close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4. ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Н. В. БЫШОВ, А. М. КРАВЧЕНКО, С. Н. БОРЫЧЕВ,
Н. В. КРАВЧУК, Е. И. АНДРЮЩЕНКО
ОСНОВЫ
ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Монография
Рязань 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
УДК 62
ББК 30
ISBN _______________
Б __
Рецензенты: д–р техн. наук, проф. А. Б. Коберниченко (Рязанское
высшее воздушно–десантное командное училище);
канд. техн. наук, проф. С. А. Пашуков (Рязанский институт Московского государственного открытого университета)
Б __
Бышов Н. В.
Основы инженерного проектирования: Монография / Н. В. Бышов, А. М. Кравченко, С. Н. Борычев, Н. В. Кравчук, Е. И. Андрющенко. – Рязань: РГАТУ, 2010 – 289 с.
Рассматривается прикладное значение основных инженерных
технологий в области проектирования и конструирования машин и
механизмов общего назначения. Особое внимание уделено комплексной оценке результатов расчета и их оформлению.
УДК 62
ББК 30
ISBN ___________________
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Общие сведения о машинах и механизмах . . . . . . . . . . . . . .
7
1.1 Виды и состав изделия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.2 Классификация машин и механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
1.3 Структура машин и назначение их элементов . . . . . . . . . . . . . .
18
Глава 1
Глава 2
Общие принципы конструирования машин и
механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1 Этапы проектирования и конструирования машин и
механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Компонование оборудования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
25
30
2.3 Основные методы и принципы конструирования . . . . . . . . . . .
33
2.4 Задачи и общие правила конструирования машин и
механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 Предпочтительные числа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
2.6 Материалоемкость и облегчение деталей и узлов. . . . . . . . . . .
52
2.7 Пути повышения жесткости конструкции. . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
2.8 Использование систем автоматизированного
проектирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава 3 Надежность и работоспособность машин и
механизмов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1 Основные понятия и термины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
66
77
77
3.2 Основные показатели работоспособности. . . . . . . . . . . . . . . . .
80
3.3 Основные пути повышения надежности машин. . . . . . . . . . . .
82
3.4 Прогнозирование надежности машин и механизмов в
процессе их создания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава 4 Методика проектирования подъемно–транспортного
оборудования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1 Классификация и анализ конструкций подъемно–
транспортного оборудования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Расчет подъемно–транспортного оборудования. . . . . . . . . . .
87
96
96
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
Глава 5
Расчет и конструирование исполнительных
механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
103
5.2 Кривошипно–ползунные механизмы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
104
5.3 Кривошипно–коромысловые механизмы. . . . . . . . . . . . . . . .
105
5.4 Кривошипно–кулисные механизмы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
107
5.5 Кулачковые механизмы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
109
5.6 Храповые механизмы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
114
Глава 6
Конструкторская часть дипломного проекта. . . . . . . . . . . . .
6.1 Тематика, содержание и объем конструкторской части. . . . . .
6.2 Обзор литературных источников по конструкторской
части . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Обоснование размеров и параметров проектируемой
машины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4 Энергетические расчеты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5 Расчет привода рабочих органов проектируемого
устройства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.6 Основные требования к графической части проекта. . . . . . . . .
Глава 7
103
118
118
119
120
124
129
166
Основы монтажа, эксплуатации и ремонта
технологического оборудования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1 Монтаж оборудования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
185
7.2 Пусконаладочные работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
194
7.3 Организация ремонта технологического оборудования . . . .
196
Глава 8
185
Безопасность жизнедеятельности и экологическая
экспертиза проектных решений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1 Безопасность жизнедеятельности на предприятиях. . . . . . . . .
200
8.2 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных
ситуациях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3 Экологическая оценка проекта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
206
Технико-экономическая оценка проекта. . . . . . . . . . . . . . .
219
9.1 Экономическая оценка капитальных вложений при
строительстве и реконструкции предприятий. . . . . . . . . . . . .
9.2 Технико–экономическая оценка проекта. . . . . . . . . . . . . . . . .
219
Глава 9
200
207
232
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
Глава 10 Стандартизация, сертификация и метрологическое
обеспечение проектирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1 Стандартизация как средство управления качеством
изделий машиностроения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2 Состав и классификация стандартов ЕСКД . . . . . . . . . . . . . . . .
235
235
241
10.3 Виды и комплектность конструкторских документов. . . . . . . .
242
10.4 Обозначение изделий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
245
10.5 Сертификация оборудования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
248
10.6 Метрологическое обеспечение проектирования . . . . . . . . . . . .
251
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
258
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
288
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
ВВЕДЕНИЕ
Основными функциями инженерной деятельности являются создание и
участие в материализации новых образцов материального искусственного мира
(изделий, установок, технологических процессов) на основе уже известных
знаний. К наиболее важным направлениям инженерной деятельности относятся:
- разработка проектов новой техники;
- ее конструирование;
- изготовление и испытание экспериментальных образцов и макетов;
- технологическое обеспечение производства (одиночного, серийного, массового) новой техники;
- производство новой техники;
- ее эксплуатация;
- утилизация и ликвидация устаревшей техники;
- организация вышеперечисленных процессов и управление ими;
- участие в сбыте качественных, безопасных и безвредных товаров.
Кроме участия в перечисленных направлениях инженерной деятельности
инженеры участвуют в маркетинге и рекламе новых изделий и технологий, в
государственных экспертизах и лицензировании. Каждое из направлений инженерной деятельности имеет свое содержание, свои требования, особенности,
свои привлекательные и отталкивающие стороны. поэтому нельзя однозначно
сказать, какое из направлений инженерной деятельности самое главное, самое
важное.
Обучение инженерной деятельности в условиях высшей школы предполагает применение полученных знаний, умений и навыков при решении учебной
инженерной задачи в форме учебного (дипломного) проекта. Зачастую между
занятиями по инженерным дисциплинам и собственно этапом обучения предполагающим разработку учебного проекта проходят месяцы и даже годы.
Вследствие этого соискателю диплома инженера приходится затрачивать много
времени на повторение и проработку уже пройденного в прошлом материала,
порой с привлечением педагогических работников, у которых не всегда находится для этого возможность. Повышению качества усвоения материала занятий по инженерным дисциплинам в форме самостоятельной работы над повторением основ инженерного проектирования и посвящена данная монография.
Надеемся на объективную оценку этой работы, пожелания и замечания с благодарностью принимаем по адресу kam@62.ru.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНАХ И МЕХАНИЗМАХ
1.1 Виды и состав изделия
Виды изделий всех отраслей промышленности, для изготовления которых
требуется выполнение конструкторской документации (КД), определяет ГОСТ
2.101–68.
Изделие – это предмет или совокупность предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. В зависимости от назначения различают
изделия основного и вспомогательного производства. Изделие, предназначенное для поставки предприятием–изготовителем заказчику (потребителю), относят к изделиям основного производства; изделие, предназначенное для обеспечения собственных нужд предприятия-изготовителя, относят к изделиям вспомогательного производства. Структура изделия по виду входящих в него составных частей показана на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Структура изделия по виду входящих в него составных частей
Различают следующие виды изделий – детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты.
Деталь (от франц. detail – подробность) – изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций (например, болт, литой корпус, вал, печатная плата) а также эти же изделия с нанесенными на них
защитными или декоративными покрытиями или после физико–химической
или термической обработки (рисунок 1.2).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
Рисунок 1.2 – Деталь (крышка редуктора)
Сборочная единица – изделие, составные части которого соединены на
предприятии–изготовителе сборочными операциями: сваркой, свинчиванием,
клепкой, опрессовкой и т.п. (например, редуктор, станок, электродвигатель,
микромодуль). К сборочным единицам относят также совокупность сборочных
единиц и (или) деталей, имеющих общее функциональное назначение и совместно устанавливаемых на предприятии–изготовителе в других сборочных
единицах, например электрооборудование машины, автомата, автоматической
линии, комплект составных частей фланце–резьбового соединения для стеклянного трубопровода (полумуфты, резиновые уплотнительные кольца, накидная гайка) и прочее.
Комплекс (от лат. complexus – связь, сочетание) – два (или более) специфицированных изделия, не соединенные на предприятии–изготовителе сборочными операциями и предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (например, сборочный конвейер, автоматическая телефонная станция, орбитальный комплекс). В состав комплекса могут входить изделия, выполняющие основные функции, а также детали, сборочные единицы и
комплекты, предназначенные для выполнения вспомогательных функций
(например, для монтажа и технического обслуживания комплекса).
Например, в состав комбайна (зерноуборочного комплекса) входит шасси
(колесное или гусеничное, как средство доставки), а также средства обработки
продуктов растениеводства (рисунок 1.3).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9
Рисунок 1.3 – Зерноуборочный комбайн
Комплект (от лат. completus – полный) – два (или более) изделия, не соединенные на предприятии–изготовителе сборочными операциями и имеющие
вспомогательное назначение (например, комплекты запасных частей, инструментов, измерительных средств, упаковочной тары и т.п.). К комплектам также
относят сборочные единицы или детали, поставляемые вместе с набором других сборочных единиц и (или) деталей, предназначенных для выполнения
вспомогательных функций при эксплуатации этой сборочной единицы или детали (например, осциллограф в комплекте с укладочным ящиком, запасными
частями, монтажным инструментом и сменными частями).
В зависимости от наличия составных частей изделия разделяют на специфицированные и неспецифицированные, а в зависимости от частоты использования в конструкциях – на унифицированные, стандартизованные и оригинальные.
Специфицированное изделие – изделие (сборочная единица, комплекс, комплект), состоящее из двух (или более) составных частей. Перечень составных
частей изделия в установленном порядке указывается в спецификации.
Неспецифицированное изделие – изделие (деталь), не имеющее составных
частей.
Стандартизированное изделие – изделие, выполняемое по государственному или отраслевому стандарту, полностью и однозначно определяющему его
конструкцию, показатели качества, методы контроля, правила приемки и поставки.
Унифицированное изделие – изделие, применяемое в конструкциях нескольких однотипных или разнородных изделий.
Оригинальное изделие – изделие, применяемое в конструкции только одного изделия.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
Различают также изделия однотипного исполнения, обладающие общими
конструктивными признаками, но не являющиеся взаимозаменяемыми с другими изделиями, и изделия основного и неосновного исполнений (ГОСТ 2.101–
68).
Типовой состав специфицированного изделия показан на рисунке 1.4.
В составе изделий машиностроения также выделяют детали машин.
Детали машин различают по назначению:
- соединения;
- передачи;
- подшипники;
- муфты;
- смазочные и уплотнительные устройства;
- упругие элемент;
- корпусные детали.
Рисунок 1.4 – Типовой состав специфицированного изделия
Соединение – это процесс изготовления изделия из деталей, сборочных
единиц (узлов), агрегатов путѐм физического соединения в одно целое. Показатели работоспособности соединения это прочность и (или) герметичность, а
также технологичность. Является основной частью производственного процесса – сборки.
Соединения деталей, применяемые в машино– и приборостроении, принято делить на подвижные, обеспечивающие перемещение одной детали относительно другой, и неподвижные, в которых две или несколько деталей жестко
скреплены друг с другом (рисунок 1.5).
Каждый из этих двух типов соединений подразделяют на две основные
группы: разъемные и неразъемные.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
Разъемными называются такие соединения, которые позволяют производить многократную сборку и разборку сборочной единицы без повреждения деталей. К разъемным неподвижным соединениям относятся резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, а также соединения, осуществляемые переходными посадками. Разъемные подвижные соединения имеют подвижные посадки
(посадки с зазором) по цилиндрическим, коническим, винтовым и плоским поверхностям.
Рисунок 1.5 – Виды соединений
Неразъемными называются такие соединения, которые могут быть разобраны лишь путем разрушения или недопустимых остаточных деформаций одного из элементов конструкции. Неразъемные неподвижные соединения осуществляются механическим путем (запрессовкой, склепыванием, загибкой,
кернением и чеканкой), с помощью сил физико-химического сцепления (сваркой, пайкой и склеиванием) и путем погружения деталей в расплавленный материал (заформовка в литейные формы, в пресс–формы и т. п.)
Подвижные неразъемные соединения собирают с применением развальцовки, свободной обжимки. В основном это соединения, заменяющие целую
деталь, если изготовление ее из одной заготовки технологически невозможно
или затруднительно и неэкономично.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
1.2 Классификация машин и механизмов
При современном многообразии различных производств применяемое в
них технологическое оборудование также весьма разнообразно.
Это оборудование можно классифицировать по ряду следующих обобщающих признаков:
- по характеру воздействия на обрабатываемый материал;
- по структуре рабочего цикла;
- по степени механизации и автоматизации;
- по функциональному признаку.
Помимо этих признаков каждому виду оборудования присущи свойства и
особенности частного порядка. Они рассматриваются в соответствующих главах, посвященных расчету и конструированию машин и механизмов.
В зависимости от характера воздействия на обрабатываемый продукт технологические машины делятся на машины и аппараты.
Машина (от франц. machine от лат. machina) – устройство, выполняющее
механические движения для преобразования энергии, материалов и информации. Конструктивной особенностью машин является наличие движущихся исполнительных (рабочих) органов. Форма, размеры, материал и характер перемещения этих органов зависят от их назначения.
В зависимости от основного назначения (какое преобразование преобладает) различают 3 вида машин: энергетические, рабочие, информационные. Классификация машин в зависимости от назначения представлена на рисунке 1.6.
Энергетические машины, предназначенные для преобразования любого
вида энергии в механическую, называются машинами–двигателями. К ним относятся, например, двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели, турбины, паровые машины. Распространѐнным видом энергетических машин являются также электрогенераторы.
Рисунок 1.6 – Классификация машин
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13
Двигатель – устройство, преобразующее какой–либо вид энергии в механическую. Этот термин используется с конца XIX в. наряду со словом «мотор»
(от латин. motor – «тот, кто двигает»), которым с середины ХХ века чаще называют электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Двигатели
подразделяют на первичные и вторичные. К первичным относят непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы в механическую
работу, а ко вторичным – преобразующие энергию, выработанную или накопленную другими источниками. К первичным двигателям относятся ветряное
колесо, использующее силу ветра, водяное колесо и гиревой механизм – их
приводит в действие сила гравитации (падающая вода и сила притяжения), тепловые двигатели – в них химическая энергия топлива или атомная энергия преобразуются в другие виды энергии (рисунок 1.7).
Ко вторичным двигателям относятся электродвигатель (электромотор),
пневмодвигатель, гидродвигатель (гидромотор). Первыми пневмодвигателями
стали парус и водяное колесо. Парусом пользуются уже более 7 тысяч лет. Водяное колесо – «норию» широко применяли для оросительных систем в странах
Древнего мира: Египте, Китае, Индии. Водяное и ветряное колѐса широко использовались в Европе средних веков как основная энергетическая база мануфактурного производства.
Рисунок 1.7 – Двигатель внутреннего сгорания
Многие современные машины (особенно технологические) приводятся в
движение главным образом отдельным электродвигателем, и поэтому в данном
случае имеет место преобразование электрической энергии в механическую.
Процесс развития двигательного механизма происходил по следующим
этапам:
1) развитый трансмиссионный привод всех машин от одного центрального
двигателя;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
2) групповой электропривод однородных машин с развитой передаточной
трансмиссией;
3) индивидуальный электропривод машины с передаточным механизмом
ко всем исполнительным механизмам;
4) индивидуальный встроенный электропривод для каждого исполнительного механизма машины.
Последний этап является наиболее совершенным с точки зрения возможности автоматического управления работой машины и обеспечения для каждого исполнительного механизма индивидуального режима работы, присущего
его динамике.
Рабочие машины подразделяются на технологические и транспортные.
К технологическим машинам относятся металлообрабатывающие станки,
прокатные станы, ткацкие станки, упаковочные машины, полиграфические машины. В технологических машинах под материалом подразумевается обрабатываемый предмет (объект труда), который может находиться в твѐрдом, жидком и газообразном состоянии. Преобразование материала в этих машинах состоит в изменении формы, свойств, состояния и положения. В общем случае
технологическая машина состоит из следующих механизмов: двигательного
(двигателя), передаточного и исполнительного.
Кроме перечисленного, большинство технологических машин перерабатывающих производств дополнительно оснащаются питающим механизмом и выпускным устройством, а также механизмами для управления, регулирования,
защиты и блокировки машины.
К транспортным машинам относятся автомобили, тепловозы, самолѐты,
вертолѐты, подъѐмники, конвейеры и др. (рисунок 1.8).
Рисунок 1.8 – Универсальный трактор
В транспортных машинах под материалом понимается перемещаемый
предмет, а его преобразование состоит только в изменении положения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15
Информационные машины предназначены для преобразования информации. Если информация представлена в форме чисел, то информационная машина называется счѐтной, или вычислительной, например арифмометры, механические интеграторы, бухгалтерские машины. Электронная вычислительная машина, строго говоря, не является машиной, так как в ней механические движения служат для выполнения лишь вспомогательных операций (название сохранено за ней в порядке исторической преемственности от счѐтных машин типа
арифмометра).
Машина, в которой все преобразования энергии, материалов, информации
выполняются без непосредственного участия человека, называется машиной–
автоматом, или просто автоматом. Совокупность машин – автоматов, последовательно соединѐнных между собой и предназначенных для выполнения
определѐнного технологического процесса, образует автоматическую линию.
Машина, и в особенности машина – автомат, при правильном еѐ применении
облегчает труд человека, увеличивает производительность труда и обеспечивает высокое качество выполнения рабочего процесса.
Аппарат (от нем. Apparat, от лат. apparatus – нечто изготовленное, снаряд)
– прибор, техническое устройство, приспособление. В аппаратах осуществляются тепло–, массообменные, физико–химические, биохимические и другие
процессы, в результате которых происходит изменение физических и химических свойств обрабатываемого продукта или изменение его агрегатного состояния.
В некоторых случаях технологическое оборудование является комбинацией машины и аппарата, поскольку в нем одновременно осуществляется механическое, физико–химическое и тепловое воздействие.
По виду цикла работы машины и механизмы могут быть периодического,
полунепрерывного и непрерывного действия.
В оборудовании первого типа обрабатываемый материал подвергается воздействию в течение определенного времени, после которого он выгружается.
При полунепрерывном (циклическом) действии загрузка продукта и воздействие на него осуществляются непрерывно в течение всего рабочего цикла, а
выгрузка – через определенные промежутки времени. В оборудовании непрерывного действия загрузка, обработка и выгрузка материала (изделия) происходят одновременно.
В процессе работы технологическое оборудование выполняет не только
основные (обработка, измельчение, перемешивание и т.п.), но и вспомогательные (загрузка, перемещение, контроль, выгрузка и т.п.) операции. В зависимости от соотношения этих операций, а также участия человека в их выполнении
различают оборудование неавтоматического, полуавтоматического и автоматического действия и кибернетические машины (роботы).
Робот (от чеш. robot, от robota – подневольный труд, rob – раб) – машина с
антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с
окружающим миром. Термин «робот» был впервые введѐн чешским писателем
К. Чапеком в пьесе «R. U. R.» (1920г.), где роботами называли механических
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
людей. С развитием робототехники определились три разновидности роботов: с
жѐсткой программой действий; управляемые человеком–оператором; с искусственным интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно («разумно») без вмешательства человека. Большинство современных роботов (всех трѐх разновидностей) – роботы–манипуляторы (рисунок
1.9), хотя существуют и другие виды роботов (например, информационные, шагающие и т.п.).
Возможно объединение роботов первой и второй разновидностей в одной
машине с разделением времени их функционирования. Допустима также совместная работа человека с роботом третьего вида (в так называемом супервизорном режиме).
Рисунок 1.9 – Схема робототехнической системы
Первые роботы (андроиды, имитирующие движения и внешний облик человека) использовались преимущественно в развлекательных целях. С 30-х гг. в
связи с автоматизацией производства роботы–автоматы стали применять в
промышленности наряду с традиционными средствами автоматизации технологических процессов, в частности в мелкосерийном производстве и особенно в
цехах с вредными условиями труда. Роботами также называют дистанционно
управляемые самоходные (беспилотные летательные) машины и механизмы
(рисунок 1.10).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17
Рисунок 1.10 – Боевой мобильный робот «Гладиатор» США
Манипулятор (от франц. la. manipulare – руководить, управлять с помощью рук) – механизм, выполняющий под управлением оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека. Применяются при работе в
опасных или трудных условиях (напр., в горном деле, на АЭС). Автоматические манипуляторы (в т.ч. с программным управлением) получили в 1970–х гг.
название промышленных роботов. В настоящее время все большее применение
получают манипуляторы в сельскохозяйственном производстве (рисунок 1.11).
Рисунок 1.11 – Манипулятор в составе роботизированной
системы для дойки коров
В автоматах все основные и вспомогательные операции выполняются
оборудованием без участия человека. Если автомат способен производить логические операции, вырабатывать и осуществлять в соответствии со своим це-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
левым назначением программу действия с учетом переменных условий протекания технологического процесса, то он называется самонастраивающимся
или кибернетическим. В полуавтоматическом оборудовании вспомогательные
операции немеханизированы. В неавтоматическом (простом) оборудовании
вспомогательные, а также часть основных операций выполняются вручную.
В зависимости от сочетания технологического оборудования в производственном потоке различают отдельные единицы (выполняют одну операцию),
агрегаты (последовательно различные операции), комбинированное оборудование (законченный цикл операций) и поточные автоматические линии (выполняют все технологические операции в непрерывном потоке).
Агрегат (от лат. aggrego – присоединяю) – совокупность механизмов. Агрегаты создают, как правило, для решения какой–либо одной задачи. Хотя иногда агрегатом называют несколько машин, работающих вместе, например, машинно–тракторный агрегат. Агрегаты обладают полной взаимозаменяемостью.
По функциональному признаку все оборудование промышленности можно
разделить на группы, в которые входят машины и механизмы, отличающиеся
воздействием на материал и конструктивным оформлением.
1.3 Структура машин и назначение их элементов
Основой изучения и конструирования машин является знание их структуры и функционального назначения элементов, из которых они состоят.
Механизм (от греч. mechae – машина) – совокупность подвижно соединенных тел (звеньев), совершающих под действием приложенных сил определенные целесообразные движения. Классификация механизмов представлена в
приложении 1.1.
Звено (механизма) – одно или несколько неподвижно соединенных относительно друг друга твердых тел, входящих в состав механизма. Классификация
звеньев механизмов представлена в приложении 1.2.
Привод – устройство для приведения в действие машин или механизмов.
Механический привод – техническая система, включающая в себя двигатель
и одну или несколько передач (рисунок 1.12).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19
Рисунок 1.12 – Механический привод в составе трансмиссии
полноприводного автомобиля
Электрический привод (электропривод) – это электромеханическая система
для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и
управления этим движением в целях осуществления технологического процесса
(рисунок 1.13). Современный электропривод – это совокупность множества
электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности и аграрном секторе.
Рисунок 1.12 – Электромеханический привод ленточного конвейера
Гидравлический привод (гидропривод) – гидромеханическая система для
приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса (рисунки 1.14, 1.15).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
1 – поршень; 2 – распределитель; 3, 4 – электромагниты; 5 – гидроцилиндр;
6 – гидронасос; 7 – бак для рабочей жидкости; 8 – предохранительный клапан
Рисунок 1.14 – Схема гидравлического привода
1 – гидронасос; 2 – гидромотор
Рисунок 1.15 – Схема комбинированного полного привода Hydro Drive
Динамика двигательного и передаточного механизмов определяется усилиями, необходимыми для воздействия рабочих органов на обрабатываемый объект. Эти усилия обусловливают размеры узлов и деталей механизмов в зависимости от прочности, жесткости и износоустойчивости.
Узел (рисунок 1.16) – часть машины, механизма, установки и т.п., состоящая из нескольких более простых элементов (деталей); совокупность функционально связанных сооружений, машин или других устройств.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21
Рисунок 1.16 – Узел (рулевой механизм КамАЗ–4310)
Передаточный механизм (передача) служит для передачи энергии (движения) от двигателя к исполнительному механизму. Кинематическая система передаточного и исполнительного механизмов определяет законы движения рабочих органов, скорости и ускорения отдельных звеньев системы. Передаточные механизмы можно разделить на три вида: не изменяющие, изменяющие и
регулирующие скорость движения (частоту вращения) исполнительного механизма. К первому виду относятся всевозможные муфты. Для изменения скорости движения используются ременные, цепные, зубчатые, червячные, фрикционные передачи и редукторы, а для регулирования – вариаторы. Классификация
механических передач представлена на рисунке 1.17.
Исполнительный механизм предназначен для приведения в действие рабочих органов машины. Он включает ведомое звено, с которым соединяются рабочие органы, и ведущее, которое связано с приводным механизмом. В качестве исполнительного механизма чаще всего используется вал. Исполнительный механизм – термин инженеров по автоматизации, обозначает любой механизм осуществляющий воздействие на технологический объект управления по
сигналу от системы управления (регулятора). Типичными исполнительными
механизмами являются: задвижка, регулирующий клапан регулятора, насос,
шаговый электродвигатель, теплонагревательный электрический элемент,
предохранительный клапан, соленоид, пневмоотсечная арматура, вентиляционный клапан.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
Рисунок 1.17 – Классификация передач
Исполнительные механизмы характеризуются условиями работы рабочих
органов. Так, в механизмах непрерывной работы их рабочие органы находятся
в непосредственном контакте с обрабатываемым объектом в течение всего цикла движения механизма. А в периодически работающих механизмах рабочие
органы находятся в контакте с обрабатываемым объектом лишь в течение части
цикла движения механизма (рабочее перемещение); остальное время рабочие
органы находятся в нерабочем положении (холостое перемещение). При рабочем перемещении требуется соблюдать определенные закономерности движения, обусловленные технологическими требованиями. При конструировании
рабочих органов исполнительных механизмов необходимо учитывать различные режимы их работы при рабочем и холостом ходах.
Рабочие органы исполнительных механизмов непосредственно воздействуют на обрабатываемый материал согласно заданному технологическому
процессу (рисунок 1.18).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23
Рисунок 1.18 – Комплект рабочих органов землеройных машин
Рабочие органы делятся на обрабатывающие и удерживающие (захваты,
зажимы и др.). Удерживающие рабочие органы могут фиксировать обрабатываемое изделие в неподвижном состоянии при относительном перемещении обрабатывающего рабочего органа. В других случаях обрабатывающий (рабочий)
орган неподвижен, а перемещается обрабатываемый объект вместе с удерживающим органом.
В общем случае рабочими органами могут быть не только механические
устройства, но и воздушные, и водяные потоки, поля (магнитные, электриче-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24
ские, температурные и т.д.), а также реакционные пространства (камеры), в которых создаются необходимые условия для воздействия на обрабатываемое сырье.
Во многих случаях процесс в машине осуществляется несколькими рабочими органами, каждый из которых выполняет определенную операцию. Такие
машины называются сложными в отличие от простых машин с одним рабочим
органом.
Помимо главных механизмов современные машины снабжают рядом дополнительных устройств:
- установочными и регулирующими механизмами (для настройки работы
машины);
- механизмами управления (для пуска, остановки, контроля);
- механизмами защиты и блокировки, предотвращающими неправильные
или несвоевременные включения или отключения отдельных механизмов. Они
также предназначены для предохранения механизмов машины при аварии.
Движущиеся элементы машин соединяются с неподвижными с помощью
опор и подвесок.
Для крепления и соединения отдельных элементов и механизмов машин
служат корпус, станина или рама.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25
Глава 2 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
МАШИН И МЕХАНИЗМОВ
2.1 Этапы проектирования и конструирования машин и механизмов
Проектирование – процесс создания проекта, прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния. Проектирование в технике –
разработка проектной, конструкторской и другой технической документации,
предназначенной для осуществления строительства, создания новых видов и
образцов. В процессе проектирования выполняются технические и экономические расчѐты, схемы, графики, пояснительные записки, сметы, калькуляции и
описания.
Проект (от лат projectus, букв. «брошенный вперед») – совокупность КД,
содержащих принципиальное или окончательное решение, дающее необходимое представление об устройстве создаваемого сооружения (изделия) и исходные данные для последующей разработки рабочей документации.
Проект какого–либо объекта может быть индивидуальным или типовым.
При разработке индивидуальных проектов широко применяются типовые или
типовые проектные решения.
При проектировании машин и механизмов выделяют следующие, наиболее
характерные, типовые действия инженеров:
- использование известного технического объекта с известными характеристиками;
- выбор технического объекта с характеристиками, обеспечивающими
осуществление заданного процесса;
- создание нового технического объекта или его частей – конструкции нового технического средства.
Действия с замыслами можно ограничить проектированием, когда его цель
состоит в использовании технического средства известной конструкции. При
отсутствии желаемой конструкции проектирование должно быть дополнено
конструированием нового технического средства.
Конструирование – это творческий процесс создания оптимального варианта машины в документах (главным образом в чертежах) на основе теоретических расчетов, конструкторского, технологического и эксплуатационного опыта. Под конструированием понимается разработка КД, объем и качество которой позволяют изготовить новое техническое средство или систему с соблюдением всех требований машиностроительной технологии. КД является результатом творчества инженера–конструктора, средством, с помощью которого он
выражает свои мысли и доводит их до изготовителей оборудования.
Разработка, создание и постановка на производство новой модели машины
независимо от ее функционального назначения и конструктивных особенностей
осуществляются согласно ГОСТ 15.001–88 по единой общепринятой схеме, состоящей из следующих основных стадий:
- разработка технического задания;
- разработка технической и нормативно–технической документации;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26
- изготовление и испытания опытных образцов;
- приемка результатов разработки;
- подготовка и освоение производства.
Техническое задание является основным исходным документом для разработки нового изделия. Оно содержит основные технико–экономические требования к изделию, определяющие его потребительские и эксплуатационные характеристики, а также сроки выполнения необходимых стадий разработки КД и
ее состав. Техническое задание разрабатывается как организацией, которой
необходимо данное изделие, так и организацией, занимающейся конструированием и, возможно, изготовлением данного изделия. В последнем случае техническое задание согласовывается с организацией, которая заказывает это изделие, и утверждается в установленном порядке. В техническом задании обязательно должны быть указаны следующие данные:
- назначение изделия и его место в технологическом процессе выработки
продукции;
- технико–экономическое обоснование введения данного изделия в производство (увеличение выхода продукции; улучшение ее качества; освоение нового технологического процесса; облегчение труда обслуживающего персонала; повышение КПД машины; уменьшение расхода электроэнергии, массы, дефицитных материалов, габаритов, трудоемкости изготовления и т.д.);
- технико–экономические показатели технологического процесса (производства) после внедрения изделия;
- техническая характеристика изделия (производительность, потребляемая
мощность, параметры электрической энергии, сырья и конечной продукции,
режима работы оборудования, габаритные размеры и масса, условия эксплуатации);
- специальные требования (особенности некоторых составных частей, специальные материалы, условия монтажа и др.);
- поэтапные сроки конструирования и изготовления опытного образца;
- предполагаемая серийность.
Техническое задание поступает в конструкторское бюро, после чего его
начальник или главный конструктор на стадии подготовительного периода
назначает ведущего конструктора и группу конструкторов, которые впоследствии будут проектировать данную машину.
Ведущий конструктор, изучив техническое задание, составляет график работы, в котором указывается последовательность разработки, необходимость
дополнительных исследований и разработки экспериментальных узлов, необходимое количество конструкторов и вероятные сроки завершения работы.
Первым этапом работы является разработка технического предложения,
которое представляет собой совокупность КД, содержащих технические и технико–экономические обоснования целесообразности разработки документации
изделия на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений изделия, сравнительной оценки решений с учетом
конструкторских и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов. Обязательными документа-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
27
ми технического предложения является ведомость технического предложения и
пояснительная записка. Всем документам технического предложения присваивается литера «П».
Техническое предложение после согласования и утверждения в установленном порядке является основанием для разработки эскизного и технического
проекта.
Эскизный проект (от франц. esquisse – предварительный, часто беглый
набросок, фиксирующий замысел художественного произведения, механизма
или отдельные его части) – это совокупность КД, которые должны содержать
конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия.
Обязательными документами эскизного проекта являются ведомость эскизного проекта и пояснительная записка. Всем документам эскизного проекта
присваивается литера «Э».
На этапе эскизного проектирования могут изготовляться и испытываться
модели, а также макеты изделия.
КД для изготовления моделей разрабатываются для проверки принципов
работы изделия или его составных частей. Необходимость этого устанавливается разработчиком.
Эскизный проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки технического проекта или рабочей
КД.
Технический проект – это совокупность КД, которые должны содержать
окончательные технические решения, дающие полное представление об
устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации.
Обязательными документами технического проекта являются: чертеж
общего вида, ведомость технического проекта, пояснительная записка. Всем
документам технического проекта присваивается литера «Т».
Чертеж – изображение предметов, главным образом машин, сооружений,
технических приспособлений и их деталей, выполненное с указанием их размеров, масштабов, состава и т.п., однозначно определяющих эти предметы и необходимых для их изготовления и контроля.
На этом этапе работ также возможно изготовление и испытание макетов
изделия. Необходимость разработки КД для изготовления макетов и в данном
случае устанавливается разработчиком. Такие документы часто бывают необходимы для проверки: основных конструкторских решений разрабатываемого изделия или его составных частей; целесообразности изменения отдельных составных частей изготовляемого изделия до внесения этих изменений в рабочие
КД опытного образца (опытной партии).
Технический проект после согласования и утверждения в установленном
порядке служит основанием для разработки рабочей КД. КД для индивидуального производства, предназначенным для разового изготовления одного или нескольких изделий, присваивается литера «И».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28
Выполнение рабочего проекта – важный период для воплощения всех замыслов, расчетов, разработок, экспериментов, которые возникли и проводились
на предыдущих этапах проектирования. Количество чертежей и текстовых документов на этой стадии строго лимитировано, и все они должны быть выполнены в установленные сроки. Все покупные изделия должны быть специфицированы, согласованы, заказаны. При этом должна быть уверенность в том,
что все ведомости и спецификации заполнены правильно: марки изделий, заводы–изготовители, количество изделий на машину, на запасные комплекты.
На стадии выполнения рабочего проекта в первую очередь разрабатывают
чертежи на крупные модели литейных деталей (стальных, чугунных), цикл изготовления которых весьма длителен; выдают чертежи на самые крупные поковки и другие детали, которые будут изготовляться на других заводах. На этой
стадии КД подвергается строгому контролю технологической службы и службы
стандартизации.
Рабочая КД включает чертежи всех деталей, сборочных единиц, спецификации и другие необходимые документы, не вошедшие в КД предыдущих стадий. Разрабатывается она на опытный образец (опытную партию), установочную серию, головную серию (установившегося серийного или массового производства). Этим документам присваивают соответственно литеры «О», «А» и
«Б».
Для проверки и подтверждения заложенных технических решений исходным требованиям и выбора лучшего варианта изготавливают опытные образцы
(опытные партии).
Опытные образцы подвергают приемочным испытаниям в соответствии с
действующими стандартами, типовыми программами и методиками. Испытания разделяют на заводские, приемочные, межведомственные и государственные. После каждого вида испытаний проводится корректировка КД.
Подготовку производства, как правило, начинают параллельно с разработкой технической документации и изготовлением опытного образца. Для подтверждения готовности производства к серийному выпуску продукции проводятся квалификационные испытания образцов установочной серии - первой
промышленной партии.
На приемочную комиссию разработчик представляет техническое задание,
проект технических условий (или стандарт технических условий), конструкторские и технологические документы, результаты испытаний, патенты, методики,
научные статьи и другие материалы, подтверждающие и удостоверяющие технический уровень и конкурентоспособность разработки, а также опытные или
экспериментальные образцы.
Патент (от средневекового лат. litterae patetes – грамота; лат. pates – открытый) – это охранный документ, удостоверяющий исключительное право,
авторство и приоритет изобретения, полезной модели либо промышленного образца. Срок действия патента зависит от объекта патентования и составляет от
10 до 25 лет. Патент выдается государственным органом исполнительной власти по интеллектуальной собственности, в Российской Федерации таким орга-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29
ном является Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Роспатент.
Изобретение – техническое решение, обладающее новизной, практической
применимостью, полезностью для хозяйственной деятельности. Чтобы быть
признанным изобретением, это решение также должно иметь изобретательский
уровень, то есть, не быть очевидным, исходя из текущего уровня знаний специалистов. В настоящее время объектами изобретения могут признаваться:
устройство, способ, вещество, штамм микроорганизма, культуры клеток растений и животных, а также новое применение известного ранее устройства, способа, вещества, штамма. Изобретение является объектом промышленной собственности. Права на изобретение защищаются патентным правом. В силу закона, автор изобретения получает монопольное право на использование своего
изобретения. Это право ограничено определѐнным сроком, а также некоторыми
другими условиями. Это право может быть переуступлено автором иному лицу.
Право на изобретение возникает при его государственной регистрации. Документом, подтверждающим право на изобретение является патент.
Полезная модель – право на интеллектуальную собственность для защиты
изобретений. Выдаѐтся на изобретения, изобретательский уровень которых ниже, чем требуется для обычного патента; часто выдаѐтся на меньший срок
(обычно от 6 до 10 лет). Имеет, как правило, менее строгие критерии патентоспособности.
Промышленный образец – нематериальный объект. В качестве промышленного образца охраняется художественно-конструкторское решение изделия
промышленного или кустарно–ремесленного производства, определяющее его
внешний вид.
Структура процесса создания и освоения новой техники показана на рисунке 2.1.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
Рисунок 2.1 – Структура процесса создания и освоения новой техники
2.2 Компонование оборудования
В основе конструирования машин, их сборочных единиц и отдельных деталей лежат два процесса (протекающие параллельно, последовательно и чередуясь): расчет и изображение конструкции. При этом на любом из этапов создания конструкции проектировщик выполняет три операции: анализ –синтез –
принятие решения.
Анализ (от др.–греч. άνάλυσις – разложение, расчленение) – операция мысленного или реального расчленения целого (вещи, свойства, процесса или отношения между предметами) на составные части, выполняемая в процессе познания или предметно-практической деятельности человека. В дополнении к
синтезу, метод анализа позволяет получить информацию о структуре объекта
исследования. В частности, структурный анализ машины позволяет построить
ее технологическую и кинематическую схемы, определить динамические условия работы всех механизмов, узлов и деталей, что необходимо при расчете и
конструировании машин.
Синтез (от греч. σύνθεσις – совмещение, помещение вместе (σύν – с, вместе
и θεσις – положение, помещение) – процесс (как правило – целенаправленный)
соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в нечто
качественно новое, целое или представляющее набор. Возможен синтез решений. В кибернетике процесс синтеза тесно связан с процессом предшествующего анализа. Синтез – инжиниринговое построение сложных систем из предва-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
31
рительно подготовленных блоков или модулей разных типов. Низкоуровневое,
глубокое структурное объединение компонентов разных типов. В дополнении к
анализу, метод синтеза позволяет получить представления о связях и потоках
между составляющими объекта исследования.
Для проведения этих операций необходимы эскизные чертежи в масштабе,
которые дают возможность изменять форму как отдельной детали, так и изделия в целом.
Благодаря масштабному чертежу можно выбрать решение из огромного
числа вариантов. Чертеж позволяет разработчику сконцентрировать внимание
на поиске участков с наиболее приемлемым решением. Поэтому каждому конструктору для успешной работы необходимо иметь определенные навыки в
компоновке проектируемых объектов.
При компоновании важно уметь выделить главное из второстепенного и
установить правильную последовательность разработки конструкции. Попытка
скомпоновать одновременно все элементы конструкции является довольно распространенной ошибкой. Поэтому компоновку следует начинать с решения
главных вопросов – выбора рациональных кинематической и силовой схем, необходимых размеров и формы деталей, определения наиболее целесообразного
взаимного их расположения. При компоновании идут от общего к частному, а
не наоборот.
Если допускают габаритные размеры проектируемого объекта, компоновку
лучше всего вести в масштабе 1:1. Это позволит точнее выбрать нужные размеры и сечения деталей, составить представление о соразмерности частей конструкции, прочности и жесткости деталей и конструкции в целом. К тому же
такой масштаб избавляет от необходимости нанесения большого числа размеров и облегчает последующие процессы проектирования, в частности деталировку. Размеры деталей в этом случае можно брать непосредственно с чертежа.
Компоновка несложных объектов может быть выполнена в одной проекции, позволяющей получить информацию о данной конструкции в наиболее
полном объеме. Формы конструкции в поперечном направлении восполняются
пространственным воображением. При компоновке более сложных объектов
указанный способ может вызвать существенные ошибки; в таких случаях обязательны все необходимые виды, разрезы и сечения.
Иногда конструктор приступает к проектированию, зная лишь технические
требования к нему и не представляя себе будущей конструкции. В этом случае
приходится начинать с разработки идеи конструкции и поисков конструктивной схемы, после чего следует компоновка в прямом смысле этого слова.
При этом в процессе компонования должны быть:
-учтены все условия, определяющие работоспособность агрегата, разработаны системы смазки, охлаждения, сборки–разборки, крепления агрегата и присоединения к нему смежных деталей (приводных валов, коммуникаций, электропроводки);
-предусмотрены условия удобного обслуживания, осмотра и регулирования механизмов;
-выбраны материалы для основных деталей;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32
-продуманы способы повышения долговечности, увеличения износостойкости трущихся соединений, способы защиты от коррозии;
-исследованы возможности форсирования агрегата и определены его границы.
В реальном проектировании конструктор мысленно анализирует и отбрасывает нецелесообразные решения и, таким образом, во многих случаях выбор
вариантов происходит быстрее, чем может показаться из приведенных ниже
объяснений и рисунков. Еще более эффективно компонование в том случае, если проектирование ведется с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР).
Одним из важнейших этапов компоновки является разработка мероприятий, обеспечивающих необходимую эксплуатационную надежность всех элементов конструкции. С этой целью подбираются материалы, из которых будут
изготовлены изделия, способы их упрочнения и обработки, а также вид и марки
смазочных материалов. В случае необходимости некоторые из этих сведений
могут быть оговорены в технических требованиях.
После сравнительного анализа полученной конструкции и выбора окончательного варианта составляют рабочую компоновку, служащую исходным материалом для рабочего проектирования. На чертеже рабочей компоновки наносят основные расчетные, присоединительные и габаритные размеры, размеры
посадочных и центрирующих соединений, тип посадок и квалитеты, серию шарикоподшипников.
Посадка – характер соединения сопрягаемых деталей, определяемый зазором или натягом, то есть разностью их размеров до сборки в соответствии с
назначенным допуском. Система допусков и посадок существует в двух вариантах: система вала – основным размером является размер вала, а размер отверстия выбирается с различным зазором или натягом; система отверстия – основным размером является размер отверстия, а размер вала задаѐтся с необходимым зазором или натягом. Различные посадки определяют степень свободы относительного перемещения деталей и характеризуются как: посадка с зазором,
посадка с натягом, переходная посадка. Посадка с зазором – соединение с гарантированным зазором, то есть наименьший предельный размер отверстия
больше наибольшего предельного размера вала или равен ему. Посадка с натягом – соединение с гарантированным натягом, то есть наибольший предельный
размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен
ему. Переходная посадка – соединение с возможным зазором или натягом в зависимости от действительных размеров вала и отверстия.
Квалитет (от нем. Qualitat от лат. qualitas – качество) – степень точности
размера, по которому изготавливается изделие.
Указывают максимальный и минимальный уровни масла в маслоотстойнике. На поле чертежа приводят основные характеристики агрегата (мощность,
момент, частоту и направление вращения, потребляемую мощность электродвигателя) и технические требования. На основании рабочей компоновки производят необходимые проверочные расчеты.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
33
2.3 Основные методы и принципы конструирования
Принципы создания машин и механизмов непрерывно изменяются и совершенствуются вследствие внедрения новых способов изготовления, усложнения их конструкции и условий сбыта, более полного учета технических, социальных и экономических вопросов. Все это требует организационно–
технической дифференциации процесса создания технических систем и разработки новых, более эффективных методов проектирования.
Общим для всех новых методов проектирования является попытка заставить проектировщика «думать вслух», позволяя другим специалистам ознакомиться с процессами мышления. Основное преимущество такого способа заключается в том, что другие заинтересованные лица могут следить за происходящими событиями, участвовать в них, сообщая проектировщику те сведения и
оценки, которые выходят за пределы его знаний и опыта.
