Конструктор стремится

Учитывая сказанное выше, отметим, что принцигшальным становится этап концептуальной разработки изделия. На этом этапе должна быть выполнена предварительная разработка некоей идеологии проектируемого изделия. Классификации изделий с рекомендациями к используемым способам построения нет ни в одном пакете проектирования. К настоящему времени еще не создана программная среда, заранее определяющая методологию проектирования в зависимости от типа изделий. Сделать более или менее оптимальный выбор способа построения можно с учетом следующих критериев: компактность модели, время и трудоемкость ее построения, технологичность. Иногда геометрия модели или отсутствие в ее истории конструктивных элементов не позволяет технологу правильно «обработать» деталь, тогда конструктору приходится перестраивать модель. Субъективный подход к использованию тех или иных функций построения лежит в основе методологии проектирования. Однако тот или иной способ построения имеет принципиальные особенности. Рассмотрим некоторые из них на примере модели детали (рис. 1.10).

При проектировании машин, приборов, счетно-решающих и других устройств конструктору приходится выбирать наиболее простые и надежные схемы их механизмов, которые могли бы наилучшим образом выполнять заданные преобразования движения ведущих и ведомых звеньев. При этом работоспособность и надежность устройств во многом зависят от того, насколько правильно выбрана схема построения механизма, его структура. Под структурным анализом механизма понимается определение количества звеньев и кинематических пар, входящих в его состав, классификация последних, определение подвижности, а также установление класса и порядка механизма.

Методы упрочнения. Инженеру-конструктору приходится время от времени сталкиваться с необходимостью упрочнения систем воздуховодов, при этом возможно несколько решений. Очевидно, что повышение жесткости определяется величиной момента инерции ребра жесткости. Момент инерции ребра жесткости прямо

локон намоткой, что обеспечивает необходимую конструкционную прочность. На рис. 9 приведены различные виды емкостей из армированных пластиков, выпускаемых в настоящее время. Прямоугольные емкости. В некоторых случаях применяют емкости прямоугольной формы. Обычно емкости такой формы используют при необходимости получить максимальный объем в ограниченном пространстве. Конструирование прямоугольных емкостей значительно сложнее, чем цилиндрических. Инженеру-конструктору приходится анализировать напряжения в стенках конструкций и прогиб, а также возможность разрушения по углам и в местах соединений. Все прямоугольные емкости, за исключением емкостей самого маленького размера, должны быть снабжены вертикальными и горизонтальными элементами жесткости. Прямоугольные емкости представляют собой наиболее сложный

Некоторые инженерные рекомендации. В процессе синтеза механизма конструктору приходится учитывать достаточно большое многообразие различных факторов, поэтому представляют интерес некоторые ориентировочные соотношения, позволяющие целенаправленно изменять параметры системы еще на начальной стадии проектирования. Анализ условий динамической устойчи-

Проблемами работы, которая является в основном умственной, конструктору приходится заниматься прежде всего при проектировании автоматизированных машин и устройств и различных научных приборов. При обслуживании этого оборудования важное значение имеют точность и скорость отсчета показаний приборов, оценка взаимозависимостей между наблюдаемыми параметрами и последствий изменения их и быстрое реагирование на показания. Следовательно, в этих случаях решающее значение имеют не требования к физической силе и ловкости оператора или наблюдателя, а требования к совершенству их нервной системы, к их наблюдательности, рассудительности, логике, аналитическим способностям, способностям к обобщению и к быстрому принятию точных и правильных решений.

Конструктивные решения — результат творчества, и, как всякое творчество, работа конструктора требует знаний, умения и чутья, интуиции. Конструктору приходится сосредоточивать внимание на большом количестве самых различных вопросов, изыскивая наивыгоднейшие варианты их решения. Нужно учитывать свойства материала, способ получения за-тотовки, методы механической обработки и сборки, прочность, жесткость и стоимость деталей, долговечность их работы я т. д. При конструировании литых деталей, наряду с другими факторами, нужно учитывать особенности литейного производства, при конструиро'ваиии штампованных деталей —• принимать во внимание специфику штампования и т. д.

В тех случаях, когда промышленный опыт эксплуатации недостаточен или вовсе отсутствует, конструктору приходится пользоваться данными лабораторных исследований или данными полупромышленного опробования отдельных узлов. При этом следует иметь в виду, что оценка коррозионной стойкости материала по данным лабораторных исследований может дать лишь приближенные данные, поскольку многие из факторов, влияющие на процессы коррозии, при этом виде испытаний не удается воспроизвести.

