Конструктивні параметри технічних об’єктів

Звичайний користувач експлуатує ТО в певний мірі як „чорний ящик”. Застосовуючи інструкції і власний досвід він визначає закономірності між натисканням на кнопки керування і регулювання (вхідними впливами) та виконуваними внутрішніми та зовнішніми функціями ТО (вихідними впливами). Користувач знає також, що ТО після певного часу експлуатації потребує технічного обслуговування (чищення, змащення, заміни елементів, що швидкозношуються), а також проведення планових та непланових (виконуваних за потребою) ремонтів, які, як правило, виконуються фахівцями–ремонтниками. В цьому випадку користувача не цікавлять внутрішні перетворення, технічні процеси та внутрішні функції, що реалізуються під час експлуатації ТО, - головним є надійне виконання останнім свого основного призначення.

Однак в той момент, коли користувач захоче самостійно виконати ремонт ТО або розібратись із принципом його дії і зніме, наприклад, кришку передньої бабки токарного верстата, - він побачить складові елементи ТО (вали, шестерні, пружини, болти, муфти), параметри яких, такі, як форма, габарити, точність виготовлення, шорсткість, марка матеріалу і є конструктивними параметрами ТО. До них відносяться також і структура ТО, яка разом із функціонуванням є одною з найважливіших його ознак (див. розд. 2.1), а також впливи між елементами. Перелічені конструктивні параметри називають також первинними або внутрішніми, оскільки вони визначають ряд вторинних (зовнішніх) конструктивних параметрів елементів та ТО в цілому, таких як міцність, жорсткість, пружність, електро- і теплопровідність, корозійна та хімічна стійкість, зносостійкість і т.д.

Розглянемо більш детально взаємозв’язок основних первинних конструктивних параметрів із вторинними параметрами ТО, а також із параметрами інших категорій класифікації.

Структура. Як вказувалось вище, (див. розд. 2.1) функціонування ТО однозначно визначається його структурою. Нагадаємо, що структура системи (і ТО, в тому числі) – це упорядкована множина елементів та впливів між ними. Елементи ТО групуються за підсистемами. Поки ми знаходимось на найнижчому рівні ієрархії, ТО постає перед нами у вигляді множини деталей та вузлів, які є елементами підсистем більш високих рівнів. З точки зору механіки структуру машини можна описати як упорядковану сукупність пар елементів, об’єднаних у кінематичні ланцюги. ТО, таким чином, складається з кінематичних ланцюгів і ділиться на підсистеми (механізми, вузли, деталі), які у передбачених комбінаціях виконують внутрішні, і в тому числі, елементарні функції.

Реалізація заданої структури підсистем та елементів ТО являє собою важливу умову забезпечення необхідних величин параметрів ТО, що відносяться до інших категорій. Якщо, наприклад, в двох автомобілях одної марки і модифікації установлені однакові двигуни, але в першій машині двигун знаходиться попереду, а в другій – позаду, то відрізнятись будуть також і ходові характеристики обох зразків і ряд експлуатаційних параметрів (рівень шуму в салоні).

Впливи. Впливи між елементами ТО можуть мати матеріальний, енергетичний або інформаційний характер. Більш складні механічні, електромагнітні, теплові, оптичні, акустичні, хімічні впливи представляють собою комбінації трьох названих простих.

Для ряду ТО, наприклад, може бути суттєвим розділення впливів на однокоординатні (діють відносно одної координатної осі), дво- і три координатні.

В деяких ТО для збереження заданих робочих параметрів дуже важливим є зворотний зв’язок елементів, що також входить в множину його впливів.

Форма. Форму ТО можуть визначати:

- функція (переріз крила літака, різьби, фрези);

- ергономічні параметри (форма рукоятки інструмента, важеля, сидіння в автомобілі);

- естетичні параметри (форма корпуса праски, станини верстата);

- параметри зберігання та транспортування (простота та раціональність форми, наявність такелажних гаків, петель, отворів);

- технологічні параметри (форма, яка визначається технологічним способом виготовлення – різними видами лиття, кування, штампування, обробки різанням);

- економічні параметри (максимально проста форма, що може бути забезпечена з мінімальними витратами);

- міцність (наявність припливів, стовщень, фасок, галтелей, що забезпечують необхідну міцність);

- зносостійкість (реалізації легкої змінності елементів, що швидко зношуються – накладки на робочих поверхнях напрямних верстатів, шарніри, підшипники ковзання);

- марка матеріалу (застосування стандартизованих, нормалізованих або уніфікованих заготовок та напівфабрикатів з матеріалу певної марки).