Методы проектирования делятся на две большие группы: эвристические и
алгоритмические.
Эвристические методы способствуют мыслительной деятельности человека, направленной на решение вопросов. Они представляют собой упорядоченные в какой-то мере правила и рекомендации, помогающие при решении задач
без предварительной оценки результата. К наиболее распространенным относятся следующие эвристические методы:
- элементарных вопросов;
- аналогов;
- от целого к частному (принцип синергии);
- наводящих операций;
- коллективное спонтанное мышление (мозговой штурм) и др.
Алгоритмические методы относительно больше формализованы и создают
рациональный переход от замкнутого мышления к открытому рассуждению.
Они используют возможности дедукции, стремясь к оценке операций, а также
определению их очередности и связей. В результате создается ряд последовательных и приближающих к цели процедур (логических и математических алгоритмов).
При проектировании сложных систем методы проектирования взаимно переплетаются, дополняя друг друга. Их конкретное применение зависит от поставленной задачи.
При выборе методов решения в процессе проектирования следует различать единичное, вариантное и оптимальное конструирование.
При единичном конструировании на основании технической характеристики необходимо искать пути решения, сравнивая полученный результат с заданием. Для экономии времени различные варианты не сопоставляются.
При вариантном конструировании разрабатывается общий принцип решения, а для решения конкретной задачи берется один из возможных вариантов
общего решения, например различные компоновки имеющихся унифицированных узлов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
Оптимальное конструирование отличается от вариантного стратегией поиска. Это алгоритм, реализующий получение альтернативных решений, улучшающихся по мере конструирования в отношении заданной целевой функции.
Для оценки эффективности применяемого метода проектирования по сравнению с другими существуют следующие критерии:
- качество проектирования;
- сроки разработки;
- стоимость проектирования;
- число занятых специалистов–разработчиков.
Наиболее приемлемые результаты по этим критериям дает применение методов проектирования, обладающих лучшим качеством и экономичностью.
Эффективность машиностроительной отрасли и повышение производительности труда в ней во многом определяются качеством конструкций машин.
Создание оригинальной конструкции машины или механизма требует от конструктора большого объема знаний и напряженной творческой работы.
В зависимости от оригинальности технические системы могут быть: заимствованные, доработанные, модифицированные или вновь созданные.
К заимствованным относят унифицированные и стандартные узлы (сборочные единицы) и детали, а также узлы и детали, которые могут быть использованы из других, уже созданных конструкций.
Унифицированный от унификация (от лат. unio – единство и facere – делать)
– приведение к единообразию, к единой форме или системе. В технике, приведение различных видов продукции и средств еѐ производства к рациональному
минимуму типоразмеров, марок, форм, свойств и т.п. Основная цель унификации – устранение неоправданного многообразия изделий одинакового назначения и разнотипности их составных частей и деталей, приведение к возможному
единообразию способов их изготовления, сборки, испытаний и т.п. Унификация
– важное направление в развитии современной техники, комплексный процесс,
охватывающий вопросы проектирования, технологии, контроля и эксплуатации
машин, механизмов, аппаратов, приборов.
Доработанные системы представляют собой узлы, детали, конструкции,
выполняющие необходимые функции, но не отвечающие некоторым качественным показателям. Возникает, например, необходимость изменить производительность, потребляемую мощность, частоту вращения, скорость, габариты
машины. Структура конструкции и функции элементов при этом не меняются.
Доработку проводят с целью приспособления технической системы для решения новой задачи, а новые материалы используют для повышения качества,
удешевления или модернизации машины.
К модифицированным относят известные конструкции, не отвечающие некоторым качественным показателям элементов и узлов. В модифицированной
конструкции остаются неизменными функция и принцип действия, изменяются
форма, габариты, материал и технология изготовления деталей. В сложных системах изменяют структуру, конструкцию отдельных узлов и элементов связи.
При модификации конструкция претерпевает существенные изменения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35
Вновь созданные технические системы – это неизвестные ранее конструкции с новым принципом действия.
В процессе проектирования новых технических систем необходимо руководствоваться определенными положениями:
1) решения появляются в результате постепенного приближения к ним;
2) разработка идет от общего к частному, а не наоборот;
3) при проектировании оригинальных изделий и конструкций необходимо
избегать стереотипных форм;
4) рациональное решение получается при разработке большого числа вариантов и их углубленном анализе;
5) при поиске решения в первую очередь нужно обеспечить эффективное
функционирование технического средства;
6) конструктивные параметры деталей и узлов технических средств определяются физико–техническими факторами и требуют технических расчетов;
7) изделия конструируют с учетом возможности и трудоемкости их изготовления.
Анализируя имеющиеся данные (конструкцию машины или аппарата, технические и технологические параметры, условия эксплуатации и т.п.), намечают несколько вариантов конструктивного решения. Оптимальное конструктивное решение определяют и обосновывают с учетом ряда факторов:
- простоты конструкции;
- удобства обслуживания и ремонта;
- металлоемкости
- стоимости.
При модернизации машины или аппарата конструктор в зависимости от
конкретных условий учитывает влияние принятых решений на все механизмы,
узлы и процессы, так или иначе связанные с новым конструктивным решением.
Модернизация (от франц. modernisatio, от moderne – новейший, современный) – изменение в соответствии с новейшими, современными требованиями и
нормами, например модернизация (обновление) технического оборудования,
производственного процесса и т.п.
Новый узел или элемент привода должен органически вписываться в модернизируемое устройство. При этом конструктивные изменения, вносимые
установкой нового узла, должны быть минимальными и наиболее простыми.
Изменение габаритных или присоединительных размеров должно учитывать
размеры соседних машин или узлов. Ритм работы нового узла должен быть кинематически увязан с ритмом взаимодействующих устройств.
При проработке технического задания надо четко уяснить, какие параметры (производительность, мощность машины, качество продукта) подвергнутся
изменениям, какие узлы и детали машины или аппарата потребуют замены или
реконструкции.
Реконструкция (от ре... и лат. constructio – построение) – преобразование
основных средств, техники и технологии на предприятии с целью повышения
уровня и качества выпускаемой продукции, освоения выпуска новых изделий.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
Желательно рассмотреть машины, аналогичные по назначению и конструкции, так как их узлы и детали, принцип работы и т.п. могут быть заимствованы для выполнения задания.
Как правило, для выполнения задания может быть найдено несколько вариантов конструктивных решений. При проработке того или иного варианта
возникает необходимость в определении скорости или ритма движения рабочих
органов, а следовательно, и кинематического расчета. При выявлении, а затем
оценке вариантов решения требуются расчеты габаритов деталей и узлов, элементов привода (межцентровое расстояние, диаметры звездочек и зубчатых колес, форма и размеры емкостей и т.п.).
Задачей кинематического расчета (исследования, анализа) является определение кинематических характеристик (траектории, перемещения, скорости,
ускорения) всех звеньев механизма (характерных точек) по известным кинематическим характеристикам их начальных звеньев и параметрам кинематической
схемы (размеров звеньев).
При выборе одного из вариантов решения рассматривают все вышеперечисленные факторы. При этом учитывают значимость (важность) каждого из
них. Например, более простой по конструкции узел не требует для своего изготовления специальных материалов (специальные стали, пластмассы), получение которых затруднительно, в отличие от узла, имеющего малые габариты, но
более сложного по конструкции. В каждом отдельном случае решение на проектирование нового узла принимают с учетом конкретных производственных
условий.
При установке в поточную линию новой машины большей производительности учитывают как параметры машин, следующих за ней, для предотвращения завала (перегрузки), так и параметры предыдущих устройств, которые будут обеспечивать новую машину необходимым количеством сырья (материала).
Иногда один из вариантов принимают без специальных обоснований, только на основе опыта и здравого смысла. Однако, чем более сложной становится
проектируемая система, тем менее допустимы «волевые» решения и тем большее значение приобретают специальные методы, позволяющие оценить достоинства и недостатки каждого варианта. Если же речь идет о решении новой задачи, в этом случае просто невозможно опираться только на опыт.
В последнее время для принятия наилучших решений при выборе рассматриваемых вариантов часто составляют матрицы коэффициентов. При этом
каждый фактор (критерий) оценивают по своей значимости весовым коэффициентом. Каждый вариант в зависимости от его соответствия требуемым факторам получает соответствующее число баллов. Затем путем расчетов определяют сумму комплексных параметров, которая показывает, какой из вариантов
наилучшим образом соответствует поставленной цели.
При невозможности объективной оценки весомости того или иного фактора применяют метод экспертных оценок, позволяющий получить объективную
оценку, являющуюся результатом формального способа ручного расчета или
обработки на ЭВМ коллективного мнения специалистов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
37
Подавляющее большинство современных машин является итогом деятельности конструкторов нескольких поколений. Поэтому при выборе параметров
каждой новой машины должен соблюдаться принцип конструктивной преемственности и учитываться предшествующий опыт машиностроения.
При создании возможных конструктивных решений могут быть полезны
такие рекомендации:
1) Использование принципа действия систем, встречающихся в природе;
2) Использование известных конструкций без изменения конструктивных
характеристик;
3) Получение желаемого действия путем приспособления известной конструкции к новым условиям;
4) Исследование замысла, который в условиях прошлого времени не удалось реализовать;
5) Приведение в движение неподвижных элементов и фиксирование подвижных;
6) Исключение некоторых элементов путем объединения различных функций в одном элементе;
7) Рассмотрение прочности элементов и возможной целесообразности ее
изменения.
2.4 Задачи и общие правила конструирования машин и механизмов
Задача конструктора состоит в разработке и создании машин, отвечающих потребностям промышленности (заказчика) и обладающих оптимальными
технико–экономическими и эксплуатационными показателями.
К таким показателям могут относиться:
- высокая производительность;
- экономичность;
- прочность;
- надежность;
- малые масса, металлоемкость, габариты, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, расходы на оплату труда персонала (операторов);
- высокий технический ресурс и степень автоматизации;
- простота и безопасность обслуживания;
- удобство управления, сборки и разборки.
Кроме этого, конструкция машины должна отвечать требованиям технической эстетики и эргономики (иметь привлекательный внешний вид).
Значимость каждого из перечисленных факторов зависит от функционального назначения машины:
- в энергетических машинах на первом плане стоит величина КПД, определяющего совершенство преобразования затрачиваемой энергии в полезную;
- в технологических машинах – производительность, четкость и безотказность действия, степень автоматизации;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
38
- в транспортных машинах – оптимальная масса конструкции, высокий
КПД двигателя, обуславливающий максимально возможный запас хода по топливу.
Проектируя машину, конструктор должен добиваться увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта за весь период работы.
Экономический фактор играет первостепенную роль в конструировании.
С мнением о том, что экономически конструировать – значит уменьшать
стоимость изготовления машины, избегать сложных и дорогих решений, применять наиболее дешевые материалы и наиболее простые способы обработки, в
целом можно согласиться. Однако следует отметить, что это лишь часть комплексной задачи. Главное – экономический эффект определяется полезной отдачей машины и суммой эксплуатационных расходов за весь период ее работы.
Стоимость машины является только одной, не всегда главной, а иногда и очень
незначительной составляющей этой суммы.
Экономически направленное конструирование должно учитывать весь
комплекс факторов, определяющих экономичность машины, и правильно оценивать относительное значение этих факторов. Однако, стремясь к удешевлению продукции, конструктор нередко добивается экономии в одном направлении и не замечает других, гораздо более эффективных путей повышения экономичности. Более того, частная экономия, осуществляемая без учета совокупности всех факторов, нередко ведет к снижению суммарной экономичности
машины.
Экономический эффект зависит от обширного комплекса технологических,
организационно–производственных и эксплуатационных факторов. Для большинства изделий машиностроительного комплекса эти факторы проявляются в
ряде обобщенных показателей, в наибольшей степени характеризующих экономичность данной технической системы. Основным из таких показателей является технологичность разработанной конструкции.
Под технологичностью конструкции изделия машиностроения по ГОСТ
14.205–83 понимают совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению минимальных затрат в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта при заданных показателях качества, объеме
выпуска и условиях выполнения работ.
Технологичность конструкции оценивается уровнем ее технологичности
Ку=К/Кб≥1,
(2.1)
где К – показатель технологичности разрабатываемой конструкции,
характеризующий один или несколько ее признаков на стадии
разработки КД;
Кб – базовый показатель, принятый за исходный при сравнительной
оценке технологичности конструкции изделия.
При отработке конструкции машиностроительного изделия на технологичность согласно требованиям этого ГОСТа следует учитывать:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
39
- вид изделия, степень его новизны и сложности,
- условия изготовления, технического обслуживания и ремонта, а также
монтажа на рабочем месте;
- перспективность изделия, объем его выпуска;
- передовой опыт машиностроительных заводов,
- новые высокопроизводительные методы и процессы изготовления;
- условия конкретного машиностроительного завода, если он известен;
- связь достигнутых показателей технологичности с другими показателями
качества машиностроительного изделия.
Таким образом, в процессе отработки конструкции машины на технологичность в нее необходимо заложить свойства, обеспечивающие высококачественное изготовление и рациональное использование ресурсов. Это требует
установления соответствия между конструкцией машины и производственными
условиями его изготовления, обоснованного применения материалов и рациональной преемственности конструктивно-технологических решений.
В современных условиях понятие «технологичность конструкций» нельзя
ограничивать рамками только проектирования и изготовления, не учитывая
процесса эксплуатации машины. В соответствии с этим различают производственную, эксплуатационную и ремонтную технологичность конструкции (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Виды технологичности оборудования
Первая группа требований способствует повышению производственной
технологичности, связанной с улучшением производственных показателей за-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
вода–изготовителя, таких, как себестоимость, трудоемкость, металлоемкость и
др., вторая группа – повышению эксплуатационной технологичности, третья –
ремонтной.
Главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции, являются:
- вид изделия машиностроения, который определяет основные конструктивные и технологические признаки;
- объем выпуска и тип производства, которые определяют степень технологического оснащения, механизации и автоматизации технологических процессов и специализацию всего машиностроительного производства.
Для получения наибольшего технико–экономического эффекта технологическую проработку конструкции ведут на всех этапах ее проектирования и изготовления, а также применительно ко всему изделию в целом.
Для обеспечения высокого уровня производственной технологичности
конструкцию машин отрабатывают комплексно: на уровне деталей, сборочных
единиц и машины в целом. Непременным условием обеспечения технологичности конструкции изделия и входящих в него сборочных единиц и деталей является выполнение ряда требований, которые вошли в комплекс стандартов системы ЕСТПП (единая система технологической подготовки производства) и
сводятся к обеспечению следующих свойств конструкции:
- рациональность членения изделий и их составных частей;
- широкое использование принципов конструкторской и технологической
преемственности, унификации, стандартизации и симплификации;
- рациональное ограничение количества марок и сортаментов применяемых материалов;
- более широкое использование недефицитных материалов и материалов,
обработка которых не вызывает трудностей;
- целесообразная постановка размеров с учетом особенностей обработки
деталей на определенных видах технологического оборудования;
- обеспечение удобства базирования деталей при их обработке и по возможности достижение достаточной жесткости конструкции;
- создание деталей таких конструктивных форм, которые позволяют применять более производительные методы механической обработки и использовать высокопроизводительное оборудование;
- обеспечение условий входа и выхода режущего инструмента, а также хорошего доступа для обработки и осуществления замеров поверхности детали;
- уменьшение многообразия видов обрабатываемых поверхностей и геометрических размеров однотипных элементов конструкции детали;
-максимально возможное упрощение конструкции сборочных единиц и деталей;
- удобство технического обслуживания, ремонта в процессе эксплуатации,
что может требовать внесения в конструкцию определенных элементов.
Перечисленные требования к технологичности конструкции изделия являются общими и могут дополняться и уточняться с учетом особенностей кон-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
41
кретных видов работ (штамповки, литья, механической обработки, сборки и
т.д.).
Отдельные геометрические элементы могут быть признаны технологичными, если их размеры и конфигурация соответствуют параметрам стандартного
режущего инструмента, так как разработка специального инструмента требует
дополнительных затрат и удлиняет сроки технологической подготовки производства. При разработке геометрических элементов поверхностей детали должны широко использоваться принципы унификации для сокращения их разновидностей в конструкции детали, что позволит уменьшить номенклатуру применяемого стандартного режущего инструмента.
Более предпочтительна конфигурация поверхностей, позволяющая производить их обработку за один проход. Необходимо по возможности избегать
глубоких, глухих отверстий с двух сторон детали и внутренних выточек, изготовленных с высокой точностью, а также отверстий, пересекающих зону закалки. Соосные отверстия в конструкции детали следует располагать с учетом
убывания диаметров в одном направлении, а ступенчатые валы должны иметь
по возможности небольшие перепады диаметров. Наиболее технологичными
являются сквозные цилиндрические отверстия. Необходимо располагать обрабатываемые поверхности в одной плоскости, применять стандартные размеры
диаметров, допусков, посадок, параметров шероховатости.
В деталях, подвергающихся термической обработке, требуется предусматривать переходные поверхности. Отверстия с внутренней резьбой должны быть
по возможности сквозными.
Необходимость обеспечения высококачественного проведения сборочных
работ определяет специальные требования к конструкции машин, которую надо
разделять на составные части (предпочтительно с учетом их функционального
назначения) так, чтобы можно было проводить одновременно сборку многих из
них. Необходимо учитывать принцип взаимозаменяемости, совмещать технологические и измерительные базы, обеспечивать удобство подходов к соединениям, чтобы использовать различные средства малой механизации.
Конструкция должна обеспечивать возможность применения несложных
приспособлений и стандартного инструмента. Следует предусматривать возможность проведения параллельной сборки сборочных единиц. Объем механических работ при сборке машины должен быть минимальным. При сборке
должна обеспечиваться взаимная фиксация собираемых деталей и сборочных
единиц с помощью выступов и пазов, шпонок, штифтов. Существуют достаточно известные требования к технологичности различных видов соединений
(сварных, резьбовых, заклепочных и др.). Точность сборочных соединений
обеспечивается методами подгонки, регулировки, групповой взаимозаменяемости.
При расчленении сложной сборочной единицы на более простые элементы
желательно выполнять следующие требования:
1) Сборочные единицы должны быть рассчитаны на минимальное количество различных видов технологических процессов сборки (соединение болтами,
клепкой, сваркой, пайкой и т.д.). Они должны быть по возможности простыми,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
представлять собой законченное изделие для определенного производственного
участка и иметь минимально возможное число сочленений;
2) Расчленение сложной сборочной единицы на простые должно осуществляться с учетом производственной структуры предприятия–изготовителя и
предусматривать соединение простых сборочных единиц в такой последовательности, чтобы одна сборочная операция не мешала выполнению других;
3) Расчленение сложной сборочной единицы должно быть сделано с учетом возможности замены любой простой сборочной единицы без нарушения
других соединений простых сборочных единиц;
4) Конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность
проведения регулировочных и контрольных операций. При этом частые регулировки не должны нарушать регулировку сложной сборочной единицы.
Существенное место при отработке конструкции деталей на технологичность отводится уменьшению материалоемкости изделий, которое обеспечивается комплексным решением ряда взаимосвязанных задач. Мероприятия по сокращению расхода материалов можно разделить на две группы.
1) Конструкторские мероприятия, связанные с совершенствованием методов расчета и использованием новых принципов конструирования, с обеспечением равнопрочности деталей во всех ее сечениях, а также с применением новых, недорогих и недефицитных материалов (в том числе пластмасс). К этой
группе относятся также мероприятия по применению рациональных видов заготовок для изготовления деталей;
2) Технологические мероприятия:
- разработка более совершенной технологии создания новых конструкционных материалов для обеспечения возможности широкого их применения в
изделиях;
- изменение технологии создания существующих конструкционных материалов, а также введение дополнительных контрольных операций для повышения их качественных характеристик;
- внедрение технологических методов упрочнения материалов;
- расширение номенклатуры выпускаемых видов проката, а также уменьшение поля допусков на его геометрические размеры;
- рациональное применение более совершенных технологических процессов и оборудования в рамках определенного вида производства (например, в
литейном производстве использование более совершенных способов литья, в
механообрабатывающем производстве – станков с ЧПУ, многоцелевых станков
и т.д.).
Применение рациональных видов заготовок должно быть обосновано соответствующими технико–экономическими расчетами. При этом учитываются
материал, габаритные размеры и масса детали, серийность производства, точность размеров и припуски на обработку, а также специфические условия эксплуатации. Вид применяемой заготовки может накладывать определенные
ограничения на конфигурацию детали и предъявляемые к ней требования с
точки зрения технологичности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
43
Например, для такого прогрессивного способа формообразования деталей,
как литье, характерны следующие ограничения:
- наружные поверхности должны состоять из прямолинейных контуров,
соединенных плавными переходами;
- толщина стенок должна назначаться такой, чтобы исключить резкие отклонения в их размерах;
- необходимо избегать выступающих частей, больших тонких ребер и таких сочетаний поверхностей, которые затрудняли бы изготовление литейной
формы;
- форма заготовки должна исключать затруднения при разъеме модели и
др.
В зависимости от применяемого вида литья (литье в песчаные формы, в
оболочковые формы, по выплавляемым моделям, под давлением и др.) требования к технологичности литых деталей дополняются и уточняются. Применение той или иной разновидности литья определяется особенностями конструкции детали, ее назначением, условиями эксплуатации, а также производственными возможностями.
Для деталей, работающих на изгиб, растяжение и кручение и имеющих
существенное различие в отдельных сечениях, рекомендуется применять заготовки штампованные или в виде поковок. Штампованные заготовки более качественные, но и более дорогостоящие, поэтому использование этого вида формообразования деталей должно быть экономически обоснованным.
Разработчик должен учитывать особенности технологических процессов
обработки давлением и придать в соответствии с ними определенную форму
деталям, к которым предъявляются при этом особые требования к технологичности конструкции. Так, при использовании горячей штамповки необходимо
предусмотреть возможность:
- сокращения числа переходов, операций и минимизации последующей механической обработки;
- изготовления детали на простых и дешевых штампах;
- разъема штампов, а также других требований, которые в совокупности
характеризуют технологичность штампованной заготовки.
Выполнение каждого из приведенных требований накладывает определенные ограничения на конфигурацию изготовляемой детали. Так, при штамповке
на молотах и прессах деталь должна иметь разъемную геометрическую форму с
наличием штамповочных уклонов на вертикальных (к полости разъема) стенках, а также плавные скругленные контуры. Штамповочные уклоны зависят от
применяемого оборудования.
Пространственные детали сложной формы или близкие к ним заготовки
технологично изготовлять с применением холодной штамповки, которую можно отнести к одному из наиболее прогрессивных способов формообразования
деталей. Применяемый вид холодной штамповки (гибка, вытяжка, холодное
выдавливание, холодная объемная штамповка и др.) во многом определяет номенклатуру требований, характеризующих технологичность детали.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
44
Физико–механические свойства отдельных конструкционных материалов
(пластмасс, спеченных порошковых материалов и др.) и условия специальных
видов обработки накладывают дополнительные требования к технологичности
конструкции деталей.
Эксплуатационная технологичность играет не менее важную роль, чем
производственная. Оптимальной будет такая конструкция, которая в процессе
эксплуатации имеет минимальное число отказов и требует минимальных затрат
на ремонт, восстановление и обслуживание.
Повышение эксплуатационной технологичности машины достигается путем принятия в процессе конструирования изделия ряда мер:
- повышения износоустойчивости и усталостной прочности деталей машин;
- повышения коррозионной стойкости деталей;
- выбора точности и качества поверхности деталей;
- выбора смазки и смазочных устройств.
Ремонтная технологичность при конструировании изделия обусловлена
следующими основными условиями:
- доступностью деталей в наиболее вероятных местах ремонта;
- взаимозаменяемостью узлов и отдельных деталей и возможно более широкой их унификацией;
- быстротой обнаружения неисправности;
- временем монтажа и демонтажа узлов и деталей, требующих систематической замены. Например, люки должны открываться без применения специальных инструментов и допускать их многократное открывание и закрывание.
Штуцера, предназначенные для присоединения к оборудованию баков, насосов,
манометров и т.п., должны быть удобно размещены.
Требования, предъявляемые к конструкции изделия для повышения ее эксплуатационной технологичности, в некоторых случаях могут противоречить
требованиям производственной технологичности. Например, может оказаться
целесообразным, с эксплуатационной точки зрения, заменить неразъемную деталь разъемной, но более сложной в изготовлении, для удобства осмотра и ремонта.
Технологичность зависит от масштаба и типа производства. Единичное и
мелкосерийное производства предъявляют к технологичности одни требования,
крупносерийное и массовое – другие. Признаки технологичности специфичны
для деталей различных групп изготовления.
Показателями технологичности машин и механизмов также могут быть
общая трудоемкость, материалоемкость и масса машины.
Общая трудоемкость изготовления машины включает трудоемкость заготовительных операций, механической, термической и других видов обработки,
сборки и испытания машины.
При конструировании машин следует учитывать, что на снижение трудоемкости оказывают большое влияние унификация и нормализация деталей и
узлов машин. Это позволяет также сократить в эксплуатационных условиях
номенклатуру необходимых запасных деталей и облегчить ремонтные работы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
45
Материалоемкость и масса машины позволяют судить об общем расходе
материалов, а также о коэффициенте полезного использования их, т.е. о количестве отходов, полученных в процессе изготовления заготовок и готовых деталей.
Для экономии металлов, расходуемых на изготовление машин и аппаратов,
при конструировании необходимо уделять большое внимание выбору оптимальных профилей металлов.
Во многих случаях применение заготовок с пустотелыми профилями позволяет без ущерба для прочности и жесткости уменьшить расход металла для
их изготовления в 2...3 раза.
Наряду с технологичностью машины большой экономический эффект дает
стандартизация деталей, узлов и агрегатов. Под стандартизацией понимается
регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей, узлов и агрегатов,
Почти в каждой специализированной проектной организации стандартизируют типовые для данной отрасли машиностроения детали и узлы. Стандартизация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин и при целесообразной конструкции стандартных деталей способствует увеличению надежности машин.
Стандартизация дает наибольший эффект при сокращении числа применяемых типоразмеров стандартов, т.е. при их унификации. В практике проектных
организаций эта задача решается выпуском ограничений, содержащих минимум
стандартов, удовлетворяющих потребностям проектируемого класса машин.
Преимущества стандартизации реализуются в полной мере при централизованном изготовлении стандартных изделий на специализированных заводах.
Это разгружает машиностроительные заводы от трудоемкой работы изготовления нестандартных изделий и упрощает снабжение ремонтных предприятий запасными частями.
Степень стандартизации оценивается коэффициентом
ηс=(Nc/N)·100%,
(2.2)
где Nc, N – соответственно число стандартных деталей и общее число
деталей.
Составными частями стандартизации являются унификация и типизация.
Под унификацией понимается приведение изделий к единообразию на основе установления рационального числа их разновидностей. Применение унификации позволяет в 2...3 раза уменьшить количество КД, в 1,5...2 раза сократить сроки разработки изделий и объемы испытаний. Сокращение общего
числа типоразмеров при унификации составных частей конструкции увеличивается в 1,5...2,5 раза.
Различают конструкторскую и технологическую унификацию. Для конструкторской унификации можно отметить следующие основные направления
работ:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
46
1) создание или выбор базовых конструкций изделия на основе передового
опыта их разработки;
2) создание конструкций машин на основе унифицированных блочномодульных конструкций;
3) соблюдение преемственности технических решений путем заимствования составных частей машины из других конструкций или предшествующих
разработок (одна из которых может быть базовой), или из других одновременно
создаваемых;
4) ограничение номенклатуры разрешаемых к применению изделий и материалов.
Под базовым понимается изделие, основные составные части которого
обязательны для применения при проектировании других однотипных конструкций.
Конструкторская унификация имеет также недостатки, которые необходимо учитывать, особенно при заимствовании составных частей из изделийпредшественников: возможное увеличение массы создаваемой машины и консервативность отдельных характеристик. Устранению этих недостатков способствует оптимизация уровня унификации по экономическим критериям.
Конструкторская унификация связана с технологической и зависит от
уровня преемственности технологических процессов и оснастки, а увеличение
количества заимствованных составных частей в конструкции машин позволяет:
- улучшить оснастку и технологические процессы и сократить затраты на
подготовку производственной базы для выпуска нового оборудования;
- создать типовую, универсальную, переналаживаемую и сборочную технологическую оснастку и применить принципы стандартизации при ее разработке, что приводит к уменьшению объектов работ, затрат трудовых, материальных, стоимостных и временных ресурсов;
- применить типовые технологические процессы, что позволяет внедрить
групповые формы организации труда, сократить сроки и затраты на разработку
необходимой документации в процессе технологической подготовки машин и
аппаратов.
Для оценки достигнутого уровня стандартизации и унификации используют систему показателей:
1) коэффициент применяемости (обязательный)
Kпр=(n–nо)/n,
(2.3)
где n – общее количество изделий;
nо – количество оригинальных изделий (оригинальные – разработанные
впервые для этого изделия).
2) коэффициент повторяемости
KП=N/n,
(2.4)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
47
где N – общее количество составных частей изделия.
3) коэффициент межпроектной (взаимной) унификации
H
K м. у . n
i 1
H
i
Q
ni nm ax
,
(2.5)
i 1
где H – общее количество рассматриваемых изделий;
ni – количество типоразмеров составных частей в i-м изделии;
Q – количество типоразмеров составных частей, из которых состоит из H
изделий;
nmах – максимальное количество типоразмеров составных частей одного из
изделий, входящих в эту группу.
4) коэффициент унификации группы изделий
m
Kr K
i 1
m
прi
Пi Ц i
Пi Ц i
,
(2.6)
i 1
где m – количество изделий в группе;
i – порядковый номер изделия в группе;
Knpi – коэффициент применяемости i-го изделия;
Пi – годовой выпуск i-го изделия;
Цi – оптовая цена i–го изделия.
Типизация предполагает разработку типовых конструкций или технологических процессов на основе общих для ряда изделий (процессов) технических
характеристик. Типизацию технологических процессов можно проводить и без
типизации конструкции, но не наоборот.
Сформулированные выше задачи можно кратко изложить в виде следующих общих правил конструирования:
- подчинять конструирование задаче увеличения экономического эффекта,
определяемого в первую очередь полезной отдачей машин, ее долговечностью
и эксплуатационными расходами за весь период использования машин;
- добиваться максимального повышения полезной отдачи путем увеличения производительности машин и объема выполняемых ими операций;
- добиваться всемерного снижения расходов на эксплуатацию машин за
счет уменьшения энергопотребления, стоимости обслуживания и ремонта;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
48
- максимально увеличивать степень автоматизации машин с целью повышения их производительности и качества продукции, а также сокращения расходов на ручной труд;
- предупреждать быстрый моральный износ машин и обеспечивать их длительную применяемость, закладывая в них высокие исходные параметры и
предусматривая резервы развития и последовательного совершенствования;
- закладывать в проектируемые машины предпосылки интенсификации их
использования при эксплуатации путем повышения универсальности и надежности;
- стремиться к сокращению числа типоразмеров машин путем рационального выбора их параметров и повышения эксплуатационной гибкости;
- конструировать машины с расчетом на безремонтную эксплуатацию, т.е.
полностью устранять капитальные ремонты и заменять восстановительные ремонты комплектацией машин сменными узлами;
- избегать выполнения трущихся поверхностей непосредственно на корпусах деталей;
- для облегчения ремонта поверхности трения выполнять на отдельных,
легко заменяемых деталях;
- последовательно выдерживать принцип агрегатности (конструировать узлы в виде независимых агрегатов, устанавливаемых на машину в собранном
виде);
- исключать подбор и подгонку деталей при сборке; обеспечивать максимальную взаимозаменяемость деталей;
- исключать операции выверки, регулирования деталей и узлов по месту;
- предусматривать в конструкции фиксирующие элементы, обеспечивающие правильную установку деталей и узлов при сборке;
- обеспечивать высокую прочность деталей и машины в целом способами,
не требующими увеличения массы (придание деталям рациональных форм с
наилучшим использованием материала, применение материалов повышенной
прочности, введение упрочняющей обработки);
- уделять особое внимание повышению циклической прочности деталей,
придавая им рациональные по сопротивлению усталости формы;
- уменьшать концентрацию напряжений;
- вводить упрочняющую обработку;
- в машины, узлы и механизмы, работающие при циклических и динамических нагрузках, вводить упругие элементы, смягчающие толчки и колебания;
- придавать конструкциям высокую жесткость целесообразными, не требующими увеличения массы, способами (применение пустотелых и оболочковых конструкций; блокирование деформаций поперечными и диагональными
связями; рациональное расположение опор и ребер жесткости);
- исключать возможность неправильной сборки деталей и узлов, нуждающихся в точной координации одного относительно другого;
- по возможности не применять периодическую смазку, отдавая предпочтение непрерывной автоматической подаче смазочного материала к трущимся
соединениям;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
49
- избегать открытых механизмов и передач, заключая их в закрытые корпуса, предотвращающие проникновение грязи, пыли и влаги на трущиеся поверхности и позволяющие организовать непрерывную смазку;
- обеспечивать надежную страховку резьбовых соединений от самоотвинчивания;
- внутренние соединения фиксировать методами позитивного стопорения
(шплинты, отгибные шайбы);
- предупреждать коррозию деталей, в особенности у машин, работающих
на открытом воздухе или соприкасающихся с химически активными средами,
применяя стойкие лакокрасочные и гальванические покрытия и изготавливая
детали из коррозионно-стойких материалов;
- уменьшать массу машин за счет применения компактных конструкций,
рациональных кинематических и силовых схем, устранения невыгодных видов
нагружения, замены изгиба растяжением–сжатием, а также применяя легкие
сплавы и неметаллические материалы;
- упрощать конструкцию машин, уменьшая количество и сложность их деталей;
- заменять во всех случаях, где это возможно, механизмы с прямолинейным возвратно–поступательным движением, механизмами с вращательным
движением;
- обеспечивать максимальную технологичность деталей, узлов и машины в
целом, закладывая в конструкцию предпосылки наиболее производительного
изготовления и сборки;
- сокращать объем механической обработки, предусматривая изготовление
деталей из заготовок, имеющих форму, близкую к окончательной форме изделия;
- заменять механическую обработку более производительными способами
обработки без снятия стружки;
- осуществлять максимальную унификацию элементов конструкции с целью удешевления машины, сокращения сроков ее изготовления, доводки, а
также для облегчения эксплуатации и ремонта;
- соблюдать действующие стандарты;
- всемерно расширять применение стандартных деталей;
- не применять оригинальные детали и узлы там, где можно обойтись стандартными, унифицированными, заимствованными и покупными деталями и узлами;
- экономить дорогостоящие и дефицитные материалы, применяя их полноценные заменители;
- при необходимости использования дефицитных материалов сводить их
расход к минимуму;
- выполнять ключевые детали из качественных материалов, применять для
их изготовления технологические процессы, обеспечивающие наибольшее повышение надежности и срока службы;
- соблюдать требования технической эстетики, придавая машинам стройные формы; улучшать внешнюю отделку машин;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50
- непрерывно совершенствовать конструкцию машин, находящихся в серийном производстве, поддерживая их на уровне возрастающих требований
промышленности;
- обеспечивать конструктивный задел, осуществляя подготовку к выпуску
новых машин с более высокими показателями на смену морально устаревшим;
- изучать тенденции развития отраслей перерабатывающей промышленности, использующих проектируемые машины;
- вести проектирование с опережением, рассчитанным на удовлетворение
перспективных запросов потребителей данных машин;
- при проектировании новых конструкций, а также машин, предназначенных для новых технологических процессов, проверять все новые элементы с
помощью эксперимента, моделирования, заблаговременного изготовления и
испытания узлов;
- шире использовать опыт проектирования конструкций в смежных, а в необходимых случаях и отдаленных по профилю отраслях машиностроения;
- увеличивать эксплуатационную надежность машин, добиваясь по возможности полной безотказности их работы;
- предупреждать возможность перенапряжения машины в эксплуатации,
для чего применять автоматические регуляторы, предохранительные и предельные устройства, исключающие возможность эксплуатации на опасных режимах;
- вводить блокировки, предупреждающие возможность неправильного манипулирования органами управления, максимально автоматизировать управление машиной;
- сосредотачивать органы управления и контроля по возможности в одном
месте, удобном для обзора и манипулирования;
- делать доступными и удобными для осмотра узлы и механизмы, нуждающиеся в периодической проверке;
- обеспечивать безопасность обслуживающего персонала: предупреждать
возможность несчастных случаев путем максимальной автоматизации рабочих
операций, введения блокировок, применения закрытых механизмов и установки
защитных ограждений;
- в машинах–орудиях и автоматах обеспечивать возможность регулирования и наладки механизмами ручного прокручивания, медленного проворачивания от приводного двигателя (с реверсом, если того требуют условия наладки);
- в машинах с приводом от электродвигателя учитывать возможность неправильного включения двигателя, а в машинах с приводом от двигателя внутреннего сгорания – обратных вспышек (обеспечивать возможность реверсной
работы машины или вводить предохранительные устройства, например обгонные муфты);
- тщательно изучать опыт работы машин и оперативно устранять их дефекты, обнаруженные в процессе эксплуатации; такой подход является лучшим
средством совершенствования и доводки машин, а также весьма эффективным
способом повышения квалификации конструктора.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
51
2.5 Предпочтительные числа
Разработка и создание основных узлов и деталей новых машин должны
осуществляться в соответствии с единой концепцией в конструировании разного по назначению технологического оборудования. Одним из путей решения
этой проблемы является использование при конструировании основных рабочих органов технологических машин системы предпочтительных чисел,
Согласно определению, предпочтительные числа представляют собой систему параметрических десятизначных рядов чисел, построенных по геометрической прогрессии со знаменателем
g n 10 ,
(2.7)
где n=5, 10, 20, 40, 80... – номера рядов, безграничных как в большую, так и в
меньшую сторону и обладающих свойствами, которые
позволяют применять их при выборе основных и
базовых размеров, параметров и характеристик
изделий.
Система предпочтительных чисел широко используется в различных областях техники. Так, например, в машиностроении при конструировании пользуются рядами линейных размеров. В соответствии с рядами предпочтительных
чисел можно выбрать грузоподъемность транспортных средств, контейнеров,
вместимость складов, производительность оборудования, установочную мощность, габаритные размеры и массу машин и т. п.
Применение системы предпочтительных чисел позволяет использовать
определенную закономерность для построения параметрических рядов изделий,
увязывать и унифицировать их параметры между собой, получать конструкцию
машины, отличающуюся высокой компактностью и оптимизацией основных
технико–экономических характеристик.
Предпочтительные числа представляют собой тщательно и научно подобранные цифровые величины, подчиняющиеся определенным закономерностям.
Теория предпочтительных чисел создана многолетним трудом многих ученых и специалистов и широко используется сегодня для разработки международных, отраслевых и фирменных стандартов. Основным стандартом в этой области является ГОСТ 8032 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел». На базе этого стандарта утвержден ГОСТ 6636 «Нормальные линейные размеры», устанавливающий ряды чисел для выбора линейных размеров.
ГОСТ 8032 предусматривает четыре основных ряда предпочтительных чисел:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
52
1–й – R5 – l,00; 1,60; 2,50; 4,00; 6,30; 10,00... имеет знаменатель прогрессии
5
10
10
10 = 1,25;
=1,6;
2–й – R10 – 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50 ... имеет знаменатель прогрессии
3–й – R20 – 1,00; 1,12; 1,25; 1,40; 1,60 ... имеет знаменатель прогрессии
20
10 =1,12;
4–й – R40 – 1,00; 1,06; 1,12; 1,18; 1,25 ... имеет знаменатель прогрессии
40
10 =1,06.
Количество чисел в интервале 1...10: для ряда R5 – 5, R10 – 10, R20 – 20,
R40 – 40.
В некоторых технически обоснованных случаях допускается округление
предпочтительных чисел. Например, число 1,06 может быть округлено до 1,05;
1,12 – до 1,1; 1,18 – до 1,15 или 1,20.
2.6 Материалоемкость и облегчение деталей и узлов
Одним из основных показателей, характеризующих технический уровень
машины, является ее материалоемкость. В общем случае она выражается объемом материала, из которого изготовлена машина.
Различают материалоемкость структурную и удельную. Первая из них позволяет оценить рациональность выбора материалов, из которых изготовлена
машина, а также возможность исключения наиболее дорогостоящих и дефицитных.
Под удельной материалоемкостью понимается отношение объема материала, из которого изготовлена машина, к одному из ее основных параметров
(мощности, производительности и т.д.). Так как многий машины и механизмы
изготавливаются из материалов различной плотности, то в общем случае показатель удельной материалоемкости определяется по формуле
m m
1
v
V
N
1
2
2
N
...
m
n
n
(2.8)
где V – объем материала, из которого изготовлена машина, м3;
N – мощность привода машины, кВт;
Σm1, Σm2, Σmn – суммарные массы деталей, кг, изготовленные из материалов
с плотностью соответственно ρ1, ρ2, ρn, кг/м3.
Значение данного показателя выходит за рамки оценки экономии материала или его различных видов. Удельная материалоемкость характеризует качество конструкции, т.е. рациональность ее схемы, и совершенство форм деталей
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
53
независимо от плотности использованных материалов. Этот показатель является одним из основных при сравнении машин одинакового эксплуатационного
назначения, но различной мощности, разной производительности и др.
Обратная величина удельной материалоемкости – отношение основного
параметра машины к ее массе – называется коэффициентом использования материала.
Основные направления снижения материалоемкости машин и механизмов:
- снижение массы;
- повышение коэффициента использования материала;
- выбор рационального материала;
- унификация узлов и деталей;
- рационализация конструктивных схем.
Одним из основных путей снижения материалоемкости машины за счет
уменьшения ее массы является рациональное нагружение деталей, когда
напряжения будут одинаковы в каждом сечении детали по ее продольной оси и
в каждой точке этого сечения (равнопрочность детали).
При изгибе, кручении и сложных состояниях напряжения в деталях, как
правило, распределяются по сечению неравномерно. Они максимальны в крайних точках сечения, а в других могут снижаться до нуля, например на
нейтральной оси сечения, подвергаемого изгибу. В этом случае весьма эффективным способом выравнивания напряжений по сечению может быть удаление
материала из наименее нагруженных участков (рисунок 2.3).
На рисунке 2.3, а показана цилиндрическая деталь, подвергаемая изгибу
или кручению. Удаление слабонагруженного металла из центра сечения, т. е.
придание сечению кольцевой формы, обеспечивает более равномерное распределение напряжений на остальных участках (рисунок 2.3, б). При этом, чем
тоньше стенки кольца, тем равномернее распределяются напряжения. Однако
сохранение прежнего наружного диаметра детали привело к повышению уровня напряжений в стенках. Незначительное увеличение наружного диаметра
позволяет привести напряжения к прежнему уровню и даже существенно их
снизить (рисунок 2.3, в и 2.3, г).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
54
Рисунок 2.3 – Схема удаления слабонагруженного центра сечения
Во многих случаях вид нагружения детали является определяющим фактором в способе снижения материалоемкости.
Наиболее выгоден случай растяжения–сжатия, когда все точки сечения
работают при одинаковом напряжении и материал используется наиболее полно.
По возможности следует заменять изгиб растяжением-сжатием, как это делается, например, в стержневых и форменных системах.
Там, где изгиб неизбежен по функциональному назначению детали, его отрицательное влияние можно компенсировать следующими конструктивными
мерами:
- применять рациональные сечения с «разноской» материала по направлению действия максимальных напряжений (сечения с более равномерным распределением напряжений);
- уменьшать изгибающий момент сокращением плеча изгибающей силы,
т.е. уменьшать пролеты между опорами, рационально расставлять опоры и
устранять консольное нагружение, невыгодное по напряжениям и деформациям.
В системах, работающих на растяжение–сжатие, изгиб нередко возникает в
результате асимметрии сечений, внецентренного приложения нагрузки или
криволинейности формы детали.
При внецентренном погружении шатуна силой сжатия (рисунок 2.4, а) в
стержне шатуна возникают дополнительные напряжения изгиба, из–за чего
приходится увеличивать сечение стержня, а следовательно, и массу конструкции.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
Рисунок 2.4 – Схема разгрузки шатуна от изгиба
Тот же недостаток, но в меньшей степени присущ конструкции, приведенной на рисунке 2.4, б, где внецентренный изгиб возникает вследствие асимметрии сечения стержня относительно направления сил. В рациональной конструкции (рисунок 2.4, в) с симметричными относительно нагрузки сечениями
нагрузка сводится к чистому сжатию; при прочих равных условиях масса конструкции получается наименьшей.
