Хорошев А.Н. - Основы системного проектирования технических объектов (1037544), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Заранее заложенная в конструкцию унификация упрощает последующее совершенствование таких изделий и их приспособление к новым условиям. Существуют следующие направления создания унифицированных конструкций:

• метод базового агрегата. Разнообразие получаемых изделий основывается на наличии у них общей, базовой части (агрегата) и дополнительных частей, создающих это разнообразие. Например, разные по виду салона модели легковых автомобилей могут обладать одним и тем же двигателем и шасси (это — базовый агрегат);

• компаундирование. Увеличение производительности изделия достигается параллельным присоединением и одновременной работой ряда однотипных изделий. Например, подключение дополнительных насосов, установка второго двигателя (а не увеличение мощности прежнего);

• модифицирование. Это — приспособление уже выпускаемого изделия к новым условиям без изменения в них наиболее дорогих и ответственных частей. Например, замена материала корпуса асинхронного двигателя на другой с целью обеспечения возможности эксплуатации его в новых климатических условиях;

• агрегатирование (принцип модульности). Новое изделие создается на основе комбинации уже имеющихся унифицированных агрегатов, которые обладают полной взаимозаменяемостью (совместимостью) по эксплуатационным показателям и присоединительным размерам.

Крупнейший менеджер в области автомобилестроения Ли Якокка писал: «Разработка нового автомобиля («Мустанга» фирмы «Форд») с нуля обошлась бы нам в 300–400 миллионов долларов (в ценах начала 60-х годов). Эту проблему можно было решить, используя компоненты, содержащиеся в уже выпускаемых автомобилях. Двигатели, трансмиссии и оси для «Фэлкона» уже существовали, и если бы нам удалось приспособить их, то не пришлось бы начинать с пустого места. В этом случае разработка обошлась бы нам всего в 75 миллионов долларов.

В конечном итоге пришли к выводу, что кузов и весь дизайн в целом должны быть полностью оригинальными. Можно было взять шасси и двигатель».

Преемственность — это продолжение использования в новом изделии элементов еще выпускающегося или уже выпускавшегося изделия с сохранением прежней технологии их производства. Преемственность значительно сокращает сроки и затраты на технологическую подготовку производства и проведение испытаний новой конструкции, повышает ее надежность (благодаря применению уже проверенных в эксплуатации частей). Она особенно эффективна при выпуске продукции, требующей специальной технологической подготовки, т.е. изготовления специального инструмента и приспособлений, наладки оборудования (это обычно связано с поточным производством). Преемственность позволяет постепенно, без больших затрат перейти на выпуск новой сложной продукции.

Степень преемственности характеризуется коэффициентом, равным отношению числа наименований используемых в изделии уже выпускающихся элементов, к общему числу наименований элементов. Коэффициент определяется по таблице составных частей, входящей в комплект чертежа общего вида. Для нового изделия обычно он составляет 0,7...0,9.

Разновидностью преемственности является использование готовых покупных элементов в разрабатываемом изделии. Это сильно снижает требования к необходимым производственным ресурсам (применяется при слабой производственной базе, для ускорения выпуска продукции на рынок, но усиливает зависимость от производителя этих элементов). Целесообразность применения готовых элементов подтверждается сравнением затрат на покупку нужных элементов с затратами на организацию их производства собственными силами.

4.5.2.2. Технологичность

Возможность изготовления изделия — обязательное условие реализуемости конструктивного решения. Технологичность же заключается в возможности выпуска изделия (изготовления и сборки с заданным уровнем качества) с наименьшими производственными затратами и в кратчайшие сроки. Технологичность закладывается в конструкцию при соответствующем назначении параметров деталей (материала, размеров и их отклонений, шероховатости и т.п.), форм и взаимного расположения поверхностей их элементов. Технологичность базируется на стандартизации, унификации и преемственности. Во многих случаях только возможности технологии (воплощающей в себе достижения науки и техники) позволяют достичь уникальных результатов и высоких потребительских свойств.

Ли Якокка писал: «Простота изготовления и сборки — это ключ к качеству. «Моя конструкция превосходна» — это утверждение мне приходилось неоднократно слышать на протяжении многих лет. А я при этом думаю: «Да, она замечательная, только я этого не смогу изготовить».

Технологичность — понятие относительное, на нее влияют место изготовления, серийность, доступное оборудование, привлекаемый персонал, развитость межхозяйственных связей и многое другое.