Розміри. Розміри складових елементів і ТО в цілому пов’язані, практично, зі всіма іншими його параметрами:

- функцією (діаметр поршня і довжина штока гідроциліндра, діаметр шківа пасової передачі визначають їх функціональні параметри);

- експлуатаційними параметрами (забезпечення заданої надійності і довговічності ТО, шляхом вибору оптимальних розмірів для його елементів, збільшення або зменшення габаритів елементів з метою підвищення зручності технічного обслуговування і ремонту ТО);

- ергономічними параметрами (оптимальні відстані між кнопками та рукоятками на пульті керування);

- естетичними параметрами (естетично ідеальні співвідношення розмірів в різних площинах та перерізах – „золотий переріз”);

- параметрами зберігання та транспортування (габарити, що забезпечують можливість маніпуляцій та перевезень окремо або в комплекті з використанням стандартизованих, нормалізованих та уніфікованих підйомно-транспортних засобів і оснащення – упаковки, такелажу);

- технологічними параметрами (допустима товщина стінки відливки або поковки, оптимальний радіус згину);

- економічними параметрами (мінімізація габаритних розмірів з метою зменшення витрат матеріалу);

- точністю роботи ТО (посадочні діаметри підшипників, цапф, муфт, модуль та діаметр ділильного кола шестерень);

- жорсткістю (габарити станини верстата);

- зносостійкістю (величина припуску на знос поверхонь тертя, що впливає на розміри елементів ТО);

- маркою матеріалу (матеріал наявних на підприємстві заготовок та напівфабрикатів, певних розмірів).

Марка матеріалу. Вибір матеріалу, з якого виготовляються деталі машин, також залежить від ряду заданих параметрів ТО:

- функції (вибір певного матеріалу для забезпечення таких функціональних параметрів як тепло- або електроізоляція, хімічна або вібраційна стійкість);

- експлуатаційних параметрів (термін служби деталей та вузлів машин залежить від марки матеріалу, з якого вони виготовлені);

- ергономічних параметрів (виконання стінок кабіни оператора зі скла, м’які сидіння в автомобілі);

- естетичних параметрів (дерев’яні облицювання панелей пультів керування, латунні ручки, емальовані покриття);

- параметрів зберігання та транспортування (застосування покрить з антикорозійних матеріалів, виготовлення частини елементів з матеріалів стійких до ударів під час транспортування);

- технологічних параметрів (вибір марки матеріалу з міркувань обробки різанням або штампуванням);

- економічні параметри (вибір найбільш дешевих матеріалів, що відповідають іншим вимогам);

- міцності (широке використання високоміцних сталей в конструкціях, що працюють під значними навантаженнями, виготовлення лопаток турбін з жаростійких матеріалів);

- зносостійкості (установлення на ділянках, що піддаються прискореному зносу швидкозмінних пластин зі зносостійких матеріалів);

- твердості (використання твердих сплавів для виготовлення робочих частин інструментів);

- точності (вибір матеріалу, при обробці якого можливо досягнення заданої точності);

- корозійної стійкості (використання хромових, нікелевих, цинкових або пластикових покрить).

Шорсткість поверхні. Шорсткість поверхонь елементів ТО повинна відповідати:

- функції (шорсткість поверхонь напрямних верстатів і посадочних поверхонь підшипників);

- експлуатаційним параметрам (при зменшенні параметрів шорсткості поверхонь підвищується термін служби ТО);

- ергономічним параметрам (відсутність задирок на зовнішніх поверхнях машини, нанесення рифлень на поверхні рукояток інструмента для підвищення зручності та продуктивності роботи);

- естетичним параметрам (гладкі поверхні мають більш привабливий зовнішній вигляд);

- економічним параметрам (зменшення кількості і площі оброблюваних поверхонь);

- міцності (елементи з більш гладкими поверхнями мають підвищену міцність);

- корозійній стійкості (поверхні з малими параметрами шорсткості більш стійкі до корозії);

- зносостійкості (поверхні з меншою шорсткістю є більш зносостійкими);

Точність. Точність виготовлення деталей та складання вузлів машин впливає на ряд найважливіших параметрів:

- функцію (допуск на виготовлення елементів підшипника, дотримання якого забезпечує виконання ТО заданої функції);

- експлуатаційні параметри (дотримання заданої точності стандартизованих, нормалізованих або уніфікованих елементів забезпечує можливість їх заміни);

- ергономічні параметри (виготовлення деталей з більшими допусками на розміри приводить до підвищення рівнів шуму та вібрацій при роботі машини);

- технологічні параметри (задана точність елементів ТО визначає потрібне число переходів механічної обробки при їх виготовленні, а також вибір методу забезпечення точності замикаючої ланки в розмірних ланцюгах);

- зносостійкість (підвищені допуски на розміри приводять до прискореного зносу елементів ТО);

- спосіб виготовлення (задана точність впливає на вибір способу виготовлення деталей машин);

- розміри (існує залежність між розмірами і допусками на них при тому ж самому квалітеті).

Спосіб виготовлення. Технологічний спосіб виготовлення елементів ТО пов’язаний із рядом інших параметрів:

- міцністю (деталі отримані куванням, в ряді випадків є міцнішими ніж аналогічні деталі, виготовлені різанням);

- твердістю (введення в технологічний процес виготовлення елемента ТО операції термообробки дозволяє підвищити його параметри міцності та зносостійкості);

- формою (конфігурація деталі впливає на вибір способу її виготовлення – литтям, куванням, штампуванням, різанням);

- маркою матеріалу (виготовлення деталей з деяких матеріалів можливо тільки одним способом);

- шорсткістю поверхні (вибір способу виготовлення залежить від заданої допустимої шорсткості поверхонь елементів ТО);

- розмірами (габарити деталі визначають технологічний спосіб її виготовлення).