На рисунке 2.5 приведены нецелесообразная (а) и рациональная (б) конструкции литого кронштейна из серого чугуна, подвергающегося изгибу.
Рисунок 2.5 – Нецелесообразная (а) и рациональная (б)
конструкции литого кронштейна
Для деталей со сложной конфигурацией полную равнопрочность обеспечить практически невозможно из-за неопределенности действующих в ней
напряжений. В таких случаях снижение материалоемкости детали может быть
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56
осуществлено удалением металла из участков, находящихся в стороне от силового потока. Материалоемкость шестерни, выполненной в виде диска, снижена
удалением металла из малонагруженных участков (рисунок 2.6, а) или за счет
уменьшения толщины фланца по направлению к периферии (рисунок 2.6, б).
В конструкциях пазового поводка (рисунок 2.5, в) снижение массы достигнуто изменением наружной конфигурации диска поводка и уменьшением его
толщины. При этом несущая способность поводка зависит от ширины рабочих
граней пазов. Для ее сохранения пазы усилены за счет окантовки.
Снижение материалоемкости машин и аппаратов перерабатывающих производств за счет повышения коэффициента использования материала может
быть достигнуто также заменой поковок литыми деталями, получением заготовок с помощью горячей или холодной штамповки, применением стандартных и
специально облегченных профилей и т.д. При этом в условиях мелкосерийного
производства детали в виде тел вращения изготавливают раскатыванием на токарных станках, а в серийном производстве – штамповкой (рисунок 2.7).
а – зубчатые колеса; б – фланцы; в – пазовые поводки
Рисунок 2.6 – Конструктивные способы облегчения деталей
Наибольшие возможности в снижении материалоемкости машин и аппаратов заложены в применении рациональных конструктивных схем с наименьшим числом деталей и наиболее выгодным направлением силового потока.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
57
Примером рационального размещения деталей с целью уменьшения объема и габаритных размеров может служить двухступенчатый редуктор (рисунок
2.8).
Исходную конструкцию (рисунок 2.8, а), выполненную по обычной трехзальной схеме, можно сделать более компактной и легкой, если конечное зубчатое колесо 4 перебора установить соосно с начальным колесом (рисунок 2.8,
б), т.е. выполнить редуктор по двухвальной схеме.
Рисунок 2.7 – Листовые штампованные конструкции
Рисунок 2.8 – Совершенствование конструктивной схемы редуктора
При такой схеме работы редуктора значительно снижаются силы, действующие на промежуточные колеса 2 и 3, определяющие нагрузку на подшипники. В исходной конструкции, когда силы Р1 и Р2 от начального и конечного
колес направлены в одну и ту же сторону, их результирующая R имеет достаточно большое значение. В двухвальной конструкции редуктора (рисунок 2.8,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
58
б) силы Р1 и Р2 направлены в разные стороны, благодаря чему результирующая
R уменьшается почти в 2 раза.
Дальнейшее снижение материалоемкости редуктора можно достигнуть
уменьшением диаметра зубчатых колес (рисунок 2.8, в). Увеличение окружных
сил при этом можно компенсировать за счет удлинения зуба, перехода на косой
или шевронный зуб, изготовления колес из более прочных и твердых материалов и применения более эффективной системы смазки, замены металлических
материалов неметаллическими, применения прочных материалов.
Масса конструкции во многом зависит от силовой схемы. Она рациональна, если силы замыкаются на коротком участке элементами, работающими на растяжение или сжатие. Привод роторной машины 1 через редуктор 3
и коническую шестеренную передачу 2 (рисунок 2.9, а) нерационален. Возникающие на шестернях радиальные и осевые силы нагружают валы и корпуса
машины и редуктора.
Рисунок 2.9 – Совершенствование силовой схемы редуктора
Целесообразен привод от фланцевого электродвигателя через соосный редуктор 4, смонтированный непосредственно на корпусе машины (рисунок 2.9,
б). В этом случае реактивные силы привода уравновешиваются наикратчайшим
путем в корпусе редуктора, не вызывая дополнительных нагрузок на элементы
системы. Габариты установки значительно сокращаются.
2.7 Пути повышения жесткости конструкции
Жесткость – это способность системы сопротивляться действию внешних
нагрузок с деформациями, не нарушающими работоспособность системы.
Жесткость определяет работоспособность конструкций машин и аппаратов перерабатывающих производств в такой же, а иногда и в большей мере, как и
прочность. Повышенные деформации могут нарушить нормальную работу конструкции задолго до возникновения опасных для прочности напряжений. Способствуя неравномерному распределению нагрузки, они вызывают сосре-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
59
доточенные силы на отдельных участках деталей, в результате чего появляются
местные высокие напряжения, иногда значительно превышающие номинальные
значения.
Невыполнение требований к жесткости различных конструктивных элементов машин и аппаратов сказывается на их работоспособности по–разному.
Например, недостаточная жесткость корпусов нарушает взаимодействие расположенных в них механизмов, вызывая повышенное трение и износ подвижных
соединений, валов и опор зубчатых передач, ухудшает условия зацепления колес и приводит к быстрому износу зубьев, цапф и подшипников скольжения
вызывает повышенные кромочные давления, появление очагов полужидкостного и полусухого трения, перегрев, заедание или снижение срока службы подшипников, неподвижных соединений, подверженных действию динамических
нагрузок, способствует фрикционной коррозии, наклепу и «свариванию» поверхностей.
Жесткость оценивают коэффициентом жесткости, представляющим собой отношение силы Р, приложенной к системе, к максимальной деформации f,
вызываемой этой силой.
Для случая растяжения–сжатия бруса постоянного сечения в пределах
упругой деформации коэффициент жесткости согласно закону Гука
λ=P/f=ζF/f;
ζ=Ef/l;
λ=EF/l,
(2.9)
где F – сечение бруса, м2;
Е – модуль продольной упругости, Па;
l – длина бруса в направлении действия силы, м.
Определенный по относительной деформации (е=f/l) коэффициент жесткости
λ'=1/EF
(2.10)
представляет собой условную нагрузку, вызывающую относительную деформацию е=1
Для кручения
λкp=Mкp/θ=GIp/l,
(2.11)
где Мкр – крутящий момент, приложенный к брусу, Н·м;
θ – угол поворота сечения бруса, рад.;
G – модуль сдвига;
Iр – полярный момент инерции сечения бруса;
l – длина бруса, м.
Для изгиба
λизг=P/f=αFI/l3,
(2.12)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
60
где I – момент инерции сечения бруса, кг·м2;
α – коэффициент, зависящий от условий нагружения.
Величину, обратную коэффициенту жесткости и характеризующую упругую податливость бруса, называют коэффициентом податливости
μ=f/P=1/EF.
(2.13)
Определенный по относительной деформации (е=f/l), он представляет собой относительную деформацию бруса при приложении к нему нагрузки, равной 1 Н. Податливость – понятие, обратное жесткости, – свойство системы
приобретать относительно большие деформации под действием внешних
нагрузок.
Жесткость конструкции определяют следующие факторы:
- модуль упругости материала (Е – модуль нормальной упругости при растяжении – сжатии, модуль сдвига G – при сдвиге, кручении);
- геометрические характеристики сечения (сечение F – при сдвиге, растяжении – сжатии; I – момент инерции при изгибе, полярный момент инерции Iр при кручении);
- линейные размеры деформируемого тела (длина l);
- вид нагрузки и тип опор (коэффициент α в формуле (2.12).
Модуль упругости является постоянной величиной и мало зависит от термообработки и содержания (в обычных количествах) легирующих элементов.
Управлять жесткостью конструкций с помощью этого фактора можно лишь в
ограниченных пределах.
На жесткость конструкции косвенно влияет прочность материала. При
прочих равных условиях деформации пропорциональны напряжениям. Но
напряжения принимают, как правило, пропорциональными прочности материала, допустимые напряжения представляют собой отношение предела прочности (или предела текучести) к коэффициенту прочности. Следовательно, чем
выше прочность материала, тем больше допустимые напряжения и при прочих
равных условиях больше деформация системы. Напротив, чем меньше запас
прочности и ближе действующие в системе напряжения к пределу прочности,
тем больше деформация и меньше жесткость системы.
Наиболее простой способ уменьшения деформаций заключается в снижении уровня напряжений. Однако этот путь нерационален, так как он сопряжен с
увеличением массы конструкции. Поэтому главным практическим средством
увеличения жесткости является варьирование геометрическими параметрами
системы.
На жесткость значительно влияют размеры и форма сечений. При этом
влияние линейных размеров детали невелико для случая растяжения–сжатия
(жесткость обратно пропорциональна первой степени длины) и очень заметно
при изгибе (жесткость обратно пропорциональна третьей степени длины).
Что касается размеров и формы сечений, то в случае растяжения-сжатия
жесткость пропорциональна квадрату, а при изгибе – четвертой степени размеров сечения (в направлении действия изгибающего момента).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
61
В случае изгиба рациональным способом увеличения жесткости является
целесообразный выбор формы сечений, условий нагружения, типа и расстановки опор. Например, брус, нагруженный равномерно распределенной силой, обладает в 1,5 раза большей жесткостью, чем брус, нагруженный сосредоточенной силой того же суммарного значения. Еще большее влияние на жесткость
имеют тип и расположение опор. Например, жесткость двухопорного бруса с
заделанными концами в 4...8 раз превышает жесткость бруса, свободно опирающегося по концам. Жесткость консольного бруса, нагруженного сосредоточенной силой, составляет только 0,063 жесткости двухопорного бруса той же
длины, нагруженного той же силой посередине пролета.
В случае кручения эффективными средствами повышения жесткости являются уменьшение длины детали на участке кручения и, особенно, увеличение
диаметра, так как полярный момент инерции возрастает пропорционально четвертой степени диаметра.
В случае растяжения–сжатия возможность увеличения жесткости гораздо меньше, так как форма сечения не играет никакой роли, а деформации зависят только от площади сечения, которая определяется условием прочности.
Единственным способом повышения жесткости здесь является уменьшение
длины детали. Если же длина задана, то остается только переход на материалы
с более высоким модулем упругости.
В практике конструирования встречаются задачи, когда необходимо сравнивать жесткость, прочность и массы деталей, изготовленных из различных материалов. Их решение обычно сводится к рассмотрению четырех случаев.
1) Детали одинаковы по конфигурации (при равной нагрузке имеют одинаковые напряжения, ζ=const). В случае растяжения–сжатия относительный коэффициент жесткости согласно формуле (2.10)
λ'=EF.
(2.14)
По условию F=const, следовательно, λ=constЕ, т.е. жесткость деталей в
данном случае зависит только от модуля упругости.
Запас прочности
n=ζв/ζ,
(2.15)
где ζв – предел прочности на растяжение;
ζ – действующее в детали напряжение.
По условию ζ=const, следовательно, n=const ζв.
Масса детали
m=ρFl=constρ,
где ρ – плотность материала, кг/м3.
(2.16)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
62
2) Равножесткие детали (λ=const).
При растяжении–сжатии
λ=EF/l=const=>F=const/E.
Масса равножестких деталей
m=ρFl=const(ρ/E).
(2.17)
(2.18)
Соответственно напряжения и запас прочности
ζ=const/F=> ζ=const Е; n=ζв/ζ =const (ζв/Е).
(2.19)
3) Равнопрочные детали (n=const).
Условие равнопрочности при растяжении–сжатии
n=ζв/ζ=const
(2.20)
С учетом того, что
ζ=const/F, n=constζв·F=const => F=const/ζB
(2.21)
и масса
коэффициент жесткости
m=ρFl=const(ρ/ζв),
(2.22)
λ=Ef=const (Е/ав).
(2.23)
4) Детали равной массы (m=const).
Для случая растяжения–сжатия
m=ρFl=const => F=1/ρ.
(2.24)
Тогда:
- напряжения ζ=const/F=constρ;
- запас прочности n=ζB/ζ=const(ζB/ρ);
- коэффициент жесткости λ=EF=const(Е/ρ).
К основным конструктивным способам повышения жесткости относятся
следующие:
- замена изгиба растяжением или сжатием;
- целесообразная расстановка опор, исключение невыгодных по жесткости
видов нагружения (для деталей, работающих на изгиб);
- рациональное, не сопровождающееся возрастанием массы, увеличение
моментов инерции сечений;
- рациональное усиление ребрами, работающими предпочтительно на сжатие;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
63
- усиление заделочных участков и участков перехода от одного сечения к
другому;
- предупреждение деформаций за счет введения поперечных и диагональных связей;
- увеличение жесткости смежных деталей;
- применение скорлупчатых, сводчатых, сферических, яйцевидных и тому
подобных форм (для деталей коробчатого типа);
- применение конических, чашечных, сферических форм; рациональное
оребрение, гофрирование (для деталей типа дисков);
- применение коробчатых, двутельных, ячеистых и сотовых конструкций
(для деталей типа плит).
Реализацию некоторых из перечисленных способов рассмотрим на следующих примерах. На рисунке 2.10 показаны конструкции литых кронштейнов.
а – балочный кронштейн; б – раскосной кронштейн; в – кронштейн
со сплошной перемычкой; г – кронштейн ферменного типа с
вертикальным стержнем
Рисунок 2.10 – Конструкции литого кронштейна
В первом случае балочный кронштейн подвергается изгибу (рисунок 2.9, а)
и конструкция не обладает необходимой жесткостью. Стержни в раскосном
кронштейне (рисунок 2.10, б) работают преимущественно на растяжениесжатие, что позволяет увеличить жесткость конструкции. Она становится еще
более прочной и жесткой, если стержни кронштейна соединить сплошной перемычкой, связывающей их в жесткую систему (рисунок 2.10, в). Кронштейн
ферменного типа с вертикальным стержнем (рисунок 2.10, г) значительно менее
жесткий, чем кронштейн на рисунке 2.10, б, так как конец вертикального
стержня под нагрузкой перемещается приблизительно по направлению действия силы и на ограничение деформаций его жесткость не влияет.
На рисунке 2.11, а показан случай нагружения цилиндра осевой силой.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
64
Рисунок 2.11 – Конструкции, работающие на сжатие
Нагрузка вызывает прогиб днища цилиндра, передающийся обечайке через
пояс ее сопряжения с днищем (деформации показаны штриховой линией). Система является нежесткой. При замене цилиндра конусом (рисунок 2.11, б) система по основной схеме восприятия сил приближается к стержневой ферме:
стенки конуса работают преимущественно на сжатие; роль стержня, воспринимающего распор, в данном случае выполняют жесткие кольцевые сечения конуса, ограничивающие радиальные деформации стенок. Повышенную жесткость имеют сферическая, яйцевидная и подобные им формы (рисунок 2.11, в и
г).
На рисунке 2.11, д – 2.11, з приведены примеры жестких конструкций. В
этих случаях повышение жесткости и прочности состоит в придании деталям
кольцевых поясов жесткости, из которых верхний 1 работает на сжатие, а нижний 2 – на растяжение.
В усиленных конструкциях (рисунок 2.11,и – 2.11,м) введены элементы,
непосредственно воспринимающие силу сжатия: ребра, цилиндры и конусы.
Задача увеличения жесткости конструкций путем блокирования деформаций заключается в том, чтобы найти точки наибольших перемещений системы,
деформируемой под действием нагрузки, и предотвратить эти перемещения
введением элементов растяжения-сжатия, расположенных по направлению перемещений. Примером решения этой задачи может служить увеличение жесткости рам и ферменных конструкций раскосами.
Наиболее эффективно введение диагональных связей (раскосов), подвергающихся растяжению или сжатию (рисунок 2.12).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
65
Рисунок 2.12 – Плоские фермы
В порядке возрастающей жесткости на рисунке 2.12, а – 2.12, и представлены схемы плоских ферм, а на рисунке 2.12,к – 2.12,н – сложных плоских
ферм с усиливающими элементами, предотвращающими продольный изгиб и
потерю устойчивости стержней.
Повышению жесткости конструкций способствует рациональная расстановка опор, например, возможно большее их сближение. На рисунке 2.13, а показана двухопорная установка зубчатого колеса.
а – стандартная; б – уменьшенная
Рисунок 2.13 – Двухопорная установка зубчатого колеса
Если расстояние между опорами сократить, например, в 3 раза (рисунок
2.13, б), то максимальные изгибающий момент и напряжения в вале уменьшаются также в 3 раза, а максимальный прогиб – в 27 раз. Благодаря уменьшению
пролета, а также увеличению момента инерции работающего участка вала про-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
66
гиб становится настолько малым, что практически не влияет на работу зубчатой
передачи.
Если увеличиваются наружные размеры детали и уменьшается толщина
стенок, необходимо, во избежание местных деформаций, повышать жесткость в
направлении, поперечном действию изгибающих моментов. На рисунке 2.14
показаны балки, усиленные поперечными ребрами 1, коробками 2, полукруглыми накладками 3, косыми связями 4, 5.
Рисунок 2.14 – Усиленные балки
Увеличение жесткости аппаратов из пластмасс связано с рядом особенностей. Для уменьшения прогиба плоских крышек и стенок применяют диаметральное и диагональное расположение ребер жесткости, причем последнее более технологично. При большой длине стенок аппаратов и наличии верхней отбортовки применяют вертикальные ребра, которые в сочетании с буртом и
днищем образуют жесткие рамы прямоугольного сечения.
2.8 Использование систем автоматизированного проектирования
2.8.1 Общие положения
Жизненный цикл промышленных изделий включает ряд этапов, начиная от
зарождения идеи нового продукта до утилизации по окончании срока его использования. К ним относятся этапы проектирования, технологической подготовки производства, собственно производства, реализации продукции, эксплуатации и, наконец, утилизации.
На всех этапах жизненного цикла изделий имеются свои целевые установки. При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных целей с максимальной эффективностью. На этапах проектирования, технологической подготовки производства и собственно производства нужно обеспечить
выполнение технического задания при заданной степени надежности изделия и
минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики.
Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные промышленные изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на применении средства вычислительной техники (СВТ) и предназначенных для созда-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
67
ния, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах
изделий и сопровождающих процессов.
Усложнение задач конструирования машин на определенном этапе их развития оказалось в противоречии с устаревшими непроизводительными методами конструирования. Это противоречие можно устранить только в результате
внедрения САПР. САПР основаны на широком использовании системного подхода при постановке задач и решения их математическими методами с использованием СВТ.
В машиностроительных отраслях промышленности в САПР принято выделять системы функционального, конструкторского и технологического проектирования. Первые из них называют системами расчетов и инженерного анализа или САЕ–системами (Computer Aided Engineering). Системы конструкторского проектирования называют CAD–системами (Computer Aided Design).
Проектирование технологических процессов составляет часть технологической
подготовки производства и выполняется в САМ–системах (Computer Aided
Manufacturing). Функции координации работы систем CAE/CAD/CAM, управления проектными данными и проектированием возложены на систему управления проектными данными PDM (Product Data Management).
Современные системы конструкторского проектирования CAD предназначены для выполнения расчетов машин, механизмов и конструкций и полноценного инженерного анализа создаваемого оборудования с целью выбора его оптимальных параметров, а также оформления и хранения КД.
Возможности инструментального обеспечения решения инженерных задач
позволяют выполнить расчет:
- энергетических и кинематических параметров;
- прочности, жесткости и устойчивости;
- выносливости при переменных режимах нагружения;
- вероятности, надежности и износостойкости;
- динамических характеристик.
В состав CAD–систем входят параметрический чертежно–графический редактор, информационная и графическая база данных, модули инженерных расчетов, средства анализа динамического состояния механических конструкций и
их устойчивости и др. Все это в конечном итоге позволяет выполнить весь комплекс необходимых вычислений и в полном объеме подготовить КД.
Большинство таких систем построено по модульному принципу, причем
каждый из модулей может работать как самостоятельно, так и в комбинации с
другими.
В настоящее время в практике проектирования технических систем применяются различные программные продукты, в том числе зарубежные.
При этом наиболее используемыми для инженерных расчетов являются
MathCAD, AutoCAD, АРМ Win Machine и КОМПАС.
2.8.2 CAD–система КОМПАС
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
68
CAD–система КОМПАС – одна из наиболее широко распространенных в
России (разработчик АО «АСКОН») отечественных программ, позволяющих
автоматизировать процесс подготовки и редактирования КД.
Основные функции графического редактора: создание новых чертежей и
их сохранение на диске; редактирование существующих чертежей; вывод чертежей на плоттер и принтер.
Дополнительные возможности системы КОМПАС:
- создание библиотек типовых элементов чертежей, используемых при
проектировании;
- автоматическое построение чертежа с заданными параметрами на основе
модели;
- создание и введение информационной базы данных КД;
- проверочные и проектировочные расчеты различных зубчатых зацеплений и пружин.
После установки системы КОМПАС она запускается с помощью исполнительного файла kompasw.exe. В результате на экране появляется рабочее окно,
которое содержит четыре зоны (рисунок 2.15).
Рисунок 2.15 – Главное окно системы КОМПАС
Зона 1 в центральной части экрана называется рабочим листом. Здесь курсор, управляемый с помощью устройства указания (мыши), имеет вид маленького квадратика и двух перекрестных линий.
Положение курсора фиксируется редактором с помощью системы координат, которые выводятся в зоне 3, называемой строкой состояния. В последней
выводится также и другая информация о режимах работы графического редактора.
Зона 2 предназначена для экранного меню, в котором представлены группы команд. Выбор любого из пунктов инициирует вывод на экран субменю
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
69
следующего уровня. С помощью мыши из зоны 2 можно вызывать так называемые всплывающие меню, из которых возможен выход в диалоговые окна. Для
удобства работы некоторые наиболее часто используемые команды представлены в виде кнопок со стандартными пиктограммами, например «Ввод файла»,
«Запись файла», «Откат» и др.
Зона 4 содержит кнопки быстрого доступа к функциям, обеспечивающим
создание и редактирование чертежей. Имеется 6 стандартных наборов функций: для ввода геометрических объектов, для ввода текстовой информации и
простановки размеров, для редактирования, для параметризации и некоторые
другие.
КОМПАС, как и большинство Windows–приложений, имеет развитую систему помощи, позволяющую в любой момент работы над чертежом получить
справку о команде и ее опциях. Для создания КД с помощью системы КОМПАС необходимо в меню «Файл» активизировать команду «Создать». При этом
имеется возможность создать лист с основной надписью, фрагмент чертежа,
спецификацию и текстовый документ. Далее следует выбрать формат чертежа и
его ориентацию, используя пункт меню «Настройка» – «Параметры текущего
листа» (рисунок 2.16).
КОМПАС оперирует несколькими специфическими понятиями, такими,
как геометрический объект, слой, тип линии, цвет и др.
Геометрический объект – это описание заранее определенного элементарного объекта чертежа. В «Компасе» предусмотрено множество геометрических
объектов (точка, отрезок, дуга и т.п.) с их модификациями. С помощью этих
объектов пользователь осуществляет построение чертежа. При этом для нанесения осей, контуров деталей и т.д. используются вспомогательные линии, а затем производится их обводка. После этого проставляются размеры с одновременным указанием их отклонений.
Рисунок 2.16 – Настройка текущего листа
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
70
Для того чтобы повысить производительность и качество труда оператора,
используется механизм «Привязка», позволяющий точно задавать положение
курсора, выбрав условие его позиционирования. При включенной «Привязке»
различные элементы чертежа: середина линии, пересечение, точка и т.п., «притягивают» указатель мыши, и у оператора отпадает необходимость в увеличении масштаба чертежа для того, чтобы точно нанести нужный геометрический
объект.
Одна из важных возможностей КОМПАСА – послойное выполнение чертежа. Технологию создания чертежа, состоящего из нескольких слоев, можно
представить себе как несколько совмещенных прозрачных листов, на каждом из
которых находится часть чертежа. Так, например, на одном слое можно выполнить общий вид машины, на другом – его размеры, на третьем – позиции и т.д.
Каждый слой имеет свой номер (имя), в котором определены свойства отдельных его элементов, например тип и цвет линии. Число слоев практически не
ограничено. Информация о том, в каком слое находится чертеж, выводится в
строке состояния (зона 2 на рисунке 2.15).
Редактирование чертежа является объективной необходимостью в основном из-за ошибок, допущенных при его вычерчивании. КОМПАС переводит
процесс редактирования из разряда вынужденного по объективным причинам в
разряд целесообразно запланированного. Использование предыдущих разработок, библиотек, типовых элементов, высокая точность геометрических исправлений и т.п. свойственны всем командам редактирования.
КОМПАС имеет большой набор средств редактирования, которые позволяют:
- удалять геометрические объекты по одному или группами;
- восстанавливать случайно стертые фрагменты; перемещать и поворачивать изображение или его элементы;
- копировать, размножать и расставлять объекты на чертеже;
- изменять масштаб как отдельных фрагментов, так и чертежа целиком;
- сопрягать отрезки линий дугами произвольного радиуса;
- строить фаски;
- строить зеркальное отображение любых объектов чертежа;
- отсекать часть примитива или удлинять его;
- создавать сложные объекты, состоящие из групп примитивов, и, наоборот, разъединять их на составные части;
- делить отрезки, дуги и окружности на равные части;
- проводить линии на заданном расстоянии относительно других;
- изменять свойства примитивов, такие, как принадлежность тому или
иному слою, цвет и тип линии.
Для корректировки объекты, подлежащие редактированию, предварительно необходимо пометить, щелкнув дважды мышкой на объекте. После этого в
зоне 2 (строка состояния) появятся атрибуты геометрического объекта, например длина линии, тип линии, координаты начальной и конечной точек линии и
другие (рисунок 2.17).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
71
Пользователю остается только задать нужные показатели, и геометрический элемент будет изменен.
В КОМПАСе имеется множество команд для изменения чертежа, например
«Сдвиг», «Масштабирование», «Усечь кривую», «Выровнять по линии», «Поворот» и др. С помощью этих команд можно быстро из одного чертежа подготовить другой совершенно иной конфигурации.
Рисунок 2.17 – Редактирование чертежа
Чтобы не вычерчивать многократно повторяющиеся элементы чертежа, в
системе предусмотрена возможность создания макроэлементов, объединяющих геометрические объекты. Макроэлементы можно создавать заранее, хранить их в библиотеке и использовать по мере необходимости в качестве геометрического объекта.
Таким образом, КОМПАС предоставляет пользователю возможность создать чертеж, содержащий группу объектов, дать ему имя и затем оперировать
им, как неким пользовательским геометрическим объектом. Применение макроэлементов дает возможность повысить скорость черчения.
Для создания макроэлемента следует выделить геометрические объекты,
которые будут входить в его состав, и нажать на пункт меню «Операции – Создать макроэлемент». При необходимости можно разрушить созданный макроэлемент.
Разработчиками системы КОМПАС предлагаются созданные библиотеки
самых разнообразных макроэлементов. Доступ к ним осуществляется с помощью менеджера библиотек КОМПАС (рисунок 2.18).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
72
Рисунок 2.18 – Менеджер библиотек КОМПАС
Среди них имеются библиотеки простейших элементов, например винтов,
болтов, гаек и т.п. Выбрав нужный элемент и задав соответствующие параметры, например диаметр резьбы, длину, можно быстро добавить его в свой чертеж.
Разработаны библиотеки и более сложных механизмов электродвигателей,
редукторов и т.п. (рисунок 2.19). Данные библиотеки имеют всю необходимую
информацию об элементе, например мощность двигателя, марка двигателя, передаточное число редуктора и др. Система КОМПАС вводит эти макроэлементы не только на лист чертежа, но и в спецификацию.
Для таких конструктивных элементов как пружины, зубчатые колеса разработчики КОМПАС подготовили библиотеки, позволяющие выполнять проектировочные и проверочные расчеты (рисунок 2.20).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
73
Рисунок 2.19 – Библиотека червячных редукторов
Рисунок 2.20 – Окно с результатами проектировочного расчета пружины
Пользователь задает лишь исходные данные: нагрузку, класс, материал
пружины, а система КОМПАС выполняет расчеты по известным методикам и в
заключение подготавливает чертеж с нанесением необходимых размеров.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
74
Таким образом, с помощью современных САПР проектировщик не только
приобретает оперативный доступ к графической информации (как наиболее
важной), но и может управлять ее обработкой, контролируя результаты.
2.8.3 Система автоматизированного расчета и проектирования машин,
механизмов и конструкций АРМ Win Machine
Система автоматизированного расчета и проектирования машин, механизмов и конструкций (АРМ Win Machine) предназначена для выполнения расчетов машин, механизмов и конструкций и полноценного инженерного анализа
создаваемого оборудования с целью выбора его оптимальных параметров, а
также оформления и хранения КД. Это современное программное обеспечение,
которое в полном объеме учитывает требования ГОСТов и частично национальных стандартов зарубежных государств. САПР АРМ Win Machine работает
в средах Microsoft Windows–95, 98, 2000, ME, NT, XP.
Имеющиеся в АРМ Win Machine возможности инструментального обеспечения решения инженерных задач позволяют выполнить расчеты:
- энергетических и кинематических параметров;
- прочности, жесткости и устойчивости;
- выносливости при переменных режимах нагружения;
- вероятности, надежности и износостойкости;
- динамических характеристик.
В состав АРМ Win Machine входят следующие компоненты:
- параметрический чертежно – графический редактор,
- информационная и графическая база данных,
- электронный учебник,
- модули инженерных расчетов,
- инструменты для расчета напряженно–деформированного состояния
(НДС) методом конечных элементов,
- средства анализа динамического состояния механических конструкций и
их устойчивости.
Все это в конечном итоге позволяет выполнить весь комплекс необходимых вычислений и в полном объеме подготовить конструкторскую документацию.
Система АРМ Win Machine построена по модульному принципу, причем
каждый из модулей может работать как самостоятельно, так и в комбинации с
другими.
В зависимости от версии системы ее состав может быть следующим:
- АРМ Graph – плоский чертежно-графический редактор для оформления
конструкторской документации с удобными функциями параметрического задания геометрических объектов;
- АРМ Studio – модуль создания трехмерных поверхностных и твердотельных моделей со встроенным генератором разбивки на конечные элементы;
- АРМ Data – модуль хранения и редактирования стандартных и информационных параметров со встроенными параметрическими библиотеками типовых деталей;
- АРМ DOCs – модуль хранения, просмотра, поиска и редактирования технической документации;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
75
- MDM – электронный учебник «Основы проектирования машин», в котором изложены основные методы расчета, использованные при разработке системы;
- АРМ StructureSD – модуль расчета и проектирования пластинчатых, оболочечных и стержневых конструкций и их произвольных комбинаций, а также
твердотельных моделей методом конечных элементов. С его помощью можно
рассчитать НДС конструкции в статическом режиме, выполнить расчеты на
устойчивость и определение собственных частот, а также проанализировать
НДС конструкции при произвольном динамическом нагружении;
- АРМ Joint – модуль расчета и проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций, который позволяет выполнить комплексный
расчет всех типов резьбовых, сварных, заклепочных соединений и соединений
деталей вращения;
- АРМ Trans – модуль проектирования передач вращения, предназначенный для расчета всех типов зубчатых, червячных, ременных и цепных передач,
и генерации чертежей элементов этих передач в автоматическом режиме;
- АРМ Bear – модуль расчета неидеальных подшипников качения, позволяющий провести комплексный анализ опор качения всех известных типов;
- АРМ Plain – модуль расчета и анализа радиальных и упорных подшипников скольжения, работающих в условиях жидкостного и полужидкостного трения;
- АРМ Shaft – модуль расчета, анализа и проектирования валов и осей;
- АРМ Drive – модуль расчета и проектирования привода произвольной
структуры и планетарных и волновых передач. С его помощью выполняют
комплексный расчет кинематических характеристик и проектирование как привода в целом, так и отдельных его элементов (подшипников качения, передач
зацепления и валов) с автоматическим выполнением чертежей как отдельных
деталей, так и в сборе, включая корпус;
- АРМ Spring – модуль расчета и проектирования пружин и других упругих элементов машин, при помощи которого можно рассчитать и вычертить
пружины сжатия, растяжения и кручения, плоские, а также тарельчатые пружины и торсионы;
- АРМ Cam – модуль расчета и проектирования кулачковых механизмов с
автоматическим генератором чертежей;
- АРМ Slider – модуль расчета и проектирования рычажных механизмов
произвольной структуры;
- АРМ Screw – модуль для расчета неидеальных передач поступательного
движения. Он способен рассчитать винтовые передачи скольжения, шариковинтовые и планетарные винтовые передачи;
- АРМ Beam – модуль расчета и проектирования балочных элементов конструкций;
- АРМ Truss – модуль расчета и проектирования плоских ферменных конструкций методом конечных элементов;
- АРМ FEM2D – модуль расчета НДС плоских деталей методом конечных
элементов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
76
Глава 3 НАДЕЖНОСТЬ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ
МАШИН И МЕХАНИЗМОВ
3.1 Основные понятия и термины
Высокие требования к надежности машин и механизмов обусловлены тем,
что в большинстве случаев их отказы в работе приводят к нарушениям технологических процессов, к потере продукта, а иногда к авариям.
Надежностью называется свойство объекта (машины, системы машин, агрегата, изделий, входящих в состав машины) выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.
В теории надежности рассматриваются следующие обобщенные объекты:
- изделие – единица продукции, выпускаемая данным предприятием, цехом
(подшипник, станок, автомобиль);
- элемент – простейшая составная часть изделия, состоящая из многих деталей;
- система – совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных свойств.
Изделия делят на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. К невосстанавливаемым относятся те изделия, которые при выходе из строя не могут быть
восстановлены потребителем и подлежат замене (электрические лампы, подшипники качения и т.п.). Восстанавливаемые – это изделия, которые могут
быть восстановлены потребителем (вал, гильза, кулачек и т. п.).
Надежность характеризуется следующими основными состояниями и событиями.
Исправность – состояние изделия, при котором оно удовлетворяет всем не
только основным, но и вспомогательным требованиям.
Неисправность – состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия.
В зависимости от классификационных признаков отказы делятся по:
- причине возникновения на случайные и систематические;
- характеру развития и проявления на внезапные, постепенные по развитию
и внезапные по проявлению, постепенные;
- последствиям на легкие, средние, тяжелые;
- возможности дальнейшего использования изделия на полные и частичные;
- сложности устранения на устранимые в порядке технического обслуживания и устранимые в порядке капитального ремонта;
- месту устранения на устранимые в условиях эксплуатационных или стационарных;
- времени возникновения на приработанные, отказы при нормальной эксплуатации, износовые;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
77
- характеру появления на отказы функционирования и параметрические.
Надежность – комплексное свойство, которое включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Для каждого объекта характерны все или некоторые из перечисленных свойств.
Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять в течение заданного времени работоспособность или некоторые наработки.
Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с требующимися перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия, оговариваемое в нормативнотехнической документации, определяется невозможностью его дальнейшей
эксплуатации из-за снижения качества вырабатываемой продукции, несоответствия требованиям безопасности, ухудшения экономических показателей и т.д.
Ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению,
обнаружению и устранению отказов и неисправностей, поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонтов.
Сохраняемость – свойство изделия сохранять эксплуатационные показатели в течение регламентированного срока хранения и транспортирования.
Каждое из перечисленных свойств надежности имеет свои показатели.
1) Показатели безотказности:
- вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет;
- средняя наработка до отказа – наработка до отказа невосстанавливаемого
изделия (подшипники качения, лампы накаливания);
- средняя наработка на отказ отношение наработки восстанавливаемого
изделия к числу его отказов в течение этой наработки;
- интенсивность отказов – показатель надежности невосстанавливаемых
изделий, равный отношению среднего числа отказавших в единицу времени
объектов к числу объектов, оставшихся работоспособными;
-параметр потока отказов – показатель надежности восстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказов восстанавливаемого объекта
за произвольно малую его наработку к значению этой наработки.
2) Показатели долговечности:
- технический ресурс (ресурс) (от франц. ressource – вспомогательное средство) – наработка объекта от начала эксплуатации до предельного состояния (в
километрах, часах и пр.);
- срок службы - календарная наработка до предельного состояния (в годах).
3) Показатели ремонтопригодности и сохраняемости:
- среднее время восстановления работоспособного состояния;
- вероятность восстановления работоспособного состояния в заданное время;
- средний и гамма–процентный сроки сохраняемости.
Для количественной оценки одного или нескольких свойств надежности
изделий (безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости)
как на этапе проектирования, так и в процессе эксплуатации используют ряд
показателей.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78
Основной показатель безотказности – вероятность безотказной работы
P(f) в пределах данного отрезка времени t или требуемой наработки. Она определяется статистически по формуле
λ=Δn/(Δtn),
(3.1)
где Δn – число отказавших изделий к моменту времени Δt;
n – число исправно работающих изделий к моменту времени Δt.
Для восстанавливаемых изделий показателями безотказности служат средняя наработка на отказ Тср и параметр потока отказов
Tñð1 .
(3.2)
4) Комплексные показатели:
- коэффициент технического использования
k т.и. Т раб
n
Т раб Т рем.i
,
(3.3)
i 1
где Траб – время работы машины за некоторый период эксплуатации;
n
Т
i 1
рем.i
– суммарная продолжительность ремонтов машины за тот же
период.
- коэффициент готовности
kТ Т р .с .
n
/
Т р.с. Т рем
.i
,
(3.4)
i 1
где Тр.с. – время нахождения машины в работоспособном состоянии за
некоторый период эксплуатации;
n
Т
i 1
/
рем.i
– суммарная продолжительность внеплановых ремонтов за тот же
период.
- коэффициент долговечности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
79
n
t
k Д 1 i
i 1 Т i
1
,
(3.5)
где Тi – срок службы (наработка) до i-го отказа;
ti – продолжительность (трудоемкость) i-го отказа.
3.2 Основные показатели работоспособности
Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения своих параметров в пределах,
установленных нормативно–технической документацией (паспортом, техническими условиями, ГОСТами).
К основным критериям работоспособности, обеспечивающим необходимую надежность машин и аппаратов перерабатывающих производств, относятся прочность, жесткость, износостойкость, тепло– (хладо–) стойкость и виброустойчивость.
Прочность – способность детали противостоять разрушению или возникновению пластических деформаций в течение требуемого срока службы.
В инженерной практике, чтобы оценить прочность конструкции, сравнивают рабочие напряжения, возникающие в деталях машин под действием
нагрузок, с допустимыми по условию
ζ≤[ζ] или η≤[η],
(3.6)
где ζ, η – расчетные соответственно нормальное и касательное напряжения в
опасной точке детали;
[ζ], [η] – допустимые напряжения.
При одновременном действии напряжений изгиба (или растяжения) ζ и
кручения η расчет ведут по эквивалентному напряжению
ζЕ≤[ζ],
(3.7)
где Е 2 (3...4) 2 – эквивалентное напряжение.
Метод оценки прочности по допустимым напряжениям в опасной точке не
дает представления о степени надежности деталей, не отражает характера
предполагаемого разрушения, режима нагружения и других факторов, влияющих на надежность. Кроме того, использование [σ] в качестве нормативной характеристики затруднено при действии переменных напряжений, так как допустимое напряжение зависит от геометрии детали (концентрации напряжений), ее
материала и технологии изготовления.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
Расчет по допустимым напряжениям широко используют при проектировании для предварительной оценки размеров опасных сечений. Детали машин
обычно рассчитывают по коэффициенту запаса прочности. Такой расчет
наиболее точен, так как позволяет учесть ряд факторов, влияющих на прочность, а именно концентрацию напряжений, размеры деталей, способ их упрочнения и др.
В этом случае вместо условия прочности (3.6) используют тождественные
ему условия
s=(ζпр/ζ)≥[s]; s=(ηпр/η)≥[s],
(3.8)
где s – расчетный коэффициент запаса прочности;
ζ, η – расчетные соответственно нормальное и касательное напряжения в
опасной точке детали;
[s] – допустимый коэффициент запаса прочности.
При действии статических нагрузок коэффициент запаса прочности sζ=ζв/
ζmax=1,5...2.
Рассмотренные условия прочности по допустимым напряжениям и коэффициенту запаса прочности взаимосвязаны следующим выражением
[ζ]=ζразр/s.
(3.9)
Здесь s имеет стабильное значение, а ζразр отражает технологию изготовления детали, режим ее нагружения и другие факторы.
Наибольший эффект при проектировании получают при использовании
двух методов прочностной оценки. В этом случае расчет и проектирование ведут в три этапа. На первом – в результате расчета по допустимым напряжениям
получают размеры наиболее нагруженных сечений проектируемой детали, на
втором - прорабатывают конструкцию детали, на третьем - оценивают прочность детали по коэффициенту запаса прочности.
Жесткость – это способность деталей сопротивляться изменению их формы под действием нагрузок. Для многих деталей (например, длинные оси, валы,
опоры подшипников, пружины и т.д.) расчет на жесткость является определяющим. Значение критерия жесткости непрерывно растет, так как материалы совершенствуют в основном в направлении повышения прочностных свойств при
неизменном или изменяющемся в небольших пределах модуле упругости.
Чтобы оценить жесткость деталей машин, сравнивают наибольшее значение линейного f или углового φ перемещения или угла поворота Θ с их допустимым значением по условиям:
- для линейного перемещения
f mах≤[f];
- для углового перемещения
(3.10)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
81
θmах≤ [θ];
(3.11)
Θmax≤ [Θ].
(3.12)
- угла поворота
Износостойкость представляет собой сопротивляемость детали изнашиванию. Износ служит основной причиной выхода из строя большинства деталей
машин. Износ ограничивает долговечность деталей из–за потери точности
(приборы), снижения КПД и прочности (вследствие уменьшения сечений, неравномерного износа опоры, увеличения динамических нагрузок), возрастания
шума в быстроходных передачах и полного истирания рабочих поверхностей.
Расчет на износостойкость проводят обычно косвенными методами, сводящимися к определению размеров изнашиваемых поверхностей, обеспечивающих рабочее удельное давление ниже допустимого. Расчету на износостойкость подвергают подшипники скольжения, работающие при гидродинамическом режиме в условиях жидкостного трения.
Теплостойкость (хладостойкость) – это свойство конструкции сохранять
работоспособность в заданном температурном режиме. Необходимость оценки
теплостойкости машины (сборочной единицы) возникает при изменении температуры среды или значительных потерях мощности, обусловленных трением
и сопровождаемых интенсивным тепловыделением. Повышение (понижение)
температуры нагрева выше (ниже) допустимой может привести к нарушению
условий смазки, изменению механических свойств материалов и деформациям
деталей.
Тепловой режим необходимо учитывать во время проектирования и при
выборе материалов и размеров конструкций, смазочного материала.
Виброустойчивость – это способность конструкции работать в рабочем
режиме без недопустимых колебаний. Повышение рабочих скоростей машин
часто способствует возникновению вибраций. Вибрационные нагрузки, в свою
очередь, могут вызвать усталостное разрушение детали. Если частота собственных колебаний машины или ее деталей совпадает с частотой изменения внешних периодических сил, их вызвавших, наступает резонанс, приводящий к разрушению детали или машины.
Для предотвращения колебаний изменяют динамические свойства системы
– момент инерции масс и податливость соединений. Если таким способом невозможно добиться положительных результатов, в систему включают специальные устройства – виброгасители или антивибраторы.
3.3 Основные пути повышения надежности машин
Одним из основных требований к машинам и является их высокая надежность, которая может быть достигнута за счет широкого комплекса конструктивных, технологических и организационно–технических (эксплуатационных) мероприятий. Такая классификация методов весьма условна, так как их
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82
многие составляющие могут быть отнесены как к одному, так и к другому методу. Особенно много общего, как это будет показано ниже, между двумя первыми методами.
Конструктивный метод повышения надежности машин и механизмов
наиболее эффективен на стадии разработки КД, на основании которой изготовляют опытные образцы. Обеспечение надежности сложного технического изделия начинается с момента разработки и согласования технического задания. В
него вносят количественные показатели надежности, которые должны быть
подтверждены результатами испытаний к началу серийного производства изделия.
При разработке эскизного и технического проектов предварительно оценивают надежность объекта, выбирают оптимальный вариант конструкции, создают и испытывают макет и отдельные элементы изделия.
В процессе разработки рабочего проекта уточняют показатели надежности,
разрабатывают КД, изготавливают опытные образцы, составляют программу
испытаний, испытывают экспериментальные образцы на надежность, корректируют документацию для подготовки производства.