Приведенные на модели эпюры показывают изменение значимости каждого критерия на разных этапах конструирования. Так, например, по соответствующей эпюре видно, что о технологичности тех или иных отдельных деталей конструктору приходится думать на протяжении всего хода конструирования данного устройства, но на последних этапах удельный вес этого фактора резко возрастает.

На рассматриваемом этапе конструктору приходится думать уже не столько об общей технологичности устройства, сколько о технологических возможностях того или инею конструктивного варианта. Конструктор решает вопросы сравнительной сложности изготовления применительно не к© всему устройству в целом, а к отдельным узлам и даже деталям. Общие соображения,

Содержание подлежащих решению технологических вопросов, так же как и удельный вес технологических факторов, на этапе компоновки могут быть самыми разнообразными. Иногда принципиальная- схема устройства строится на основе использования некоторых весьма трудных в изготовлении деталей. В этих случаях конструктору приходится, прояснять производственные и технологические возможности в отношении таких деталей уже при первом знакомстве с принципиальной схемой. В приборостроении к таким деталям относятся всякого рода Чувствительные элементы (мембраны, сил fa-фоны), подвижные части электроизмерительных приборов, специальные подшипники и др.

Пространственную форму детали определяет сочетание различных поверхностей. Для облегчения обработки конструктор стремится использовать простые геометрические поверхности: плоские, круговые цилиндрические и конические, шаровые, торовые, геликоидные. Геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для образования круговой цилиндрической поверхности прямую линию (образующую) перемещают по окружности (направляющей). При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направля-

ное применение находит установка подшипников по схеме «врастяжку» (рис. 7.39, а). Типовая конструкция вала конической шестерни, фиксированного по этой схеме, приведена на рис. 7.40. Силы, действующие в коническом зацеплении,, вызывают появление радиальных реакций опор. Радиальная реакция считается приложенной к валу в точке пересечения его оси с нормалями, проведенными через середины контактных площадок на кольцах подшипника. Обозначим: b — расстояние между точками приложения реакций; а -- величину консоли; d диаметр вала в месте установки подшипника. При конструировании необходимо выдерживать соотношения: d"^l,3a, Ь/а = 2...2,5. Конструктор стремится получить расстояние а минимальным для уменьшения изгибающего момента, действующего на вал. После того как определено это расстояние, по приведенному соотношению принимают расстояние Ь. При этом узел получается весьма компактным.

Как уже отмечалось, в силовых конических передачах преимущественное применение находит установка подшипников по схеме «врастяжку» (рис. 7.39, а). Типовая конструкция вала конической шестерни, фиксированного по этой схеме, приведена на рис. 7.40. Силы, действующие в коническом зацеплении, вызывают появление радиальных реакций опор. Радиальную реакцию считают приложенной к валу в точке пересечения его оси с нормалями, проведенными через середины контактных площадок на кольцах подшипника. Обозначим: b — расстояние между точками приложения реакций; а —размер консоли; d — диаметр вала в месте установки подшипника; / — расстояние до вершины делительного конуса (см. рис. 3.2). При конструировании следует принимать: d> 1,3а; в качестве b — большее из двух b и 2,5а или b « 0,6/. Конструктор стремится получить размер а минимальным для уменьшения изгибающего момента, действующего на вал. После того как определен этот размер, по приведенным соотношениям принимают расстояние Ь. При этом узел получается весьма компактным.

При проектировании кулачковых механизмов конструктор стремится выбрать закон движения толкателя, который бы наилучшим образом удовлетворял заданным требованиям. Во многих случаях в качестве исходного принимают график изменения ускорения толкателя а« (или относительных значений ускорения v,,— = ыл,/иВ,а,!) в функции угла поворота кулачка (рис. 17.6, а). Остальные кинематические параметры получают в аналитической форме или путем численного или графического интегрирования. Например, график скорости толкателя vn или кинематической передаточной функции скорости v,,n = с1/!/!»: (рис. 17.6, 6) при графическом интегрировании находят по соотношениям:

