Общие принципы конструирования и основные критерии работоспособности.

 

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ И СТАДИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ

· Основной задачей проектирования и конструирования ма­ шин является разработка конструкторской документации, необ­ ходимой для изготовления, монтажа и эксплуатации создавае­ мой машины. Виды конструкторских документов на изделия всех отраслей промышленности (чертежи, схемы, расчеты, поясни­ тельные записки, технические условия и т.д.) определены в стан­ дартах Единой системы конструкторской документации - ЕСКД. Под проектированием понимают обш,ий процесс создания технического объекта, включаюш,ий разработку обш,их схем изделия и всю совокупность расчетов, графических материалов, обоснований и пояснений к ним. Проектирование представляет собой процесс решения многовариантной и - в соответствии с многочисленными и разнообразными требованиями - много­ критериальной задачи. Конструированием называют творческий процесс создания изделия в чертежах на основе технических расчетов, установ­ ленных норм и правил с учетом конструкторского, технологиче­ ского и эксплуатационного опыта. Комплекс технической доку­ ментации, разработанный в результате проектирования и кон­ струирования, называется проектом. При разработке проекта изделия необходимо в первую очередь максимально удовлетворять требования заказчика, из­ ложенные в техническом задании и определяюш,ие назначение, технические и экономические характеристики объекта, уровень надежности, ресурс и др. При этом следует стремиться к тому, чтобы технические характеристики были на уровне мировых достижений и имели резерв развития. При принятии решений необходимо помнить и руководствоваться основными обш,ими принципами конструирования [5,6], обеспечивая: - выбор наиболее рациональной схемы конструкции и её элементов, реализуюш,ей высокие скорости и производитель­ ность, низкую стоимость идр.; 16 - условие равнопрочности всех элементов конструкции, т.к. нет необходимости конструировать отдельные элементы маши­ ны с излишними запасами несуш,ей способности, которые не могут быть реализованы в связи с выходом из строя других эле­ ментов; - снижение материалоемкости, что выполняется при созда­ нии компактных конструкций и изготовлении деталей из мате- прочности, р - удельная масса; - применение в обоснованных случаях новых материалов - пластмасс, композиционных и порошковых материалов идр.; - применение упрочняюш,ей технологии и узловой сборки; - малое энергопотребление, что достигается при минималь­ ных потерях на трение в узлах машин и высоком КПД; - обоснованное назначение точности и шероховатости дета­ лей и обеспечение их взаимозаменяемости; использование стандартизации и унификации деталей и их элементов; - исключение попадания грязи, пыли и влаги на подвижные детали изделий и вовнутрь конструкций; - включение элементов (смотровых лючков, регулировочных устройств и т.п.) для технического обслуживания, контроля и ремонта; - создание безопасности и комфорта оператору или исклю­ чение его присутствия (автоматизированный процесс), устране­ ние вредного воздействия на человека и окружаюш,ую среду; - учет производственно-технологических требований (на­ пример, при конструировании деталей необходимо стремиться к тому, чтобы форма и размеры готовой детали приближались к форме и размерам заготовки, что сокраш,ает объем механиче­ ской обработки на станках и т.п.). ЕСКД устанавливает следуюш,ие стадии разработки конст­ рукторской документации: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и рабочий проект. риала с высокой удельной прочностью предел 17 Техническое задание - определяет основное назначение, технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, выполнение необходимых ста­ дий разработки конструкторской документации и её состав, а также специальные требования к изделию. Техническое предложение - включает совокупность конст­ рукторских документов, в которых приводятся технические и технико-экономические обоснования целесообразности разра­ ботки документации изделия по результатам анализа техниче­ ского задания. Приводятся различные варианты возможных ре­ шений изделий и сравнительная оценка этих решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей, а также па­ тентных материалов. Техническое предложение является осно­ ванием для разработки эскизного или технического проекта. Эскизный проект - совокупность конструкторских докумен­ тов, которые должны содержать принципиальные конструктив­ ные решения, даюш,ие обш,ее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяюш,ие на­ значение, основные параметры и габаритные размеры разраба­ тываемого изделия. Эскизный проект является основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации. Технический проект - совокупность конструкторских доку­ ментов, которые должны содержать окончательные техниче­ ские решения, даюш,ие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации. Технический проект служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации. Рабочий проект - представляет собой комплекс рабочей конструкторской документации, включаюш,ей обш,ие виды, ра­ бочие чертежи деталей, спецификации и другие документы, достаточные для изготовления, контроля, приемки и эксплуата­

КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

При конструировании работоспособность деталей обеспе­ чивают выбором соответствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по одному или нескольким критериям (прочность, жесткость, устойчивость, из­ носостойкость и виброустойчивость), которые отражают физи­ ческие явления при работе (характер разрушения или вид отка­ за). Выбор того или иного критерия для данной детали зависит от её функционального назначения и условий работы. Напри­ мер, для крепежных винтов главным критерием является проч­ ность, а для ходовых винтов - износостойкость, жесткость и прочность, для валов - прочность и жесткость. 3.1. Прочность Прочность - способность детали сопротивляться разруше­ нию или возникновению недопустимых остаточных деформа­ ций при воздействии внешних нагрузок. Прочность является главным критерием работоспособно­ сти для деталей машин. Поломка детали может привести к вы­ ходу из строя всей машины или даже к аварии. Разрушение де­ тали происходит либо вследствие потери статической прочно­ сти, либо в связи с потерей сопротивления усталости. Потеря статической прочности обычно связана со случай­ ными перегрузками, неучтенными при расчете, или со скрыты­ ми дефектами детали (раковины, треш,ины и т.п.), не обнару­ женными при изготовлении. Усталостные поломки вызываются длительным воздействием переменных напряжений, величина которых превышает характеристики усталостной прочности ма­ териала детали, например, предел выносливости cr_j. 19 Кроме указанных поломок деталей зачастую имеет место местное разрушение их поверхностей от воздействия контакт­ ных напряжений — так называемое явление выкрашивания по­ верхностного слоя или питтинг (например, на дорожках качения подшипников, на рабочих поверхностях зубьев колес и т.п.). Задача обеспечения необходимой прочности состоит в том, чтобы по действуюш,им нагрузкам и условиям эксплуатации определить материал, размеры, форму и технологию изготов­ ления детали, исключаюш,ие возможность возникновения преждевременных разрушений или появления недопустимых остаточных деформаций. Все расчеты на прочность производят обычно в 2 этапа: проектировочный расчет, выполняемый по номинальным (т.е. без учета эффекта концентрации и др.) эксплуатационным на­ пряжениям в качестве предварительного для получения основ­ ных размеров, необходимых при конструировании, и провероч­ ный расчет, целью которого является определение действую- ш,их (фактических) запасов прочности детали в опасных сечениях. Данный вид расчета учитывает в явной форме все ос­ новные факторы, влияюш,ие на прочность: концентрацию на­ пряжений, отличие размеров деталей от опытных образцов, ка­ чество поверхностей, наличие упрочнений и др., а поэтому он более точен. При проектировочном расчете оценку прочности детали проводят путем сравнения расчетных (номинальных) напряже­ ний О" и г с допускаемыми [сг]и [г]: сг