К основным направлениям повышения надежности оборудования при его
конструировании можно отнести:
- оптимизацию конструктивных схем машин;
- обеспечение равнопрочности деталей и узлов;
- выбор долговечных материалов деталей и их рациональное сочетание в
парах трения;
- обеспечение надлежащей конфигурации деталей и достаточной жесткости и устойчивости к вибрациям базовых деталей машин;
- обеспечение надлежащей герметизации подвижных и неподвижных соединений деталей машин;
- создание оптимальных условий работы пар трения (нагрузка, скорость)
при наименьших потерях на трение;
- обеспечение оптимальных температурных режимов работы соединений и
агрегатов, а также надежных условий смазывания трущихся поверхностей;
- создание эффективных устройств очистки воздуха, топлива и масел;
- резервирование отдельных элементов машины.
Оптимизация конструктивной схемы проектируемой машины является одной из наиболее сложных задач конструктора. Опыт показывает, что некоторые
технические решения на определенном этапе совершенствования какой–либо
машины в дальнейшем пересматриваются на противоположные.
Под технологическим методом повышения надежности машин и механизмов в общем случае понимают систему, обеспечивающую их изготовление
(оборудование, оснастка, заготовки, детали, изделия, средства контроля и испытаний, конструкторская и технологическая, документация, операторы, контролеры и т.д.).
Технологические методы обеспечения надежности определяются, прежде
всего, надежностью самой технологической системы. Цель таких методов – достижение показателей и параметров, заданных конструкторами при проектиро-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
83
вании деталей, агрегатов и машин. К основным технологическим методам
обеспечения надежности относятся:
1) Обеспечение необходимой точности изготовления деталей, что позволяет уменьшить начальные зазоры в подвижных соединениях и более жестко регламентировать натяги в неподвижных. В свою очередь, это значительно повышает долговечность самих соединений и машины в целом. В настоящее время обработка поверхностей наиболее ответственных деталей выполняется в основном на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).
2) Обеспечение оптимального качества обработки рабочих поверхностей.
Качество поверхности оказывает существенное влияние на интенсивность износа, коррозии, а также статическую и динамическую прочность деталей машин. От исходной шероховатости рабочих поверхностей зависит качество посадки как с зазором, так и с натягом. При значительной шероховатости микровыступы в процессе запрессовки срезаются и неподвижная посадка ослабевает.
Повышенная шероховатость также противопоказана для приработки подвижных соединений, так как уменьшается площадь фактического контакта, повышается давление, нарушается режим жидкостной смазки и возникает опасность
задиров. Однако и чрезмерно гладкая поверхность не всегда нужна, так как на
ней не удерживается масляная пленка.
3) Повышение усталостной прочности и долговечности деталей путем пластического деформирования поверхностного слоя металла (механический способ). В результате взаимодействия сил, действующих в поверхностных и глубинных слоях детали, первые слои оказываются под действием остаточных
напряжений сжатия, а вторые – растягивающих остаточных напряжений. При
этом повышается усталостная прочность и долговечность деталей, работающих
в условиях циклических нагрузок в коррозионных средах и имеющих концентраторы напряжений, места тугих посадок.
4) Повышение износостойкости, статической и циклической прочности деталей термической и термомеханической обработкой. В основе процессов термической обработки лежит явление полиморфизма – существование одного и
того же металла или сплава в различных кристаллических формах. Полиморфные превращения происходят, как правило, при нагреве или охлаждении до
определенных температур (так называемых критических точек) и позволяют
либо приблизить металл или сплав к равновесному структурному состоянию,
либо зафиксировать соответствующие метастабильные структуры. Изменяя
температуру процесса, время выдержки при этой температуре и скорость последующего охлаждения вызывают образование структур с требуемыми свойствами. Например, при закалке деталей из стали 45 путем нагрева ТВЧ их усталостная прочность повышается в 2 раза. Обработанные лазерным лучом определенной мощности рабочие поверхности многих деталей существенно увеличивают свою прочность и износостойкость. При этом коробление деталей практически отсутствует. Термомеханическая обработка включает в себя операции
пластической деформации и термической обработки. При такой обработке фазовые превращения в сплаве происходят под влиянием предварительного
наклепа промежуточной структуры (аустенита или мартенсита).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
5) Упрочнение деталей химико–термической обработкой предполагает
совместное воздействие на материал температуры и активной внешней среды.
В свою очередь, это позволяет изменять химический состав поверхностных
слоев металла и повышать работоспособность деталей машин. Наибольшее
распространение для упрочнения деталей машин и механизмов получили азотирование, цементация и нитроцементация. У деталей, упрочненных азотированием, износостойкость в 1,5...3 раза выше, чем у деталей, подвергаемых цементации, повышаются коррозионная стойкость и выносливость при цикличных нагрузках.
6) Нанесение на рабочие поверхности наиболее ответственных деталей
машин износостойких покрытий. При нанесении на рабочие поверхности рифленых вальцов нитрида титана их износостойкость возрастает на 60...70%. Пористое хромирование поршневых колец позволяет увеличить ресурс колец и
гильз цилиндров более чем в 2 раза, при хромировании стержней клапанов ресурс пары втулка–клапан повышается в 1,5...1,8 раза. Индукционная наплавка
некоторых рабочих органов машин твердыми сплавами повышает их сопротивление износу в 2,5...3раза.
7) Повышение коррозионной стойкости деталей машин гальвано–
химическим способом. Гальванические покрытия наносят на поверхность деталей осаждением металлов из водных растворов их солей под действием постоянного электрического тока. В качестве источника постоянного тока используют генераторы напряжением 6...12 В и силой тока 250...500 А, а также селеновые и медно-закисные выпрямители. Химические покрытия получают в результате взаимодействия поверхностных слоев металла с химическими реагентами
(без электрического тока).
8) Другие методы повышения долговечности деталей: плакирование; применение кованых заготовок и профилей; изготовление зубчатых колес и шлицевых валов методом обкатки; установка втулок, колец и вставок из износостойких материалов; искусственное старение чугунных деталей. Плакирование – соединение различных по своим свойствам однородных материалов в один, сочетающий в себе свойства, часто не совмещаемые в каждом из них. Получаемые
материалы при одностороннем плакировании называют биметаллами и при
двустороннем – триметаллами.
9) Статическая и динамическая балансировка деталей и сборочных единиц,
повышение точности сборки и качества окраски агрегатов и машин в целом,
контроль качества.
Кроме перечисленных способов, повышения надежности машин и аппаратов перерабатывающих производств можно добиться применением новых материалов, таких, как пластмассы, древопластики, керметы, твердые сплавы и
композиционные материалы.
Условия эксплуатации машин существенно влияют на показатели их
надежности. Для обеспечения высоких показателей долговечности и безотказности машин при эксплуатации необходимы следующие мероприятия:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
85
1) Качественная обкатка новых и отремонтированных машин. Ее необходимо проводить в соответствии с рекомендацией заводов–изготовителей или
ремонтных предприятий.
2) Организация технического обслуживания и создание для его проведения
необходимой материальной базы. Высокие показатели надежности машин характерны для предприятий, располагающих стационарными пунктами технического обслуживания, звеньями мастеров–наладчиков, применяющих моечное,
смазочное, диагностическое и регулировочное оборудование, средства механизации.
3) Соблюдение рекомендуемых заводом–изготовителем режимов работы
машин. При этом следует иметь в виду, что наиболее высокие удельные
нагрузки на детали и наихудшие условия их смазывания наблюдаются во время
пуска. На работу машин отрицательно влияет и перегрев, при котором наблюдается форсированный износ деталей, особенно цилиндропоршневой группы,
газораспределительного и кривошипно–шатунного механизмов.
4) Соблюдение рекомендаций заводов–изготовителей по применению топлива, масла и смазочных материалов.
5) Контроль и обеспечение достаточной герметизации агрегатов и механизмов машин. Во время эксплуатации машин герметизация нарушается вследствие ослабления крепления крышек, низкого качества прокладочных материалов, коробления плоскостей разъемов корпусных деталей, износа уплотнительных устройств. Так как во внутренние полости агрегатов из окружающей
среды засасывается воздух, содержащий абразивные частицы, то герметизации
следует уделять особое внимание.
6) Повышение уровня квалификации обслуживающего персонала и инженерной службы перерабатывающего предприятия.
Таким образом, безаварийность работы и длительность межремонтных
сроков машины во многом зависят от правильной эксплуатации, тщательного
ухода, своевременной профилактики, предотвращения перегрузок. Вместе с
тем, было бы неверным всецело полагаться на качество обслуживания. Условия
правильной эксплуатации машины должны быть заложены в ее конструкции.
Необходимо обеспечить надежную работу даже в условиях недостаточно квалифицированного обслуживания. Если машина портится при неумелой эксплуатации, это значит, что ее конструкция недостаточно продумана в отношении
надежности.
Субъективный фактор в обслуживании и управлении машиной следует по
возможности исключать, а технический уход сводить к минимуму.
Следует исключить периодические операции регулирования, подтяжки,
смазки и т.п., которые при небрежном обслуживании могут стать причиной повышенного износа и преждевременного выхода машины из строя.
Можно также исключить и периодическую подтяжку коренных и шатунных подшипников. Современное состояние смазочной техники позволяет создать подшипники, работающие практически неограниченное время при минимальном износе. Периодическую подтяжку ослабевающих в процессе эксплуа-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
тации машины гаек и болтов можно заменить применением современных самоконтрящихся конструкций резьбовых соединений.
Существенно усложняет эксплуатацию машин нерациональная система
смазки, требующая постоянного внимания со стороны обслуживающего персонала. Периодической смазки следует, безусловно, избегать. Если этого сделать
нельзя по конструктивным условиям, то необходимо применять самосмазывающиеся опоры или вводить систему централизованной подачи смазочного материала ко всем трущимся узлам с одного поста.
Наилучшее решение, с точки зрения надежности и удобства эксплуатации,
– это полностью автоматизированная система смазки, не требующая периодической смены масла. Это может быть достигнуто за счет разработки системы,
противодействующей окислению и тепловому перерождению масла и обеспечивающей его непрерывную очистку и регенерацию.
В системы смазки желательно вводить аварийные устройства, обеспечивающие подачу масла, хотя бы в минимальных количествах, при выходе из строя
главной системы.
В комплексе мероприятий, обеспечивающих эксплуатационную надежность машины, большую роль играет автоматическая защита от случайных или
преднамеренных перегрузок с помощью предохранительных устройств, работающих на стерегущем (дежурном) режиме и вступающих в действие при перегрузке машины.
Наиболее целесообразна полная автоматизация управления, т.е. превращение машины в самообслуживающийся, саморегулирующийся и самонастраивающийся на оптимальный режим работы агрегат.
Высокая надежность машин может быть достигнута только за счет целого
комплекса конструктивных, технологических и организационно – технических
мероприятий. Повышение надежности требует целенаправленной совместной
работы конструкторов, технологов и производственников, ведущейся по тщательно разработанному и последовательно осуществляемому плану.
3.4 Прогнозирование надежности машин и механизмов в процессе
их создания
Прогнозирование надежности машин и оборудования носит системный характер, при котором имеется возможность оценивать основные показатели
надежности машин на всех этапах их жизненного цикла.
Один из важнейших этапов создания высоконадежных объектов – разработка КД, на основании которой изготовляют опытные образцы. Обеспечение
надежности сложного технического изделия начинается с момента разработки и
согласования технического задания. В нем задают количественные показатели
надежности, которые должны быть подтверждены результатами испытаний к
началу серийного производства изделия.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
87
При разработке эскизного и технического проектов предварительно оценивают надежность объекта, выбирают оптимальный вариант конструкции, создают и испытывают макетный образец и отдельные элементы изделия.
В процессе разработки рабочего проекта уточняют показатели надежности,
разрабатывают КД, изготавливают опытные образцы, составляют программу
испытаний, испытывают экспериментальные образцы на надежность, корректируют документацию для подготовки производства.
При конструировании машин и механизмов необходимо учитывать механическую прочность, экономические показатели, физико-химические факторы,
параметры, влияющие на функционирование оборудования.
Как поточная линия, так и любая машина или механизм являются сложными системами, поэтому их надежность определяется надежностью составляющих элементов.
При конструировании машин одни элементы соединяют последовательно,
а другие – параллельно.
С точки зрения надежности, если отказ одного элемента приводит к отказу
всей системы, такое соединение элементов называют последовательным.
Вероятность безотказной работы системы с последовательно соединенными элементами в течение времени t
n
Pc (t ) Pi (t ) ,
i 1
(3.13)
где n – число элементов в системе;
Pi(t) – вероятность безотказной работы i–го элемента в течение времени t.
Для определения вероятности безотказной работы всей системы необходимо определить вероятности безотказной работы каждого элемента и их значения перемножить. При большом числе элементов вероятность безотказной работы системы значительно ниже вероятности безотказной работы каждого элемента, входящего в систему. На рисунке 3.1 показана зависимость вероятности
безотказной работы системы Pc(t) от числа n и вероятности безотказной работы
элементов Pi(t) при условии, что все входящие в систему элементы равнонадежны.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
Рисунок 3.1 – Зависимость вероятности безотказной работы системы Pс(f)
от числа n и вероятности безотказной работы элементов Рi(t)
Как показывают приведенные графики, повысить надежность системы
можно, уменьшив число элементов или повысив вероятности их безотказной
работы. Например, если система состоит из 10 элементов с вероятностью безотказной работы каждого элемента Pi(t)=0,99, то вероятность безотказной работы такой системы
Pс(t)=0,9910=0,9.
Если же повысить Pi(t) до 0,999, то Рс(t)=0,99910=0,99.
Чем проще конструктивная схема машины или механизма, тем выше ее
надежность при равной вероятности безотказной работы элементов.
По уравнению (3.13) определяют вероятность безотказной работы систем с
внезапными отказами. Для систем же с постепенными отказами при использовании этого уравнения получают заниженные результаты. Это объясняется
следующим.
Во–первых, в отличие от кривой 7 (рисунок 3.2), связанной с внезапными
отказами, кривая 2 не начинается с t=0.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
89
Рисунок 3.2 – Интегральные кривые безотказности систем
с внезапными (7) и постепенными (2) отказами
Имеется участок нечувствительности to, на котором вероятности безотказной работы элемента Pi(t) и системы Рс(t)=1. На участке to отказов не возникает.
Это легко понять, так как, несмотря на рассеивание интенсивности изнашивания, нельзя представить, чтобы изделия были настолько некачественными, чтобы сразу же в начале работы деталь достигла предельного состояния или полностью исчерпалась бы ее несущая способность в результате усталостного разрушения. При наличии зоны нечувствительности на участке to любые перемножения вероятностей безотказной работы элементов обеспечивают вероятность
безотказной работы системы, равную единице.
Вторым обстоятельством является нечеткость определения предельных показателей (при достижении предельного показателя деталь часто может еще некоторое время работать). Предельный параметр имеет некоторую свою зону нечувствительности.
В–третьих, если элемент системы отказал, достигнув предельного состояния одной из деталей, то при его разборке осматривают смежные детали и при
опасности возникновения отказа их заменяют или ремонтируют.
На основании приведенных аргументов вероятность безотказной работы
системы с постепенными отказами целесообразно определять по вероятности
безотказной работы худшего элемента, т.е.
Pc(t)=Pimin(t),
(3.14)
где Pimin(t) – вероятность безотказной работы худшего элемента, входящего в
систему.
Материалы деталей и их рациональное сочетание в соединениях выбирают
на основе двух требований: получения заданной долговечности и невысокой
стоимости. При выборе материала каждой конкретной детали учитывают условия работы, вид изнашивания, возможность применения термической, химико–
термической и других видов упрочняющей обработки, требования точности обработки, шероховатости поверхности и т.д.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
90
Один из методов повышения надежности сложных технических систем –
резервирование, т.е. применение дополнительных средств и (или) возможностей
с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного
или нескольких его элементов. В резервных системах при отказе одного элемента найдется другой элемент, способный выполнять его функции.
В резервных системах входящие в них элементы соединяют параллельно и
при этом один из элементов с вероятностью безотказной работы Р1(t) называют
основным. Этот элемент необходим для выполнения объектом требуемых
функций при отсутствии отказов остальных элементов. Остальные элементы
называют резервными, предназначенными для выполнения функций основного
элемента в случае его отказа.
Резервный элемент может находиться в режиме основного элемента
(нагруженный); в менее нагруженном, чем основной элемент (облегченный),
или ненагруженном до начала выполнения им функции основного элемента
(ненагруженный).
В резервных системах создается структурная избыточность. Вероятность
отказа такой системы снижается, поскольку отказ наступает только тогда, когда
откажут все элементы.
Вероятность отказа системы из параллельно соединенных элементов в течение времени t
n
Fi (t ) Fi (t ) ,
(3.15)
i 1
где n – число элементов в системе.
Вероятность безотказной работы системы из последовательно соединенных элементов
n
n
i 1
i 1
Pc (t ) 1 Fc (t ) 1 Fi (t ) 1 1 Pi (t ) .
(3.16)
Если входящие в систему элементы равнонадежны, то
Pc (t ) 1 1 Pi (t ) .
n
(3.17)
Поскольку Pi(t)<1, то при n>1 всегда
Pc(t)>Pi(t).
(3.18)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
91
Уравнения (3.16)...(3.18) позволяют прогнозировать вероятность безотказной работы машин и механизмов на стадии проектирования. Для этого на основе данных по надежности деталей и сборочных единиц прототипа задают вероятности безотказной работы отдельных элементов машины или аппарата. Детали и сборочные единицы с равными вероятностями безотказной работы группируют в отдельные блоки. Затем составляется блок–схема машины (механизма) с последовательно соединенными элементами и рассчитываются вероятности безотказной работы блоков и всей машины по формуле (3.16).
Рассчитанную вероятность сравнивают с нормативным значением, если таковой имеется, или с аналогичным показателем прототипа.
При недостаточном уровне надежности анализируют блок–схему машины
и определяют направление ее совершенствования за счет изменения конструкции, технологии изготовления отдельных деталей, введения резервных элементов и т.д.
Параллельное соединение элементов способствует повышению надежности системы. Его называют постоянным резервированием. Оно предполагает,
что резервные элементы работают одновременно с основными (нагруженный
резерв), поэтому их ресурс также исчерпывается во время эксплуатации.
Параллельное соединение элементов в машинах и аппаратах перерабатывающих производств применяется довольно редко.
Наиболее часто в оборудовании перерабатывающих производств используют резервирование замещением. Под этим понимают такое резервирование,
при котором функции основного элемента передаются резервному только после
отказа основного и установки на его место резервного элемента. В таком случае
ресурс резервного элемента не расходуется и вероятность безотказной работы
системы повышается. Однако требуется определенное время на установку резервного элемента.
Если система состоит из одного нагруженного и n ненагруженных резервных элементов, то отказ системы наступит только тогда, когда откажет последний из n элементов, поскольку при отказе всех предыдущих их заменяют резервные. Наработка системы до отказа
Tc=To+Tpl+...+ Tpn, ,
(3.19)
где To – наработка основного элемента до отказа;
Tpl...Tpn – наработки основного и резервных элементов до отказа.
Отказы деталей и узлов машин возникают вследствие ошибок, допущенных при их конструировании и расчете, неточного учета величины и характера
действующих нагрузок, неудачно выбранной технологии их изготовления, неправильной эксплуатации. В соответствии с этими причинами отказов различают конструкционную, технологическую и эксплуатационную надежность
машин. Однако такая градация условна.
В теории надежности нередко используют метод аналитического прогнозирования, основанный на применении зависимостей функции случайных аргу-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
92
ментов. Этот метод особенно эффективен, когда существует возможность получить аналитическое выражение функции распределения F(y) от случайных
величин.
Время работы машины между отказами, вид разрушения ее деталей или
узлов, время их восстановления носят случайный характер. Нельзя заранее точно предсказать состояние машины в целом, которое зависит от многих случайных по своей природе факторов:
- характера изменения нагрузок за период эксплуатации;
- изменения во времени механических свойств материала деталей машины;
- характера взаимодействия человека-оператора с машиной и др.
Это означает, что машина (или «человек–машина») представляет собой вероятностную систему, и ее надежность должна быть выражена в терминах теории вероятности.
Исходя из принципов кибернетики как создание, так и эксплуатация таких
вероятностных систем представляет собой процесс, которым нужно управлять,
чтобы получить машину с требуемыми технико – эксплуатационными свойствами. Можно сказать, что повышение надежности машин связано с совершенствованием управления (в общем случае это управление качеством, под которым понимается применение методов, процедур и знаний, позволяющих
обеспечить соответствие создаваемой техники установленным требованиям
наиболее экономичным и эффективным путем).
С точки зрения целенаправленного управления надежностью, т.е. уменьшения числа отказов и объема ремонтов машин, особое значение приобретает
получение достоверной и полной информации о причинах отказов и состоянии
машины и отдельных ее узлов и деталей. Так как показатели, характеризующие
надежность машины, являются вероятностными категориями, то они могут
быть получены лишь после испытаний такой партии машин, которая бы, с точки зрения теории вероятности, с достаточной надежностью характеризовала совокупность машин данного типа. Точно так же состояние материала деталей
машин оценивается механическими свойствами, которые являются случайными
величинами и могут быть определены лишь у выборочных партий деталей.
Малая эффективность различных систем управления качеством и надежностью продукции часто объясняется тем, что службы, решающие эту задачу, не
располагают информацией, необходимой для вероятностных методов расчета
и оценки надежности машин.
К этому следует добавить, что испытания в лабораторных условиях не всегда могут дать достоверные сведения, так как в лаборатории невозможно точно
имитировать условия эксплуатации машины, а экстраполяция характеристик
распределения отказов по результатам ускоренных ресурсных испытаний может быть ошибочной, поскольку не всегда точно известно влияние различных
факторов формирования режимов испытаний на их результаты. Кроме того, испытания, проводимые различными специалистами, часто оказываются несопоставимыми из–за неодинакового количества и разного характера измеряемых
параметров, а также отсутствия информации о первоначальном техническом
состоянии машины. Поэтому оценка надежности изделия по результатам пока-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
93
зательных испытаний случайно выбранных машин или образцов связана с
большим риском ошибки.
В некоторых случаях при проектировании используют коэффициент запаса прочности системы. Однако по нему невозможно судить о вероятности отказа элемента конструкции. Существует убеждение, что отказ детали можно
предотвратить, назначая соответствующее значение коэффициента запаса
прочности. Однако вероятность отказа может колебаться в широких пределах
при одном и том же его значении.
В настоящее время накоплены значительные данные о распределениях характеристик прочности и напряжений. Установлено, что пределы прочности на
разрыв, текучести и выносливости часто имеют нормальное распределение.
Однако в этом случае случайная величина принимает значения, лежащие в пределах от –∞ до +∞, в то время как отрицательные значения пределов прочности
не имеют физического смысла. Если коэффициент вариации ζ/μ меньше 0,3, то
вероятность появления отрицательных значений предела прочности весьма незначительна.
Для распределений напряжений не представляется возможным привести
такое же обобщение, хотя некоторые нагрузки и имеют почти нормальное распределение.
Для выявления причин отказов может быть использован функциональный
подход, когда изучаемая система представляется в виде «черного ящика», внутреннее устройство которого мало известно или неизвестно совсем. О поведении
такой системы можно судить, только сопоставляя ее «вход» и «выход».
«Входом» системы (детали) являются статические и динамические нагрузки, действующие на деталь и вызывающие в ней соответствующие напряжения.
«Входом» являются также первоначальные размеры и механические свойства
материала детали. Все эти величины в общем случае являются случайными и
поэтому должны быть определены не для одной детали, а для представительной
партии деталей.
«Выходом» можно считать размеры детали, механические свойства и
структуру ее материала после некоторого периода эксплуатации. Для определения этих параметров вырезаются образцы для механических испытаний и металлографического анализа.
Параллельно проводятся исследования вышедших из строя деталей: определяются их размеры, механические свойства, структура и величина зерна материала.
Сопоставление информации о «входе» и «выходе» позволяет однозначно
выявить причины отказов. Так, если интенсивность (частота) отказов деталей
возрастает с продолжительностью времени их работы, то это указывает на
наличие старения материала. Если интенсивность отказов постоянна и, следовательно, отсутствует изменение механических свойств материала, то это говорит о случайной природе отказов, вызванных, например, действием непредвиденных нагрузок. Если интенсивность отказов больше в начальный момент
эксплуатации, а затем снижается, то это указывает на недостаточную первона-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
94
чальную прочность детали или на наличие каких–либо не обнаруженных при
контроле производственных дефектов.
Наибольшие трудности представляет объективная оценка показателей
надежности и стоимости эксплуатации. Эти показатели можно достоверно выяснить только через длительный промежуток времени, притом на продукции,
вышедшей за стены завода–изготовителя и «разбросанной» в различных, порой
отдаленных, местах эксплуатации.
В этих условиях особое значение приобретают методы ускоренного определения долговечности деталей, узлов, агрегатов и машины в целом.
Следует шире применять метод моделирования эксплуатационных условий, заключающийся в стендовых или эксплуатационных испытаниях машины
на форсированном режиме в условиях, заведомо более тяжелых, чем нормальная работа машины. В этом случае машина осуществляет в сжатые сроки цикл,
который при нормальной ее работе длится несколько лет. Испытания проводят
до наступления предельного износа или даже до полного или частичного разрушения машины, периодически их приостанавливая для замера износов, регистрации состояния деталей и определения признаков приближения аварии. Подобные жесткие испытания позволяют обнаружить недостатки конструкции и
принять меры к их устранению. Ускоренные испытания дают также достаточно
надежный исходный материал для оценки реальной долговечности машины.
Таким образом, повышение надежности является общей технической задачей, которая должна решаться на всех этапах проектирования, изготовления и
эксплуатации машин и аппаратов перерабатывающих производств.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
95
Глава 4 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПОДЪЕМНО ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
4.1 Классификация и анализ конструкций подъемно–транспортного
оборудования
Грузоподъемное оборудование применяется во всех случаях, когда необходимо поднимать или перегружать, перемещать грузы массой более 16 кг одним человеком.
Классификация подъемно–транспортного оборудования (ПТО) позволяет
разделить все его многообразие на две большие группы: грузоподъемные и
транспортирующие механизмы и машины. Грузоподъемные машины (ГПМ)
представляют собой устройства с механизмом подъема груза. Они используются в основном для перемещения единичных (штучных грузов). Транспортирующие машины представляют собой устройства, у которых наличие механизма
для подъема груза не является обязательным. Они применяются как для непрерывного, так и для периодического перемещения груза.
Классификация ПТО представлена в приложении 4.1.
К ПТО предъявляются следующие основные требования:
- минимальное время на приведение в рабочее состояние;
- высокая надежность;
- высокая производительность;
- универсальность и высокий уровень унификации;
- простота в обслуживании, наладке и использовании;
- малые габариты и материалоемкость;
- простота конструкции;
- соответствие требованиям безопасности и производственной санитарии.
При выборе ПТО необходимо также учитывать технические характеристики. При этом рекомендуется использовать следующие документы:
- действующие стандарты на указанное оборудование;
- альбомы (справочники, атласы) типовых конструкций оборудования;
- каталоги и паспорта на ПТО;
- каталоги–справочники гаражного, паркового и ремонтного оборудованияю
Знание технических характеристик выпускаемого промышленностью ПТО,
его конструктивных особенностей и требованиям, которым это оборудование
должно отвечать, позволяет выполнить его объективный анализ.
Оценку существующих образцов ПТО по степени соответствия предъявляемым требованиям можно выполнить по следующим этапам:
- изучение состояния вопроса в условиях производства, ТО и ремонта;
- изучение надежности работы этих средств, а также надежности отремонтированных (обслуженных) с их помощью машин;
- изучение соответствия оборудования технологии ТО и ремонта машин;
- изучение результатов последних НИР и патентных материалов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
96
Важным этапом работы является анализ технических характеристик существующих средств ТО и ремонта машин.
При проектировании технических устройств для ТО и ремонта машин
должны учитываться требования эксплуатационной технологичности. Разрабатываемые средства ТО и ремонта машин должны соответствовать существующей системе обслуживания и ремонта оборудования. Совершенно недопустимым является появление новых видов обслуживания и профилактических
ремонтов оборудования. Другие требования сводятся к следующему:
- при разработке оборудования должна учитываться существующая система снабжения эксплуатационными материалами. Недопустимо использовать
горючее и смазочные материалы иной, нежели принятой для снабжения основной техники номенклатуры;
- оборудование должно быть компактным и обеспечивать свободный доступ к обслуживаемым элементам без демонтажа расположенных рядом или
сопряженных элементов;
- при разработке (модернизации) технических устройств должно быть
обеспечено соответствие габаритов оборудования производственным помещениям, для которых это оборудование создается. Здесь, как правило, важна минимизация размеров оборудования с целью его размещения в типовых специализированных участках или отделениях ПТОР, в кузовах–фургонах подвижных
средств ТО и ремонта машин. В последнем случае должны учитываться специфические требования транспортабельности (виброустойчивость, повышенная
прочность и т.п.);
- важен учет требований минимизации времени приведения в готовность к
использованию и обслуживания после работы разрабатываемого (модернизируемого) оборудования, гарантированного обеспечения этим оборудованием выполнения производственной программы по ТО и ремонту машин.
4.2 Расчет подъемно–транспортного оборудования
Значительная часть в разработке какого–либо типа ПТО составляют расчеты его элементов (деталей, сборочных единиц). Рассмотрим методику некоторых расчетов.
При выборе допускаемых напряжений применяют два метода:
- первый – табличный, при котором допускаемые напряжения определяются по готовым таблицам, составленным научно–исследовательскими институтами, заводами, конструкторскими организациями и т.п.;
- второй – дифференциальный (аналитический), когда допускаемые
напряжения рассчитываются по формулам в зависимости от вида нагрузки, материала и пр.
Например, при статическом нагружении детали допускаемые напряжения
определяются по формулам:
- для пластичных материалов
[ζ]= ζт/n,
(4.1)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
97
- для хрупких материалов
[ζ]=
[ в ] в
,
k s [ n]
(4.2)
где [ζ] – допускаемое напряжение, Па;
ζт – предел текучести материала, Па;
ζт – предел прочности материала, Па;
εв – коэффициент, учитывающий понижение прочности детали при росте
ее абсолютных размеров (εв≤1);
ks – коэффициент, учитывающий возможное влияние концентрации
напряжений (пазы, выточки, галтели и пр.), обычно ks=1,4;
[n] – коэффициент запаса прочности
[n]=[n1][n2][n3],
(4.3)
где [n1]=1÷3 зависит от точности определения действующих на деталь
нагрузок (для обеспечения повышенной жесткости принимать
большие значения);
[n2]=1,2÷6; зависит от однородности и хрупкости материала и его
чувствительности к недостаткам механической обработки;
[n3]=1÷1,5; вводится, если необходимо обеспечить дополнительный запас
прочности или повысить долговечность детали.
При проектировании гидравлических (пневматических) подъемников
обычно требуется определить усилие, развиваемое цилиндром
Рц=qц·Fц,
(4.4)
где Рц – усилие, развиваемое цилиндром, Н;
qц – давление в системе, Па;
Fц – площадь поршня (диафрагмы), м2.
При расчетах следует учитывать, что
Fц=π/4·(D2–d2),
(4.5)
где D – диаметр поршня, м;
d – диаметр штока, м.
Скорость перемещения штока (поршня) определяется в зависимости от количества масла, поступающего в цилиндр
V=Q/Fц,
(4.6)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
98
где V – скорость перемещения штока (поршня), м/с;
Q – количество масла, поступающего в цилиндр (производительность
насоса), м3/с.
Необходимо учитывать, что полученные в результате расчетов диаметры
штока, гидроцилиндра должны быть приведены к определенному размерному
ряду.
Подшипники качения широко используются в различных узлах вращения
ПТО. Подшипники подбираются по таблицам каталогов в зависимости от характеристик их работы:
- величины и направления действующих нагрузок;
- характера нагрузки (спокойная, ударная и т.д.);
- диаметра цапфы (оси), на которую насаживают подшипник;
- угловой скорости вращающегося кольца подшипника;
- желательного срока службы подшипника.
Если вращающееся кольцо подшипника имеет малую частоту вращения –
n≤1 мин–1 (угловую скорость ω≤0,105 с–1), то подшипник подбирают по статической нагрузке, действующей на него. В таблицах каталога приводится допускаемая статическая нагрузка подшипника.
Если частота вращения выше 1 мин–1 (ω≥0,105 с–1), то подшипники качения подбираются по заданной долговечности. Для этого вычисляют коэффициент работоспособности подшипника, а затем подбирают по каталогу подшипник, у которого коэффициент работоспособности равен или больше расчетного
C=0,2(Кк·R+m·A)·Kq·KT·(ω·h)0,3,
(4.7)
где C – коэффициент работоспособности подшипника;
Кк – коэффициент, учитывающий влияние долговечности подшипника
(Кк=1÷1,2);
R – фактическая радиальная нагрузка на подшипник, Н;
m – коэффициент перевода осевой нагрузки в эквивалентную ей
радиальную (m=0,5÷5,6);
A – осевая нагрузка на подшипник, Н;
Kq – коэффициент динамичности, учитывающий характер нагрузки
(Kq=1,0÷3,0);
KT – коэффициент, зависящий от температуры подшипника (KT=1÷2);
h – проектируемая долговечность подшипника, ч (h≤20 000 ч).
Для того, что бы определить мощность гидравлического привода, необходимо определить расход жидкости Q, м3/ч, гидравлический напор (или давление Р, МПа), гидравлическую мощность Nг. Гидравлический напор Р представляет собой разность между напором жидкости на выходе и напором на входе
насоса
Р=Р2–Р1.
(4.8)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
99
Гидравлическая мощность, кВт
Nг=Р·Q.
Определение диаметра трубопровода, м,
d=
4Q
,
Vэ
(4.9)
(4.10)
где Vэ – скорость движения жидкости, м/с (для нагнетательных
трубопроводов системы смазки двигателей и гидроприводов станков
Vэ=3÷5 м/с).
Полученный диаметр трубопроводов округляют до размера ближайшего из
ряда стандартизированных размеров.
Мощность приводного двигателя, кВт
Nq=Nг/η,
(4.11)
где Nг – гидравлическая мощность насоса, кВт;
η – КПД насоса.
Расчет гидравлического домкрата производится по следующей методике.
Давление на плунжер домкрата (малый поршень)
Р1=Р·l,
(4.12)
где Р – сила, приложенная к рычагу, Н;
l – длина рычага, м.
Давление жидкости на поршень домкрата, Па
d 22
G=P1· 2 ,
d1
(4.13)
где G – сила, приложенная к поршню домкрата, Н;
Р1 – сила, приложенная к плунжеру, Н;
d1 – диаметр плунжера, м;
d2 – диаметр поршня, м.
Расчет грузоподъемности гидравлического подъемника проводится следующим образом.
Давление в полости силового цилиндра, Па
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100
qц=G/Fц,
(4.14)
где G – грузоподъемность, Н;
Fц – площадь силового цилиндра, м2.
Мощность приводного двигателя с учетом КПД определяется по зависимости (4.11), а скорость подъема груза, м/с:
V=
4Q
,
D2
(4.15)
где Q – расход жидкости, м3/с;
D – диаметр силового цилиндра, м.
При наличии в ПТО тросового (канатного) привода в процессе работы каната его отдельные проволоки испытывают различные напряжения – сжатия,
растяжения, изгиба и кручения. В зависимости от факторов (максимальное
натяжение каната, отношение диаметра блока и барабана к диаметру каната)
установлены нормы Госгортехнадзора для подбора каната. По этим нормам
размер каната выбирается из соотношения
Smax·K≤Sразр,
(4.16)
где Smax – максимальное рабочее усилие ветви каната при подъеме
номинального груза, Н;
К – запас прочности, т.е. отношение минимальной разрушающей
нагрузки к максимальной рабочей нагрузке на канта (применяется
по нормам Госгортехнадзора в зависимости от назначения каната и
режима работы механизма, таблица 4.1);
Sразр – разрывное усилие каната, Н (применяется по таблице
соответствующих ГОСТов на канаты).
Таблица 4.1 – Минимальные допустимые значения коэффициента запаса прочности канатов, К
Назначение каната
Грузовые и стреловые
Растяжка стрел
Канаты лебедок
для поднятия людей
Тип привода
Ручной
–
Группа режима работы
–
Легкий
Средний
Тяжелый и весьма тяжелый
–
Значение К
4,0
5,0
5,5
6,0
3,5
–
–
9,0
Машинный
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
101
Кроме запаса прочности каната необходимо соблюдать соотношение между диаметром выбранного каната и диаметром блока и барабана, ограничивающее напряжение изгиба каната
Dб≥U·dк,
(4.17)
где Dб – диаметр блока или барабана, измеренный по средней линии
каната, мм;
U – коэффициент (по нормам Госгортехнадзора) зависимости от типа
грузоподъемной машины и группы режима работы (таблица 4.2);
dк – диаметр каната, мм.
Таблица 4.2 – Минимальные допускаемые значения коэффициента U
Тип грузоподъемной машины
Тип привода Группа режима работы
Ручной
–
Легкий
Грузоподъемные механизмы всех типов, за исключением стреловых краСредний
Машинный
нов, электрических талей и лебедок
Тяжелый
Весьма тяжелый
Ручной
–
Легкий
Стреловые
краны–механизмы
Средний
Машинный
подъема грузов
Тяжелый
Весьма тяжелый
Тали электрические
Машинный
–
Машинный
–
Лебедки для подъема грузов
Ручной
–
Значение U
18
20
25
30
35
16
16
18
20
25
20
20
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
102
Глава 5 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
5.1 Общие положения
В машинах и механизмах в качестве исполнительных органов применяются шарнирно–стержневые, кулачковые, мальтийские, планетарные, зубчатые и
храповые механизмы. Наибольшее распространение среди них получили шарнирно–стержневые, которые применяются для преобразования вращательного
движения ведущего звена (вала машины) в периодическое качательное или возвратно-поступательное движение ведомого звена (рабочего органа машины).
Базовыми механизмами этой группы являются кривошипно–ползунные,
кривошипно–коромысловые и кривошипно–кулисные.
Эти механизмы обычно характеризуются размерами звеньев или их отношениями, временами рабочего и холостого ходов (поворотов) ведущего звена.
Отношение времен рабочего tр и холостого tх ходов называется коэффициентом
интервалов
k=tр /tх
(5.1)
При угловой скорости ведущего звена (кривошипа) ω=const коэффициент
интервалов будет равен отношению угла рабочего поворота этого звена к углу
его холостого поворота (рисунок 5.1), т.е.
k=θр /θх .
(5.2)
Рисунок 5.1 – Схема центрального кривошипно–ползунного механизма
Учитывая, что для данных механизмов время кинематического цикла Тк
складывается только из времени рабочего и холостого поворотов кривошипа,
для условия постоянной угловой скорости этого звена справедлива зависимость
Tkω1=(tр+tх)ω1=θр+θх=2π.
(5.3)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
103
Углы рабочего и холостого поворотов кривошипа можно представить зависимостями в функции коэффициентов интервалов соответственно
θр=2πk/(1+k);
θх=2π/(1+k).
(5.4)
Расчет и конструирование указанных механизмов сводится к определению
их геометрических параметров по заданному циклу работы, например по коэффициенту интервалов, и по одному или нескольким геометрическим параметрам, например по базовому размеру (расстояние между осями вращения ведущего и ведомого звеньев).
5.2 Кривошипно–ползунные механизмы
Кривошипно–ползунные механизмы (рисунок 5.1) применяются для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно – поступательное
движение ползуна (или наоборот). Они делятся на центральные и внецентренные (дезаксиальные). В центральных механизмах ось вращения кривошипа лежит на продолжении траектории движения центра шарнира ползуна, поэтому
коэффициент k=1.
Отношение длины кривошипа r к длине шатуна l носит название безразмерного геометрического параметра механизма
λ= r/l.
(5.5)
Текущее значение углов поворота кривошипа и давления между шатуном и
ползуном отсчитывается от линии, совмещенной с траекторией ползуна. Между
собой эти углы связаны зависимостью
Δ=arcsin(λsinθ).
(5.6)
Для исключения заклинивания ползуна угол давления рекомендуется принимать меньше 30о, а безразмерный параметр λ<0,4.
Перемещение ползуна S, его скорость v и ускорение а в функции угла поворота кривошипа можно определить по приближенным зависимостям
S=r(1–соsθ+0,5λsin2θ),
v=rω1(sinθ+0,5λsin2θ),
а=rω12(cosθ+λсоs2θ),
(5.7)
(5.8)
(5.9)
где φ – текущее значение угла поворота кривошипа.
Скорость ползуна достигает своих максимальных значений при углах поворота кривошипа, один из которых (при рабочем ходе) определяется из уравнений
2λсоs2θ+соsθ–λ=0;
(5.10)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
104
2
cosθv1=(–1+ 1 8 )/4 λ,
(5.11)
а второй (при холостом ходе) – из условия
cosθv1=cos(360°–θv2);
θv2= 360o–θv1,
(5.12)
(5.13)
где φv1 и φv2 – углы поворота соответственно при рабочем и холостом ходе.
Максимальные значения имеют углы поворота кривошипа, при которых
ускорение ползуна определяется из уравнения
(1+4λcosθ)sinθ=0.
(5.14)
При λ≤0,25 уравнение (9.14) имеет два решения, которые соответствуют
крайним положениям ползуна: θa1=0°, θa2=180°. Для этого случая максимальные значения ускорений ползуна определяются по выражениям
a1max=rω12(l+λ);
a2max=–rω12(l– λ).
(5.15)
(5.16)
При λ>0,25 уравнение (9.14) дает еще два решения
θa3=180°–arсcos0,25λ;
(5.17)
θa4=270°–arcsin0,25λ.
(5.18)
С учетом этого максимальные значения ускорений ползуна можно определить из равенства
a3max = a4max=–0,125rω12(l+8λ2)/λ .
(5.19)
Если задано максимальное ускорение а ползуна, максимально возможная
угловая скорость кривошипа в соответствии с выражением (5.15)
1max a/ r(1 ) .
(5.20)
Минимальное время кинематического цикла
Tk=2π/ ω1max
(5.21)
5.3 Кривошипно–коромысловые механизмы
Кривошипно–коромысловые механизмы применяются тогда, когда нужно
преобразовать вращательное движение кривошипа в качательное. Эти механизмы могут быть внецентренными и центральными. Внецентренные криво-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
105
шипно–коромысловые механизмы применяются гораздо чаще, чем центральные.
На рисунке 5.2 представлена схема кривошипно–коромыслового механизма в произвольном и в двух крайних положениях.
Рисунок 5.2 – Схема кривошипно–коромыслового механизма
Произвольное положение механизма характеризуется углом θ поворота
кривошипа; крайние положения механизма характеризуются углом Δн–ψн при
начальном положении кривошипа r1 (шатуна l2) и коромысла r3 и Δк–ψк – при
конечном. Эти углы отсчитываются от прямой, совмещенной с межосевой линией (базой механизма l4) в направлении вращения кривошипа и поворота коромысла (угловые скорости вращения ω1 и ω3.
Характерные углы поворотов звеньев механизма (кривошипа и коромысла
в начальном и конечном положениях) связаны с их размерами следующими зависимостями
H
arccosl
K
2
4
(l 2 r1) 2 r 3
2
2 l 4 (l 2 r1)
arccosl
(l 2 r1) 2 r 3
4
2
2
2 l 4 (l 2 r1)
ψH=π–arcsin((l2+r1)sinΔH)/r3;
ψK=arcsin((l2–r1)sinΔK)/r3.
(5.22)
(5.23)
Углы рабочего и холостого поворотов кривошипа определяются по следующим зависимостям
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
106
θр=π+(Δк–Δн);
θх=π–(Δк–Δн).
(5.24)
Коэффициент интервалов К=θр/θх>1.
Максимальный угол размаха коромысла
ψm= ψK–ψH.
(5.25)
Угловые перемещения, скорость и ускорение коромысел при ω1=const
можно определить по уравнениям
arcsin[ 1 ( 4 2 3) sin (1 1 cos ) 2
2
2
4 3 4 ( 4 2 3 ) 2 ] /(2 3 4 )
2
3 3 2
2
1
3
2
2
2
(5.26)
son 3 sin( )
sin 1 sin( ) 1
(5.27)
1[cos 3 cos( )]12 332 [cos 1 cos( )]
3 [sin 1 sin( )]
где λ1=r1/l4; λ2=l2/l4;
λ3=rз/l4; λ4=d/l4;
(5.28)
d (r1 2 r1l 4 cos l 4) 0,5 .
