Конструирование современных электромеханических систем

 

Конструирование современных электромеханических систем — ком­плексная научно-техническая и экономическая задача, при решении которой необходимо учитывать многолетний опыт изготовления и эксплу­атации подобных систем в России и за рубежом. Проектом какого-либо механизма, прибора или машины (в общем случае — изделия) принято называть совокупность технико-экономических расчетов, схем, чер­тежей и других конструкторских документов, которые содержат дан­ные об устройстве и принципе действия изделия, основных параметрах кинематики и динамики, надежности, эффективности и экономичности, а также указания по технологии изготовления, сборке и испытаниям.

Система проектирования предусматривает следующие стадии раз­работки проекта: техническое задание, техническое предложение, эс­кизный и технический проекты, разработку рабочей документации.

Техническое задание обычно составляется заказчиком с целью оп­ределить основное назначение разрабатываемого изделия, его технико-экономические характеристики и требования (скорость, производи­тельность, специфические особенности работы будущего изделия и др.). В техническом задании могут быть предусмотрены требования к техно­логии изготовления, автоматизации регулирования и управления, тех­нике безопасности, эстетике и эргономике. В задании намечается по­рядок проектирования и состав конструкторской документации.

Техническое предложение представляет собой совокупность конст­рукторских документов, содержащих технико-экономическое обосно­вание выбора варианта построения проектируемой системы. С этой целью разрабатывают несколько вариантов решения поставленной в техническом задании задачи, проводят их анализ и сравнительную оценку с учетом существующих подобных изделий, а также патентных материалов. Важный элемент этой стадии проектирования — выбор структурных схем передаточных механизмов, что определяет как основ­ные свойства, так и надежность проектируемой системы. Техническое предложение после согласования и утверждения является основанием для последующего проектирования. В эскизном проекте разрабатываются принципиальные конструк­торские решения принятого варианта, дающие общее представление об устройстве и принципе действия системы, а также производятся рас­четы основных параметров и размеров. В сложных и ответственных случаях разрабатываются макеты и модели отдельных узлов проекти­руемой системы для экспериментальной их проверки и отработки.

Технический проект — наиболее ответственная часть проектирова­ния, в которой даются окончательные технические и конструкторские решения. Графическая часть технического проекта состоит из черте­жей общего вида, сборочных и монтажных чертежей, схем и специфика­ций, которые служат основанием для разработки рабочей конструктор­ской документации. В необходимых случаях изготавливаются и испытываются макеты и модели отдельных узлов. Расчетно-пояснительная записка к проекту должна содержать необходимые расчеты по кинема­тике и динамике системы, расчеты на прочность, надежность и точ­ность взаимодействия деталей и узлов.

Рабочая документация включает все необходимое для изготовления и испытания опытного образца (или опытной партии) изделий, выпуска установочной серии или организации серийного производства. При проектировании простых механических систем, особенно в ограничен­ном числе экземпляров, стадии проектирования и документация могут совмещаться.

Все виды конструкторских документов — чертежи, схемы, расчетно-пояснительные записки, спецификации и др. — регламентируются ГОСТ 2.102...2.109—73, а правила учета и хранения проектной доку­ментации, дублирования, внесения в нее необходимых изменений — ГОСТ 2.501—68... 2.503—74. Качеству проектной документации уде­ляется большое внимание, так как от этого зависит качество самого из­делия, стоимость и сроки изготовления.

Выбор того или иного вида механизма зависит от конкретных усло­вий проектирования, а также от предъявляемых требований, к которым относятся: надежность и долговечность элементов механизма; просто­та конструкции, компактность; малое сопротивление движению, осо­бенно во время пуска; возможность получить наименьшую инерцион­ность, что обусловливает быстродействие механизма; бесшумность дей­ствия; технологичность и унификация изготовления деталей, возмож­ное сокращение их типоразмеров, а также снижение стоимости.

Сравнительная оценка соответствия отдельных видов передаточных механизмов этим требованиям в первом приближении может быть произведена с помощью табл.1. Из таблицы, например, следует, что при необходимости реализовать большое передаточное число с помощью наименьшего числа звеньев предпочтительнее применить червячную передачу. В других подобных случаях может быть применена планетар­ная зубчатая передача, которая позволяет реализовать передаточное число порядка 1000 и более.

 

 

 

Таблица

 

 

Важным условием создания механизмов, соответствующих совре­менному уровню техники, является соблюдение следующих основных принципов конструирования: технологичности, наиболее короткой ки­нематической цепи, компактности, статической определимости.

 

Таблица 1. Ориентировочные значения основных характеристик механических передач вращательного движения.