При проектировании кулачковых механизмов конструктор стремится выбрать закон движения толкателя, который бы наилучшим образом удовлетворял заданным требованиям. Во многих случаях в качестве исходного принимают график изменения ускорения толкателя ав (или относительных значений ускорения va = — аы/авнач) в функции угла поворота кулачка (рис. 17.6, а) . Остальные кинематические параметры получают в аналитической форме или путем численного или графического интегрирования. Например, график скорости толкателя ив или кинематической передаточной функции скорости 1>,д = ил/ом (рис. 17.6,6) при графическом интегрировании находят по соотношениям:

ное применение находит установка подшипников по схеме «врастяжку.? (рис. 7.39, а). Типовая конструкция вала конической шестерни, фиксированного по этой схеме, приведена на рис. 7.40. Силы, действующие в коническом зацеплении., вызывают появление радиальных реакций опор. Ра-диальпал реакция считается приложенной к валу в точке пересечения его оси с нормалями, проведенными через середины контактных площадок на кольцах подшипника. Обозначим: b — расстояние между точками приложения реакций; а — величину консоли; d — диаметр вала в месте установки подшипника. При конструировании необходимо выдерживать соотношения; d^l,3a, b/a=2...2,5. Конструктор стремится получить расстояние а минимальным для уменьшения изгибающего момента, действующего на вал. После того как определено это расстояние, по приведенному соотношению принимают расстояние Ь. При этом узел получается весьма компактным.

Конструктор стремится улучшить двигатель путем повышения КПД и (или) снижения массы. Композиционные материалы обеспечивают определенные преимущества в обоих направлениях. Повышенный уровень прочности и жесткости композиционных материалов позволит уменьшить число ступеней вентилятора и компрессора в результате увеличения нагрузок и окружной скорости лопаток.

В процессе проектирования инженер имеет дело именно с техническими показателями. Конструируя, например, двигатель, конструктор стремится обеспечить наименьший его вес, ищет конструктивные решения, обеспечивающие наименьший расход горючего на единицу мощности, добивается наибольшей технологичности деталей и узлов, обеспечивающей наименьшие затраты труда при изготовлении двигателя и т. д. Количество технических показателей очень велико, так как в них отражается многогранность современной техники.

выдвигает, как уже подчеркивалось, ряд специфических, зачастую» противоречивых требований к конструкциям, которые должны быть максимально учтены на стадии проектирования. Конструктору необходимо выбрать основной принцип и схему построения машин, учесть наличие и свойства применяемых материалов,, обеспечить их наилучшее распределение в конструкции, предусмотрев технологические возможности производства, и т. д. При этом конструктор стремится предвидеть все последующие условия работы конструкции с возможными экстремальными ситуациями, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации. Для отыскания наилучшего решения необходимо рассматривать большое количество вариантов, число которых увеличивается с усложнением конструкции, расширением арсенала средств, находящихся в распоряжении конструктора. Поэтому сейчас принципиально меняется сам процесс проектирования, который строится, как указывалось выше, на основе широкого применения электронно-вычислительной техники. Проектирование должно-стать по сути дела диалогом между конструкторами и ЭВМ. Только ЭВМ с ее огромной памятью и быстродействием может обобщить разноречивые требования, перебрать возможные варианты и выбрать из них наилучшие. С помощью ЭВМ конструктор может затем «проиграть» разнообразные эксплуатационные ситуации. Оценив таким образом общий ресурс будущей машины и выявив ее слабые звенья, он может тут же внести необходимые изменения, пользуясь постоянной информацией ЭВМ. После окончательной отработки конструкции ЭВМ отпечатает рабочие чертежи деталей и выдаст программы их изготовления. При разработке универсальных алгоритмов и программ машинного проектирования'легко учитываются и экономические факторы, которые в большинстве случаев играют решающую роль при создании нового изделия.

3.46. Автоматизация. Даже при отсутствии соответствующих требований конструктор стремится к автоматизации всякий раз, когда современный уровень развития техники позволяет ее осуществить. Как было указано выше, чрезмерная автоматизация чаете является причиной неоправданного усложнения аппаратуры, приводящего к повышению интенсивности отказов и средней продолжи-

Для получения конструкции наименьшего веса по условиям равнопрочности все ее элементы должны обладать одинаковым запасом прочности. В этих целях конструктор стремится при проектировании машин приближать конструкцию деталей к условиям равного сопротивления действующим усилиям.