2
2
5.4 Кривошипно–кулисные механизмы
Кривошипно–кулисные механизмы применяются для преобразования вращательного движения кривошипа в качательное движение кулисы.
На рисунке 5.3 представлена схема кривошипно–кулисного механизма, из
которой можно определить геометрический параметр механизма
λ=r1/l4=соs0,5θх=sin0,5ψm=0,5Sm/rз,
(5.29)
где r1 – длина кривошипа, м;
l4 – длина стойки (база механизма), м;
ψm – полный угол размаха кулисы, град;
Sm – расстояние между двумя крайними положениями свободного шарнира
кулисы, м;
r3 – длина кулисы, м.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
107
Рисунок 5.3 – Схема кривошипно–кулисного механизма
Углы поворота кривошипа при рабочем и холостом ходах
θр=2(π–arccosλ); θх=2arccosλ;
θр=π+ψm;
θх=π–ψm.
(5.30)
Отсчет углов θ и ψ поворотов кривошипа и кулисы производят от межосевой линии. В этом случае для определения угла поворота кулисы ψ, ее угловой
скорости ω3 и углового ускорения εЗ пользуются формулами
sin ;
1 cos
(cos )
3 1 2 cos 2 1 ;
arctg
3 (1 2 ) sin 2
2 2 1 .
(1 2 cos )
(5.31)
(5.32)
(5.33)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
108
Угловая скорость кулисы достигает своего максимального значения при
холостом ходе, когда θ=0, т. е.
3xm ax 1 /(1 ) .
(5.34)
При рабочем ходе, когда θ=180°, угловая скорость кулисы
3xm ax 1 /(1 ) .
(5.35)
Угловое ускорение кулисы достигает максимального значения при угле поворота кривошипа
î arccos[ (1 2 ) (1 2 )2 322 ] /(4 ).
(5.36)
На границах углов рабочего и холостого поворотов кривошипа угловое
ускорение кулисы
ÇÍ 12 / 1 2 12tg(0,5 m ) .
(5.37)
Отношения скоростей и ускорений кулисы при различных углах поворота
кривошипа
/ ; /
*
3
*
3
1
3
3
2
1
.
(5.38)
5.5 Кулачковые механизмы
Кулачковые механизмы получили широкое распространение в машинах
благодаря возможности осуществления практически любых законов периодического движения ведомых звеньев, в частности движения с различными выстоями. Кулачковый механизм представляет собой совокупность трех элементов: стойки – базы механизма, ведущего звена – кулачка и ведомого звена –
толкателя или коромысла. Кулачок и толкатель, соприкасаясь, образуют высшую кинематическую пару. Кулачку с профилированной поверхностью скольжения как ведущему звену чаще всего сообщается вращательное движение, при
котором сопряженное с ним ведомое звено получает движение в соответствии с
заданным законом изменения скорости (ускорения). Для замены трения скольжения между кулачком и толкателем на трение качения толкатель снабжают
роликом. Такое конструктивное решение кулачкового механизма позволяет повысить его коэффициент полезного действия, а при соответствующем подборе
материала и размеров кулачка и ролика – уменьшить износ.
При соприкосновении роликового толкателя с профилем кулачка центр ролика всегда находится на направлении нормали к профилю в точке их касания и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
109
на расстоянии радиуса ролика от профиля кулачка. Геометрическое место точек
центра ролика при обратимом движении называется теоретическим профилем
или центровым профилем кулачка. При замене его действительным кинематическая сущность механизма не изменяется, т.е. закон движения толкателя остается заданным. Необходимый контакт высшей кинематической пары
обеспечивается силовым (например, с помощью пружины) или геометрическим
(конструктивными приемами) замыканием.
Кулачковые механизмы делятся на плоские и пространственные, причем
наибольшее распространение получили те, ведомые звенья которых совершают
возвратно-поступательное или качательное движение.
В плоских кулачковых механизмах кулачок выполняется в виде диска с
одинарной наружной торцевой рабочей поверхностью сложного профиля (рисунок 5.4 а, б) или с двойной – в виде паза, выфрезерованного на одной из боковых сторон диска (рисунок 5.4, в), возможно также использование двух кулачков (рисунок 5.4, г). В первом случае применено обычное силовое замыкание пары ролик - кулачок (пружины сжатия и растяжения). В пазовом кулачке
замыкание обеспечивается кинематически (на рисунке 5.4, в штрихами показан
вариант с коромыслом). В двухкулачковых механизмах замыкание пары осуществляется вильчатым толкателем с двумя роликами.
Рисунок 5.4 – Плоские кулачковые механизмы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
110
В пространственных кулачковых механизмах кулачок может быть выполнен в виде цилиндра с одинарной наружной торцевой (сбоку) рабочей поверхностью сложного профиля – переменной длины по образующим цилиндра (рисунок 5.5, а, б) или с двойной – в виде паза, выфрезерованного на наружной поверхности цилиндра (рисунок 5.5, в, г). В случае применения качающихся толкателей замыкание пары осуществляется так же, как в плоских кулачковых механизмах.
Если продолжение траектории возвратно-поступательного движения ведомого звена (толкателя) проходит через ось вращения кулачка (в пространственных кулачковых механизмах – параллельно оси кулачка), то такой механизм
называется центральным, в противном случае – внецентренным (на рисунке
5.4, в этот вариант показан штрихами; е – эксцентриситет).
Рисунок 5.5 – Пространственные кулачковые механизмы
Рабочий орган исполнительного механизма может быть связан с ведомым
звеном напрямую, и тогда закон его движения будет определяться профилем
кулачка. В том случае, если кулачковый механизм является составной частью
более сложного исполнительного механизма, закон движения его рабочего органа будет определяться не только профилем кулачка, но и системой промежуточных звеньев, с помощью которых он связан с ведомым звеном.
При конструировании центральных кулачковых механизмов с возвратнопоступательным движением толкателя к числу заданных параметров относятся:
- sm – полное перемещение толкателя в одном направлении;
- θу, θд, θв, θб – углы поворота кулачка соответственно при удалении толкателя от центра вращения кулачка, дальнем стоянии, возвращении и ближнем
стоянии;
- ω – угловая скорость вращения кулачкового вала;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
111
- [αу] и [αв] – допустимые углы давления на участках удаления и возвращения толкателя;
- Рст – сила полезного технологического сопротивления (статическая), отнесенная к направлению перемещения толкателя;
- m – масса толкателя и связанных с ним деталей;
- ЗДРО – закон движения рабочего органа (толкателя).
При проектировании таких механизмов рассчитывают следующие параметры:
- tу, tд, tв, tб – интервалы соответственно удаления, дальнего стояния, возвращения, ближнего стояния толкателя;
- rо и rдо – радиусы начальных окружностей соответственно теоретического
и действительного профилей кулачка; параметры ролика, оси ролика, текущие
радиус-векторы профиля кулачка и другие данные, относящиеся как к отдельным элементам кулачкового механизма, так и к механизму в целом.
Для уточнения и рационализации расчетов кулачковых механизмов рекомендуется пользоваться табличными значениями безразмерных позиционных
коэффициентов (БПК) времени kt, перемещения kS, скорости kV, ускорения ka,
силы kp и экстремальными значениями (пиками) kVmax, kamax, kPmax.
При конструировании кулачковых механизмов необходимо стремиться к
получению их минимальных габаритных размеров при обеспечении прочности
кулачка и ролика и точности передачи закона движения.
Значительную роль в обеспечении прочности элементов кулачкового механизма, а также его незаклинивания играет угол давления (между направлением
движения толкателя и нормалью к профилю кулачка в точке касания его толкателем). Для центрального кулачкового механизма с возвратно–поступательным
движением толкателя этот угол определяется по формуле
arctg
m
k
,
(r / s k )
v
o
m
(5.39)
s
где θм – угол поворота кулачка, равный θу или θB.
Нормальное усилие Ра (рисунок 5.6), действующее на ролик (цапфу), с достаточной для практики точностью может быть определено по формуле
P
n
k
k a max m sm1
2
P max
cos[ m]
2
,
(5.40)
m
где kpmax – максимальное значение БПК силы (число Ньютона).
k P max mg PСТ max
m sm
t
2
m
,
где РСТmax – максимальное значение статического технологического
(5.41)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
112
усилия, Н;
tт – время перемещения толкателя, равное ty или tв, (ty=θy/θ1), с.
Рисунок 5.6 – К определению нормального усилия
кинематической пары кулачкового механизма
Из условия прочности оси ролика на изгиб нормальное усилие
0,2 d 0 [ и ]
3
P
n
b
,
(5.42)
где dц – диаметр хвостовика оси ролика, м;
[ζи] – допускаемое напряжение при изгибе для материала оси ролика, Па;
b – ширина ролика, м.
Из условия невыдавливания смазки, обеспечивающего износостойкость
цапфы, нормальное усилие
Pn≤dцb[ζуд],
(5.43)
где dц – диаметр цапфы, м;
[ζуд] – допускаемое удельное давление на цапфу, Па.
Выбор допускаемых напряжений и удельных давлений производится в зависимости от конкретных рабочих условий в соответствии с общетехническими
нормами расчета деталей машин.
Принимая dц=d0 и решая совместно уравнения (5.42) и (5.43), получаем
b d o 0,2[ è ] /[ óä ] .
Определив отношение b/dо, из выражения (5.42) находят dо и b.
Диаметр цапфы dц принимают на 2...4 мм больше dо.
Обычно b=(1,0...1,5)dц, а диаметр ролика D=(l,6...2,0)dц.
(5.44)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
113
Для ограничения напряжения смятия, возникающего при уравновешивании
момента от консольного приложения нагрузки, длину lх хвостовика оси рекомендуется принимать более 0,8b.
Под действием нормальной силы в материале ролика и кулачка возникают
местные (контактные) напряжения смятия. Применительно к дисковому торцовому кулачку и цилиндрическому ролику напряжение смятия
см 0,418
Pn E ПР
[ см ] ,
b ПР
(5.45)
где Eпр=2E1E2/(E1+E2) – приведенный модуль упругости (Е1 и E2 – модули
упругости материалов кулачка и ролика);
1/ρпр=1/rр+1/ρmin – обратное значение приведенного радиуса кривизны
(rр – радиус ролика; ρmin – минимальный радиус
кривизны действительного профиля кулачка –
выпуклой части – в месте касания с роликом);
[ζCM] – допускаемое напряжение при смятии.
Из формулы (5.45) видно, что контактные напряжения зависят от соотношения определяемых конструктивных параметров. Чем меньше минимальный
радиус кривизны профиля кулачка, тем больше напряжение смятия. Если
ρmin→0, то ζсм→∞. В этих условиях наступает быстрый износ кулачка.
5.6 Храповые механизмы
Храповые механизмы предназначены для преобразования качательного
движения ведущего звена (например, коромысла или кулисы кривошипных механизмов) в поворотное одностороннее движение с остановками ведомого звена (например, храпового колеса). В таких механизмах передача движения от
ведущего звена к ведомому осуществляется посредством промежуточных звеньев (собачки, роликов, кулачков и др.). В машинах и аппаратах перерабатывающих производств наибольшее распространение получили зубчатые
храповые механизмы.
Зубчатый храповый механизм (рисунок 5.7) включает коромысло 1, которое свободно посажено на вал храпового колеса, находящегося в подшипниках
4. Рабочее звено крепится на храповом колесе 3 или на его валу. Собачка 2
прижимается к храповому колесу пружиной. При перемещении коромысла
вправо собачка выходит из впадины между зубьями (обратный ход). При перемещении коромысла влево (прямой ход) требуется некоторое время, прежде
чем собачка соприкоснется с рабочей плоскостью зуба, после чего произойдет
поворот храпового колеса.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
114
1 – коромысло; 2 – собачка; 3 – храповое колесо;
4 – стойка (подшипник); 5 – запирающая дуга
Рисунок 5.7 – Схема к расчету храпового зубчатого механизма
Для того чтобы храповое колесо повернулось на один угловой шаг а зубьев, необходимо, чтобы угол ψm размаха коромысла был больше этого угла на
величину Δψ, т.е. равнялся бы углу (α+Δψ), но в то же время не был бы больше
угла (2α+Δψ). Такое условие связано с поворотом собачки во время ее отвода
коромыслом и переходом конца собачки с дуги впадин на дугу вершин зубьев
колеса.
Для поворота храпового колеса на рабочее число зубьев zр угол размаха
коромысла должен лежать в пределах
zpα+Δψ <ψm<(zp+l)α+Δψ .
(5.46)
Угол рабочего поворота коромысла (равен углу поворота храпового колеса)
ψр=zрα=2πzр/z,
(5.47)
где z – число зубьев храпового колеса.
Холостой ход коромысла складывается из обратного хода и части прямого
и имеет два граничных значения
ψxmin=ψр+2Δψ;
ψxmах=ψр+2(α+Δψ).
(5.48)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
115
Таким образом, отношение угла рабочего поворота коромысла к холостому
будет лежать в пределах
1
1 2 /( z p )
k 1
.
1 2( ) /( z p )
(5.49)
При этом, если угол рабочего поворота храпового колеса равен α(zp=1), а
Δψ очень мало, то kmax=1; kmin=1/3.
Минимальное значение дополнительного угла поворота коромысла можно
определить приближенно из соотношения Δψmin=m/R (здесь m – модуль колеса;
R – радиус коромысла).
Более точное значение угла Δψmin можно определить следующим образом
(рисунок 5.7). Из построения храпового колеса определяются углы
Θ=arcsin(rи/ra); Θ'=arcsin[(ra/rи)sinΘ],
(5.50)
зная которые, находят угол δ"=π–(Θ+Θ').
Из схемы механизма для двух положений (I и II) вычисляют углы
R 2 rи l 2
2
/
arccos
2rи R
R2 ra l 2
2
//
arccos
2ra R
,
(5.51)
а затем
Δψmin=δ'"+δ"+δ'.
(5.52)
Так как угловая скорость ω1 коромысла обычно не является постоянной, то
время рабочего хода и время выстоя храпового колеса могут быть определены
только по времени срабатывания приводного механизма.
В храповых механизмах с очень быстрым качательным движением коромысла необходимо проверять время западания собачки во впадины храпового
колеса по условию
t 2J / M t IIII ,
(5.53)
где γ – угол поворота собачки вокруг ее оси при западании во впадину;
J – момент инерции тела собачки относительно ее оси вращения;
М – момент силы пружины относительно оси вращения собачки.
При встрече собачки с зубом храпового колеса происходит удар, сила которого тем больше, чем больше скорость собачки в момент встречи. При этом
чем больше разность скоростей звеньев механизма, тем сильнее удар.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
116
Для уменьшения коэффициента k в механизм можно вмонтировать запирающую дугу 5 (рисунок 5.7), позволяющую при любом значительном размахе
коромысла ψт получить необходимый угол поворота храпового колеса, соответствующий zp=1,2, 3...
Угол наклона рабочих граней зубьев и расположение оси вращения собачки выбираются такими, чтобы под действием нагрузки собачка плотнее прижималась к храповому колесу. Для уменьшения нагрузки на ось храпового колеса
ось собачки располагают ближе к вершинам зубьев. В обычных условиях угол
наклона рабочих граней принимается равным 16...20°, а опорная плоскость зуба
располагается по касательной к вспомогательной центральной окружности с
радиусом rи=(0,28...0,34)rа. Профиль зуба делают трапециевидным.
При проектировании храпового механизма расчетной характеристикой колеса является модуль m, определяемый из условия прочности зуба при изгибе
m
Mk
,
z [ и ]
(5.54)
где Мк – крутящий момент на валу, Н·м;
ψ=b/т – коэффициент формы зуба (ψ=1„.1,5);
[ζи] – допускаемое напряжение при изгибе зуба колеса, Па.
Ширина зуба b=mψ. Наружный диаметр колеса Da=mz.
Собачка механизма проверяется на удельное линейное усилие
q
2M k
[q] ,
mzb1
(5.55)
где b1 – ширина собачки, м;
[q] – допускаемое удельное усилие, МН/м.
Ось собачки проверяется на прочность, исходя из условия работы на изгиб
при ее консольном закреплении, на срез – при двухопорном.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
117
Глава 6 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА
6.1 Тематика, содержание и объем конструкторской части
Основная цель при выполнении конструкторской части учебного проекта –
систематизация и закрепление знаний, полученных при изучении общетехнических и специальных дисциплин, а также выработка навыков по их практическому применению в процессе модернизации известных или разработки новых
конструкций машин и механизмов.
В связи с этим тематика конструкторских разработок учебных проектов
может быть следующей:
- адаптация серийно выпускаемого оборудования для выполнения технологического процесса с параметрами, незначительно выходящими за пределы
технической характеристики объекта проектирования;
-модернизация известных машин и механизмов путем применения новых
материалов для изготовления отдельных деталей или узлов;
- применение устройств и механизмов, новых для данного типа оборудования и хорошо зарекомендовавших себя в серийно выпускаемых машинах
для других отраслей производства;
- создание нового оборудования для выполнения известных технологических операций, но отличающегося от серийно выпускаемых машин потребляемой мощностью, размерами, производительностью и т. д.
- разработка новых по принципу действия машин и механизмов, основанных на применении современных достижений науки и техники, передового
опыта, рационализаторских предложений и изобретений.
Конструкторская разработка учебного проекта включает в себя, как правило, графическую часть и раздел, входящий составной частью в расчетно–
пояснительную записку.
Раздел пояснительной записки включает в себя анализ конструкторскотехнологических схем существующего оборудования, обоснование конструкции и расчет проектируемого устройства, описание его монтажа и эксплуатации. В расчетно–пояснительной записке кроме основного текста должны быть
представлены рисунки и схемы, раскрывающие конструкторские особенности
модернизируемой (проектируемой) машины и принцип ее работы.
Наряду с тщательной проработкой каждого раздела расчетно – пояснительной записки обучаемый должен выполнить необходимые требования к
оформлению всей проектной документации согласно изложенным ниже рекомендациям.
Графическое оформление конструкторской части учебного проекта состоит из трех–четырех листов формата А1. К обязательным листам относятся:
- общий вид проектируемой машины;
- сборочный чертеж одного или нескольких ее узлов;
- рабочие чертежи деталей узлов.
В качестве дополнительных листов могут быть представлены:
- различные схемы (гидравлические, кинематические, электрические);
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
118
- операционно–технологическая карта проектируемого устройства;
- другие иллюстрационные материалы, связанные с проектируемым
устройством.
6.2 Обзор литературных источников по конструкторской части
Конструкторско–технологическую схему проектируемого устройства выбирают на основе анализа существующего оборудования аналогичного назначения.
Рекомендуется следующий алгоритм (последовательность) анализа существующего оборудования:
1) подбор литературных источников;
2) накопление информации по теме проекта;
3) анализ конструкторско–технологических схем аналогов (выявление
преимуществ и недостатков существующих конструкций);
4) изыскание способа и средств устранения выявленных недостатков;
5) конструктивное решение проектируемого устройства.
Подбор литературных источников, в качестве которых могут быть использованы:
- учебники и учебные пособия по теме проекта;
- справочный материал (каталоги, инструкции, технические условия и т. п.)
- проекты, буклеты, рекламные материалы;
- материалы лекций и лабораторно-технических занятий;
- информация в Интернете или другие источники.
Следующий этап – выбор наиболее значимых для конструкторской части
проекта информационных материалов. Для этого каждый из выбранных источников информации оценивают по содержательной части, наличию описаний,
схем процессов или конструкторских схем, а также по объему информационного материала, близкого к теме проекта. Материал, не содержащий необходимых
для проекта сведений, отбрасывают.
При анализе конструкторско–технологических схем рассматривают конструкцию двух–трех машин и отмечают их преимущества и недостатки.
Способы и средства устранения недостатков изыскивают на основе известных конструкторских решений с последующим их применением в разрабатываемом устройстве с целью интенсификации рабочего процесса.
Конструкторское решение предлагаемого устройства принимают на основе
расчета составных частей, узлов и деталей проектируемой машины с использованием известных методик.
Для выполнения конструкторской части проекта можно применять персональные компьютеры с использованием современных программных продуктов.
Для инженерных расчетов широко используют программы MathCAD и АРМ
Win Machine.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
119
6.3 Обоснование размеров и параметров проектируемой машины
Предлагаемую конструкторско–технологическую разработку следует описывать с учетом способа устранения отмеченного в процессе критериальной
оценки недостатка (недостатков). При этом в качестве пояснения необходимо
указать физический смысл выбранного способа и ожидаемые позитивные изменения конструкции, качества продукции, снижение затрат и т. п.
Далее в расчетно–пояснительной записке или на листе графической части
представляют непосредственно схему проектируемого устройства, которая
должна быть доступной с точки зрения понимания взаимодействия отдельных
ее узлов и механизмов, а также последовательности перемещения материала в
процессе его обработки. Схему выполняют в соответствии с общепринятыми
правилами и обозначениями. Например, кинематические схемы выполняются
по правилам, изложенным в ГОСТ 2.770–68 Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики.
Непосредственно после схемы приводят ее описание, раскрывающее следующие моменты:
- назначение предлагаемой разработки;
- ее устройство и функции отдельных узлов;
- порядок работы проектируемой машины и характер взаимодействия элементов конструкции;
- способы изменения режимов работы отдельных органов или связанных с
ними систем (подачи, дозирования и др.).
Основным показателем для определения размеров и параметров проектируемой машины является ее производительность, полученная в результате технологического расчета или принятая по условиям работы линии, в состав которой входит объект разработки. Производительность служит исходной величиной при определении размеров рабочего органа разрабатываемого устройства и
его отдельных частей, а также позволяет рассчитать кинематические и силовые
параметры.
В зависимости от характера цикла работы оборудование бывает непрерывного и периодического действия.
Производительностью машин непрерывного действия называют количество материала, подвергающегося определенному воздействию в единицу времени. Производительность для насыпных материалов бывает весовая, выраженная в килограммах в час, и объемная – в метрах кубических в час.
При равномерном распределении материала по длине проектируемого
устройства производительность, кг/ч
Q=3600qv,
где q – интенсивность перемещения материала по длине проектируемого
устройства, кг/м;
v – скорость перемещения материала, м/с.
(6.1)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
120
Если материал размещается равномерно и имеет постоянное поперечное
сечение, то
q=F·ρ,
(6.2)
где F – площадь поперечного сечения материала, м2;
ρ – плотность материала, кг/м3.
Производительность машины непрерывного действия может быть определена с помощью коэффициента заполнения емкости материалом
ψ=F/FТ,
где FТ – теоретическая площадь поперечного сечения материала, м2.
Например, при перемещении материала по трубе или желобу F
площади поперечного сечения желоба. В этом случае
Q=3600F·v.
(6.3)
Т
равна
(6.4)
В случае перемещения материала внутри машины или аппарата при помощи каких–либо емкостей, например ковшей, производительность, кг/ч
Q=3,6·ρ·ψ·V·v/a,
(6.5)
где V – вместимость ковшей, дм3;
a – расстояние между ковшами, м;
ψ=VM/V,
(6.6)
где VM – количество материала в емкости, м3.
При перемещении штучных грузов, расположенных на некотором расстоянии один от другого
Q=G·a/v,
(6.7)
где G – масса груза , т.
При перемещении насыпного материала внутри машины или аппарата с
помощью гибкого несущего элемента, например ленты, производительность зависит от максимально возможной площади поперечного сечения F слоя материала на этом элементе.
На плоском несущем элементе материал располагается таким образом, что
его поперечное сечение имеет форму, близкую к форме равнобедренного тре-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
121
угольника с углами при основании, равными углу естественного откоса материала в движении. Тогда площадь поперечного сечения, м2,
F=b·h/2= b2·tgθ1/4,
(6.8)
где b – длина основания треугольника, м;
h – высота треугольника, м;
θ1 – угол естественного откоса материала в движении, град.
Согласно опытным данным
θ1=0,35θ,
(6.9)
где θ – угол естественного откоса материала в покое.
При перемещении материала с помощью транспортерной ленты b обычно
принимают равной 0,8 ширины полотна.
В случае наклонного перемещения материала высота его слоя уменьшается, это уменьшение учитывают поправочным коэффициентом k. При наклоне
транспортера с гладкой лентой под углом β=0...10° k=1; при β=11...15° k=0,95;
при β=16...20o k=0,9 и при β=21...25° k=0,85.
Для транспортеров с рифленой лентой при β=26...30° k=0,8 и при
β=31...35° k=0,75.
Заменив величины, входящие в выражение площади, их числовыми значениями и вводя поправочный коэффициент k, можно получить выражение для
определения производительности.
Для машин периодического действия производительность определяется
как отношение массы обрабатываемого материала к определенному промежутку времени.
Обычно при проектировании стремятся к тому, чтобы все количество сырья, полученного в результате технологического расчета, смогло уместиться в
рабочем объеме машины. В том случае, когда это приводит к громоздкости разрабатываемого устройства, переработку материала осуществляют в несколько
этапов или устанавливают в технологической линии несколько однотипных
машин. При этом общее количество сырья должно быть кратно массе материала, обрабатываемого за один этап или в одной машине.
Время, за которое материал подвергается определенному типу воздействия,
принято называть временем цикла и обозначать tц. Оно включает в себя время
загрузки исходного сырья tз, время его обработки tp и время выгрузки tвыг
t3=M/Qз.y,
где М – масса обрабатываемого материала, кг;
Qз.y – производительность загрузочного устройства, кг/с или кг/ч.
(6.10)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
122
В случае, когда обработке подвергается одновременно несколько компонентов, t3 определяют следующим образом:
- при последовательной загрузке компонентов
t3 = ΣMi/Qi,
(6.11)
где Мi – масса i-го компонента, кг;
Qi – производительность устройства, служащего для загрузки данного
компонента, кг/с или кг/ч.
- при параллельной загрузке
t3=tmax,
где tmax – наибольшая продолжительность загрузки одного из компонентов.
Время выгрузки обработанного материала определяют так же.
В случае загрузки или выгрузки сырья самотеком или из саморазгружающихся средств t3 определяют по другим выражениям или его можно принять
для расчета равным не более 1/15... 1/10 ч.
Продолжительность непосредственной обработки материала принимают,
как правило, по рекомендациям или на основе экспериментальных данных.
Зная количество материала М (кг), обрабатываемого за один цикл, можно
определить объем рабочей камеры проектируемого устройства, м3
V=М/(ρψ).
(6.12)
В этой формуле коэффициент заполнения ψ должен учитывать установку в
камеру рабочего органа проектируемого устройства.
Если обработке подлежит смесь различных материалов, то ее плотность
определяют по формуле
ρсм=(m1ρ1+m2ρ2+…+тпρп)/(m1+m2+..+mn),
(6.13)
где m1,m2 и т.д. – масса i–го компонента смеси, кг;
ρ1, ρ2 и т.д. – плотности этих компонентов, кг/м3.
В том случае, когда обрабатываемый материал может расширяться при
проведении некоторых процессов, в формулу (6.12) вводят коэффициент увеличения объема ky.o. Тогда
V=Мky.o./( ρψ).
(6.14)
Конструктивно задавшись формой и одним из размеров (или соотношением размеров) рабочего объема и используя формулы для определения объемов
геометрических тел (фигур), нетрудно определить другой размер устройства
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
123
или несколько размеров одновременно. При этом размеры рабочего органа
назначаются либо из конструктивных соображений, либо по рекомендациям, а
параметры только на основе экспериментальных данных.
6.4 Энергетические расчеты
6.4.1 Определение потребной мощности привода проектируемой
машины
Энергетические расчеты проектируемого оборудования проводят для
определения нагрузок на рабочие органы машины, находящиеся во взаимодействии с продуктом, а также оценки степени влияния внешних сил, давлений,
сопротивлений, сил тяжести и сил инерции на работу отдельных элементов или
деталей конструкции.
Определение действующих сил на рабочие органы и детали проектируемой
машины позволяет в дальнейшем производить расчеты на прочность деталей,
на надежность и долговечность элементов конструкции, а также определять потребную для работы оборудования мощность привода. Зная силы, действующие
на различные детали объекта проектирования, можно более обоснованно выбрать их форму и размеры, назначить материалы для их изготовления и способ
их обработки, разработать систему смазки и т. д.
Классификацию сил, действующих на работающий механизм (машину)
можно представить в виде схемы на рисунке 6.1.
Методика определения указанных сил для каждого типа машин, применяемых для отдельных отраслей производства, имеет свои особенности. Однако в
общем случае следует учитывать две группы сил.
В первую из них входят силы полезного (производственного) сопротивления (технологические силы), на преодоление которых затрачивается работа, необходимая для выполнения конкретного технологического процесса. Значения
этих сил в основном зависят от физико–механических свойств обрабатываемого
материала и технологических режимов работы оборудования (скорости рабочего органа, подачи материала, его температуры и т.д.).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
124
Рисунок 6.1 – Классификация сил, действующих на механизм
Во вторую группу входят силы непроизводственных сопротивлений, основу которых составляют силы трения различного происхождения. Эти силы
определяют как произведение силы нормального давления PHi на коэффициент
трения ki в каждой трущейся паре
Fi=PHiki.
(6.15)
В уточненных расчетах могут быть учтены и силы третьей группы – динамические. Эти силы – силы инерции, возникающие при движении элементов
конструкции с ускорением, рассчитывают по известным методикам, изложенным в специальной литературе. В учебном проектировании эти силы обычно
учитывают с помощью коэффициентов, принимаемых с учетом опыта проектирования машин данного типа.
Для машин и механизмов общего назначения методика кинематического,
силового и динамического расчетов излагается в соответствующих курсах
учебной дисциплины «Теория механизмов и машин». С учетом особенностей
устройства и эксплуатации объектов проектирования можно порекомендовать
следующие источники, содержащие примерные методики анализа и синтеза
механизмов [1,2,3,4,5].
Полученные параметры: производительность, конструктивные размеры рабочих органов проектируемой машины, действующие на них силы, а также кинематические характеристики в совокупности позволяют определить потребную энергию для привода машины.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
125
Единой методики определения мощности приводов машин не существует
из–за большого разнообразия их типов, а также технологических процессов и
операций, осуществляемых с помощью оборудования, предназначенного для
обработки различных материалов, иногда значительно различающегося между
собой по физико–механическим свойствам. Для
В основе всех формул определения мощности привода основных типов
машин лежит общее положение, исходящее из самого определения мощности:
при равномерном движении потребная мощность N (кВт) для его осуществления равна работе, совершенной в единицу времени
N=A/η=FS/η=FV,
(6.16)
где А – работа, Дж;
F – действующая сила, Н;
S – пройденный путь, м;
V – скорость, м/с;
η – время, с.
Для вращающегося вала мощность привода, кВт
N=Тω=Tπn/30,
(6.17)
где Т – вращающий момент, Н·м;
ω – угловая скорость, с–1;
n – частота вращения вала, мин-1.
В отдельных случаях формула (6.15) может быть использована и для случая вращательного движения. Например, мощность, затрачиваемую для преодоления силы трения в подшипнике скольжения, можно рассчитать как произведение силы трения Fтр в подшипнике, возникающей от силы тяжести G вращающегося на валу тела, на окружную скорость v цапфы вала
N=FТРV.
(6.18)
С учетом того, что
FТР=kG,
(6.19)
где k – коэффициент трения в подшипнике;
G – сила тяжести, Н.
Окружная скорость цапфы, м/с
v=πDn/60,
(6.20)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
126
где D – диаметр цапфы, м.
Мощность, затрачиваемая на преодоление силы трения в подшипнике, кВт
N=kGπDn/60.
(6.21)
Таким образом, если нагрузка в течении определенного отрезка времени
(например, кинематического цикла) существенно не меняется, то найдя ее и
умножив на скорость рабочего органа, можно рассчитать мощность, необходимую для приведения в движение этого рабочего органа.
Номинальную мощность Nэд (кВт) электродвигателя определяют с учетом
КПД передачи мощности от вала рабочего органа к ведущему валу машины в
целом и КПД передач привода
Nэд=Nвр/η1η2,
(6.22)
где Nвр – мощность на валу рабочего органа, Вт;
η1 – КПД передачи мощности от вала рабочего органа к ведущему валу машины;
η2 – КПД передачи мощности от ведущего вала машины к валу электродвигателя.
При последовательном соединении нескольких передач (механизмов) их
общий КПД определяют с учетом КПД каждой передачи, входящей в механизм
(рисунок 6.2, а):
- КПД всей группы механизмов
АПс Ад Ап Ад .
(6.23)
- КПД отдельных механизмов, входящих в группу
1 А1 Ад , 2 А2 А1 , ..., п Ап Ап1 .
(6.24)
Если в машинах кинематическая цепь разветвляется для привода нескольких рабочих органов или транспортирующих устройств (параллельное соединение), то мощности для их привода суммируются на том валу, на котором
начинается это разветвление (рисунок 6.2,б).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
127
Рисунок 6.2 – Схемы последовательного (а) и параллельного (б)
соединения механизмов в системе
При параллельном соединении механизмов (этот случай имеет место,
например, при распределении энергии по ведущим мостам автомобиля в автомобиле с несколькими ведущими мостами) энергия распределяется по всем механизмам одновременно.
КПД всей системы
АПс Ад А1 А2 ... Ап Ад .
(6.25)
Работа, совершаемая каждым механизмом системы
А1 11 Ад , А2 2 2 Ад , ..., Ап п п Ад .
(6.26)
Коэффициент распределения энергии i показывает, какая часть энергии
двигателя проходит через i-ый механизм. С учетом этого КПД всей системы
параллельно соединенных механизмов
n
11 2 2 ... n n i i .
i 1
(6.27)
В случае смешанного соединения механизмов (что имеет место в большинстве схем трансмиссий транспортных средств) сначала определяют КПД для
каждого последовательного соединения механизмов, а затем КПД всей системы, рассматривая ее как совокупность параллельных соединений.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
128
Примерные значения КПД некоторых передач приведены в приложении
6.1.
6.4.2 Выбор электродвигателя привода машины
Электродвигатели привода проектируемой машины подбирают в зависимости от мощности, необходимой для вращения ведущего вала, его частоты
вращения, а также условий эксплуатации и требуемого конструктивного исполнения двигателя.
В приводах многих машин обычно используют трехфазные асинхронные
электродвигатели переменного тока. По сравнению с синхронными такие двигатели имеют несколько преимуществ: простота конструкции, меньшая стоимость, более простой уход, непосредственное включение в трехфазную сеть переменного тока без преобразователей. Недостатки по сравнению с синхронными двигателями – меньший КПД, а по сравнению с двигателями постоянного
тока – ограниченная возможность регулирования угловой скорости.
Если при проектировании отсутствуют особые условия, регламентирующие применение каких–либо конкретных электродвигателей, выбор можно
ограничить трехфазными асинхронными короткозамкнутыми двигателями серии 4А общего назначения (защищенными, мощностью 15...400 кВт или закрытыми обдуваемыми мощностью 0,06...315 кВт). Вторая группа рекомендуется
для приводов общего назначения. Техническая характеристика этих электродвигателей приведена в приложении 6.2.
В связи с тем, что большую часть технологических машин часто включают
и выключают, а их работа сопровождается повышенным статическим сопротивлением и значительным динамическим моментом в период пуска, выбранный электродвигатель чаще всего проверяют по значению пускового момента.
Для некоторых случаев проектирования при подборе электродвигателя можно
рекомендовать проверку его на нагрев при установившемся и переходных режимах, а также при кратковременной перегрузке.
6.5 Расчет привода рабочих органов проектируемого устройства
Примерное содержание расчетов на прочность деталей некоторых машин и
приведено в приложении 6.3.
6.5.1 Разработка кинематической схемы проектируемого устройства
Соединение вала машины с валом электродвигателя возможно лишь в относительно редких случаях, когда частоты вращения этих валов одинаковы,
например в приводах центробежных насосов, вентиляторов и пр. Если это
условие не соблюдается, то для привода машины необходима установка повышающей или понижающей передачи.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
129
В учебных проектах в большинстве случаев разрабатываются понижающие
передачи – от электродвигателя к приводному валу машины, вращающемуся с
меньшей угловой скоростью (рисунок 6.2).
Оптимальный тип передачи определяют с учетом нескольких факторов:
- эксплуатационных условий;
- характера изменения нагрузки в процессе работы;
- заданного срока службы;
- требований безопасности;
- удобства обслуживания и ремонта;
- стоимости привода и его монтажа.
1 – вал электродвигателя; 2 – ведущий вал зубчатой передачи (промежуточный
вал); 3 – ведомый вал зубчатой передачи (ротор); 4 – шестерня; 5 – колесо; 6, 7
– звездочки цепной передачи; 8 – электродвигатель; 9, 10, 11 – подшипники качения; I – цепная передача; II – зубчатая передача (редуктор)
Рисунок 6.2 – Кинематическая схема механического привода рабочего органа
В зависимости от конкретных условий обучаемый, проектирующий механический привод, должен рассматривать различные варианты применения передач различных типов – зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных – и их возможных сочетаний.
Проектирование приводных устройств следует начинать с кинематического расчета. Исходными данными, необходимыми для расчета, могут быть:
- номинальный вращающий момент Т на валу приводимой в движение машины;
- его угловая скорость ω (или частота вращения n);
- график изменения нагрузки и частоты вращения за определенный период
(режим работы).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
130
Для приводов транспортеров нередко указывают вместо частоты вращения
приводного вала скорость ленты или цепи и соответственно диаметр барабана
или звездочки, а вместо момента на приводном валу – окружную силу F. По
этим данным легко определить значения момента и частоты вращения. Далее,
задаваясь предварительно частотой вращения вала электродвигателя (предпочтительно из ряда синхронных частот nс=750, 1000, 1500, 3000 мин-1), вычисляют значения передаточных отношений для нескольких вариантов приводов.
Анализируя полученные значения, намечают несколько вариантов компоновки привода, включающего механические передачи различных типов. Кинематические схемы приводов рассматривают как предварительные, подлежащие
уточнению в процессе дальнейшего проектирования.
Для выбора электродвигателя должны быть известны условия эксплуатации (режим нагрузки, температура, влажность окружающей среды и др.), требуемая мощность и частота вращения вала. В соответствии с этими данными
выбирают по каталогу электродвигатель и проверяют его на нагрев при установившемся и переходных режимах и при кратковременной перегрузке (приложение 6.2).
В некоторых случаях подбор электродвигателя упрощается:
- при длительной постоянной или незначительно меняющейся нагрузке
проверка на нагрев необязательна, так как завод–изготовитель выполнил ее для
указанных условий и гарантирует длительную работу на номинальном режиме;
- для повторно–кратковременного режима работы выбирают двигатель с
повышенным пусковым моментом с учетом продолжительности включения
(ПВ, %).
Первый случай нагружения электродвигателя охватывает большое число
видов механических приводов – к вентиляторам, насосам, компрессорам, конвейерам, транспортерам и пр. Второй случай нагружения характерен для привода лебедок, кранов, подъемников и др.
В учебных проектах разрабатывают в основном приводы к машинам, входящим в первую группу, поэтому электродвигатель, выбранный по каталогу,
можно не проверять на нагрев. Требуемую мощность электродвигателя N (Вт)
определяют по расчетной номинальной нагрузке (например, для конвейеров и
транспортеров – по тяговому усилию F, Н, и скорости ленты V, м/с). Тогда искомая мощность
N=F·v/η,
(6.28)
где η – КПД всего привода, равный произведению частных КПД передач, входящих в привод
η= η1 η2 η3 …ηi,
где ηi – КПД i-й передачи.
(6.29)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
131
Если в исходных данных на проектирование привода указаны значения
вращающего момента на приводном валу и угловая скорость этого вала, то требуемая мощность электродвигателя, Вт
N=Tω/η.
(6.30)
По найденной мощности двигателя определяют его тип, наиболее подходящий для конкретных условий работы.
Разработка кинематической схемы проектируемого устройства заключается в оптимальном выборе механизмов и механических передач, транспортирующих устройств, передающих движение от источника к рабочему органу
устройства.
В качестве источника движения наибольшее распространение в перерабатывающей промышленности нашли асинхронные электродвигатели различных
типоразмеров.
В зависимости от вида и назначения каждой конкретной машины ее рабочий орган может совершать следующие виды движения: вращательное, поступательное, возвратно-поступательное, сложное.
Передача движения от источника к рабочему органу устройства в пространстве зависит от его конструкции, удобства эксплуатации, некоторых других моментов и может осуществляться несколькими способами:
- в плоскости;
- в параллельных плоскостях;
- в перпендикулярных плоскостях;
- в плоскостях, расположенных под некоторым углом относительно друг
друга.
К наиболее часто встречающимся видам передачи движения в машинах относятся первые три вида.
Для передачи вращательного движения в плоскости используют зубчатые,
ременные, цепные и фрикционные передачи. При передаче движения в параллельных плоскостях применяют комплекс механических передач либо цилиндрические или планетарные редукторы. Для передачи движения в плоскостях,
расположенных под углом друг к другу, используют карданные передачи.
Если при проектировании возникает необходимость преобразования одного вида движения в другой (например, вращательное в возвратно – поступательное), применяют различные механизмы: кривошипно–шатунные, кривошипно–коромысловые, кулисные, передачи винт–гайка, реечные передачи и
т.д. Подобрать необходимый механизм для передачи механического движения
можно с помощью [1].
Для вращательного движения рабочего органа кинематическую схему разрабатывают следующим образом. Для предварительно принятой частоты вращения рабочего органа выбирают ближайшую синхронную частоту вращения
ротора электродвигателя (750, 1000, 1500, 3000 мин-1). Затем определяют общее
передаточное отношение привода устройства
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
132
iобщ=nc/np.o.,
(6.31)
где nc – синхронная частота вращения ротора электродвигателя, мин-1;
np.o. – частота вращения рабочего органа устройства, мин-1.
После этого по величине iобщ выбирают в зависимости от параметров
устройства или по конструктивным соображениям вид механической передачи
или редуктор. При необходимости привод может содержать одновременно несколько указанных элементов. В этом случае привод разбивают по ступеням и
тогда общее передаточное отношение
iобщ= i1 i2 …ii,
(6.32)
где ii – передаточное отношение i–й ступени привода.
Следует помнить, что увеличение числа ступеней привода влечет за собой
усложнение его конструкции, делает проектируемое устройство более громоздким и менее надежным. Включение в привод каждого последующего элемента
снижает общий КПД, что, в свою очередь, приводит к излишним энергозатратам.
С кинематической точки зрения каждая передача характеризуется определенным интервалом передаточного отношения, а с геометрической - межосевым расстоянием.
6.5.2 Расчет зубчатых передач
Зубчатая передача (рисунок 6.3) – механизм для передачи вращательного
движения между валами и изменения частоты вращения, состоящий из зубчатых колес или из зубчатого колеса и рейки, или из червяка и червячного колеса.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
133
Рисунок 6.3 – Классификация зубчатых передач
Простейшая (одноступенчатая) зубчатая передача состоит из ведущего и
ведомого колес. Многоступенчатая зубчатая передача образуется последовательным соединением нескольких одноступенчатых. Зубчатые передачи могут
быть встроены в механизм, прибор, машину или выполнены в виде самостоятельного агрегата – редуктора. К зубчатым передачам относятся коробки скоростей, планетарные передачи, дифференциальные механизмы и др.
Редуктор (от лат. reductor – отводящий назад, приводящий обратно) – механизм, входящий в приводы машин и служащий для снижения угловых скоростей ведомого вала и повышения крутящих моментов. В Р. применяют зубча-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
134
тые, цепные и червячные передачи, а также используют их в различных сочетаниях – червячные и зубчатые, цепные и зубчатые и т.п. Р. широко используют в
транспортных, грузоподъѐмных, обрабатывающих и др. машинах.
6.5.2.1 Расчет основных параметров цилиндрической передачи
К основным параметрам цилиндрической передачи относятся:
- межосевое расстояние а (главный параметр);
- передаточное число i;
- коэффициент ширины ψa (отношение рабочей ширины венца к главному
параметру);
- модуль mn;
- угол наклона линии зуба β.
Передаточное число i определяют при разбивке общего передаточного отношения редуктора по ступеням. Коэффициент ширины ψa выбирают из единого ряда: 0,063; 0,08; 0,10; 0,125; 0,16; 0,20; 0,25; 0,315; 0,40; 0,50; 0,63; 0,80;
1,00; 1,25.
