А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 31

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

Текст из файла (страница 31)

Точечные опоры аготовка риспособ Рис. 7.4. Схема установки призматической заготовки в приспособление: а — наложены лишние связи; б — правильно При базировании по схеме, показанной на рис. 7.4, б, этого явления не будет, так как количество наложенных связей не превышает количества степеней свободы заготовки. Для определения положения оси цилиндрической заготовки по координате г'(рис. 7.5, а) достаточно одной призматической опоры.

1 Ось подвижной призмы одвижный прижим Ншгравлягошие подвижного прижи Ось подвижной призмы Рис. 7.5. Схема базирования цилиндрической заготовки: а — правильно; б — наложены лишние связи 7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 139 Если закрепить заготовку в двух призмах (рис. 7.5, б), избыточность наложенных связей приведет к возникновению боковой силы, которая может приводить к заклиниванию подвижного соединения. Это связано с тем, что вследствие погрешностей изготовления приспособления оси подвижной и неподвижной призм не совпадут. Лишние связи могут появляться как требования различных нормативных систем (см. приложение П4).

Например, для печатных плат бортовой аппаратуры требуется высокое значение собственных частот колебаний. Для уменьшения прогиба платы и уменьшения изгибных деформаций выводов радиоэлементов частота платы должна быть по крайней мере в 2 раза больше частоты собственных колебаний системы амортизации устройства, чтобы избежать совместного резонанса. Этого можно добиться закреплением платы в нескольких точках (от четырех до шести). С позиции теории базирования получаются лишние связи. Пример 7.4. Транзистор ва радиаторе. Для повышения теплоотдачи транзистора, его закрепляют на радиаторе. Чтобы динамические нагрузки от массы транзистора и радиатора не воспринимались местом пайки транзистора, радиатор тоже закрепляют на плате (рис.

7.6). Ралиат транзисто Печатная плата Место пайки транзистора Место крепления радиатора Рис. 7.6. Пример скрытой избыточности связей Получается статически неопределимая система, в которой при изменении температуры транзистора и радиатора возникают деформации. Эти деформации приводят к тому, что в ножках транзистора могут возникать растягивающие или сжимающие напряжения, вследствие чего возникает опасность нарушения контакта либо в месте припайки к плате, либо в заделке самого транзистора.

Возможен даже отрыв места пайки ножки транзистора от печатной платы. Обнаруженный недостаток не очевиден. Поэтому здесь можно говорить о скрытой избыточности, которую можно обнаружить при всестороннем анализе условий работы технического устройства.

Ненужные (лишние) связи могут возникать также в результате появления синергетического эффекта, например, емкостные или индуктивные паразитные связи в усилителе электрического сигнала. Таким образом, при создании любого объекта необходимо соблюдать принцип Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач тчс достаточности.

Человек стремится одеться по погоде, чтобы не было ни холодно, ни жарко, домохозяйке, наверное, не нужна сумка, в которой можно носить 50 кг (за прочность надо платить). Этот принцип применяется как на начальных этапах разработки изделия, — при переходе от анализа проблемы к постановке задачи, так и при анализе прототипа. При анализе прототипа, а также при разработке первоначального облика (чернового наброска) проводят оценку адекватности функций, выполняемых как ТО в целом, так и его компонентами, а также оценку наличия в ТС лишних компонентов и связей.

Пример 7.5. Товкостеивые оболочки. При проектировании конструкции тонкостенных оболочек, работающих на сжатие, стремятся к тому, чтобы максимально использовать механические характеристики материала конструкции. Для этого форму и размеры сечений выбирают и рассчитывают таким образом, чтобы критические напряжения потери устойчивости максимально приближались к напряжениям предела текучести материала конструкции. Если критические напряжения потери устойчивости будут меньше предела текучести материала, то при этом не в полной мере будут использоваться механические характеристики материала конструкции, т. е. материал конструкции позволяет выдерживать еще большие нагрузки, но конструкция теряет устойчивость.

Можно сказать, что функциональные характеристики материала конструкции избыточны или жесткость конструкции недостаточна. 7.2.2. Принцип энергетической проводомоспт Связи между всеми компонентами 7'С должны обеспечивапзь сквозной проход энергии ко всем ее частям. Этот принцип характеризует внутреннюю связь между компонентами ТС и относится как к строению, так и к функционированию ТО. При функционировании ТС важную роль играют энергетические связи между компонентами, которые можно рассматривать в трех аспектах: управляемости ТО, рассеивания энергии и энергии, которая идет на разрушение компонентов ТО (рис.

