26978-1 (Основы конструирования), страница 4

Знание методов оптимизации , опыт работы , способность творчески мыслить позволяют конструктору избежать недостатков и ошибок в конструкции объекта .

Основные параметры .

При конструировании оптимизацию целесообразно выполнять по следующим (основным) параметрам ,–

1. Оптимизация нагружения – самый главный параметр, который определяет конструкцию объекта : равнопрочность, оптимальное использование материала, надёжность и т.д.

2. Оптимизация материала зависит от конструкции объекта. Применяемый материал может быть различным, но его выбирают по необходимым механико-физическим свойствам, технологичности, стоимости, доступности и т.д.

3. Оптимизация надежности включает в себя показатели качества, коэффициент безопасности, точности и т.д.

4. Оптимизация отношений взаимосвязанных величин заключается в оценке следующих характеристик объекта : геометрические размеры (характеристики) , кинематические и динамические свойства, масса, упругие свойства и отношения между ними.

Анализ конструкций на технологичность

• выполняется при разработке технического (технорабочего) проекта объекта

• после разработки окончательных технических решений

• для оценки объекта по технологическим параметрам и отработки его на технологичность.

Чтобы улучшить технологичность изделий (для снижения себестоимости) выполняется технологический контроль конструкторской документации по ГОСТ 2.121–73.

Основной субъект, разрабатывающий конструкторскую документацию – чертежи, схемы, текстовые документы и др. – конструктор. Он определяет “лицо” сконструированного объекта : содержание конструкторской документации (КД) и все отраженные в них технические решения (ТР). За это он несет ответственность, оговоренную в Должностной инструкции, в соответствии с действующим законодательством.

Исходя из этого, в производственной практике наблюдается некоторая переоценка (мягко выражаясь) роли конструктора в создании конструкции объекта.

При этом сложилось антагонистические отношения между конструкторами и технологами: технолог “противник” конструктора, следовательно “ретроград”, тормозящий технический прогресс.

Эта недооценка роли технолога в конструировании объектов не приносила бы вреда, если бы конструктор владел всем объёмом технологических знаний и опыта.

Но – “нельзя объять необъятное”,–поэтому конструкторская документация (КД) – должна быть творчеством не одного исполнителя, а быть результатом совместной плодотворной работы разных специалистов.

И первое, ведущее место в этом процессе занимают технологи.

Качество КД и её технический уровень определяются тем, насколько тесным и плодотворным было это сотрудничество.

Технолог должен совместно с конструктором разрабатывать конструкцию объекта на всех стадиях разработки.

Это реализуется в отработке изделия на технологичность:

? Какие недостатки имеют эти технические решения с точки зрения технологичности

нетехнологично

технологично

Технологичность конструкции и её виды.

(Основные определения).

В соответствии с ГОСТ 22851–77 “Показатели качества продукции” установлено 8 видов показателей качества, в т.ч. – показатели технологичности (назначения, надежности, …).

Главный критерий технологичности конструкции – её экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта. Критерий д/сопоставления вариантов и оптимизации.

Единые термины и определения в области технологичности конструкций устанавливает ГОСТ 18831–73 “Технологичность конструкции. Термины и определения”.

Стандартное определение технологичности конструкций сформулировано, исходя из принципа сокращения материальных и трудовых затрат во всех сферах проявления свойств конструкции объекта, и звучит так :

“Технологичность – совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, средств, материалов и времени при, —

• технологической ПП,

• изготовлении,

• эксплуатации и ремонте,

по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества в принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта”.

Отработка конструкции изделия на технологичность – комплекс мероприятий по обеспечению необходимого уровня технологичности конструкции изделия по установленным показателям.

Основная задача отработки – придание изделию комплекса свойств, устанавливаемым понятием (термином) технологичность.

Для решения этой задачи изделие необходимо рассматривать как объект разработки (по стадиям разработки) на всех стадиях жизненного цикла.

Так как технологичность изделий проявляется в процессе их производства и эксплуатации, таким образом , основными видами технологичности конструкции изделий являются (по области проявления) , —

• производственная технологичность (конструкторская и технологическая подготовка производства)

• эксплуатационная технологичность (т.о. и ремонт)

По характеризуемым свойствам, —

• технологическая рациональность конструкции (по виду затрат)

• конструктивно-технологическая преемственность (по форме проявления).

Основные требования и рекомендуемые решения при отработке конструкции на технологичность.

1. Обеспечение расчленения объекта на сборочные единицы. Сборочные единицы минимальное число деталей обеспе–чивает выполнение функций;

— возможность независимой параллельной сборки;

— принцип агрегатирования.

1. Обеспечение унификации и стандартизации элементов конструкции (сокращение номенклатуры деталей, ГИЗы).

2. Обеспечение рациональных сборочных баз (принцип единства баз).