4.5.2.3. Транспортабельность

Транспортабельность — это свойство изделия, позволяющее с минимальными затратами перемещать его в пространстве (внутри производственных цехов, от производителя к продавцу и, далее, к потребителю). Сложности с транспортировкой возникают у изделий громоздких и тяжелых, чувствительных к перемещению (хрупких, высокоточных и т.п.).

Для тяжелых изделий предусматривают возможность такелажирования, т.е. наличия приспособлений для подъема и перемещения груза. При этом конструкция изделия должна быть прочной и жесткой, допускающей его подъем и перенос, а такелажные приспособления — не увеличивать размеры изделия и не ухудшать его вид. Транспортировка изделий, чувствительных к перемещению, требует применения специальных приспособлений и тары.

Размеры и формы изделия должны проектироваться, в том числе, под возможный способ его доставки на место назначения, что подразумевает:

• ориентацию на определенный вид транспорта;

• если габариты уменьшить нельзя, то конструкцию выполняют составной с последующей сборкой на месте эксплуатации посредством простых монтажных операций (принцип агрегатности) и с минимумом затрат на регулировку;

• обеспечение жесткости и виброустойчивости;

• введение специальных частей для стопорения изделия и осуществления погрузочноразгрузочных (такелажных) работ;

• защиту полостей и выступающих частей, предохранение от коррозии;

• создание соответствующей упаковки.

Ли Якокка писал: «Мы экономили деньги, где только могли. Когда мы начали проектировать автомобили серии «К», то сознательно ограничили длину 447 сантиметрами, чтобы как можно больше машин уместить на стандартной железнодорожной платформе».

4.5.2.4. Сохраняемость

Сохраняемость — это способность изделия не зависеть (быть защищенной) от неблагоприятных воздействий внешней среды (климатических, случайных или преднамеренных). Достигается нанесением покрытий или использованием упаковки (тары). Форма изделия должна обеспечивать минимальные габариты и простоту формы тары, возможность легкого удаления защитных покрытий, необходимую степень герметичности и использования объема внутри тары.

4.5.3. Эксплуатационные требования

4.5.3.1. Функциональные требования

Функциональные требования (показатели назначения) характеризуют наиболее важные свойства товара, способность использовать его по назначению. Эти требования можно разделить на следующие группы:

• требования производительности. Включают показатели необходимой мощности, грузоподъемности, развиваемой скорости и другие, которые характеризуют выполняемую функцию;

• требования эффективности. Характеризуют степень эффективности использования изделия по назначению, например, показатели энергетические (КПД, потери), кинематические (точность перемещения), силовые (стабильность нагрузки) и т.п.;

• конструктивные требования. Характеризуют достоинства выбранной конструкции, например, масса и габариты.

Функциональные требования обязательно должны присутствовать в ТЗ. Часто их приводят в виде относительных величин (например, удельный момент T/m редуктора, равный отношению крутящего момента на выходе редуктора к его массе).

4.5.3.2. Надежность

Надежность — это свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, которые характеризуют способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Степень надежности закладывается на этапах проектирования, изготовления и сборки.

С течением времени значения параметров изменяются. Если изменения некоторых параметров превышают допустимые пределы, то первоначально исправное изделие, состояние которого соответствовало всем требованиям проектной документации, становится неисправным. При этом, если показатели назначения остались в установленных пределах (изделие и дальше способно выполнять заданные функции), то состояние оценивается как работоспособное. Событие, которое вызвало нарушение исправного состояния изделия при сохранении его работоспособности, называется повреждением. Так, например, изделие может быть работоспособным, но неисправным при ухудшении внешнего вида, не препятствующем его дальнейшему применению по назначению.

В случае наступления отказа изделие переходит в неработоспособное состояние. Примерами отказов могут служить значительное падение КПД изношенной машины, поломка зуба шестерни, недопустимое ослабление затяжки резьбовых соединений, повреждение сосуда коррозией. Возможно восстановление работоспособности изделия.

Состояние изделия, которое влечет за собой временное или окончательное прекращение его применения по назначению, называется предельным. Такое состояние возникает изза нарушения требований техники безопасности, недопустимого снижения эффективности эксплуатации, морального старения и других причин. Временное прекращение применения изделия вызывается отправкой его в капитальный или средний ремонт.