7.7). С одной стороны, энергетическая проводимость между частями ТО важна для обеспечения управляемости всеми его компонентами. С другой стороны, энергетические потоки должны быть непрерывны, они не должны прерываться. Если не вся подводимая к компоненту энергия проходит через него к следующему компоненту или преобразуется в другой вид, то происходит либо накопление энергии в этом компоненте, которая, как правило, идет на его разрушение, либо в нем происходит рассеивание энергии.

И то, и другое ухудшает функционирование ТО. В зависимости от особенностей функционирования все ТС можно условно разделить на две группы, в которых по-разному проявляется рассматриваемый принцип. 7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 141 Позитивные процессы Негативные процессы Диссипацня энергии Рис. 7.7. Аспекты рассмотрения принципа сквозногопрохода энергии Группа 1.

ТО, функционирование которых направлено на нреобразовиние потоков энергии, веществ и сигналов (информации). Это устройства, которые предназначены либо для изменения каких-либо объектов (изделий), либо для обнаружения или измерения свойств веществ и полей. Группа 2. Статические системы, представляющие собой относительно жесткие конструкции, назначением которых является определение положения других ТО в пространстве и сохранение неизменными своих форм и размеров под действием внешних нагрузок, например, емкости, фермы, строительные сооружения. Теоретической основой рассматриваемого принципа для первой группы ТС являются законы сохранения и рассеивания энергии. Во-первых, всякий проводник энергии функционирует таким образом, что рассеивает часть энергии, которая к нему подводится.

Например, электрический провод, трубопровод. В ременных передачах часть энергии расходуется на трение и деформацию ремня. Во-вторых, всякое преобразование энергии сопровождается ее потерями, например, понижение электрического напряжения (трансформатор), преобразование переменного электрического тока в постоянный, изменение крутящего момента (редуктор) и т.

д. Поэтому, чем меньше преобразователей энергии в системе, тем выше коэффициент полезного действия. Следовательно, необходимо стремиться уменьшать число преобразователей. Пример 7.6. Использование ветровой энергии для обогрева парников. В Японии разработан способ использования ветровой энергии для обогрева парников. Ветросиловая установка вращает колесо компрессора, сжимаюгцего воздух, который при этом нагревается до 170 'С. Прямое преобразование энергии ветра в тепловую, минуя промежуточную стадию — получение электроэнергии, оказалось в 6 раз эффективнее (106].

Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 142 В любом преобразователе энергии, в трущейся паре происходит выделение энергии. Указанное нежелательное явление, помимо расточительности, вредно еще и тем, что часть этой энергии обычно идет на разрушение ТО, например, износ пар трения. Бензиновый насос в двигателе внутреннего сгорания по своей функции избыточен.

Игольчатый клапан карбюратора осуществляет ограничение подачи бензина в двигатель. С позиции принципа энергетической проводимости можно сказать, что энергия, подводимая к насосу, не вся проходит через него, а застревает, накапливается в нем, совершая работу по периодическому сжатию пружины, диафрагма при этом находится под большей нагрузкой. На основе принципа сквозного прохода энергии были разработаны следующие рекомендации (приемы) 11201: 1) стремиться к использованию в ТО одного вида энергии; 2) использовать вещества, которые хорошо проводят поля, имеющиеся в системе; 3) плохо управляемое поле заменять хорошо управляемым (рис. 7.8); Гравитационное Сз гМеханическое Тепло Электромагнитное Рис. 7.8.

Рекомендуемая последовательность замены полей для повышения управляемости процессов 4) если компоненты ТО должны образовать энергопроводяшую систему, то они должны содержать вещества с близкими свойствами по отношению к этому энергетическому полю; 5) если требуется разорвать энергетические связи, то в ТС следует ввести вещества с противоположными свойствами; 6) для управления процессами вводить в ТС компоненты (вещества), хорошо управляемые полем. Например, обгонная муфта в механических передачах, диод в радиотехнике, обратный клапан в гидросистеме управляются автоматически энергией поля или среды, которое они пропускают. Следовательно, нет необходимости в организации специальных управляющих устройств, которые не только бы усложняли ТС, но потребовали бы дополнительной энергии.

Характеристики

Список файлов книги