Межосевое расстояние (знак «плюс» – внешнее зацепление, знак «минус» –
внутреннее), мм,
K Tp
a (i 1)3 ,
i
H a
2
(6.33)
где К=270 – для косозубых передач и K=315 – для прямозубых;
[ζН] – допускаемое контактное напряжение, МПа;
Т'р – расчетный момент, Н·мм;
Тmax – максимальный момент нормально протекающего технологического
процесса, Н·мм;
КНД – коэффициент долговечности;
К'н – коэффициент нагрузки.
Полученное предварительное значение межосевого расстояния а' округляют до ближайшего значения согласно единому ряду главных параметров (25,
28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250,
280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710) и принимают как окончательную величину а.
Ширина колеса, мм,
b2=ψаа.
(6.34)
b1=1,12b2.
(6.35)
Ширина шестерни, мм,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
135
Значения b1 и b2 округляют в соответствии с единым рядом главных параметров. Далее определяют фактическое контактное напряжение ζн, чтобы удостовериться в правильности вычисления основных параметров и обеспечить
полное использование материалов зубчатой пары.
Контактное напряжение, МПа,
Н K
(i 1) i 1
TP
ai
b2
(6.36)
Коэффициент нагрузки Кн уточняют по фактической скорости, м/с,
v
2an1
(i 1)60 .
(6.37)
В этой формуле а в метрах.
Если в результате проверочного расчета ζH окажется больше допускаемого
[ζH], то при KНД<1 это приведет к уменьшению ресурса пропорционально шестой степени относительного увеличения напряжения.
При наличии в спектре нагрузок пиковых моментов Тпик проверяют статическую прочность рабочих поверхностей зубьев, определяя максимальные контактные напряжения (МПа) по формуле
H m ax H
TПИК
Н m ax .
Tm axK НД
(6.38)
Значения [ζнmах] принимают по справочным данным.
После уточнения основных параметров передачи определяют окружную
силу Ft, Н
Ft 2Tm ax Tm ax (i 1)
,
d2
ai
(6.39)
KFt K FД K F
b F ,
(6.40)
и вычисляют модуль зубьев
mП/ где К=3,5 для косозубых передач и К=5 для прямозубых;
КFД – коэффициент долговечности по изгибу;
KF – коэффициент нагрузки по изгибу;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
136
b – ширина расчетного зубчатого колеса, т.е. того, у которого твердость
меньше (если твердости одинаковые, то рассчитывают шестерню);
[ζF] – допускаемое напряжение изгиба, МПа.
Полученное значение модуля округляют до ближайшего в соответствии с
предпочтительным рядом модулей (0,1; 0,12; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6;
0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0). Минимальные значения модулей при твердости НВ<350 mп>1, при твердости
HRC>40 mп>1,6.
Суммарное число зубьев для прямозубых колес
z z z
/
1
2
2a
.
m
(6.41)
Полученное предварительное значение округляют до ближайшего меньшего целого числа и принимают за окончательное значение zΣ. При этом угол зацепления увеличивается и передача приобретает угловую коррекцию. Для
обеспечения нормального зацепления шестерню выполняют с относительным
смещением
z z
/
x1 2
.
(6.42)
Ответственные тяжело нагруженные прямозубые передачи всегда выполняют с угловой коррекцией.
Для определения суммарного числа зубьев косозубых колес предварительно находят угол наклона линии зуба β' (град) из условия εβ≥1,12 по формуле
β/=arcsin(3,5mП/b2),
(6.43)
где εβ – коэффициент осевого перекрытия.
Суммарное число зубьев
z z1 z 2 /
2a
cos / .
mП
(6.44)
Полученное значение zΣ/ округляют до ближайшего меньшего целого числа
и принимают за окончательное значение zΣ, затем уточняют угол наклона линии зуба
arccos
z mП
.
2a
(6.45)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
137
В шевронных передачах предварительно принимают β'=30° и определяют
zΣ по формуле (6.44). После округления находят окончательное значение zΣ по
формуле (6.45).
Число зубьев шестерни определяется по формуле
/
z1 /
z
13 .
(i 1)
(6.46)
Округленное до ближайшего целого числа zΣ/ принимают за окончательное
значение z1.
Число зубьев колеса
z2=zΣ±z1.
(6.47)
При z1< 17 передачу выполняют с высотной коррекцией для исключения
подрезания, повышения изломной прочности шестерни и уменьшения врезания
ее в вал. Относительное смещение определяют по формуле
x1 x2 17 z1
0,6 .
17
(6.48)
После выбора модуля и определения чисел зубьев необходимо проверить
фактические изгибные напряжения
F YF Y
bmП
Ft K FД K F ,
(6.49)
где YF – коэффициент формы зуба для внешнего зацепления, который
принимают по данным приложения 6.4 в зависимости от
эквивалентного числа зубьев zv и относительного смещения X;
Yβ – коэффициент наклона зуба;
Эквивалентное число зубьев
zv z
.
cos 3 (6.50)
Значения коэффициента YF для колес с внутренним зацеплением приведены ниже:
z2 или z2
YF
40
45 50
56
63
71
4,02 3,95 3,88 3,84 3,80 3,75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
138
Y 1 140
,
(6.51)
где β – угол подъема линии зуба, градусы (минуты и секунды переводят в
доли градуса).
Напряжения изгиба определяют отдельно для колеса и шестерни. Фактические напряжения не должны превышать допускаемых более чем на 5%.
При наличии пиковых моментов проверяют статическую прочность зубьев
на изгиб по формуле
F m ax F
TПИК
F m ax .
Tm axK FД
(6.52)
Значения [ζmах] выбирают по справочным данным.
6.5.2.2 Реечные передачи
Должны быть известны:
- Ft – осевая сила на рейке, она же касательная сила на шестерне;
- v – скорость рейки.
Предварительное значение делительного диаметра определяют по формуле
d1/ 480
H Ft K H
a .
(6.53)
Коэффициент ширины ψа=b/d=0,4...0,8.
Предварительное значение модуля
m/ 4,5 Ft K F
a d1/ [ F ] .
(6.54)
Число зубьев шестерни определяют по формуле
d1/
z 12 .
m
/
1
После округления
z
/
1
(6.55)
до целого числа уточняют d1 по формуле
d1 = mz1.
(6.56)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
139
6.5.2.3 Геометрический расчет цилиндрической передачи
Цель геометрического расчета – определение делительных диаметров d,
диаметров вершин da и диаметра впадин зубьев df. Для расчета необходимо
знать межосевое расстояние а, числа зубьев z1 и z2, модуль mП, угол подъема
линии зуба β и коэффициенты смещения x1 и x2.
Параметры некорригированных или с высотной коррекцией передач:
- делительный диаметр
d
mП z
cos ;
(6.57)
- диаметр вершин зубьев
da=d+2mП(1+x);
(6.58)
- при высотной коррекции
хΣ=х1+х2=0 и х2=–х1;
(6.59)
df=d–2mП(1,25–x);
(6.60)
- диаметр впадин зубьев
для колеса с внутренним зацеплением
da2=d2–2mП(1–x2);
(6.61)
df2=d2+2mП(1,25+x2);
(6.62)
при высотной коррекции внутреннего зацепления x1=х2.
Делительные диаметры должны удовлетворять следующим условиям:
- для внешнего зацепления
d1+d2=2а;
(6.63)
d2–d1=2a.
(6.64)
- для внутреннего зацепления
6.5.2.4 Расчет основных параметров конической передачи
К основным параметрам конической передачи относятся:
- главный параметр – диаметр основания делительного конуса колеса de2;
- передаточное число i;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
140
- внешний торцовый модуль mte;
- ширина зубчатого венца b;
- угол наклона линии зуба βm в середине ширины зубчатого венца.
Передаточное число i определяют при кинематическом расчете привода
или при разбивке общего передаточного отношения редуктора по ступеням.
Диаметр de2 и модуль mte находят дальнейшим расчетом.
Рассматриваются передачи с осями, пересекающимися под углом 90° (ортогональные) и с круговыми зубьями (рисунок 6.3).
Т – крутящий момент, Н·мм; de – диаметр основания делительного конуса, мм;
n – частота вращения, мин-1; δ – угол делительного конуса;
b – ширина венца, мм; Re – внешнее конусное расстояние, мм
Рисунок 6.3 – Кинематическая схема конического редуктора
Диаметр основания делительного конуса колеса
d
/
b2
iTP/
165 3
[ H ]2 H .
(6.65)
где TP/ – расчетный момент, Н·мм, TP/ TmaxK НД K H/ ;
Тmax – наибольший момент нормально протекающего технологического процесса;
KНД – коэффициент долговечности;
К Н/ – коэффициент нагрузки;
[ζH] – допускаемое контактное напряжение, МПа;
ΘH – коэффициент контактной прочности, зависящий от способов упрочнения зубьев шестерни и колеса.
Коэффициент ΘН принимают по данным приложения 6.5 в зависимости от
соотношения способов упрочнения зубьев шестерни и колеса.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
141
Значение диаметра d'e2 округляют до ближайшего значения согласно единому ряду главных параметров и принимают за окончательную величину de2.
Внешнее конусное расстояние
Re d e2
1
1 2 .
2
i
(6.66)
Расчетная ширина зубчатого венца колес
b/=0,285Re.
(6.67)
Вычисленную ширину колеса и шестерни b' округляют до ближайшего
значения из ряда Ra40 и принимают за окончательную ширину b. Чтобы удостовериться в правильности определения основных параметров и обеспечить
полное использование материалов зубчатой пары, проверяют контактное
напряжение по формуле
H 2120 iTmaxK НД K Н
.
d e2
de2 H
(6.68)
Коэффициент нагрузки Кн уточняют по фактической скорости (м/с) по
формуле
vm 0,857d e 2n1
.
i60
(6.69)
Превышение ζН над [ζН] более чем на 3% не рекомендуется; если
ζН/[ζН]<0,85, необходимо уменьшить de2.
Если в спектре нагрузок есть пиковые моменты ТПИК, то проверяют статическую прочность рабочих поверхностей зубьев по формуле (6.57).
Если ζНmax>[ζНmax], то принимают [ζН]=[ζНmax] и диаметр определяют по
формуле (6.65). При этом Тр=ТПИККН.
Внешний торцовый модуль
mte d e2
z2 .
(6.70)
Число зубьев колеса
z
5 26
K
i de2 ,
2
//
(6.71)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
142
где К – коэффициент из приложения 6.5.
Расчетное число зубьев шестерни
z
/
1
z
/
2
.
i
(6.72)
Полученное значение округляют до ближайшего целого числа.
Расчетное число зубьев колеса находят по формуле
z z i.
//
/
2
1
(6.73)
Полученное значение округляют до ближайшего целого числа.
При определении торцового модуля округление до стандартного значения
необязательно.
После уточнения основных параметров передачи определяют окружную
силу
Ft 2Tm ax
0,857 d e 2
(6.74)
и напряжение изгиба
F YF 1,17
Ft K FД K F ,
mte b F
(6.75)
где YF – коэффициент формы зуба в зависимости от биэквивалентного числа зубьев zVП и относительного смещения хn (приложение 6.4).
Биэквивалентное число зубьев рассчитывают по формуле
z vП z
cos3 m cos
.
(6.76)
Угол наклона линии зуба βm в середине зубчатого венца обычно принимают равным 35°; cos35°=0,81915. В этом случае
z vП z
0,55 cos ,
где δ – угол делительного конуса (рисунок 6.3).
(6.77)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
143
Относительное смещение xnl для шестерни принимают по данным приложения 6.6. Относительное смещение для колеса определяют по формуле
xn2=–xn1.
(6.78)
Напряжения изгиба определяют отдельно для колеса и шестерни. Если
фактическое напряжение превышает допускаемое более чем на 5%, то следует
увеличить модуль передачи или использовать более прочный материал. При
наличии пиковых моментов проверяют статическую прочность зубьев на изгиб
по формуле (6.49).
6.5.2.5 Геометрический расчет конической передачи
Цель геометрического расчета – определение следующих параметров:
- диаметра основания конуса шестерни de1;
- диаметров вершин dae;
- диаметров впадин dfе;
- высот головки, ножки и зуба;
- углов вершин и впадин;
- углов головки и ножки.
Исходные данные, полученные при расчете прочности:
- диаметр основания конуса колеса de2;
- ширина венцов b;
- числа зубьев шестерни и колеса z1 и z2;
- средний угол наклона линии зуба βm;
- коэффициент смещения xП1=–xП2;
- углы делительных конусов δ1 и δ2;
- внешнее конусное расстояние Re.
Число зубьев плоского колеса (может быть дробным)
zc z z
2
2
1
2
.
(6.79)
d e2
2 sin 2 .
(6.80)
Внешнее конусное расстояние, мм,
Re Среднее конусное расстояние, мм,
R=Re–0,5b.
Расчетный нормальный модуль со средним сечением
(6.81)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
144
mnm 2r cos m
.
zc
(6.82)
Высота головки зуба в расчетном (среднем) сечении, мм,
ha1=(1+xП1)mnm; ha2=(1– xПl)mnm.
(6.83)
Коэффициенты смещения принимают по данным приложения 6.6. Высота
ножки зуба в расчетном сечении, мм,
hf1=(1,25–xn1)mnm;
hf1=(1,25+xn1)mnm
(6.84)
Угол ножки зуба
tg
f1
hf 1
R
;
tg f 2 hf 2
R .
(6.85)
Угол головки зуба
Θа1=Θf2; Θа2= Θf1.
(6.86)
Угол конуса вершин
δa1=δ1+Θа1; δa2= δ2+Θa2.
(6.87)
δf1=δ1+Θf1;
(6.88)
Угол конуса впадин
δf2=δ2+Θf2.
Внешняя высота головки зуба, мм,
Δae1=ha1+Δhael; Δae2=ha2+Δhae2.
(6.89)
Увеличение высоты головки зуба при переходе от расчетного сечения на
внешний торец определяют по формуле
Δhfe1=0,5btgΘf1=Δhae2;
Δhfe2=0,5btgΘf2=Δhae1.
(6.90)
Внешняя высота зуба, мм,
he=hae1+Δhfe1= ha2+Δhfe2.
Диаметр основания конуса шестерни, мм,
(6.91)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
145
de=de2/i= de2(z1/z2).
(6.92)
dae1=de1+2haelcosδ1; dae2=de2+2hae2cosδ2.
(6.93)
Диаметр вершин зубьев, мм,
Диаметр впадин зубьев, мм
dfe1=de1d1-2hfelcosδ1
dfe2=de2-2hfe2cosδ2.
(6.94)
6.5.3 Расчет червячных передач
Для предотвращения отказов червячных передач (поломка зубьев, пластическое разрушение рабочих поверхностей зубьев, усталостное разрушение рабочих поверхностей зубьев, износ, заедание) зубья червячных колес рассчитывают на контактную выносливость, выносливость на изгиб, на статическую
прочность рабочих поверхностей, на износ, на заедание.
Скорость скольжения, м/с,
vск /
4n1 3
Tmax ,
105
(6.95)
где n1 – частота вращения червяка, мин-1;
Tmах – максимальный момент, Н·мм.
Скорость колеса, м/с,
2
v
mz2 n2
60 1000
d 2 n2
6 104
,
(6.96)
где n2 – частота вращения колеса, мин-1;
m – модуль;
z2 – число зубьев колеса;
d2 – делительный диаметр червячного колеса, мм.
К основным параметрам червячной передачи относятся (рисунки 6.4 и 6.5):
- главный параметр - межосевое расстояние а;
- передаточное число i;
- заходность червяка z1;
- число зубьев колеса z2;
- модуль m;
- коэффициент диаметра червяка q;
- углы подъема витка червяка γ и γw;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
146
- длина червяка b1;
- ширина венца червячного колеса b.
Рисунок 6.4 – Основные размеры червяка
Рисунок 6.5 – Основные размеры червячного колеса
Передаточное число i задают или определяют при кинематическом расчете
привода. Остальные параметры определяют расчетом.
Предварительное значение межосевого расстояния, мм,
a 63 3
/
где TP – расчетный момент, Н·мм;
Tp/
/ 2
Н
,
(6.97)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
147
[ζн/] – допускаемое контактное напряжение, МПа.
Тр/=ТтaxКНДК/,
(6.98)
где Ттх – наибольший момент нормально протекающего технологического процесса, Н·мм;
KНД – коэффициент долговечности;
К// – коэффициент нагрузки.
Полученное значение межосевого расстояния округляют до ближайшего
значения в соответствии с единым рядом главных параметров.
Число витков червяка z1 определяют в зависимости от передаточного числа i:
i
z1
8…14
4
16…28
2
≥31,5
1
Предварительное число зубьев червячного колеса определяют по формуле
z2/=z1i.
(6.99)
Число зубьев колеса уточняют после определения модуля m, коэффициента диаметра червяка q и проверки коэффициента смещения х.
Модуль (предварительный)
a
m/= (1,4...1,7) / ,
(6.100)
z
2
где а – межосевое расстояние, мм;
z2/ – предварительное значение числа зубьев червячного колеса.
За окончательное значение m принимают стандартный модуль. Коэффициент диаметра червяка
2a mz 2/ 2a
q z2/ .
m
m
/
(6.101)
Полученное значение округляют до значений стандартного ряда (7,1; 8,0;
9,0; 10,0; 11,2; 12,5; 14,0; 16,0; 18,0; 20,0; 22,4; 25,0). Предпочтительны коэффициенты ряда Ra10 (приложение 6.7).
Коэффициент смещения, определяемый по формуле
x
1
m /
a
( z 2 q / )
m
2
(6.102)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
148
должен находиться в пределах ±1. Если это условие не удовлетворяется, то, варьируя z2/ и q/, добиваются его соблюдения.
Числа зубьев колеса надо выбирать из значений, приведенных ниже, так,
чтобы отклонение i было в пределах ±4 %:
Базовое число
32
Допустимые значения 31
50
63
48
61
49
62
51
64
52
65
Значения z2 и q, удовлетворяющие регламентированному значению коэффициента смещения х, принимают за окончательные.
Угол подъема витка червяка на делительном цилиндре
γ=arctg
40
39
40
z1
.
q
(6.103)
Для основного ряда Θ значения γ приведены в приложении 6.8 (Θ – коэффициент деформации червяка).
Угол подъема витка червяка на начальном цилиндре
γw=arctg
z1
.
q 2x
(6.104)
В передачах без смещения (х=0) γ=γw.
Длина шлифуемых червяков, мм,
b1=b1o+4m,
(6.105)
где b1o – длина нешлифуемых червяков, мм.
Длина нешлифуемых червяков, мм,
b1= b1o.
(6.106)
Длину b1o принимают по данным приложения 6.9.
Ширина венца червячного колеса, мм,
b2=(0,355...0,315)а.
(6.107)
Большее значение (≤0,355) принимают при заходности z1=1 или 2, меньшее
(≥0,315) – при z1=4.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
149
После определения основных параметров вычисляют фактическое контактное напряжение, МПа,
H 480 TP
,
d 2 d w1
(6.108)
где Тр – расчетный момент, Н·мм;
d2 – делительный диаметр колеса, мм; d2=mz2;
dw1 – начальный диаметр червяка, мм
dw1=m(q+2x).
(6.109)
Фактическое напряжение сравнивают с допускаемым, уточненным по фактической скорости скольжения, м/с,
vck d w1n1
60 1000 cos w
.
(6.110)
Фактическое напряжение может превышать допускаемое не более чем на 3
%. Если ζн<[ζн], то целесообразно подобрать более дешевый материал, для которого [ζн]≈ζн. Если ζн≤0,85[ζн], то следует принять меньшее межосевое расстояние согласно единому ряду главных параметров и вновь определить ζн.
При наличии в спектре нагрузок пиковых моментов Tпик проверяют статическую прочность рабочих поверхностей зубьев по формуле (6.52).
Очень важно, чтобы и межосевое расстояние а и передаточное число i соответствовали предпочтительным рядам Ra10. При этом червячный редуктор
будет оптимальным по своим параметрам.
Для предпочтительных передач модуль
m=1,6
a
.
z2
(6.111)
Если передаточное число червячного редуктора не соответствует ряду
Ra10, то целесообразно так изменить общее передаточное отношение привода
или его разбивку по передачам, чтобы обеспечить это соответствие. Если предпочтительные передачи использовать невозможно, следует применить комбинацию межосевого расстояния а и передаточного числа i из рядов Ra20.
Цель геометрического расчета червячной передачи:
- определение делительных диаметров d;
- начального диаметра червяка dw1;
- диаметров вершин зубьев da;
- наибольшего диаметра колеса daМ2;
- диаметров впадин df;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
150
- делительного γ и начального γW углов подъема витков червяка.
Делительный диаметр червяка, мм,
d1=mq.
(6.112)
dwl=m(q+2x).
(6.113)
Начальный диаметр червяка, мм,
Диаметр вершин витков червяка, мм,
da1=dl+2m=m(q+2).
(6.14)
Диаметр впадин витков червяка, мм,
dfl=dl–2,4m = m(q–2,4).
(6.115)
Делительный угол подъема витков червяка, град,
z1
γ=arctg
q .
(6.116)
Начальный угол подъема витков червяка, град,
γw=arctg
z1
q 2x
(6.117)
Делительный диаметр червячного колеса, мм,
d2=mz2.
(6.118)
Диаметр вершин зубьев червячного колеса, мм,
da2=d2+2m(1+х)=m[z2+2(1+x)].
(6.119)
Наибольший диаметр червячного колеса, мм,
6m
.
z1 2
Диаметр впадин червячного колеса, мм,
daM2=da2+
df2=d2–2m(1,2–x)=m[z2–2(1,2–x)].
(6.120)
(6.121)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
151
Радиусы закруглений червячного колеса, мм,
Ra=0,5d1–m.
(6.112)
В общем случае КПД червячного редуктора при расчетной нагрузке
η=1–ψ3–ψу–ψм–ψB,
(6.123)
где ψ3 – относительные потери в зацеплении и подшипниках;
ψу – относительные потери в уплотнениях;
ψм – относительные потери на перемешивание и разбрызгивание масла
(барботаж);
ψB – относительные потери на вентилятор.
tg w
ψ3=1–
,
tg ( w )
(6.124)
где ψw – начальный угол подъема витков червяка;
ρ – приведенный угол трения, принимаемый по данным приложения 6.10.
Потери в зацеплении и подшипниках при подборе двигателя предварительно рассчитывают по формуле
ψw/ =i/200,
(6.125)
где i – передаточное число редуктора.
При расчете температуры масла вентиляторные потери не учитывают, так
как они на нагрев не влияют.
6.5.4 Расчет ременных передач
6.5.4.1 Расчет плоскоременных передач
В кинематической схеме привода ременной передаче отводится, как правило, первая ступень – непосредственно от электродвигателя к редуктору. Ременные передачи бывают открытые, перекрестные, полуперекрестные, с
натяжным роликом. Наиболее распространены открытые ременные передачи
(рисунок 6.6)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
152
Рисунок 6.6 – Схема ременной передачи
К их основным параметрам ременной передачи относятся:
- межосевое расстояние, мм,
a=2(dl+d2);
(6.126)
- длина ремня без припуска на соединение, мм,
L=2a+(dl+d2)+
( d 2 d1 ) 2
;
4a
(6.127)
d 2 d1
;
a
(6.128)
- угол обхвата малого шкива, град,
α10=180–60
- диаметр малого шкива,
d1=60 3 T1 ,
(6.129)
где Т1 – вращающий момент на валу малого шкива, Н·м.
Полученное значение d1 округляют до ближайшего стандартного большего
диаметра: 40; 45; 50; 56; 63; 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250,
280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600,
1800, 2000.
Диаметр шкива вычисляют предварительно без учета скольжения
d2=d1i,
где i – передаточное отношение.
(6.130)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
153
Затем округляют d2 до стандартного значения, предпочтительно в меньшую сторону, и уточняют передаточное отношение по формуле
i=
d2
d1 (1 S ) ,
(6.131)
где S – относительное скольжение.
S=(nc–n)nc,
(6.132)
где nс – синхронная частота вращения, мин-1;
n – фактическая частота вращения под нагрузкой, мин-1.
В расчетах относительное скольжение принимают равным 0,01.
Соответствующие коррективы вносят в значения угловой скорости ω2 и
частоты вращения n2
n2=n1
d1 (1 S )
.
d2
(6.133)
Для ременных передач, эксплуатируемых в условиях нормальной температуры и влажности, в закрытых помещениях или на открытом воздухе, не загрязненном парами нефтепродуктов, щелочей, кислот и прочих активных примесей, выбирают стандартные плоские резинотканевые ремни. Технические
данные их приведены в приложениях 6.11 и 6.12.
Число прокладок в ремне определяют по формуле
Z=Ft/(b[P])
(6.134)
где Ft – тяговое усилие на всю ширину ремня, Н;
Ft=P/v ;
(6.135)
b – ширина ремня, мм;
[Р] – допускаемая рабочая нагрузка прокладки, Н·мм ширины.
[Р]=Р0СαСvСрСΘ,
(6.136)
где PО – максимально допускаемая рабочая нагрузка прокладки (принимают по
данным приложения 6.13), Н·мм ширины;
Сα – коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата меньшего шкива;
Сα=1–0,003(180–α1);
(6.137)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
154
Сv – коэффициент, учитывающий влияние скорости ремня;
Сv=1,04–0,0004v2;
(6.138)
Сp – коэффициент, учитывающий влияние режима работы
(приложение 6.13);
CΘ – коэффициент, учитывающий расположение передачи: для открытой
передачи с углом наклона Θ<60° CΘ=1; при наклоне свыше 60 до
80° СΘ=0,9; при Θ>80° СΘ=0,8. Для передач с автоматическим
регулированием натяжения ремня при любом расположении
передачи СΘ=1.
6.5.4.2 Расчет клиноременных передач
Кинематическая схема открытой клиноременной передачи аналогична
схеме плоскоременной передачи с тем существенным отличием, что габариты
первой значительно меньше: межосевое расстояние принимают в диапазоне
amin=0,55(dl+d2)+T0;
amin=d1+d2,
(6.139)
(6.140)
где d1 и d2 – расчетные диаметры шкивов;
То – высота сечения ремня.
Длину ремня определяют по формуле (6.127), округляют до ближайшего
стандартного значения по данным приложения 6.15 и затем уточняют межосевое расстояние по формуле
2
a=0,25[(Lp–w)+ ( L p w) 8 y ],
где Lp – расчетная длина ремня, измеряемая по нейтральному слою;
w – средняя длина окружности шкивов;
у – квадрат среднего радиуса шкивов, мм2.
w=π/2(d1+d2);
d d y= 2 1 2 (6.141)
(6.142)
2
(6.143)
Угол обхвата ремнем малого шкива
α10=180–57
d 2 d1
.
2
(6.144)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
155
Технические данные клиновых ремней приведены в приложении 6.15.
Для установки и замены ремней должна быть предусмотрена возможность
уменьшения межосевого расстояния на 2% при длине ремней до 2 м и на 1%
при длине ремней свыше 2 м.
Для компенсации отклонений от номинала по длине ремня и его удлинения во время эксплуатации должна быть предусмотрена возможность увеличения межосевого расстояния на 5,5% длины ремня.
Межосевое расстояние регулируется установкой электродвигателя с ведущим шкивом на салазках или на шарнирной плите. В случае необходимости
допускается установка натяжных устройств.
Сечение ремня выбирают в зависимости от передаваемой мощности и частоты вращения шкива (приложение 6.13).
Расчетные диаметры шкивов для клиновых ремней должны быть не меньше минимальных значений dp, указанных в приложении 6.15.
Для увеличения срока службы ремней рекомендуется применять шкивы
диаметром d1>dmin из стандартного ряда: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160,
180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000,
1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 3150, 3550, 4000.
Расчетный диаметр большего шкива d2 определяют предварительно без
учета скольжения, округляют до ближайшего стандартного значения и уточняют передаточное отношение с учетом скольжения S по формуле (6.132).
Число клиновых ремней для передачи заданной номинальной мощности N,
кВт, определяют по формулам
N
z= N C ;
p z
(6.145)
N o C C L
Np= C
;
p
(6.146)
где N0 – номинальная мощность, допускаемая для передачи одним ремнем,
кВт (приложение 6.13);
Сo – коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата α1:
10 180 170 160 150 140 160 120 100 90
Сα 1,0 0,98 0,65 0,92 0,89 0,86 0,82 0,73 0,68
СL – коэффициент, учитывающий влияние длины ремня (приложение 6.16);
Сp – коэффициент динамичности и режима работы (приложение 6.14)
Сz – коэффициент, учитывающий число ремней в комплекте:
z 2…3 4…6 >6
Сz 0,95 0,90 0,86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
156
С увеличением числа ремней монтаж и эксплуатация передачи осложняется. На практике часто ограничивают z≤8. Если по расчету ремней получается
больше, то для уменьшения их числа переходят на большее сечение или предусматривают шкивы большего диаметра.
Натяжение ветви одного ремня, Н:
850NC p C L
So=
zvC
;
(6.147)
где N – передаваемая мощность, кВт;
v – скорость ремня, м/с;
Θ – коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил, Н·с2/м2, принимают в зависимости от сечения ремня:
Сечение
Θ
О А Б В Г Д Е
0,06 0,1 0,18 0,3 0,6 0,9 1,5
6.5.5 Расчет цепных передач
В учебных проектах разрабатываются главным образом цепные передачи
(рисунок 6.7), понижающие угловую скорость цепями ПРЛ, ПР и 2ПР.
Рисунок 6.7 – Схема цепной передачи
Располагать цепные передачи следует так, чтобы линия, соединяющая центры звездочек, составляла с горизонтальной линией угол не более 45°, ведущей
должна быть верхняя ветвь. Если это оказывается невозможным, то надо
предусматривать устройства для регулирования натяжения. Аналогичные
устройства необходимы и при передачах с тремя и более звездочками.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
157
Во избежание больших динамических нагрузок скорость цепей ограничивают: для цепей ПР – порядка 8...10 м/с, для закрытых передач – 10...12 м/с
(бóльшие значения для цепей меньшего шага примерно до t=25,4 мм). Для зубчатых цепей допустимая скорость в 1,5...2 раза больше.
В условном обозначении приводной роликовой цепи указывают ее марку и
шаг, разрушающую нагрузку, номер стандарта.
Межосевые расстояния передачи роликовыми цепями:
- оптимальное
а=(30...50)t;
(6.148)
a=80t;
(6.149)
a=0,6(De1+De2)+30...50,
(6.150)
- максимальное
- минимальное
где De1 и De2 диаметры наружных окружностей звездочек.
Диаметр наружной окружности звездочек
De=t(K+Kz–0,31/λ),
(6.151)
где K – коэффициент высоты зуба, зависящий от числа зубьев звездочки (для
приводных роликовых цепей К=0,7);
Кz – коэффициент числа зубьев, Kz=ctg(180/z);
λ – геометрическая характеристика зацепления, λ=t/Dц;
Dц – диаметр элемента зацепления цепи для роликовых цепей, Dц=d1.
Шаг цепи, мм
t= 2,8 3
T1 K Ý
,
z1[ p]
(6.152)
где Т1 – вращающий момент, Н·мм;
[р] – допускаемые значения давления в шарнирах цепи, МПа;
z1 – число зубьев малой звездочки;
Кэ – коэффициент, учитывающий конкретные условия монтажа и
эксплуатации цепной передачи
KЭ=klk2k3k4k5k6,
где k1 – коэффициент, учитывающий характер изменения нагрузки;
(6.153)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
158
k2 – коэффициент, учитывающий влияние межосевого расстояния;
k3 – коэффициент, зависящий от угла наклона передачи к горизонту;
k4 – коэффициент, учитывающий способ регулирования натяжения;
k5 – коэффициент, учитывающий влияние способа смазывания цепной
передачи;
k6 – коэффициент сменности.
При нагрузках, близких к постоянным, без резких колебаний коэффициент
k1 принимают равным 1; коэффициент k2 принимают в зависимости от межосевого расстояния: при а>60 k2=0,8.
При вертикальном расположении передачи k3=1,3.
Коэффициент k4 выбирают в зависимости от способа регулирования натяжения цепной передачи: при автоматическом натяжении k4=1; при периодической регулировке k4=1,25.
Коэффициент k5 учитывает влияние способа смазывания цепной передачи:
при непрерывной смазке k5=0,8...1,0; при капельной k5=1,2; при периодической
k5=1,5.
Коэффициент k6 принимают в диапазоне от 1 (при односменной работе) до
1,5 (при трехсменной).
Вычисленный по формуле (6.152) шаг t округляют до его ближайшего значения по стандарту.
Оптимальное число зубьев малой звездочки
z1=29–2i≤
3a
,
t (i 1)
(6.154)
где i – передаточное число.
Минимально допустимое число зубьев малой звездочки для передач при
v≤1 м/с z=11...13.
Число зубьев ведомой звездочки
z2=z1i
(6.155)
не должно быть больше 120, так как с увеличением z2 возрастает опасность соскакивания цепи.
Длина цепи, мм,
L=2a+0,5zc+Δ2/at,
(6.156)
где zс – суммарное число зубьев малой и большой звездочки;
zc=z1+z2,
(6.157)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
159
Δ=(z2–z1)/2π;
(6.158)
Lt=L/t=2at+0,5zc+Δ2/a,
(6.159)
Число звеньев цепи
где
аt=a/t.
(6.160)
Полученное при расчете передачи значение Lt надо округлить до целого
числа (желательно четного, чтобы избежать установки переходного соединительного звена).
После округления числа звеньев пересчитывают межосевое расстояние,
выраженное в шагах по формуле
at=0,25[Lt–0,5zс+ ( Lt 0,5z0 ) 2 82 ].
(6.161)
Полученный результат не округлять.
Средняя скорость цепи, м/с,
v=(z1tn1)/(60·103)
(6.162)
где n1 – частота вращения малой звездочки, с-1.
Поскольку с увеличением скорости цепи возрастают динамические нагрузки (примерно пропорционально квадрату скорости) и ускоряется износ шарниров (примерно пропорционально кубу скорости), то в приводах общего назначения нормальной точности ограничивают скорость v≤10 м/с.
Соответственно этому ограничению может быть определена и рекомендуемая предельная частота вращения малой звездочки [n1] (мин-1).
В предварительных расчетах можно принимать (при z1≥15) [n1]≤15·103/t.
Рекомендуется ограничивать также число ударов цепи в секунду при набегании ее на зубья звездочек и сбегании с них
w=(4z1n1)/(60Lt),
(6.163)
[w]≤508/tc-1.
(6.164)
где
Долговечность цепи в основном зависит от среднего давления в шарнирах,
Па,
р=(FtKЭ)/A,
где Ft – окружное усилие, Н;
Кэ – коэффициент, учитывающий конкретные условия монтажа и
(6.165)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
160
эксплуатации цепной передачи;
А – проекция опорной поверхности шарнира скольжения на плоскость,
проходящую через его ось, мм2.
Для цепей типа ПР нормальной точности при расчетной долговечности
10000 ч допускаемые значения [р] в зависимости от скорости v (м/c), приведены
ниже:
v, м/с
[р], МПа
0,1 0,4 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10
32 28 25 21 17 14 12 10
Проекция опорной поверхности шарнира, мм2,
A=d(Bвн+2S),
(6.166)
где d – диаметр валика, мм;
Bвн – расстояние между пластинами внутреннего звена, мм;
S – толщина пластины.
Рассчитанную цепь проверяют на прочность, определяя коэффициент запаса прочности
S=FB/(Ftk1+Fц+Ff)≤[S],
(6.167)
где FB – разрушающая нагрузка (приложение 6.19), Н;
Ft – окружная сила, Н
Ft=2T1/dД1,
(6.168)
k1 – коэффициент, учитывающий изменение нагрузки (или динамический
коэффициент);
Fц – нагрузка от центробежных сил, Н:
Fц=mv2,
(6.169)
где m – масса 1 м цепи, кг;
v – скорость цепи, м/с;
kf=1 при вертикальном расположении и kf=0,6 при горизонтальном;
[S] – нормативный коэффициент запаса прочности (приложение 6.18).
Ff – сила от провисания цепи, Н
Ff=9,81kfma.
Расчет звездочек для пластинчатых роликовых цепей
(6.170)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
161
Для цепных передач общего назначения звездочки изготовляют из высокопрочного антифрикционного чугуна марки АЧВ-1 или из качественных и легированных сталей марок 45, 45Г, 20Х, 40Х и др.
Основные зависимости для построения профиля зубьев звездочек с геометрической характеристикой
λ=t/d1≤2,2
(6.171)
следующие:
- шаг цепи t и диаметр ролика d1 приведены в приложении 6.19;
- диаметр делительной окружности, мм,
dД=tcsc(180o/z);
(6.172)
- диаметр наружной окружности, мм,
De=t(K+Kz–0,31/λ)
(6.173)
где К=0,7 для приводных роликовых цепей;
Kz=ctg(180o/z);
(6.174)
- диаметр окружности впадин, мм,
Di=dД–(d1+0,175 d Ä );
(6.175)
- смещение центров дуг впадин
е=(0,01...0,05)t;
(6.176)
- половина угла заострения зуба λ=13...20°;
- угол впадины зуба (β=66° при z=9...14; β=56° при z=15...20; β=48° при
z>20;
- радиус закругления головки зуба
r1=(t–0,5d1–0,5e)cosγ;
(6.177)
- высота прямолинейного участка профиля зуба, мм,
hr=r1sinγ,
(6.178)
- наибольшая хорда для контроля звездочки с нечетным числом зубьев, мм,
Lx≤Dicos(90о/z);
(6.179)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
162
- предельно допускаемое увеличение шага цепи Δt≤3%;
- ширина зуба от bf=(0,87BВН–1,7) до bf=(0,95ВН–1,0),
где BВН – расстояние между внутренними пластинами, мм (приложение 6.19);
- ширина вершины зуба, мм,
bе=0,83bf,
(6.180)
- диаметр венца, мм,
DC=tKz–1,3b,
(6.181)
где b – ширина пластины, мм.
Диаметр dД вычисляют с точностью до 0,01 мм, остальные линейные размеры – с точностью до 0,1 мм, угловые – с точностью до 1 град.
6.5.6 Расчет валов
Для предварительного определения диаметра вала (мм) выполняют его
ориентировочный расчет на чистое кручение по пониженному допускаемому
напряжению [η] (Па) без учета влияния изгиба по формуле
d≥ 3
16T
[ ]
(6.182)
где Т – крутящий момент, Н·мм.
При расчете редукторных валов по этой формуле определяют диаметры
выходных концов валов, принимая [η]≤15...20 МПа для валов из конструкционных углеродистых сталей. Полученное значение округляют до ближайшего
стандартного диаметра (10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25;
26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90;
95; 100; 105; 110; 120; 125; 130; 140; 150; 160).
Диаметры остальных участков вала в случае необходимости, например для
удобства посадки на вал подшипников качения, зубчатых колес, могут быть
назначены по конструктивным и технологическим соображениям. Диаметры
промежуточных валов редукторов в опасном сечении (в месте посадки зубчатого колеса) определяют по формуле (6.182).
Диаметр выходного конца быстроходного вала редуктора, соединяемого с
валом электродвигателя, рекомендуется назначать не меньше 0,8 диаметра выходного конца вала двигателя для возможности соединения валов стандартной
муфтой.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
163
Уточненный расчет выполняют как проверочный для определения расчетного коэффициента запаса прочности в опасном сечении вала. Опасным считается то сечение вала, для которого коэффициент запаса прочности имеет
наименьшее значение: оно может не совпадать с сечением, в котором возникают наибольший крутящий и изгибающий моменты, поэтому искомые коэффициенты определяют для нескольких сечений.
Общий коэффициент запаса прочности
S S
S=
S2 S2
(6.183)
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
1
Sζ= k
a H
(6.184)
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
1
Sη= k
a T
(6.185)
Значения ζ-1 и η-1 вычисляют в зависимости от предела прочности ζв по
эмпирическим формулам:
- для углеродистой стали
ζ-1= 0,43ζв;
(6.186)
ζ-1= 0,35ζв+(70...120);
(6.187)
- для легированной стали
- предел выносливости на кручение
η-1=0,58ζ-1,
где kζ и kη – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при
изгибе и кручении (приложения 6.20, 6.21, 6.22, 6.23);
εζ и εη – масштабные факторы для нормальных и касательных
напряжений (приложение 6.23);
β – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости
поверхности; при Rz≤20мкм принимают β=0,9...1,04;
ζа – амплитуда циклов нормальных напряжений (ζа=Mи/W,
(6.188)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
164
W – момент сопротивления изгибу);
ηа – амплитуда циклов касательных напряжений:
ηа= ηmax/2=T/2Wk,
(6.189)
Wk – момент сопротивления кручению;
ηт – средние значения касательных напряжений (ηт=ηа);
ζн – средние значения нормальных напряжений
ζн=
4 Fa
,
d 2
(6.190)
где Fa – осевая сила, действующая на вал.
Коэффициенты ψа и ψт для стали имеют следующие значения:
ζв, МПа
ψζ
ψη
550…750
0,05
0
≤1000 ≤1200
0,10 0,20
0,05 0,10
>1200
0,25
0,15
Если вал подвергается частому реверсированию, то ηт=0,
ηа=T/Wk.
(6.191)
При использовании значений kζ и kη, указанных в приложении 6.21, номинальные напряжения изгиба и кручения определяют по сечениям нетто:
ζи=Mи/WНЕТТО;
(6.192)
WНЕТТО=(πd3/32)(1–1,54(a/d)),
(6.193)
где а – диаметр поперечного отверстия, м;
ηk=T/Wk.нетто,
Wk.НЕТТО=(πd3/16)(1–a/d).
(6.194)
(6.195)
Для валов со шпоночными канавками, изготовленных из сталей с
ζв=500...1 000 МПа, принимают ka=1,5...2,0; kη=1,4...2,1.
Эти значения соответствуют расчету по сечению нетто:
- при изгибе
d 3
bc(d c) 2
WНЕТТО=
32
2d
(6.196)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
165
где b и с – ширина и глубина шпоночной канавки, м;
- при кручении
d 3
bc(d c) 2
W k.НЕТТО=
16
2d
(6.197)
Для шлицевых валов из сталей с ζв=500...1000 МПа принимают при прямобочных шлицах kζ/εζ=1,35...1,70; kη/εη=2,2...2,7; при эвольвентных шлицах
указанные значения ниже на 25...35 %.
Для валов с напрессованными деталями коэффициенты концентрации
напряжений определяют по данным приложения 6.22.
Значения εζ и εη приведены в приложении 6.23.
6.6 Основные требования к графической части проекта
6.6.1 Оформление основной надписи и спецификации
При оформлении графических материалов следует руководствоваться соответствующими государственными стандартами. Графический материал выполняют карандашом или тушью на чертежной бумаге формата А1 (594x841
мм). Допускается выполнять графический материал с применением компьютерной техники.
При выполнении чертежей толщина сплошной основной линии должна составлять 0,5 до 1,4мм. Толщина линий одного и того же типа должна быть одинаковой для всех изображений на данном чертеже, вычерчиваемых водинаковом масштабе.
ГОСТ 2.302–68 устанавливает следующие масштабы при выполнении графических изображений.
Масштаб уменьшения - 1:2; 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10; 1:15; 1 : 20; 1: 25 и т. д.
Натуральная величина -1:1. Масштаб увеличения - 2 :1; 2,5 :1; 4:1; 5 :1; 10:1;
20:1; 40:1; 50:1 и т. д.
На всех листах графической части в правом нижнем углу располагают основные надписи.
В соответствии с ГОСТ 2.104-68 установлены единые формы основной
надписи для КД ЕСКД:
- форма 1 (размеры 55х 185 мм) – для чертежей и схем;
- форма 2 (размеры 40х185мм) – для текстовых документов, графиков, диаграмм, таблиц и т. п.;
- форма 2а (размеры 15х185 мм) – упрощенная форма для последующих
листов текстовых и графических документов.
Основную надпись располагают в правом нижнем углу документа:
- на листах формата А4 – вдоль короткой стороны;
- на листах формата больше А4 – вдоль длиной или короткой стороны.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
166
Графы во всех трех формах пронумерованы одинаково, в формах 2 и 2а
отдельные графы отсутствуют.
В графе 1 основной надписи указывают наименование изделия (листа графической части проекта). Наименование изделия (листа) записывают в именительном падеже единственного числа.