 

Понятие технологичности включает обеспечение минимальной трудоемкости изготовления и сборки, меньшей себестоимости и мате­риалоемкости и др. Увеличением технологичности деталей, узлов и конструкции в целом достигается существенное удешевление проекти­руемой системы. В ГОСТ 1831—73 предусмотрены следующие виды технологичности: производственная, эксплуатационная, при техничес­ком обслуживании и ремонте, технологичность заготовки, детали и сбо­рочной единицы.

 

При конструировании изделия учитывают все указан­ные аспекты технологичности.

Количественные показатели производ­ственной технологичности отдельной детали -трудоемкость изготов­ления и коэффициент использования материала

k_и=т_д-т_з, где т_д и т_з - соответственно массы готовой детали и заготовки. Чтобы повысить технологичность, иногда целесообразно расчленить труднообрабаты­ваемые сложные детали на ряд простых по конфигурации, соединяемых затем сваркой, запрессовкой и другими методами.

При прочих равных условиях конструкция тем точней, чем выше производственная технологичность. В качестве примера сравним техно­логичность вращательной кинематической пары и кулачкового ме­ханизма. Первую составляют две детали, которые прос­то и точно обрабатываются. Основная же деталь второго механизма ку­лачок - одна из наименее технологичных. Поэтому ошибка кулачковых механизмов на порядок выше ошибки рычажных.

Второй принцип конструирования - наиболее короткой кинема­тической цепи - требует минимизации количества кинематических пар и звеньев механизма. Например, механизм винт — гайка (рис.2, а) предпочтительней механизма на рис. 2, б, так как последний име­ет больше элементов и поэтому дает значительно большую ошибку.

Принцип компактности часто выражает эргономические требова­ния. Так, при проектировании цилиндрической зубчатой передачи о передаточным числом и = 15 целесообразно применять двухступенчатую передачу (например, и₁ =3 и и₂ = 5). Это позволяет уменьшить габа­риты по сравнению с одноступенчатой передачей почти в два раза. Но при такой конструкции нарушается принцип наиболее короткой кине­матической цепи. Окончательное решение всегда компромиссно.

 

 

Рис. 9. 2.

 

Принцип статической определимости требует наложения мини­мального числа связей, так как наличие избыточных связей приводит к возникновению пространственных дефор­маций и снижению точности системы.

Техническое совершенство машины или прибора определяется тех­нико-эксплуатационными параметрами (производительностью, энерго­емкостью, материалоемкостью и др.), надежностью, а также рядом технических и экономических факторов (унификация и стандартиза­ция, патентоспособность, эстетический и эргономический уровень и ряд других). Недостаточное внимание к этим требованиям неизбежно приводит к снижению качества и экономичности создаваемых изделий.

Стандартизация вусловиях социалистического хозяйства — одно из эффективных средств ускорения технического прогресса, повышения производительности труда и улучшения качества изделий. Каждая но­вая машина, прибор, в том числе и находящиеся па уровне изобрете­ния, должны иметь максимум стандартных и унифицированных эле­ментов, проверенных на практике и надежных в эксплуатации.

В приборостроении применяются государственные об­щесоюзные стандарты (ГОСТы), отраслевые стандарты и нормали, а так­же нормы предприятий.

В настоящее время в основном заканчивается пересмотр стандартов, с тем чтобы унифицировать их в. рамках СЭВ, а также отчасти и в общемировом масштабе.

Оценить уровень стандартизации изделия можно с помощью коэф­фициента:

(9.)

 

где --соответственно количество типов стандартных,

унифицированных, заимствованных и покупных деталей и узлов; ЕД — общее количество типов деталей и узлов в изделии. Уровень стандартизации изделия тем выше, чем ближе коэффициент К_ст к еди­нице.

В настоящее время все более возрастает значение патентоспособ­ности, под которой понимают признание изобретением данного прибора, машины или конструкции, их узлов и деталей. При проработке техни­ческого предложения и на дальнейших этапах проектирования^; произ­водится патентный поиск, который заключается в просмотре всех па­тентных материалов РФ и других высокоразвитых стран поданной тематике за период 30... 50 лет. Во время патентного поиска выявляются прогрессивные технические решения для возможного использования в проектируемом устройстве. Попутно рассматриваются вопросы о целе­сообразности закупки лицензий по зарубежным патентам. Патентные материалы помогают решить вопрос о том, является ли проектируемое изделие (или какие-либо его части) изобретением.

В том случае, когда проектируемое изделие предполагается экспор­тировать, наряду с патентоспособностью важное значение имеет па­тентная чистота. В патентно чистом изделии закладываются либо тех­нические решения, на которые не распространяется действие патентов на территории страны-импортера, либо на используемые зарубежные изобретения закупаются лицензии.

 

1.

2.

Компьютеров

Увеличение функциональных возможностей стандартных ПЭВМ – важная народнохозяйственная задача.

Чертеж

 

Рис. Схема рабочего места программиста: а) вид спереди; б) вид с боку.

 

 

.