3. Обеспечение рационального процесса сборки : ПВЗ НВЗ ГрВЗ (селект-сборка) регулировка компенсаторами пригонка.

4. Обеспечение удобства сборки (механизация и автоматизация; общая сборка без промежуточных разборок; доступ к местам регулирования и контроля; легкосъёмность быстроизнашивающихся деталей; >20 кг. – устройства д/ГПМ).

5. Обеспечение рациональных соединений составных частей (минимальное число соединений).

6. Обеспечение применения типовых технологических процессов: обработки, сборки, контроля и испытаний.

В комплексе технологичность рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, заложенных в конструкторской документации при разработке :

Рациональная конструкция расчетной технологичности

Подробно процесс ОКИТ рассмотрен в “Методика отработки конструкций изделий на технологичность и оценки уровня технологичности изделий МС и ПС”. М : Издательство стандартов. 1976 г., 55 стр. ОСТ СТП.

На предыдущей лекции мы сказали :

если рассматривать технологичность объекта в комплексе, то она определяется совокупностью свойств конструкции объекта, заложенных в КД при разработке.

При этом для создания рациональной технологии изготовления (и сборки) необходима рациональная конструкция.

Рациональность конструкции во многом определяется такими показателями технологичности как, —

— масса (вес) изделия;

— удельная материалоемкость изделия.

В машиностроении уменьшение массы изделий позволяет снижать расход материалов (в основном металлических) и, соответственно, стоимость изготовления.

Здесь следует отметить : снижение массы изделий не является (и безусловно не должно быть) самоцелью. Снижение массы должно обеспечиваться без ущерба прочности, жесткости и надежности (долговечности) объекта.

Поэтому , учитывая ещё и достаточно малую долю стоимости материалов в общей стоимости объекта , в общем машиностроении нашей страны сохраняется тенденция (порой неоправданно): лучше иметь несколько более тяжелую машину, но надёжную и долговечную.

Сравнительные качества объектов одного назначения оценивают показателем удельная масса, равным

Этот показатель учитывает степень конструктивного совершенства объекта , а также – применение лёгких сплавов и неметаллических (К) материалов.

Например , качество конструкции металлорежущих станков оценивают показателем g = G / Nд , где G – масса, кг ; Nд – номинальная мощность приводного двигателя.

П. И. Орлов утверждает, что в этом случае, этот показатель “невыразительный”, т.к. не учитывает степень использования Nд, а также производительности станка.

Понятие материалоемкость отличается от понятия масса – они неравнозначны.

Материалоёмкость лучше всего выражать объемом элементов, составляющих бьем.

Тогда удельная материалоемкость – показатель качества конструкции :

, где – суммарные массы элементов, изготовленных из материалов с плотностью .

–коэффициент использования объема.

Снижение массы и материалоёмкости объекта обеспечивается рациональной конструкцией элементов объекта, которая основана на следующих принципах, –

• рациональная форма сечения для каждого вида нагрузки – принцип равного напряжения сечения ;

• уменьшение концентрации нагрузки : обеспечение равномерного распределения напряжений в поперечных сечениях – принцип равнопрочности ;

• обеспечение рационального баланса жесткости – принцип относительной жесткости (т.к. равнопрочные детали при прочих равных условиях имеют меньшую жесткость) ;

• устранение СНС : 2–3 вида нагружения ; поперечный изгиб чистый изгиб кручение срез растяжение (сжатие) – принцип рационального нагружения. (Силовая схема) . А. Н. Т. : “Силу надо “ловить” там где она возникает”

• уменьшение неравномерности напряжений путём удаления материала из малонапряженных участков – принцип обсечения (снижаются инерционные нагрузки) ;

• применение рациональных конструктивных схем : минимальное число звеньев, компактность, многопоточные схемы ;

• уточнение расчетных напряжений (повышение за счет, например, экспериментального измерения и натуральных испытаний) ;

• выбор соответствующего материала (замена металлов ПКМ) , применение технологических методов упрочнения материалов.

Выгодность материалов по массе можно оценить с помощью удельных показателей ,например, Lp = в (для растяжения-сжатия), которая наглядно интерпретируется, т.н. “разрывной длиной” – длина свободно подвешенного стержня (км) , при которой материал разрушится от действия массовых сил.

А=

Следует отметить, что выбор материала определяется не только его массово-прочностными характеристиками , но и другими немаловажными факторами, —

• назначением и условиями работы детали ;

• физико-механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами материала ;

• стоимостью (!) .

Вывод : наибольшей универсальностью обладают стали, свойства которых определяются в широких пределах легированием, термической, химико-термической и термомеханической обработкой.

Стали ещё долго будут основным материалом для изготовления нагруженных деталей.

Почти такими же свойствами обладают титановые сплавы (кроме обрабатываемости).