В графе 2 всех форм основной надписи записывают обозначение (шифр)
документа.
Шифр имеют следующие документы:
- монтажный чертеж (МЧ),
- сборочный чертеж (СБ),
- чертеж общего вида (ВО),
- теоретический чертеж (ТЧ),
- габаритный чертеж (ГЧ),
- график загрузки мастерской (ГЗ),
- таблицы (ТБ),
- расчеты (РР),
- ведомость покупных изделий (ВП),
- технические условия (ТУ),
- эксплуатационные и ремонтные документы и др.
В учебном проекте шифры чертежей общего вида, сборочной единицы,
схем и т. д. составляют из следующих групп индексов: 00.00.00.00.00.00:
- первая группа – индекс типа проекта (например, дипломный – ДП);
- вторая группа – последние две цифры года;
- третья группа – номер кафедры;
- четвертая группа – номер сборочной единицы (указывают только в шифре чертежа сборочной единицы);
- пятая группа – номер детали сборочной единицы (указывают в группе рабочего чертежа детали);
- шестая группа – аббревиатура вида чертежа, схемы, графика.
Пример шифра для сборочного чертежа дипломного проекта:
ДП.03.06.01.00.СБ.
Допускается использование другого вида шифра, если он принят в данном
вузе, например:
- первая группа – индекс типа проекта (дипломный – 01);
- вторая группа – индекс кафедры;
- третья группа – номер темы дипломного проекта студента в приказе по
вузу;
- четвертая группа – номер сборочной единицы (указывается только в
шифре чертежа сборочной единицы);
- пятая группа – номер детали сборочной единицы (указывается в группе
рабочего чертежа детали);
- шестая группа – аббревиатура вида чертежа, схемы, графика.
Пример шифра для сборочного чертежа дипломного проекта:
01.06.23.01.00.СБ.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
167
Содержание графы 2, повернутое на 180°, повторяют в левом верхнем углу
чертежа (размер рамки 14x70 мм). При вертикальном расположении формата
содержание графы 2, повернутое на 90°, повторяют в правом верхнем углу чертежа, за исключением формата А4.
Графу 3 заполняют только на чертежах деталей, в ней указывают марку и
стандарт материала деталей.
Условные обозначения могут содержать только качественную характеристику материала детали (если технология изготовления детали связана с изменением формы заготовки, когда применение сортовых материалов, т. е. имеющих определенные профиль и размеры, не предусмотрены).
Условное обозначение может содержать также характеристику профиля
сортового материала, из которого изготовлена деталь, например:
Круг
В 20 ГОСТ 71
– горячекатаная круглая сталь обычной точности
Ст3 ГОСТ 380 88
прокатки диаметром 20мм по ГОСТ 2590–71 марки Ст3, поставляемая по техническим требованиям ГОСТ 380-88;
Труба
вн70 х16 ГОСТ 8732 78
– стальная бесшовная труба по ГОСТ 8732-78 с
120 ГОСТ 8734 74
внутренним диаметром 70 мм, толщиной стенки 16мм, немерной длины, из стали марки 20 категории 1, изготовленной по группе А (ГОСТ 8731–74).
Графа 4 должна содержать литеру, которая показывает, к какой стадии относится данный документ. В учебном проекте в эту графу записывают буквы
ДП (дипломный проект).
В графе 5 указывают массу изделия. В документах дипломного проекта (по
согласованию с руководителем) ее можно не заполнять.
В графе 6 – масштаб. Заполняют в соответствии с ГОСТ 2.302–68.
В графе 7 – порядковый номер листа (считают все графические листы проекта, включая технологические карты, графики, планы, схемы и пр. Графу заполняют только на первом листе, а на документах, состоящих из одного листа,
графу не заполняют).
В графе 8 – общее число листов документа.
В графе 9 – краткое наименование учебного заведения и кафедры, по которой выполняется учебный проект (например: РГАТУ или код вуза и номер приказа на закрепленные темы учебного проекта).
В графе 10 – Разработчик, Консультант, Руководитель, Нормоконтролер
и Заведующий кафедрой.
В графе 11 – фамилия и инициалы (разборчиво) лиц, перечисленных в графе 10.
В графе 12 – подписи.
В графе 13 – даты.
Графы 14, 15, 16, 18 не заполняют.
Остальные графы основной надписи заполняют согласно ГОСТ 2.104–68.
Спецификацию – основной КД для любой сборочной единицы, выполняют
на листах формата А1 по стандартной форме в соответствии с ГОСТ 2.108-68.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
168
Спецификация содержит следующие графы: формат, зона, позиция, обозначение, наименование, количество, примечание.
Графа Наименование включает заголовки и содержание разделов спецификации. В общем случае в спецификацию входят следующие разделы: документация в соответствии с ГОСТ 2.102–68; комплексы; сборочные единицы (агрегаты, узлы и т. п.); детали; стандартные изделия; прочие изделия; материалы;
комплекты.
Наименования разделов в указанной последовательности записывают в
графе в виде заголовков строчными буквами, кроме первой прописной, подчеркивают тонкой линией и оставляют несколько строк на случай пропуска какойлибо части, детали, изделия.
Часть разделов может быть опущена за ненадобностью. В раздел Документация вносят документы, составляющие основной комплект КД, разрабатываемых на данное изделие, кроме спецификации и чертежей деталей.
Раздел Сборочные единицы включает перечисление сборочных единиц
(кроме стандартных и покупных), входящих составными частями в изделие.
Если изделие состоит из одних деталей, то раздел Сборочные единицы опускают.
Раздел Детали показывает все нестандартные детали, входящие в изделие
и изготавливаемые на данном предприятии.
Раздел Стандартные изделия учитывает стандартные изделия, которые
входят непосредственно в изделие. В раздел не следует включать стандартные
изделия, входящие в сборочные единицы – составные части изделия.
В разделе Прочие изделия перечисляют все нестандартные составные части
изделия, получаемые предприятием–изготовителем со стороны. Прочие изделия должны иметь ссылки на каталоги, прейскуранты или другие документы.
Раздел Материалы заполняют в том случае, когда указывается какой-либо
материал непосредственно для всего изделия. Материал, относящийся к детали
и другим составным частям изделия, записывать в спецификацию нельзя. Материалы записывают в следующем порядке: металлы черные, цветные, благородные, редкие; кабели, провода, шнуры; пластмассы, пресс-материалы; бумажные, текстильные; лесоматериалы; резиновые, кожевенные; минеральные,
керамические, стеклянные.
Раздел Комплекты учитывает комплекты запчастей, инструмента, измерительной аппаратуры и т.п., которыми снабжается данное изделие и поставляется вместе с ним, а также сюда входит ведомость эксплуатационных и ремонтных документов по ГОСТ 2.601–68, ГОСТ 2.602–68.
Графу Поз. (позиция) заполняют во всех разделах, кроме разделов Документация, Материалы и Комплекты. Нумерация позиций – сквозная, арабскими цифрами в порядке возрастания. Эту нумерацию впоследствии используют
на сборочных и монтажных чертежах и в других документах.
Графа Обозначение содержит обозначения:
- документов, перечисленных в разделе Документация;
- основных документов для разделов Комплексы, Сборочные единицы, Детали, Комплекты.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
169
Для всех других разделов графу не заполняют.
6.6.2 Оформление чертежей
Графическую часть конструкторской разработки выполняют в соответствии с ЕСКД. Она должна строго соответствовать теме и стадии разработки
дипломного проектирования. ГОСТ 2.103–68 устанавливает следующие стадии
разработки:
- техническое предложение,
- эскизный проект,
- технический проект,
- рабочая документация.
В большинстве случаев учебное проектирование выполняют в стадии технического проекта (ГОСТ 2.120–73). В отдельных случаях стадия разработки
может быть ограничена эскизным проектом (ГОСТ 2.119–73) или доведена до
рабочей документации на отдельные части проектируемого объекта. Однако
независимо от того, в какой стадии выполняется проектирование, конструкторская документация должна содержать чертежи общих видов, сборочные и чертежи деталей.
Чертеж общего вида по ГОСТ 2.102–68 – документ, определяющий конструкцию изделия, взаимодействие его основных частей и поясняющий принцип работы изделия.
Изображения на чертеже выполняют с максимальными упрощениями,
предусмотренными стандартами ЕСКД.
Покупные и заимствованные составные части изображают внешним контурным очертанием, если при этом обеспечены понимание устройства, взаимодействие частей и принцип работы изделия.
Допускается изображать отдельные части изделия на том же листе, где дан
чертеж общего вида.
Чертеж общего вида выполняют для выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции изделия. Он служит основой для создания рабочей документации.
На разработанных чертежах общего вида (в двух или трех проекциях), выполняемых по ГОСТ 2.109–73, 2.119–73, 2.120–73 и др., проставляют номера
позиций составных частей, габаритные размеры, размеры с допусками между
осями валов и рабочих отверстий, расстояния от осей до базовых поверхностей
устройства, а также посадки с допусками на основные сопрягаемые детали конструкции, пределы рабочих ходов подвижных элементов.
На чертеже текстом указывают техническую характеристику устройства, а
также технические требования на сборку, регулировку и испытание конструкции. На отдельных листах по согласованию с руководителем проекта вычерчивают отдельные узлы конструкции, а также кинематическую, электрическую и
другие схемы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
170
Сборочный чертеж по ГОСТ 2.102–68 – это документ, содержащий изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее сборки, изготовления и контроля.
Сборочный чертеж – обязательный КД для любой сборочной единицы. Он
должен содержать изображение всех деталей изделия, давать полное представление о расположении и взаимной связи соединяемых составных частей изделия и обеспечивать возможность его комплектования и необходимого контроля
в процессе сборки (изготовления).
Сборочный чертеж в соответствии с ГОСТ 2.109–73 ЕСКД «Основные
требования к чертежам» должен содержать:
- изображение сборочной единицы, обеспечивающее возможность ее сборки и контроля, а также дающее представление о расположении и взаимной связи составных частей;
- размеры, предельные отклонения и технические требования, которые
должны быть выполнены или проконтролированы по данному сборочному чертежу;
- указания о характере сопряжения, способе его осуществления, а также
данные о выполнении неразъемных соединений;
- номера позиций составных частей;
- габаритные, установочные, присоединительные, сборочные и справочные
размеры.
Габаритные размеры определяют предельные размеры изделия по крайним (выступающим) элементам контура с привязкой к базовым осям.
Установочные размеры определяют положение данной сборочной единицы по отношению к более крупной сборочной единице.
Присоединительные размеры определяют координаты тех элементов, с
помощью которых данная сборочная единица взаимодействует с другими сборочными единицами.
Сборочные размеры (в допусках и посадках) определяют характер взаимодействия и способ сборки деталей в сборочных единицах.
Справочные размеры служат для удобства пользования чертежом, их по
данному чертежу не выполняют и не контролируют. Справочные размеры на
чертеже отмечают звездочкой (*).
Все размеры, кроме справочных, являются обязательными для исполнения
при сборке узла. Точность исполнения свободных размеров оговаривают в технических требованиях на чертеже.
При необходимости на сборочном чертеже указывают координаты центра
масс и приводят техническую характеристику.
На сборочных чертежах перемещающиеся части изделий допускается
изображать как в крайних, так и в промежуточных положениях. В необходимых
случаях разрешается изображать соседние изделия («обстановку»). Части изделия, на которые имеются отдельные сборочные чертежи, в разрезах показывают
нерассеченными, например, дифференциал на сборочном чертеже главной передачи или раздаточной коробки. Типовые, покупные и другие широко применяемые изделия изображают внешними очертаниями.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
171
На сборочных чертежах допускается упрощенное изображение крепежных
соединений (ГОСТ 2.315–68). На деталях, входящих в сборочную единицу,
можно не показывать фаски, скругления, накатку, проточки и т. п., зазоры между отверстиями и стержнем.
На общих разрезах сборочного чертежа допускается не рассекать отдельные составные части, на которые выполняются самостоятельные чертежи. Допускается совмещать полный разрез, например корпус редуктора, с половинкой
разреза крышки (если она симметрична).
Если в сборочном чертеже наряду с другими деталями имеются сварные,
паяные или клееные сборочные единицы из одного материала, то штриховать
их в разрезе следует как монолитное тело в одну сторону, но детали разделить
основной линией.
При выполнении сборочного чертежа сварной, клееной или паяной конструкции каждую деталь штрихуют самостоятельно, обозначают швы, позиции
деталей и составляют спецификацию.
На сборочном чертеже все составные части сборочной единицы нумеруют
в соответствии с номером позиций, указанным в ее спецификации. Номера позиций указывают на полках линий–выносок (сплошные тонкие линии длиной
8...10 мм), которые проводят только от видимых проекций. Допускается проводить линии–выноски с одним изломом. Они не должны быть параллельны линиям штриховки. Одну линию с несколькими полками используют для группы
крепежных деталей или группы деталей с отчетливо выраженной взаимосвязью.
Рекомендуется конструкцию всех сборочных единиц вычерчивать в натуральную величину. Если габаритные размеры изделия не позволяют этого сделать, то сборочный чертеж выполняют в уменьшенном масштабе, а его основные узлы вычерчивают в масштабе 1:1 с помощью необходимых разрезов и сечений.
На сборочных чертежах помещают указания о характере соединения и методах его осуществления; например, при совместной обработке отверстий
необходимо указывать их размеры, допуски, знаки шероховатости и т. д. В этом
случае отверстия на чертежах деталей не показывают.
Основные характеристики изделия (масса, скорость, мощность, производительность, передаточное число и т.п.) могут быть указаны на сборочном чертеже и расположены в нижней части чертежа (листа) под заголовком «Техническая характеристика». Если кроме технической характеристики необходимо
привести технические требования в соответствии с ГОСТ 2.316–68, то их размещают над основной надписью. Заголовок «Технические требования» пишут
только в том случае, если на листе есть «Техническая характеристика».
На сборочных чертежах допускается изображать перемещающиеся части
изделия (их крайнее или промежуточное положение) с соответствующими размерами.
На сборочном чертеже допускается изображать пограничные (соседние)
изделия с соответствующими размерами сплошной тонкой линией. В разрезах и
сечениях пограничное изделие не штрихуют.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
172
На сборочном чертеже все сборочные единицы нумеруют в соответствии с
позициями в спецификации.
Размер шрифта для номера позиции должен быть выбран на один-два размера больше номера шрифта, принятого на чертежах.
Номер позиции записывают на полках линий–выносок, которые проводят
от видимого контура частей сборочной единицы. Номера позиций располагают
параллельно основной надписи, обязательно вне контура изделия. Их группируют в строчку или колонку и располагают по возможности на одной линии.
Пересечение линий–выносок не допускается. Допускается делать общую линию–выноску с вертикальным расположением номеров позиций для групп крепежных деталей (болт, шайба, гайка), относящихся к одному и тому же месту
крепления.
Предельные отклонения формы и расположения поверхностей назначают
для поверхностей, подвергшихся механической обработке, и в тех случаях, когда они должны быть меньше допуска размера, т. е. при наличии особых требований к точности деталей.
Оформление некоторых разновидностей сборочных чертежей имеет особенности. Так, если сборочная единица состоит из трех–пяти деталей, одна из
которых имеет сложную конструкцию, а остальные простые и присоединены к
первой детали пайкой, сваркой, запрессовкой или иным способом, на сборочном чертеже допускается приводить все необходимые данные для изготовления
сложной детали и не выполнять для нее отдельный чертеж; на остальные детали чертежи выполняют.
На сборочную единицу, состоящую из детали с наплавкой или заливкой
отдельных элементов (или всей поверхности) металлом, пластмассой, резиной
или другими материалами, выполняют сборочный чертеж со всеми необходимыми данными для изготовления и контроля изделия. Отдельный чертеж на деталь не приводят. Материал детали и наплавляемый материал указывают в спецификации изделия.
В сварных и клепаных сборочных единицах с деталями, на которые допускается не выполнять чертежи (сортовой материал того или иного профиля), составные части могут быть учтены одним из двух способов:
- как детали с присвоением им обозначений и наименований;
- как материал с указанием его количества в единицах длины или массы.
В первом случае в спецификации заполняют графы: Формат, Поз., Обозначение, Наименование, Кол.
В графе Формат пишут буквы БЧ, что означает Без чертежа, в графе
Наименование записывают название детали с указанием сортового материала и
размеров, в графе Кол. – количество в штуках.
Во втором случае в спецификации заполняют графы: Поз., Наименование
(в разделе Материал) и Кол.
В графе Наименование указывают сортовой материал, в графе Кол. – количество в метрах или иных единицах.
В обоих случаях на сборочном чертеже необходимы дополнительные данные, связанные с размерами, шероховатостью и т.п.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
173
Ремонтные чертежи изделий выполняют с учетом следующих требований:
- исходное изделие изображают тонкими линиями, а поверхности, подвергаемые дополнительной обработке, вновь вводимые детали, которые ставятся
взамен других, – сплошными основными линиями. Детали, снимаемые при ремонте, не изображают;
- размеры, предельные отклонения, знаки шероховатости и другие наносят
на чертеж только те, которые связаны с дополнительной обработкой;
- ремонтный чертеж сборочной единицы оформляют как сборочный. В
технических требованиях чертежа обычно указывают, какие детали заменены
или сняты без замены;
- в спецификацию изготовленного изделия вписывают исходную сборочную единицу, присваивая ей позицию 1, далее – все другие вновь устанавливаемые и оставшиеся сборочные единицы с соблюдением правил выполнения
спецификации по ГОСТ 2.108–68.
Сборочный чертеж несложной сборочной единицы может быть выполнен
на листе формата А4. В этом случае (при наличии места) допускается спецификацию на сборочную единицу совместить с чертежом, располагая ее над основной надписью. Форма спецификации и порядок ее заполнения остаются без изменения. В обозначении сборочного чертежа буквенный шифр СБ в этом случае не указывают.
Изделие, являющееся неразъемным соединением двух и более деталей,
считается сборочной единицей и требует выполнения спецификации и сборочного чертежа.
В учебных проектах указанной выше спецификации часто встречаются
сварные конструкции (рамы, кронштейны, корпуса и т.п.), которые широко
применяются в технологическом оборудовании. Отметим основные положения,
связанные с изображением и обозначением сварных швов.
Видимый шов, независимо от того, как он получен, изображают сплошной
основной линией, невидимый – штриховой линией.
Изображение шва совпадает с изображением контуров свариваемых деталей, поэтому проводить дополнительные линии для изображения шва не надо.
Не изображают шов и в том случае, если он попадает в поперечный разрез или
сечение. Исключение составляют точечные и роликовые швы, которые выполняют при соединении деталей внахлестку; эти швы изображают штрихпунктирной линией, проходящей по центрам точек или середине роликового шва.
Отдельную точку показывают знаком «+», толщина обводки которого равна
толщине контурных линий чертежа, а размеры – 5... 10 мм на сторону.
Все швы на чертеже снабжают односторонней стрелкой, переходящей в
линию–выноску, которая заканчивается полкой для обозначения шва. В тех
случаях, когда стрелка линии–выноски указывает на лицевую сторону шва,
обозначение наносят над полкой, когда стрелка указывает оборотную сторону –
под полкой.
В обозначения сварного шва входят:
- ГОСТ вида сварки;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
174
- буквенно-цифровое обозначение шва;
- способ получения шва;
- размеры шва;
- вспомогательные условные графические знаки.
Существует несколько ГОСТов на виды сварки:
- ГОСТ 5264-86 «Ручная электродуговая сварка»;
- ГОСТ 11533-75 «Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом»;
- ГОСТ 14806-80 «Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов»;
- ГОСТ 15164-78 «Электрошлаковая сварка» и т.п.
В обозначении стандартных швов способ их получения можно не указывать.
В зависимости от взаимного расположения свариваемых деталей швы подразделяются на стыковые (С), угловые (У), тавровые (Т), внахлестку (Н).
В размеры шва входят:
- катет шва (для швов У, Т, Н);
- диаметр точки (при точечной сварке) и шаг точечного шва;
- длина провариваемого участка (для прерывистых швов) и шаг шва, равный сумме длины провариваемого участка и длины промежутка.
Вспомогательные условные графические знаки означают:
– шов выполнен по замкнутому контуру;
- – шов монтажный;
– катет шва (мм);
- – знак прерывистого шва или параллельных прерывистых швов с цепным расположением провариваемых участков;
– параллельные прерывистые швы с шахматным расположением провариваемых участков;
– усиление шва необходимо снять;
– наплывы и неровности обработать до плавного перехода к основному металлу;
– шов по незамкнутому контуру.
В конце обозначения проставляют (при необходимости) шероховатость
поверхности шва.
Условное обозначение шва, изображенного на рисунке 6.8, расшифровывается следующим образом:
- – шов выполняют при монтаже изделия,
- ГОСТ 5264–80 – шов для сварки деталей из углеродистой стали ручной
дуговой сваркой;
- С18 – стыковой двусторонний шов со скосом двух кромок;
- знаки
указывают, что усиление шва снято с обеих сторон;
- шероховатость поверхности шва: с лицевой стороны – Rz80, с обратной –
Rz20.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
175
Рисунок 6.8 – Примеры условных обозначений допусков формы
и расположения поверхностей
На рисунке 6.9 представлен сварной шов, характеризуемый следующими
данными:
Рисунок 6.9 – Условное обозначение сварного шва
– шов выполнен по замкнутому контуру;
- ГОСТ 14806–80 – шов для сварки алюминия;
- Т5 – тавровый двусторонний шахматный шов без скоса кромок;
- Рн3 – ручная сварка неплавящимся электродом в защитных газах (допускается не указывать);
- 6 – катет шва 6 мм;
- длина провариваемого участка 50 мм;
- шаг 100мм.
Если на чертеже изображены несколько одинаковых швов, то условное
обозначение приводят для одного из них, а от остальных проводят только линии-выноски с полками (или без полок). Всем одинаковым швам присваивают
один порядковый номер, который наносят:
- на линии–выноске, имеющей полку с нанесенным условным обозначением шва (перед этим номером допускается указывать число одинаковых швов);
- на полке линии–выноски, проведенной от изображения шва с лицевой
стороны.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
176
Если на чертеже все швы одинаковы и изображены с одной стороны (лицевой или обратной), то допускается не присваивать им порядковых номеров. При
этом швы отмечают только линиями–выносками без полок.
Чертеж детали по ГОСТ 2.109–73 – это документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля. В
соответствии с ГОСТ 2.102–68 чертежи деталей выполняют только в рабочей
документации на листах формата не менее А4, при необходимости допускается
формат А5.
Детали на чертежах выполняют в прямоугольных проекциях, поэтому их
изображение на фронтальной плоскости чертежа принимают в качестве главного. При этом деталь располагают относительно фронтальной плоскости так,
чтобы ее изображение давало наиболее полное представление о форме и размерах детали.
Тела вращения (валы, шкивы, шестерни, винты и т. п.) располагают на чертежах так, чтобы ось вращения была параллельна основной надписи чертежа.
Чертеж детали должен содержать все необходимые данные для ее изготовления и контроля.
В соответствии с ГОСТ 2.305–68 чертеж должен содержать:
- минимально возможное число изображений, разрезов, сечений, выносных
элементов и т. д., необходимых для понимания конструкции детали и ее изготовления;
- размеры с предельными отклонениями;
- предельные отклонения геометрической формы и расположения поверхностей;
- обозначение шероховатости поверхности детали;
- обозначение покрытий и показателей свойств материала готовой детали;
- технические требования к материалу, размерам и форме детали и другие
данные.
Все данные, необходимые для изготовления, сборки, регулировки, отделки
и контроля изделия, но не вошедшие в состав чертежей отдельных его элементов, помещают в технических требованиях.
Если изделие обрабатывается каким–либо способом, изменяющим свойства материала изделия, то на чертежах показывают эти свойства, например
твердость.
Технические требования располагают в виде колонки шириной не более
185 мм над основной надписью. Между требованиями и основной надписью не
должно быть изображений.
Технические требования излагают в следующей последовательности:
- требования, предъявляемые к материалу, заготовке, термической обработке и свойствам материала готовой детали;
- размеры, предельные отклонения размеров, формы взаимного расположения поверхностей;
- требования к качеству поверхностей, указания об их отделке, покрытии;
- зазоры, расположение отдельных элементов конструкции;
- требования к настройке и регулированию изделия;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
177
- другие требования к качеству изделий, например виброустойчивость;
- условия и методы испытаний;
- указания о маркировании и клеймении;
- правила транспортирования и хранения;
- особые условия эксплуатации;
- ссылки на другие документы, содержащие технические требования, распространяющиеся на данное изделие.
Заголовок Технические требования не пишут, но если есть техническая характеристика, то ее помещают отдельно, с самостоятельной нумерацией пунктов, и делают оба заголовка. Заголовки не подчеркивают. При этом технические
требования помещают после технической характеристики.
В основной надписи чертежа детали в соответствии с обозначением, установленным стандартом на материал, указывают материал детали. Если для изготовления детали предусматривается использование заменителей материала,
то их указывают в технических требованиях или технических условиях на изделие.
Чертежи деталей типа зубчатых колес, звездочек и шлицевых деталей сопровождают таблицей, в которую заносят необходимые данные для изготовления. Чертежи пружин сопровождаются размерно–силовой диаграммой.
Допуск формы и расположения поверхностей при условии его обозначения
на чертеже (рисунок 6.10) указывают в прямоугольной рамке, разделенной на
две и более частей, в которых помещают:
- в первой – знак вида допуска;
- во второй – числовое значение допуска в миллиметрах;
- в третьей (и последующих частях) – буквенное обозначение базы или поверхности, с которой связан допуск расположения.
Рамку вычерчивают тонкой линией, ее размеры и размеры вписываемых в
рамку обозначений зависят от размера шрифта, принятого для нанесения номинальных размеров.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
178
Рисунок 6.10 – Обозначения допусков на чертежах
Рамку располагают горизонтально и соединяют с элементом, допуск формы или расположения которого хотят показать тонкой линией, оканчивающейся стрелкой (рисунок 6.11). Соединительная линия может быть прямой, ломаной или наклонной, но во всех случаях ее конец, снабженный стрелкой, должен
совпадать с направлением измерения допуска. Базы на чертежах обозначают
равносторонним треугольником, высота которого h приблизительно равна размеру шрифта.
Рисунок 6.11 – Условные обозначения некоторых видов сварных швов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
179
Шероховатость поверхностей установлена ГОСТ 2.105–95. Для оценки
шероховатости применяют два основных параметра Ra и Rz и условные знаки.
Параметр Ra определяет среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии, a Rz – среднее значение высоты неровностей профиля по десяти
точкам. По значениям Ra и Rz стандартом установлено 14 классов шероховатости поверхности. Однако на практике классы шероховатости поверхности с 11–
го по 14–й не применяют, так как они распространены на рабочие поверхности
точных измерительных инструментов и приборов.
На чертежах значение параметра шероховатости Ra и Rz проставляют над
знаком
, например Rz 60 или Ra 0,25 . Знаки обозначения шероховатости
должны острием касаться обрабатываемой поверхности и быть направлены к
ней со стороны обработки или выноситься на отдельную полочку, причем указатель выноски должен острием касаться обрабатываемой поверхности. Если
все поверхности должны иметь одинаковую шероховатость, то ее обозначают в
правом верхнем углу чертежа. Если шероховатость поверхностей должна быть
различной, то в правом верхнем углу чертежа помещают обозначения преобладающей шероховатости и рядом ставят знак, взятый в скобки, например
Rz 60 ( ).
Если часть поверхности изделия не обрабатывается по данному чертежу
(сохраняется в состоянии поставки), то в правом верхнем углу ставят знак
( ).
Рекомендации по применению параметров шероховатости приведены в
приложениях 6.24...6.27.
Основную надпись выполняют по форме 1 с наименованием и обозначением детали, одинаковым с ее наименованием и обозначением в других документах (спецификации, технических условиях и т.п.).
Рабочие чертежи разрабатывают на все детали за исключением:
- деталей, выполняемых из фасонного или сортового материала резкой под
прямым углом и из листового материала резкой по окружности или периметру
прямоугольника без дополнительной обработки;
- покупных деталей, если они не подвергаются дополнительной обработке,
кроме покрытий, не изменяющих характер соединений с другими деталями;
- деталей, полная характеристика которых указана на сборочном чертеже;
- изделий индивидуального производства:
- находящихся в неразъемных соединениях, если конструкция детали проста и все необходимые данные для ее изготовления указаны на сборочном чертеже;
- изготовляемых по месту их применения (отдельные листы обшивки каркасов, переборки, полосы, угольники, доски, бруски и т. п.).
Необходимые данные для изготовления детали, на которую чертеж не разрабатывается, помещают в спецификации или на сборочном чертеже изделия.
6.6.3 Требования к оформлению технологической документации
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
180
При оформлении технологической документации (операционных карт,
карт эскизов) выполняют эскизы, руководствуясь следующими общими требованиями.
1) На эскизах изображения заготовок (деталей, сборочных единиц и т.п.) в
основном следует представлять в их рабочем положении.
2) Эскизы изделий и их составных частей можно выполнять как с соблюдением масштаба, так и без его соблюдения, но с примерным выдерживанием
пропорций (графических элементов, составных частей и т. п.).
3) На эскизе помещают следующую информацию:
- размеры и их предельные отклонения;
- обозначения шероховатости;
- обозначения опор, зажимов и установочных устройств;
- допуски формы и расположения поверхностей;
- таблицы и технические требования к эскизам (при необходимости);
- обозначения позиций составных частей изделия (для процессов и операций сборки, разборки).
При изображении изделий и их составных частей указывают соответствующие их виды, разрезы и сечения.
Размеры и их предельные отклонения необходимо наносить по ГОСТ
2.307–68 с учетом следующих особенностей.
Размеры фасок и радиусов в основном следует приводить без указания
предельных отклонений.
При симметричном расположении поля допуска знаки верхнего и нижнего
отклонений могут быть указаны в строку, например: 40±0,2. Допускается указание для двусторонних предельных отклонений выполнять не в виде дроби, а в
строку, с отделением через точку с запятой, например: 12–0,032; –0,059.
Для удобства записи информации о предельных отклонениях в операционных картах, картах технологического процесса и т.д. по ГОСТ 3.1102–81 рекомендуется все размеры, а также элементы обрабатываемых поверхностей нумеровать цифрами, на эскизе проставлять в окружности знак 6...8 мм и соединять размерной или выносной линией.
В этом случае на эскизе показывают только основные (базовые) размеры.
Номера целесообразно проставлять по часовой стрелке, начиная с левой верхней части эскиза.
При выполнении нескольких эскизов к разным операциям технологического процесса допускается сквозная нумерация размеров или конструкторских
элементов. В этом случае номера одной и той же обрабатываемой поверхности
или конструктивного элемента, встречаемых в разных операциях, могут быть
неодинаковыми.
При указании справочных размеров достаточно на эскизе отметить их знаком «*» без приведения текстовой записи «Размеры (размер) для справок
(справки)».
Указывать на эскизах допуски формы и расположения поверхностей следует на основании требований конструкторских документов и ГОСТ 2.308–68.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
181
Для обозначения установов следует применять прописные буквы русского
алфавита, а для обозначения позиций – арабские цифры натурального ряда,
например: Установ А, Позиция 3.
Допускается:
1) Для записи установов и позиций применять соответствующие сокращения, например: Поз. 2; Уст. Б и т.д.;
2) Подчеркивать информацию по позициям и установам.
Графические изображения к установам и позициям следует выполнять в
рабочем положении обрабатываемой детали (заготовки).
При необходимости можно указывать на эскизах графические изображения вспомогательного и режущего инструментов.
При выполнении графических изображений к позициям следует для каждого случая указывать рабочее положение детали (заготовки) и применяемых
вспомогательных инструментов. Допускается графические изображения вспомогательного и режущего инструментов не приводить или приводить упрощенно. Условные графические изображения опор, зажимов и установочных устройств можно приводить только при графическом изображении первой позиции.
Монтажный чертеж – документ, по которому выполняют монтаж изделия на месте его работы. Монтажный чертеж должен содержать:
- упрощенное (контурное) изображение монтируемого изделия;
- изображение мест крепления и крепежных изделий, необходимых для
осуществления монтажа;
- изображение (полное или частичное) устройства, на котором монтируется
данное изделие;
- установочные и присоединительные размеры с предельными отклонениями;
- технические требования к монтажу.
Монтируемое изделие и все элементы монтажа изображают сплошными
линиями; устройство, на котором монтируется изделие, – сплошными тонкими
линиями.
В спецификацию изделия надо включать:
а) в разделе Документация – монтажный чертеж;
б) в разделе Комплекты – комплект монтажных изделий и материалов.
В зависимости от видов элементов и связей, входящих в состав изделия
(установки), ГОСТ 2.701–84 устанавливает следующие виды схем и их буквенных кодов:
- кинематические (К);
- гидравлические (Г);
- пневматические (П);
- электрические (Э);
- газовые (X);
- вакуумные (В);
- оптические (Л);
- энергетические (Р);
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
182
- деления (Е);
- комбинированные (С).
В зависимости от основного назначения схемы подразделяются на следующие типы и имеют цифровой код:
1) Структурные – 1, определяющие основные функциональные части изделий, их назначение и взаимосвязь.
2) Функциональные – 2, разъясняющие определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия.
3) Принципиальные (полные) – 3, определяющие полный состав элементов
и связей между ними и, как правило, дающие детальное представление о принципах работы изделия.
4) Соединений (монтажные) – 4, показывающие соединения составных частей изделия и трубопроводы (провода, кабели и т. д.), которыми осуществляются эти соединения, а также места их присоединения и ввода.
5) Подключений – 5, показывающие внешние подключения изделий.
6) Общие – 6, определяющие составные части комплекса и соединения их
между собой на месте эксплуатации.
7) Расположений – 7, определяющие относительное расположение составных частей изделий и при необходимости трубопроводов, проводов или кабелей.
8) Объединенные – 0, объединяющие на одном КД схемы двух или нескольких типов, выполненных на одно изделие.
В учебных проектах наиболее часто выполняются кинематические и технологические схемы. Последние можно отнести к разновидностям схем деления (Е), и в зависимости от полноты разработки они могут быть структурными
(Е1), функциональными (Е2) или принципиальными (ЕЗ).
При разработке схем форматы листов выбирают в соответствии с требованиями ГОСТ 2.301–68, при этом основные форматы являются предпочтительными.
Обычно схемы приводят без соблюдения масштаба, а действительное расположение частей изделия учитывают приближенно.
При выполнении схем необходимо пользоваться условными графическими
обозначениями, предусмотренными стандартами ЕСКД, а при их отсутствии –
прямоугольниками или упрощенными внешними очертаниями изделий.
Условные графические обозначения общего применения регламентируются ГОСТ 2.721–74, а условные графические обозначения в плоских и пространственных кинематических схемах – ГОСТ 1.770–68.
На схемах допускается помещать различные технические и технологические данные, характер которых определяется назначением схемы. Такие сведения указывают либо около графических обозначений, например номинальные
значения параметров, либо на свободном поле схемы. В технологических схемах параметры процесса можно указывать внутри прямоугольников.
Каждая схема должна содержать перечень элементов, оформленный в виде
таблицы, которую располагают над основной надписью на расстоянии не менее
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
183
12 мм. Таблица имеет следующие графы: позиционные обозначения элементов
(20мм); наименование (110мм); число (10мм); примечание (45мм).
На схемах допускается приводить текстовые данные в тех случаях, когда
содержащиеся в них сведения нецелесообразно или невозможно выразить графически или условными обозначениями. При этом содержание текста должно
быть кратким и четким.
Схемы выполняют без учета действительного пространственного расположения элементов изделия и без масштаба. Все элементы изображают условными графическими знаками, предусмотренными стандартами ЕСКД, и нестандартными (в виде упрощенных внешних контуров). Обводка знаков и линий
связи между ними - сплошная линия толщиной 0,3...0,5 мм.
Все знаки (при необходимости и связи между ними) должны иметь расшифровку. Последняя может быть выполнена непосредственно на схеме или
путем простановки позиции элементов схемы и расшифровки этих позиций в
таблице, которую помещают над основной надписью.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
184
Глава 7 ОСНОВЫ МОНТАЖА, ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
7.1 Монтаж оборудования
7.1.1 Некоторые правила монтажа машин и оборудования
Правилами монтажа следует руководствоваться при разработке технических требований к сборке соединений. Технические требования приводят в
графической части проекта.
При сборке шпоночных соединений следует проверить формы и размеры
шпонки, пазов вала и ступицы, убрать забоины, задиры и заусенцы. Для запрессовки шпонки применяют специальные приспособления или молоток с медным
или свинцовым бойком. Перед запрессовкой клиновой шпонки паз и шпонку
смазывают машинным маслом. Боковой зазор в соединениях с клиновыми
шпонками шириной 12...60 мм должен быть в пределах 0,35...0,6 мм; в соединениях с призматическими шпонками зазора не должно быть.
Перед сборкой шлицевых соединений с поверхности шлиц удаляют заусенцы, забоины, задиры и смазывают машинным маслом. Шлицы должны иметь
закругления, а торцы деталей – наружные фаски.
При соединении валов с помощью муфт особое внимание уделяют соосности валов, которую проверяют, замеряя зазор между полумуфтами в четырех
точках, смещенных по окружности на 90° относительно друг друга, а также
контролируют совпадение образующих полумуфт. При этом накладывают линейку на боковую поверхность полумуфты и замеряют зазор между линейкой и
второй полумуфтой. Более точно контроль ведут с помощью специального приспособления с индикатором. Торцевое биение полумуфт допускается в пределах 0,02...0,03 мм.
Допускаемые отклонения при сборке муфт приведены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 – Допуски на сборку муфт, мм
Муфта
Диаметр муфты, мм
Жесткая
100...300
300...500
100...300
300...500
100...300
300... 500
Пальцевая
Сцепная
На перекос
на 100 мм длины
0,8
0,12
0,02
0,02
0,01
0,01
На параллельные
смещения
0,1
0,2
0,05
0,1
0,03
0,02
Соосности валов добиваются подкладыванием пластин под рамы соединяемых сборочных единиц и последующим их поворотом в горизонтальной плоскости.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
185
При монтаже редуктора важно обеспечить соосность по линии электродвигатель – ведущий и ведомый валы редуктора, по плоскости разъема корпуса и
крышки и по шейкам валов, а когда редуктор по условиям монтажа не вскрывается – по муфте с прицентровкой к машине.
Трубопроводы монтируют так, чтобы все их соединения располагались вне
стен и отстояли от них на 15...30 мм. Перед монтажом размечают оси и отдельные точки, определяющие положение трубопроводов в пространстве, и наносят
их на стенки в плане и на высоте отметки здания или сооружения в разрезах.
На рабочих поверхностях шкивов для клиноременных передач не допускается наличие наплывов, заусенцев и других повреждений.
Шкивы должны быть сбалансированы. Дисбаланс шкивов в зависимости
от быстроходности приведен в таблице 7.2.
Таблица 7.2 – Дисбаланс шкивов
Окружная скорость Допускаемый Окружная скорость
Допускаемый
шкива, м/с
дисбаланс, г·м
шкива, м/с
дисбаланс, г·м
5...10
6
20...25
1,6
10... 15
3
25...40
1,0
15...20
2
Свыше 40
0,5
При сборке шкивы проверяют на торцевое и радиальное биения с помощью индикаторов со стойками (таблица 7.3).
Таблица 7.3 – Допуски на биение шкивов ременных передач, мм
Биение
Торцевое
Радиальное
до 150
0,10
0,05
Диаметр шкива, мм
150...300
0,15
0,08
300...600
0,25
0,12
Натяжение ремней клиноременных передач регулируют перемещением одного из шкивов (например, шкива совместно с электродвигателем) или натяжным роликом и проверяют линейкой по прогибу ремня в средней части. Прогиб
должен составлять 1...1,5 % межцентрового расстояния (при А=2 м, где А –
межцентровое расстояние) при приложении к ремню усилия 70...80 Н.
При монтаже цепной передачи проверяют соответствие между собой цепи
и звездочек путем наложения их друг на друга, а после установки звездочек на
валы проверяют их на торцевое и радиальное биение с помощью индикатора.
Биение звездочек не должно превышать величин, приведенных в таблице 7.4.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
186
Таблица 7.4 – Допуски на биение звездочек втулочно–роликовых цепей, мм
Биение
Радиальное
Торцевое
до 100
0,25
0,3
Диаметр звездочки, мм
100...200 200...300 300...400 свыше 400
0,5
0,75
1,0
1,2
0,5
0,8
1,0
1,5
Запорная часть замка втулочно-роликовых цепей должна быть направлена
в сторону их движения. Оси валов, на которых расположены звездочки, должны быть взаимно параллельны (допустимое отклонение 0,1 мм на длине 1000
мм). Допустимое смещение продольных плоскостей звездочек 1...2мм на каждые 1000мм. Пластины цепи должны быть параллельны между собой. Для горизонтальных передач и передач с углом наклона до 45° допускается провисание цепи (0,005...0,02)А, а для передач с наклоном выше 45° и вертикальных –
0,002А (А – межосевое расстояние). Натяжение цепи считается нормальным,
если при нажиме на цепь рукой угол обхвата звездочки увеличивается не более
чем на 5 %.
При проектировании (реконструкции) ремонтной мастерской или пункта
технического обслуживания перерабатывающего предприятия материал, связанный с монтажом, эксплуатацией и ремонтом технологического оборудования, рекомендуется оформлять в виде отдельного раздела пояснительной записки, который должен завершаться планом–графиком осмотров и ремонтов
технологического оборудования предприятия на календарный год. План-график
может быть представлен в графической части на листе формата А1.
7.1.2 Подъем и перемещение оборудования
В комплекс работ по монтажу оборудования входят перемещения вертикальное, горизонтальное и по наклонной плоскости.
Вертикальное перемещение (подъем) оборудования осуществляют при помощи штатных мостовых кранов и электротельферов, самоходных стреловых и
козловых кранов, характеристика которых приведена в справочной литературе.
Подъемное средство выбирают исходя из массы оборудования и условий монтажа.
Горизонтальное и наклонное перемещение оборудования на монтажной
площадке и внутри зданий осуществляют при помощи лебедок, блоков,
домкратов и других механизмов, а также катков, платформ и металлических
листов. В качестве катков используют отрезки стальных труб диаметром
80...100 мм или гладкие деревянные бревна из твердых пород дерева диаметром
150мм. По пути перемещения укладывают настил из досок толщиной 40...50
мм. Катки должны выступать из–под оборудования на 100...300 мм, расстояние
между ними должно быть не более 500 мм.
Тяговое усилие (Н), необходимое для перемещения, определяют по формулам:
а) на листах:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
187
- при горизонтальном перемещении
Р=Qf,
(7.1)
- по наклонной плоскости
P=Q(sinα+fcosα);
(7.2)
б) на катках:
- при горизонтальном перемещении
P=Q(kl+k2)/d;
(7.3)
- по наклонной плоскости
P=Q[sinα+cosα(kl+k2)],
(7.4)
где Q – вес груза, включая сани или лист, Н;
f – коэффициент трения скольжения (приложение 7.1);
α – угол подъема, град;
k1,k2 – коэффициенты трения скольжения соответственно между
поверхностью качения и катками, между катками и грузом
(приложение 7.2);
d – диаметр катка, мм.
Тяговое усилие тракторов, тягачей и лебедок находят по справочным данным, оно должно быть не меньше расчетного.
При использовании автопогрузчиков следует учитывать, что грузоподъемность для грузов равной массы, но различной ширины неодинакова, так как она
зависит от расположения центра тяжести груза относительно переднего моста
погрузчика.
Вес груза (Н), который может транспортировать погрузчик, определяют по
формуле
Q=M/[K(a+l)],
(7.5)
где М – момент устойчивости погрузчика, Н·м
М=Gb=10...12кН·м;
G – вес погрузчика, Н;
b – расстояние от переднего моста погрузчика до горизонтальной проекции
его центра тяжести, м;
Ку – коэффициент устойчивости погрузчика (Ку=1,3...1,5);
а – расстояние от центра тяжести груза до вертикальных стенок вилок, м;
l – расстояние от оси переднего моста погрузчика до вертикальных стенок
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
188
вилок, м (приводится в техническом паспорте автопогрузчика).
Размеры элементов приспособлений и такелажной оснастки определяют
исходя из запаса прочности.
