їх виготовлення
Широке використання ЕОМ на всіх стадіях проектування необхідно, щоб позбавити конструктора виконання трудомістких розрахунків, багатофакторного аналізу і великого обсягу графічних робіт.
При конструюванні потрібно дбати про технічну естетику. Між поняттями краса в інженерному сенсі та раціональність конструкції є зв'язок.
Раціональні конструкції здаються гарними, і гарні конструкції виявляються раціональними.
Розрахунки деталей машин під час конструювання. Для попереднього визначення розмірів деталей застосовують спрощені умовні розрахунки, наприклад, за номінальними напругами, що дозволяють у зручній формі узагальнювати досвід конструювання. Ці ж розрахунки застосовують як основні для маловідповідальних деталей.
В якості остаточних застосовують розрахунки за критеріями працездатності і надійності, що досить точно відображає фізичні явища, що виникають при роботі машини.
Загальна структура конструкторських каталогів
Зрозуміло, що застосовувати конструкторські каталоги набагато легше, якщо їхня структура однакова і відповідна термінологія точна. Особливо хороші в цьому відношенні "одномірні" та "двовимірні" каталоги. Угруповання змісту каталогу відповідає у разі одномірної, тоді як у другому - двовимірної класифікації.
Вибір матеріалу та термообробки деталей машин визначається конструктивними міркуваннями (забезпечення надійності), технологічними (одиничне, серійне, масове виробництво) та економічними.
Для виготовлення деталей машин широко застосовують сталі та чавуни, а також алюмінієві, магнієві, титанові та мідні сплави.
Для поліпшення властивостей (механічних, корозійних, теплових та ін.)сталей застосовують легуючі присадки (у дужках вказані буквені позначення присадок у марці сталі): вольфрам - (В)