В машинах отказы в основном имеют механическое и физико-химическое (коррозия, эрозия, адсорбция) происхождение. Отказы могут возникать случайно или в результате постепенного необратимого накопления повреждений.

Случайный отказ вызывается резкими нерасчетными перегрузками, природными воздействиями, неподдающимися прогнозу, грубыми ошибками при проектировании или эксплуатации. С подобными отказами бывают связаны следующие явления:

• хрупкое разрушение. Наблюдается при низкой температуре или действии на детали из хрупких материалов (с малой вязкостью) ударных нагрузок (например, раскалывание колец подшипников качения). Охрупчивание ряда материалов может происходить при нагреве или радиационном излучении. Обязательно учитывается при проектировании криогенной аппаратуры и деталей атомных реакторов;

• пластическое течение. Возникает в деталях, в основном, из вязких материалов (например, обмятие шпонок, шпоночных канавок и шлицев, вытяжка болтов);

• потеря устойчивости и превышение допустимых значений упругой деформации (недостаточная жесткость). Жесткость характеризуется изменением формы и размеров элементов конструкции под действием внешних нагрузок. В ряде случаев размеры проектируемой конструкции определяются не ее прочностью, а жесткостью. Например, из условия жесткости оценивают параметры и форму корпусов. Высокая жесткость необходима в прецизионной и измерительной технике. В технологии жесткость влияет на точность изготовления и производительность (скорость) процесса обработки.

• Жесткость машин подразделяется на объемную (например, прогиб вала) и контактную (например, контактная деформация пары взаимодействующих зубьев колес). Объемную жесткость можно повысить выбором рациональных сечений, типов и расположением опор, работой элементов конструкций на растяжение-сжатие. Контактная жесткость зависит от формы контактирующих поверхностей, качества их обработки (точность формы, шероховатость), создания предварительного натяга;

• потеря вибропрочности и виброустойчивости. Вибропрочность характеризует способность изделия противостоять разрушающему действию вибраций в заданных диапазонах частот и оставаться работоспособным после длительного воздействия вибрации. Виброустойчивость характеризует сохранение работоспособности изделия в условиях вибрационных нагрузок. Связаны с возникновением недопустимых колебаний при работе машины в рабочем диапазоне режимов. Особую опасность вызывает резонанс. Расчет на колебания обычно проводится для всей системы. Разделяют вынужденные колебания, вызываемые внешними периодически действующими силами (например, неуравновешенность вращающихся деталей), и автоколебания (самовозбуждающиеся незатухающие колебания, поддерживаемые за счет источников энергии, не обладающих колебательными свойствами).

Отказы, возникающие в результате постепенного необратимого накопления повреждений, составляют основную группу случаев наступления предельных состояний нормально эксплуатируемых изделий. С подобными отказами связаны следующие явления:

• ползучесть. Наиболее заметно проявляется при высоких температурах и длительном действии больших нагрузок (например, детали турбин, котлов, лопаток и дисков насосов) и у пластмасс (это ограничивает их применение в качестве материалов точных деталей). В деталях с заданными постоянными деформациями возникает релаксация напряжений, т.е. постепенное снижение первоначального уровня напряжений (например, ослабление затяжки напряженных резьбовых соединений);

• усталостное разрушение. Наступает в результате накопления необратимых механических изменений при приложении циклических нагрузок. Процесс начинается с развития усталостных микротрещин и заканчивается внезапным разрушением при достижении ими критических величин. Способность материалов и конструкций сопротивляться действию циклических нагрузок называется выносливостью;

• изнашивание. Вызывается разрушением и отделением материала с поверхности твердого тела или накоплением остаточной деформации при трении и проявляется в постепенном изменении размеров и формы тела. Результат процесса изнашивания — износ. Свойство материалов оказывать сопротивление изнашиванию называется износостойкостью. В настоящее время изучением этих процессов занимается триботехника. Изнашивание имеет следующие виды:

- механическое. Наступает в результате механического воздействия. Подразделяется на усталостное, абразивное и другие виды. Усталостное изнашивание связано с усталостным разрушением при повторяющемся деформировании поверхностного слоя (например, выкрашивание дорожек и тел качения). Абразивное выкрашивание наступает в результате царапающего или режущего действия на деталь твердых частиц, находящихся в свободном состоянии (например, износ вкладыша подшипника скольжения при попадании вместе со смазкой в трущуюся пару абразивных частиц);

Характеристики

Список файлов книги