Особенности последовательного развития машин

Последовательное развитие машин определяется эволюцией технологических способов производства и обычно сопровождается длительным совершенствованием существующих конструкций. Процесс совершенствования машин должен быть непрерывным, т.е. задолго до завершения работ над машинами одного поколения формулируются задачи, связанные с дальнейшим их развитием и обновлением, начинается разработка машин нового поколения.

Можно выделить ряд основных особенностей развития машин, которые наметились в последнее время и определяют особенности поиска новых решений.

При создании и обновлении конструкций машин для принятия решений часто используют разнообразные методы инженерного прогнозирования, которые позволяют определить динамику изменения параметров и характеристик изделий, ведущих составных частей и материалов.

Поиск технических решений, как правило, осуществляется на альтернативной основе, что позволяет не упустить рациональный вариант конструктивного исполнения.

На исходных этапах создания машины выделяют главные моменты, от которых во многом зависит успех разработки. (Для станков это метод формообразования, компоновка, схемы движений, силовая схема.)

Широкое распространение получают мехатронные устройства, современные приводы (в том числе линейные), элементы искусственного интеллекта: от распознавания образов (функция зрения) до управления речевыми сигналами, а также механизмы, построенные на новых физических принципах (магнитная подвеска, магнитострикционный привод и др.).

При обеспечении технологичности конструкций предполагается реализация безотходного производства (вопросы утилизации, повторного использования и т.п.).

Важнейшим направлением рационального конструирования признаются стандартизация конструктивных решений, которая предполагает повторяемость (узлов и деталей), вариантность как рациональное многообразие, взаимозаменяемость, обязательность применения. Методами стандартизации, в частности, являются: 1) симплификация - уменьшение до достаточного числа разновидностей; 2) унификация - объединение нескольких деталей или узлов в один; 3) типизация - разработка типовых конструкций для разных моделей на основе аналогичного функционального назначения и одинаковых технических характеристик; 4) агрегатно-модульный принцип проектирования, предполагающий возможность компоновки машины из стандартных модулей, агрегатов, узлов, сборок (сроки и стоимость сокращаются в несколько раз).

Технологические возможности машин расширяют за счет установки дополнительных устройств и приспособлений, например: установка второй шпиндельной бабки на токарном станке для обработки заготовки с двух сторон; применение механизмов загрузки заготовок и инструмента. На стадии разработки концепции прорабатываются все возможные модификации машины.

Создание универсальных и многофункциональных конструкции расширяет технические возможности машины. Для станков это, например, возможность обработки заготовок с пяти сторон без переустановки.

Применение механизмов с более естественной схемой работы, обусловленной самой природой функционирования (самоуправляемость, адаптация к условиям эксплуатации и др.), обеспечивает их надежную работу.

Эффективному конструированию способствует использование достижений в смежных областях с учетом явлений в живой природе (процесс избирательного перекоса для повышения износостойкости и др.).

Обеспечение безопасности технических средств часто связано с повышением живучести, т.е. обеспечением возможности эксплуатации машины даже при наличии регламентированных дефектов, а также обеспечением ограниченной работоспособности при воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации. Особенно это важно для транспортных средств, эксплуатация которых связана с риском для здоровья и жизни человека.

Часто эволюционное развитие машин (постепенное совершенствование одной конструктивной схемы) на определенном этапе исчерпывает свои возможности, и в этом случае переходят на новые структуры. Примером могут служить станки с параллельной кинематикой типа «гексапод», которые строятся на новых принципах и обеспечивают скорости и ускорение подвижного элемента почти на порядок больше, чем традиционные станки.

Задача сокращения номенклатуры объектов производства решается гремя основными способами:

  1. созданием параметрических рядов машин с рационально выбранными интервалами между каждой из них;
  2. увеличением универсальности машин, т.е расширением круга выполняемых ими операций;
  3. внесением в конструкцию резервов развития и последовательным использованием их при модернизации.

Проведение модернизации и разработка модификаций изделия обеспечивают эффективное использование машин в течение длительного времени. Придание машине резервов развития позволяет систематически совершенствовать машину и поддерживать ее показатели на уровне возрастающих требований. Резервы, закладываемые в конструкцию, зависят от назначения машины. Для станков это жесткость и виброустойчивость, возможность повышения быстроходности, установки новых приводов, направляющих и др. Это не означает, что базовая модель должна быть переусложненной и переутяжеленной. Важно выделить узлы, являющиеся препятствием дальнейшего улучшения машины.

При создания размерных рядов машин сокращается номенклатура объектов производства, повышается серийность выпуска, расширяются возможности механизации и автоматизации производства и совершенствования технологических процессов.

Рационализация процесса конструирования на основе применения конструктивных рядов выгодна как для производителя, так и для потребителя:

Под конструктивным рядом понимают совокупность одноименных технических объектов (машин, приводов и др.), которая выполняет одинаковую задачу и перекрывает всю рассматриваемую область (например, диапазон диаметров обрабатываемых заготовок) выбранными ступенями ряда. Особенность построения машин по конструктивным рядам состоит в том, что весь ряд проектируется в соответствии с базовым проектом, а параметры и размеры элементов ряда назначаются по единым закономерностям.

При разработке размерных рядов используются два возможных вспомогательных средства: закон подобия и геометрические ряды нормальных чисел. Различают подобие геометрическое, временное, силовое, температурное и др.

Если обозначить, например, при геометрическом подобии L0 - размер базового образца, а L\ - размер следующего образца в размерном ряду, то геометрическое подобие можно выразить так:

Особенности последовательного развития машин

Рациональные ряды строятся в основном по принципу геометрической прогрессии, в которой каждый член ряда получается умножением предыдущего члена на постоянную величину <р (знаменатель ряда):

Особенности последовательного развития машин

Эти числа вместе с буквой R составляют обозначение ряда. Получают ряды R5, R10, R20, R40, для которых ф составляет соответственно 1,41, 1,25, 1,12, 1,06. При возведении членов геометрической прогрессии в любую степень получают новую прогрессию, но с иным знаменателем. Таким образом, если линейные размеры ряда деталей образуют геометрическую прогрессию, то значения сечений, объемов, масс, моментов сопротивлений и инерции сечений также образуют геометрические прогрессии, но с иными знаменателями. В отдельных случаях более рационально иметь разное значение знаменателя ф в ряду с учетом применяемости различных категорий машин и механизмов.

Смотрите также