Канат на прочность рассчитывают по формуле
P/S≥K3,
(7.6)
где Р – разрывное усилие каната в целом, Н (принимают по ГОСТ или
сертификату);
S – усилие на канат, Н;
Кз – коэффициент запаса прочности: для пеньковых канатов принимают
равными не менее 8, для стальных – в зависимости от назначения каната
и характеристики грузоподъемных машин [для машин с ручным
приводом Kз=4, с машинным приводом и легким (средним) режимом
работы Kз=5...5,5; у стрелового крана Kз=3,5; для полиспастов
К3=3,5...5,0; для расчалок и оттяжек К3=3...5].
Для канатов полиспаста, стропов и расчалок
S=Q/ncosα,
(7.7)
где Q – расчетная нагрузка, приложенная к подвижному блоку полиспаста
(расчалке, стропу), Н;
α – угол между осью действия расчетного усилия и ветвью каната;
n – общее число ветвей каната.
Из строп чаще всего применяют универсальные стропы типа УСК (рисунок 7.1).
а – в первом исполнении; б – во втором исполнении;
L – общая длина стропа; l1 – длина заплетки, замотанной проволокой;
dк – диаметр каната; В – ширина уложенной петли стропа
(по внутренней стороне); l – длина ковша
Рисунок 7.1 – Универсальный строп УСК
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
189
Основные технические данные строп и стальных канатов приведены в
приложениях 7.3...7.5.
7.1.3 Способы установки, выверки и крепления оборудования
В зависимости от типа, массы и условий работы оборудование устанавливают на фундаментах с креплением фундаментными болтами и подливкой,
креплением к фундаментным плитам без подливки, на металлических каркасах
(рамах, кронштейнах, подвесках), на перекрытиях и непосредственно на чистых
полах с креплением (самоанкерующимися болтами и дюбелями) и без него.
Оборудование, работающее без динамических нагрузок, размещают на чистых
полах на вмонтированных в станину регулировочных отжимных винтах, а с динамической нагрузкой – на виброизолирующих опорах и резиновых прокладках.
Оборудование устанавливают на фундамент с последующей выверкой с
помощью регулировочных винтов, установочных гаек, инвентарных домкратов,
клиновых и плоских подкладок и др. (рисунок 7.2).
а – с помощью инвентарных клиновых подкладок; б – с помощью клиновых
подкладок; в – с помощью плоских металлических подкладок; г – с помощью
приспособлений для бесподкладочного монтажа; д – с помощью
установочных гаек; е – с помощью самоанкерующихся болтов;
1 – основание машины; 2 – инвентарная клиновая подкладка; 3 – клиновые подкладки; 4 – плоские металлические подкладки; 5 – фундамент; 6, 8 – винты; 7 –
приспособление; 9 – бетонная подкладка; 10 – шайбы; 11 – крепежная гайка; 12
– стопорная установочная гайка; 13 – шпилька; 14 – цанга
Рисунок 7.2 – Схемы крепления оборудования на фундаментах и основаниях
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
190
Инвентарные домкраты (регулируемые клиновые подкладки, таблица 7.5),
винтовые опоры, винтовые домкраты, опорные башмаки, гидравлические
домкраты и другие устройства) размещают на подготовленном фундаменте и
регулируют по высоте с помощью нивелира и рейки с точностью 1 мм. Затем
оборудование опускают и окончательно регулируют его положение. Домкраты
перед подливкой ограждают опалубкой и удаляют ее через двое–трое суток после подливки. Оставшиеся ниши заполняют бетонной смесью той же марки, а
домкраты после затяжки фундаментных болтов удаляют.
Таблица 7.5 – Регулируемые клиновые подкладки
Параметр
Грузоподъемность, кг
Высота подъема, мм
Усилие на рукоятке, Н
Минимальная высота, мм
Масса, кг
ПР-3
3000
12
250
68
3,7
ПР-5
5000
15
280
75
5,3
ПР-10
10000
16
300
76
7,2
Применяемые при выверке металлические подкладки должны плотно прилегать как к фундаменту, так и к опорным элементам оборудования, что достигается выравниванием фундамента и притиркой мест установки подкладок.
Число подкладок в пакете не должно превышать пяти. Пакеты набирают из
стальных и чугунных установочных подкладок толщиной 5 мм и более и регулировочных подкладок толщиной 0,5...5 мм. Размер и материал подкладок приведены в приложении 7.6. В пакет вместо регулировочных (таблица 7.5) могут
входить клиновые (таблица 7.6) и другие регулируемые по высоте подкладки.
Таблица 7.6 – Размеры клиновых подкладок
Диаметр
Пределы реТипо- Длина, Шири- Высорезьбы
гулирования Масса,
Конусность
размер
мм на, мм та, мм
фундаментных высоты подъ- кг
болтов
ема, мм
75x50
75
50
7,5
До М36
7,5
0,33
1:10 1:10
100
75
10
М36...М64
10
0,9
100х75
1:10
100
10
М64...М90
15
2,1
150x100 150
Металлические пакеты подкладок устанавливают на возможно близком
расстоянии от фундаментных болтов и располагают через 300...800 мм. Пакеты
не должны перекрывать анкерные колодцы. Для уменьшения расхода металла
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
191
применяют верхние подкладки, площадь которых меньше нижних. После окончательной выверки оборудования и затяжки болтов подкладки в пакете прихватывают электродуговой сваркой.
При выверке оборудования с помощью регулировочных винтов (диаметр
резьбышаг М202,5; М243,0; М303,5; М364,0; М424,5; М485) последние в исходном состоянии должны выступать ниже поверхности установочного оборудования на одинаковую величину в пределах 10...30 мм. Места
расположения опорных пластин на фундаменте выравнивают с отклонением не
более 10 мм на 1 м. Положение оборудования по вертикали и горизонтали регулируют поочередно всеми винтами, добиваясь отклонения оборудования от
горизонтальности (вертикальности) в пределах 3 мм на 1 м. После этого винты
фиксируют контргайками, закрепляют оборудование затяжкой фундаментных
болтов с заданным усилием, многократно используемые винты выворачивают,
а отверстия заглушают винтовыми пробками или заливают цементным раствором и покрывают маслостойкой краской.
Для выверки оборудования при помощи установочных гаек используют
фундаментные болты с удлиненной резьбовой частью (до шести диаметров).
Оборудование на гайках выверяют упругими элементами (стальные тарельчатые, плоские резиновые или пластмассовые шайбы) или без них.
Установочные гайки с упругими шайбами размещают так, чтобы верх
шайбы был на 2...3 мм выше проектной отметки опорной поверхности оборудования. После опускания оборудования на шайбы его положение окончательно
регулируют путем затяжки крепежных гаек. При необходимости регулировку
проводят обеими гайками. Иногда в качестве установочных гаек используют
стандартные гайки с уменьшенной на 50...70 % высотой. В этом случае после
выверки оборудования и его подливки при окончательной затяжке фундаментных болтов резьба установочных срезается.
Для выверки оборудования по горизонтали (вертикали) применяют уровни, нивелиры, отвесы и теодолиты. Допускаемые отклонения при установке и
выверке некоторых видов оборудования на фундаментах (основаниях) приведены в таблице 7.7.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
192
Таблица 7.7 – Допускаемые отклонения при установке и выверке оборудования
Оборудование
Быстроходные центробежные машины
Прессовое
Фильтрационное
Аппараты емкостного
типа:
горизонтальные
вертикальные
Теплообменные аппараты:
горизонтальные
вертикальные
Компрессоры поршневые:
горизонтальные
вертикальные
Насосы центробежные
Вентиляторы
Конвейеры ленточные
От горизонтальности По высоте, По осям в плане,
(вертикальности), мм/м
мм
мм
0,05
5
5
0,08. ..0,1
0,2
10
5
10
10
0,3
0,2
10
5
10
5
0,3
0,3
10
5
10
5
0,1. ..0,2
0,3
0,1
0,1
0,2 на 1 м по оси
барабанов
10
10
10
5
10
10
10
5
3 параллельно
главной оси
5
Без выверки по высоте монтируют оборудование, не требующее высокой
точности расположения, а также оборудование, устанавливаемое на точно выверенные поверхности опорных конструкций.
После выверки и предварительного или окончательного закрепления оборудование подливают, заполняя бетонной смесью, зазор между его опорной частью и фундаментом. Марку бетона для подливки используют не ниже марки
бетона фундамента, а размер элементов фракции заполнителя (щебня, гравия)
составляет 5..20 мм. Толщина слоя подливки между ребрами жесткости и фундаментом должна быть не менее 50 мм. При ширине опорной части базовой детали оборудования более 2 м толщину слоя подливки следует принимать равной 80...100 мм.
Работы по подливке выполняет строительная организация под наблюдением монтажной организации не позднее чем через 48 ч после выверки оборудования и оформления соответствующего акта и заявки. Подливаемые поверхности фундаментов очищают от грязи, пыли, посторонних предметов, масел и увлажняют, не допуская при этом скопления воды в углублениях и приямках.
Бетонную смесь подают через отверстия в опорной части или с одной стороны подливаемой части до тех пор, пока с противоположной стороны смесь не
достигнет уровня, на 20...30 мм превышающего высоту основной части подлив-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
193
ки. Расстояние от опорной части оборудования до края слоя подливки должно
составлять 100...200 мм. Поверхность подливки, примыкающей к основной части оборудования, должна иметь уклон в сторону от оборудования, равный
1:50.
Эту поверхность в течение трех суток необходимо систематически увлажнять, а для сохранения влаги ее следует посыпать древесными опилками или
укрывать мешковиной. После окончательного закрепления оборудования поверхность при необходимости защищают специальными покрытиями.
После достижения материалом подливки 70% проектной прочности затягивают фундаментные болты при помощи динамометрических ключей КД–60,
предельных трещоточных ключей КПТР, ключей–мультипликаторов КМ, а
также электрогайковертов ИЭ и пневмогайковертов ИП. Окончательно затягивать болты следует равномерно в два–три хода. Вначале затягивают болты,
расположенные по осям симметрии опорной части, затем – более удаленные от
оси симметрии.
При закреплении оборудования, работающего со значительными динамическими нагрузками, гайки болтов предохраняют от самоотвинчивания путем
их стопорения, которое осуществляют контргайками, пружинными шайбами
(ГОСТ 6402), стопорными шайбами с лапками (ГОСТ 13463).
Для крепления оборудования к строительным конструкциям (межэтажному перекрытию) используют самоанкерующиеся болты и дюбели диаметром
8...48 мм. Болт в сборе вставляют в отверстие, пробуренное перфораторами
ИЭ–4709, ИЭ–4712 и др., ударяют молотком по оправке или отрезку трубы, частим но осаживая цангу на конусе. При затяжке гайки конус вытягивается в
цангу, расширяет ее и заклинивает болт в отверстии.
Диаметр отверстий под болты и дюбели должен соответствовать наружному диаметру цанг (разрезных колец, разжимающего конуса), а также диаметру
режущего инструмента, применяемого для образования отверстий в фундаментах и перекрытиях (приложение 7.7).
7.2 Пусконаладочные работы
Технология пусконаладочных работ включает в себя следующие этапы:
- ревизия технологического оборудования;
- испытание на холостом ходу;
- испытание и наладка под нагрузкой;
- комплексное опробование оборудования под нагрузкой;
- освоение проектных мощностей.
Ревизию технологического оборудования проводят с целью выявления и
устранения дефектов. Ее объем зависит от сложности оборудования, срока и
условий его хранения.
К началу испытания на холостом ходу должны быть смонтированы системы: смазочная, гидравлики, пневматики, управления и контроля, электрооборудования, защитного заземления, автоматики, противопожарной защиты, а также
коммуникации для подвода воды, газа, сжатого воздуха и т. д.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
194
При подготовке к испытаниям проверяют качество выполнения монтажных работ:
- точность установки оборудования;
- наличие ограждений, обеспечивающих безопасную работу;
- наличие смазочного материала в редукторах и других сборочных единицах;
- затяжку резьбовых соединений и др.
Кратковременным включением электродвигателя в работу проверяют
направление вращения его вала и при необходимости изменяют на обратное,
поменяв две фазы подключения электродвигателя. Натяжение ремней регулируют винтами или натяжными роликами.
Индивидуальное опробование оборудования проводят вхолостую и под
нагрузкой. При испытании вхолостую обкатку машин начинают при малой частоте вращения валов и постепенно увеличивают ее до номинальной. При этом
оборудование должно работать без стука, чрезмерного шума и вибраций, а все
системы – бесперебойно и надежно. Нагрев корпусов подшипников допускается не более 70°С, кроме случаев, оговоренных в технических условиях заводаизготовителя. Дефекты, обнаруженные во время испытания, устраняют при
остановленных электродвигателях, затем проводят повторное испытание.
Первые пуски непродолжительны – 5...10 мин, продолжительность дальнейшей обкатки на холостом ходу при нормальной работе во время первого
пуска составляет 1...8 ч в зависимости от сложности оборудования.
Обкатку компрессоров подразделяют на три периода: первый – 3...5 мин,
второй – 20...30 мин, третий – 6 ч и четвертый 12 ч. После третьего периода обкатки полностью меняют масло.
При испытании под нагрузкой выполняют отдельные пуски оборудования,
в процессе которых постепенно повышают производительность, мощность,
давление и т.п. и контролируют те же параметры, что и при испытании вхолостую; кроме того, определяют вибрацию отдельных сборочных единиц и машины в целом. После испытания под нагрузкой проверяют затяжку гаек фундаментных болтов.
Комплексное опробование также проводят сначала на холостом ходу, а затем всю технологическую линию переводят на работу под нагрузкой с последующим выводом на устойчивый технологический режим, предусмотренный
проектом и обеспечивающий выпуск продукции в установленном объеме.
После доведения оборудования до проектных технологических режимов,
получения стандартной по сортности и качеству продукции, устранения всех
неисправностей и получения обслуживающим персоналом необходимых производственных навыков испытывают отдельные агрегаты и линии на максимальную производительность. Результаты оформляют соответствующими актами, а оборудование считается готовым для эксплуатации.
После завершения пусконаладочных работ составляют технический отчет
и разрабатывают рекомендации по обеспечению бесперебойной работы оборудования и достижению оптимальных режимов его эксплуатации.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
195
7.3 Организация ремонта технологического оборудования
7.3.1 Разработка плана–графика осмотров и ремонта оборудования
Для поддержания технологического оборудования в исправном состоянии
и предотвращения аварийных ситуаций существует система планово–
предупредительного ремонта (ППР), которая включает в себя межремонтное
обслуживание, профилактические осмотры (О), текущий (Т), средний (С) и капитальный (К) ремонты.
Межремонтное обслуживание заключается в повседневном наблюдении
за выполнением правил технической эксплуатации, а также своевременном
устранении мелких неисправностей и регулировании механизмов. Выполняется
во время перерывов в работе без нарушения режимов производства.
Профилактический осмотр проводят через определенные промежутки
времени, установленные для каждой машины (агрегата, линии и т.п.). Его цель
– проверка технического состояния изнашивающихся деталей и сборочных
единиц при минимальном объеме разборочно–сборочных работ.
Текущий ремонт – это минимальный по объему вид ремонта, предназначенный для обеспечения и восстановления работоспособности технологического оборудования путем замены или восстановления отдельных быстроизнашивающихся деталей и выполнения регулировочных работ. Текущий ремонт выполняют на месте установки оборудования.
Средний ремонт предназначен для восстановления исправности и частичного восстановления ресурса технологического оборудования путем ремонта
или замены изношенных или поврежденных деталей и сборочных единиц, а
также проверки технического состояния остальных составных частей с целью
устранения обнаруженных неисправностей.
Капитальный ремонт предназначен для восстановления исправности,
полного (или близкого к полному) ресурса и включает в себя полную разборку
и дефектацию деталей технологического оборудования, замену и ремонт изношенных деталей и сборочных единиц, в том числе базовых.
Ремонт называют плановым, если его проводят в соответствии с требованиями нормативно–технической документации (НТД), и неплановым, если его
проводят без предварительного назначения (для устранения отказа).
Регламентированный ремонт – это плановый ремонт, выполняемый с периодичностью и в объеме, установленными в НТД, независимо от технического
состояния оборудования в момент начала ремонта. Сроки проведения ремонта
оборудования устанавливают на основе ремонтных циклов, межремонтных и
межосмотровых периодов.
Ремонт по техническому состоянию – плановый ремонт, при котором контроль технического состояния выполняют с периодичностью и в объеме, установленными в НТД, а объем и момент начала ремонта определяют по фактическому состоянию оборудования. Он основан на результатах диагностирования,
и проводят только те операции, которые необходимы для поддержания и восстановления работоспособности оборудования. При традиционных методах ди-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
196
агностирования реализация принципов данного ремонта затруднена, и поэтому
он пока не нашел широкого применения.
Ремонтный цикл – период работы оборудования между двумя плановыми
капитальными ремонтами, а для нового оборудования – период работы от начала ввода машины в эксплуатацию до первого капитального ремонта.
Межремонтный период – период работы оборудования между двумя очередными плановыми ремонтами.
Межосмотровой период – период работы оборудования между двумя очередными осмотрами или между осмотром и плановым ремонтом.
Планирование осмотров и ремонтов заключается в составлении годовых и
месячных планов–графиков ремонта оборудования на основе типовой структуры и продолжительности межремонтных циклов, межремонтных и межосмотровых периодов для отдельных видов оборудования. Например, для агрегатов
на базе поршневых компрессоров мощностью 3...100 кВт рекомендуется такой
цикл: К-О-Т-О-Т-О-С-О-Т-О-Т-О-К, а на базе винтовых компрессоров – К-О-ТО-Т-О-С-О-Т-О-Т-О-С-О-Т-О-Т-К, где О – технический осмотр, Т – текущий
ремонт, С – средний ремонт, К – капитальный ремонт.
Рекомендуемые ресурсы и другие показатели некоторых компрессорных
агрегатов представлены в таблице 7.8.
Следует иметь в виду, что для предприятий с круглогодичной загрузкой
(большинство предприятий транспортного комплекса и воинские части) выполнение ремонтных работ планируют на время их наименьшей загрузки и во время плановых остановок цехов или участков.
Как правило, в годовом плане–графике осмотров и ремонтов оборудования
указывают: №п/п, наименование оборудования, инвентарный номер (номер,
присвоенный оборудованию на предприятии), дату и вид последнего ремонта,
сроки выполнения осмотров по месяцам и декадам.
Таблица 7.8 – Показатели надежности компрессорных агрегатов
Компрессорные
агрегаты
Нормы времени на реПолный
Число ремонтные работы, чел.-ч Среднегодовая
срок
монтных
наработка, ч
службы,
циклов
То
Тс
ТТ
Тср
лет
Поршневые холодопроизводительностью, кВт:
до 10
10.. .100
Винтовые
4150 8300 25000 50000
3750 7500 22500 45000
3300 6600 20000 60000
5000
5500
5500
1
2
2
10
16
20
При составлении плана–графика необходимо обеспечить равномерное распределение ремонтных работ по месяцам, что будет способствовать равномерной загрузке рабочих и оборудования ремонтно-механических мастерских.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
197
7.3.2 Определение трудоемкости ремонтных работ
В зависимости от степени сложности машины и ее ремонтных особенностей ей присваивают категорию сложности ремонта
R=TK/r,
(7.8)
где Тк – трудоемкость капитального ремонта машины, чел.-ч;
r – трудоемкость капитального ремонта одной условной ремонтной
единицы, чел.-ч (обычно r=35 чел.-ч).
Число или сумму ремонтных единиц для каждой машины указывают в виде коэффициента перед буквой R. Так, при пяти ремонтных единицах категорию сложности ремонта записывают как 5R. Категория сложности и нормы
времени на ремонтные работы других видов технологического оборудования
приведены в специальной литературе.
Общая трудоемкость ремонтных работ, чел.-ч
n
Тобщ=
n
n
n
T T T T
i 1
ki
i 1
ci
i 1
Ti
i 1
oi
,
(7.9)
где Tкi,Tсi,TTi, Toi – соответственно трудоемкость капитального, среднего,
текущего ремонтов и осмотров i-го оборудования, чел.-ч;
n – количество всего оборудования, цеха, завода и т. п.
Трудоемкость ремонта оборудования, чел.-ч,
T=KBR,
(7.10)
где КB – коэффициент, учитывающий вид ремонта оборудования (при
капитальном ремонте KB=r), чел.-ч;
R – категория сложности ремонта.
Общая годовая трудоемкость ремонтных работ, чел.-ч.,
N
Tобщ=
T
i 1
ri
,
(7.11)
где Tri – годовая трудоемкость ремонтных работ i-го оборудования, чел.-ч.;
N – количество оборудования на предприятии.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
198
Общую трудоемкость распределяют по видам ремонтных работ, по удельному весу в общем объеме работ. Полученные результаты используют для
определения количества необходимого оборудования и рабочих соответствующей квалификации.
При организации и проектировании цехов единичного и мелкосерийного
производства применяют укрупненный способ расчета оборудования, при котором расчет ведут не по типам оборудования, а для всего парка, а затем в зависимости от процентного соотношения отдельных видов ремонтных работ распределяют парк оборудования по типам.
Расчетное число единиц оборудования цеха или отделения (без наименования оборудования) округляют до ближайшего целого
Nобщ=(ΣТобщ)/(ФсКз.ср),
(7.12)
где Фс – действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;
принимают в зависимости от числа смен (при односменной Фс=2100,
двухсменной Фс=4 200, трехсменной Фс=6 300);
Кз.ср – средний коэффициент загрузки оборудования (для ремонтно –
механических цехов принимают в пределах 0,6...0,8).
Расчетное число единиц оборудования, ориентировочно распределяют так:
50 % – станки токарной группы; 10 % – металлорежущие станки других групп;
40% – специальное оборудование (установки для наплавки, для напыления газопламенным и плазменным способами, для сварки, сборочные и другие стенды, моечные установки и прочее оборудование, необходимое для ремонта технологического оборудования).
Число основных рабочих ремонтно–механической мастерской (станочники, слесари) определяют по общей трудоемкости работ
Р=ΣТобщ/ФД.Р,
(7.13)
где ΣТобщ – общая годовая трудоемкость ремонтных работ, чел.-ч;
Фд.р – действительный годовой фонд времени рабочих, ч (1840ч).
После определения общего числа рабочих численность рабочих по профилю выполняемых работ определяют исходя из процентного соотношения трудоемкости работ разных видов.
Площадь ремонтно–механической мастерской при детальном проектировании определяется планировкой всего основного и вспомогательного оборудования, рабочих мест, складов и т.п. При укрупненном проектировании общую
площадь ремонтного участка, отделения определяют по норме удельной площади на один станок, стенд и т.п., а также по удельной площади, приходящейся
на одного рабочего.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
199
Глава 8 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
8.1 Безопасность жизнедеятельности на предприятиях
8.1.1 Общие требования к содержанию раздела
Содержание этого раздела зависит от темы квалификационной работы и
регламентируется заданием на проектирование.
Если цель учебного проекта – реконструкция технологической линии
(участка), в разделе необходимо проанализировать всю существующую систему
технических, технологических и организационных мероприятий по обеспечению безопасных условий труда на этой линии.
Выявленные недостатки должны быть критически проанализированы, и в
остальной части раздела необходимо подробно остановиться на предложениях
по их устранению.
В этом же разделе необходимо кратко привести основные правила безопасности труда при монтаже, ремонте и эксплуатации объекта конструкторской разработки.
Подробно описывают наличие опасных зон в процессе работы проектируемого оборудования и способы защиты от действия отмеченных при этом опасных факторов. Следует внимательно проанализировать, как конструктивные
изменения модернизируемого оборудования отразятся на безопасности труда
обслуживающего персонала и пожарной безопасности.
Если проектируемые аппараты и машины относятся к оборудованию с повышенной опасностью, то наряду со специальными требованиями по их безопасной эксплуатации необходимо привести описание предохранительных
устройств, которыми они обязательно должны быть оснащены.
Если анализ показывает, что базовая технологическая линия (участок, пост
и т.д.) отвечает всем установленным требованиям к безопасным условиям труда
и при реконструкции они не ухудшатся, основой раздела может стать разработка мероприятий по обеспечению безопасности обслуживающего персонала в
случае чрезвычайной ситуации (наводнение, пожар, взрыв и т. д.).
В учебных проектах, целью которых является проектирование новой технологической линии (участка), необходимо сформулировать общие требования
безопасного ведения каждого технологического процесса, а затем на примере
наиболее сложного из них показать, как будет решаться эта проблема. Затем
следует описать требования безопасности к устройству и эксплуатации конструкторской разработки.
8.1.2 Условия безопасности производственных процессов
Общие требования безопасности к производственным процессам и оборудованию должны соответствовать ГОСТ 12.3.002–75, ОСТ 46.0.141–83 и ГОСТ
12.2.003–91.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
200
В соответствии с этими документами требования безопасности излагают в
следующей последовательности:
а) перечень опасных и вредных производственных факторов, характерных
для проектируемого производственного (технологического) процесса;
б) требования к технологическим процессам (каким образом достигается
снижение интенсивности действия опасных и вредных производственных факторов, какие ручные операции заменены механизированными, каков режим работы и обслуживания оборудования);
в) характеристика персонала, участвующего в производственном процессе;
г) санитарно–бытовое обеспечение персонала (требования по созданию для
работающих оптимальных санитарно-гигиенических условий);
д) использование средств защиты.
ГОСТ 12.0.003–74 подразделяет все опасные и вредные производственные
факторы по природе их действия на четыре группы: физические, химические,
биологические и психофизиологические .
В группу физических опасных и вредных производственных факторов входят:
- движущиеся машины и механизмы, а также подвижные части производственного оборудования;
- повышенная или пониженная температура, влажность, скорость перемещения и ионизация воздуха рабочей зоны;
- повышенный уровень шума, вибраций, ультразвука, инфразвуковых колебаний, статического электричества и электромагнитных излучений, ультрафиолетовой и инфракрасной радиации на рабочем месте;
- повышенные яркость света и пульсация светового потока, запыленность и
загазованность воздуха рабочей зоны, повышенная или пониженная температура поверхностей оборудования и материалов, напряженность магнитного и
электрического тока;
- отсутствие или недостаток естественного света и освещенности рабочей
зоны;
- повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;
- повышенное барометрическое давление и его резкое изменение в рабочей
зоне.
Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяются по характеру воздействия на организм человека (тонические, раздражающие,
сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию) и по пути проникновения в организм человека (через органы
дыхания, желудочно–кишечный тракт, кожный покров и слизистые оболочки).
Биологические опасные и вредные производственные факторы включают
биологические объекты: патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы, риккетсии, спирохеты, грибы, простейшие) и продукты их жизнедеятельности.
Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по
характеру действия подразделяются на физические (статические, динамические
и гиподинамические) и на нервно-психические перегрузки (умственное перена-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
201
пряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные
перегрузки).
Следует иметь в виду, что согласно ГОСТ 12.0.003–74 один и тот же опасный и вредный производственный фактор по природе своего действия может
одновременно относиться к различным группам.
ГОСТ 12.3.003–75 устанавливает принципы безопасной организации производственных процессов, общие требования безопасности к производственным помещениям, площадкам, размещению производственного оборудования и
организации рабочих мест, к хранению и транспортировке исходных материалов, готовой продукции и отходов производства, к профессиональному отбору
и проверке знаний работающих, а также требования к применению средств защиты работающих. К основным требованиям безопасности к технологическим
процессам относятся:
- устранение непосредственного контакта работающих с исходными материалами, заготовками, полуфабрикатами, готовой продукцией и отходами производства, оказывающими вредное воздействие;
- замена технологических процессов и операций, связанных с возникновением травмоопасных и вредных производственных факторов, процессами и
операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или обладают
меньшей интенсивностью;
- герметизация оборудования;
- применение средств коллективной защиты работающих;
- рациональная организация труда и отдыха с целью профилактики монотонности и гиподинамии, а также ограничения тяжести труда;
- своевременное получение информации о возникновении опасных производственных факторов на отдельных технологических операциях;
- внедрение систем контроля и управления технологическим процессом,
обеспечивающих защиту работающих и аварийное отключение производственного оборудования;
- своевременное удаление и обезвреживание отходов производства, являющихся источниками травмоопасных и вредных производственных факторов,
обеспечение пожаро–взрывобезопасности.
Один из основных принципов нормирования опасных и вредных производственных факторов – паспортизация рабочих мест предприятия. Ее цель –
дать комплексную оценку условий труда каждого рабочего места, создать здоровые и безопасные условия труда, обеспечивающие его максимальную производительность. Оценка включает:
- краткую характеристику опасных и вредных факторов по виду, характеру
действия, возможным последствиям, которые существуют или которые могут
возникнуть на рабочем месте в ходе выполнения технологического процесса;
- выявление предельно допустимого уровня или предельно допустимой
концентрации опасного, вредного производственного фактора и методов их
контроля;
- определение методов и средств защиты работающих от действия опасного и вредного производственного фактора;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
202
- решение правовых, организационных, технических и санитарно – гигиенических вопросов по обеспечению их выполнения.
Практически оценка заключается в определении фактического уровня
вредностей и опасностей с помощью различных приборов: шумомеров, газоанализаторов, пылемеров, люксметров и т.д. (предельно допустимые уровни
вредностей и опасностей зафиксированы в соответствующих пунктах системы
стандартов безопасности труда). Затем полученные результаты вписывают в
специальные таблицы санитарно–гигиенического паспорта предприятия. На
основании этих данных разрабатывают комплекс мероприятий, снижающих их
вредное влияние и снимающих опасные воздействия на человека. Разработанные мероприятия будут обоснованы в том случае, если они предусматривают
уменьшение уровня опасных и вредных производственных факторов до предельно допустимых значений.
8.1.3 Требования безопасности к технологическому оборудованию
Безопасность производственных процессов в основном определяется безопасностью производственного оборудования.
Согласно ГОСТ 12.2.003–91 производственное оборудование должно:
- обеспечивать безопасность работающих при монтаже (демонтаже), вводе
в эксплуатацию и эксплуатации как в случае автономного использования, так и
в составе технологических комплексов при соблюдении требований (условий,
правил), предусмотренных эксплуатационной документацией. Все машины и
технические системы должны быть травмо–, пожаро– и взрывобезопасными, не
являться источником выделения паров, газов, пыли в количествах, превышающих на рабочих местах установленные нормы; генерируемые ими шумы, вибрации, ультра– и инфразвук, а также производственные излучения не должны
превышать допустимые уровни;
- иметь органы управления и отображения информации, соответствующие
эргономическим требованиям, и быть расположены таким образом, чтобы
пользование ими не вызывало повышенной утомляемости как одной из определяющих причин травматизма. В частности, органы управления должны находиться в зоне досягаемости оператора и усилия, которые необходимо к ним
прилагать, должны соответствовать физическим возможностям человека; рукоятки, штурвалы, педали, кнопки и тумблеры должны быть расположены таким
образом, чтобы ими было удобно пользоваться. Число и различимость средств
отображения информации должны учитывать возможности оператора по ее
восприятию и не приводить к необходимости чрезмерной концентрации внимания;
- иметь систему управления оборудованием, обеспечивающую надежное и
безопасное ее функционирование на всех предусмотренных режимах работы
оборудования и исключающую создание опасных ситуаций из–за нарушения
обслуживающим персоналом последовательности управляющих действий.
При анализе технологического оборудования на соответствие требованиям
безопасности необходимо учитывать следующее:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
203
- наличие ограждения в опасных зонах расположения вращающихся частей
машин и аппаратов;
- наличие кожухов для движущихся частей машин и аппаратов;
- ограждения и щитки на монтажные окна должны иметь крепления, исключающие их снятие или открывание без инструмента, специальных ключей и
приспособлений;
- пусковые устройства должны быть сблокированы со звуковой или световой сигнализацией;
- наличие заземления корпусов электродвигателей;
- если вместо заземления электроустановок применяется их защитное автоматическое отключение, должна быть предусмотрена возможность контроля
исправного действия автоматов защитного отключения (контрольная кнопка);
- электропроводка оборудования должна быть размещена так, чтобы она не
подвергалась механическим воздействиям, перегреву, действию агрессивных
сред и не создавала бы неудобств в работе обслуживающего персонала.
В комплексе мероприятий по предотвращению производственного травматизма особое место занимают специальные устройства, которые служат для
ограждения опасных зон. Такие зоны представляют собой пространство, где
постоянно или периодически действуют опасные факторы, создающие возможность травматизма. Например, опасными зонами являются ременные, зубчатые,
цепные и другие передачи; зоны вращения шкивов, вентиляторов, зубчатых колес, перемещения силовых цилиндров; пространство между барабаном (или роликами) и набегающей лентой транспортера.
Для защиты от действия опасных факторов применяют следующие основные средства защиты: оградительные, предохранительные и сигнализационные
устройства, а также дистанционное управление.
По условиям безопасности оградительными устройствами снабжают:
- движущиеся части машин (шкивы, ремни, цепи, шестерни, муфты, выступающие концы валов и т. п.);
- открытые токоведущие части электрооборудования;
- зоны высоких температур и давлений;
- взрывоопасные зоны;
- люки, проемы;
- рабочие площадки на высоте.
По конструкции оградительные устройства подразделяют на стационарные, съемные и переносные.
Стационарные ограждения постоянно закрывают опасную зону, но могут
быть сняты для осмотра, смазки или ремонта рабочих органов. Такие ограждения должны иметь прочные крепления к неподвижным частям оборудования
или к строительным конструкциям не менее чем в трех точках.
Съемные ограждения устанавливают в зонах, требующих периодического
доступа, например для замены инструмента, установки заготовки, регулирования и т.п., в машинах периодического действия. Съемные ограждения должны
иметь блокировку с рабочими органами, исключающую возможность эксплуатации машин без ограждения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
204
В настоящее время применяют блокировочные устройства различных типов: электромеханические, механические, электрические, фотоэлектрические и
др. При снятии или неправильной установке ограждений нарушается цепь электропитания двигателя машины.
Переносные ограждения опасных зон устанавливают на ограниченный период, например, для перекрытия монтажных люков, траншей и других проемов.
В конструктивном исполнении различных видов ограждений, а также
крышек, щитков этих ограждений или корпусов машин должны присутствовать:
- устройства, исключающие их случайное снятие или открывание (надежная фиксация, блокировка);
- решетчатые (сетчатые) ограждения для ременных передач должны быть
расположены не ближе 50 мм от движущихся частей;
- величина зазоров, ширина прорезей в решетках, жалюзи должна быть не
более 10 мм, размеры ячеек в сетках – не более 20х20 мм;
- ограждения должны выдерживать случайные нагрузки со стороны обслуживающего персонала (сосредоточенные) не менее 70кг;
- металлические ограждающие конструкции (сплошные) площадью более
0,75 м2 и толщиной менее 3 мм снабжают вибропогло–щающими покрытиями;
- ограждения опасных зон должны быть окрашены с наружной стороны в
желтый цвет, с внутренней – в красный.
Для предотвращения аварий и поломок отдельных узлов оборудования,
транспортных коммуникаций и связанной с этим опасностью травматизма служат предохранительные устройства. При нарушении установленных параметров предохранительные устройства срабатывают автоматически, отключая соответствующее оборудование.
Конструкция и принцип действия предохранительных устройств разнообразны и соответствуют конкретному назначению и практическому использованию. Они могут быть самовосстанавливающимися или заменяемыми, могут работать в автоматическом режиме или с ручным управлением.
Сигнализирующие устройства предназначены для информации обслуживающего персонала о работе оборудования или нарушении установленных режимов, при которых могут возникнуть опасные факторы.
В производственных условиях используют систему оперативной и предупредительной сигнализации. По способу оповещения сигнализация может быть
световой, звуковой, знаковой и комбинированной. Сигнализация оповещает о
достижении предельного уровня температуры, давления, наличии и отсутствии
продукта, воды, воздуха; значениях влажности, температуры и других параметров. К предупредительной сигнализации относят также указатели типа: «Не
включать — ремонт!», «Работают люди!», «Осторожно, яд!» и т. п.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
205
8.2 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях
При обеспечении безопасности жизнедеятельности человека в чрезвычайных ситуациях наибольшее значение имеют профилактика, прогнозирование и
ликвидация последствий этих ситуаций.
Чрезвычайная ситуация – состояние, при котором в результате возникновения источника ЧС на объекте, определенной территории или акватории
нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения, предприятий и
окружающей природной среде.
Под источником ЧС понимают опасное природное явление, техногенное
происшествие (аварию) или широко распространенную инфекционную болезнь
людей, сельскохозяйственных животных и растений. Причиной чрезвычайной
ситуации может быть и применение современных средств поражения при ведении военных действий (ГОСТ Р 22.0.02–94).
Причиной ЧС могут быть также опасные природные явления: эрозия почв,
обвал, наводнение, подтопление, сильный ветер, смерч, пыльная буря, сильные
осадки, засуха, заморозки, туман, гроза, природный пожар (ГОСТ Р 22.0.06–95).
Техногенные аварии связаны с неконтролируемым, самопроизвольным
выходом в окружающее пространство вещества или энергии.
К техногенным авариям относятся:
- промышленные взрывы (химические, физические, воздушные, взрыв
внутри объекта);
- пожары на промышленных объектах;
- аварии с выбросом вредных веществ.
Под устойчивостью любой системы понимают возможность сохранения
ею работоспособности при нештатном (чрезвычайном) внешнем воздействии.
На основании этого определения под устойчивостью работы производства понимают способность объекта выпускать установленные виды продукции в объемах и номенклатурах, предусмотренных соответствующими планами, в условиях чрезвычайных ситуаций, а также приспособленность этого объекта к восстановлению в случае повреждения.
При анализе устойчивости работы объекта принимают во внимание следующие факторы:
- последствия аварий отдельных систем производства;
- распространение ударной волны по территории предприятия (взрыв сосудов, коммуникаций, взрывоопасных веществ);
- распространение огня при различных видах пожаров;
- надежность установок и промышленных комплексов;
- рассеивание веществ, высвобождающихся при чрезвычайных ситуациях;
- возможность вторичного образования токсичных, пожаровзрывоопасных
смесей.
Составляется план–график мероприятий по восстановлению объекта, в котором указывается объем и примерную стоимость планируемых работ, источники финансирования, основные материалы и их количество, машины и меха-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
206
низмы, численность рабочей силы, ответственных исполнителей, сроки выполнения и т.п. В случае реконструкции объекта в утвержденный план-график вносят изменения и дополнения, порядок принятия которых такой же, как и основного документа.
Одним из основных способов защиты населения в ЧС мирного и военного
времени является использование защитных сооружений гражданской обороны:
убежища, противорадиационные укрытия и простейшие укрытия (щели).
Другой способ защиты от попадания внутрь организма, на кожные покровы и одежду радиоактивных, отравляющих веществ и бактериальных средств
заключается в использовании средств индивидуальной защиты (СИЗ). Они делятся на СИЗ органов дыхания и кожи. К СИЗ относятся также индивидуальная
аптечка и индивидуальный противохимический пакет.
Третий способ защиты населения в ЧС – рассредоточение и эвакуация
населения.
Организованный вывоз из крупных городов в загородную зону свободных
от работы рабочих и служащих предприятий, продолжающих противопожарную производственную деятельность в городе в военное время, называется рассредоточением. Рассредоточению также подлежат работники объектов, обеспечивающих жизнедеятельность города, например коммунального хозяйства.
Загородной зоной называется территория, расположенная между внешней
границей зоны возможных нарушений и административной границей области
(края, республики).
Организованный вывод пешим порядком и вывоз транспортом из крупных
городов остального населения, а также граждан из районов возможной ЧС и
расселение их в загородной зоне называется эвакуацией. Эвакуированное население находится в загородной зоне постоянно до особого распоряжения.
8.3 Экологическая оценка проекта
Данный раздел проекта должен содержать:
- экологическую экспертизу совершенствуемой или проектируемой технологической линии;
- характеристику выбросов, сбросов и промышленных отходов на объекте
проектирования;
- меры профилактики по загрязнению окружающей среды;
- уровень энергетического воздействия технологического оборудования
линии на обслуживающий персонал;
- экологический паспорт;
- сведения о выполнении предприятием его положений.
8.3.1 Экологическая экспертиза
Общие экологические требования к производственному оборудованию и
процессам установлены соответствующими санитарными нормами, а также системой стандартов «Охрана природы». Последние регламентируют принципы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
207
охраны и рационального использования природных ресурсов, в частности воды,
воздуха, почв, земель, полезных ископаемых, а также показатели качества природных сред, параметры загрязняющих выбросов и сбросов, показатели использования природных ресурсов.
Экологическую экспертизу совершенствуемой или проектируемой технологической линии проводят на основе оценки уровня загрязнения объектом
проектирования атмосферы и водных ресурсов, а также характера и мощности
энергетического воздействия его технологического оборудования на обслуживающий персонал. Важный показатель экспертизы – характеристика промышленных отходов, образующихся в результате работы технологической линии, и
система мероприятий по их хранению и утилизации. Как правило, обобщающим документом, позволяющим провести эту экспертизу, является экологический паспорт предприятия. В случае его отсутствия основой для выполнения
раздела являются приведенные далее рекомендации.
К основным нормативным показателям экологичности производственного
оборудования и технологических процессов, а также предприятий и транспортных средств относятся:
- предельно допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу;
- предельно допустимые сбросы (ПДС) в гидросферу;
- предельно допустимые энергетические воздействия (ПДЭВ).
Цель экологической экспертизы новой продукции – предупреждение возможного превышения допустимого уровня вредного воздействия на окружающую среду в процессе ее производства, использования, переработки. Главная
задача экологической экспертизы – определение полноты и достаточности мер
по обеспечению требуемого уровня экологической безопасности новой продукции при ее разработке, в том числе:
- определение соответствия проектных решений создания новой продукции современным природоохранным требованиям;
-оценка полноты и эффективности мероприятий по предупреждению возможных аварийных ситуаций, связанных с производством и потреблением (использованием) новой продукции, и ликвидации их возможных последствий;
- оценка выбора средств и методов контроля воздействия продукции на состояние окружающей среды и использование природных ресурсов;
- оценка способов и средств утилизации или ликвидации продукции после
отработки ресурса;
- определение полноты достоверности и научной обоснованности проведенной оценки воздействия на окружающую среду.
Важнейшим мероприятием по обеспечению экологичности оборудования
и технологических процессов является составление экологического паспорта
предприятия согласно требованиям ГОСТ 17.0.004–90.
Экологический паспорт разрабатывает предприятие за счет своих средств.
Он утверждается руководителем предприятия и согласуется с соответствующими государственными природоохранными органами.
Основой для разработки экологического паспорта являются:
- основные показатели производства;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
208
- проекты расчетов ПДВ;
- нормы ПДС;
- разрешение на природопользование;
- паспорта газо– и водоочистных сооружений и установок по утилизации и
использованию отходов;
- формы государственной статистической отчетности;
- другие нормативные и нормативно–технические документы.
Экологический паспорт не заменяет и не отменяет действующие формы и
виды государственной отчетности.
Согласно ГОСТ 17.0.04–90 экологический паспорт состоит из разделов,
расположенных в такой последовательности:
- титульный лист;
- общие сведения о предприятии и его реквизиты;
- краткая природно–климатическая характеристика района расположения
предприятия;
- краткое описание технологии производства и сведения о продукции, балансовая схема материальных потоков;
- сведения об использовании земельных ресурсов;
- характеристика сырья, используемых материальных и энергетических ресурсов;
- характеристика выбросов в атмосферу;
- характеристика водопотребления и водоотведения;
- характеристика отходов;
- сведения о рекультивации нарушенных земель;
- сведения о транспорте предприятий;
- сведения об эколого–экономической деятельности предприятия.
8.3.2 Характеристика промышленных выбросов
На производственных предприятиях и участках существуют разнообразные источники загрязнения воздушного бассейна: выбросы систем общеобменной и местной вентиляции, газообразные выбросы от технологического оборудования, выбросы автотранспорта, неприятно пахнущие вещества и т.д. Объем
выброса и его состав зависят от источника образования (цех, отделение, линия,
эксплуатируемое оборудование) и способа перемещения выброса (организованный или неорганизованный выброс, тип вентиляции).
В зависимости от агрегатного состояния выбросы в атмосферу классифицируют на следующие классы:
- I класс – газообразные и парообразные выбросы;
- II класс – жидкие выбросы;
- III класс – твердые выбросы;
- IV – смешанные выбросы.
В зависимости от состава и степени вредности выбросов все производства
и оборудование делятся на следующие группы:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
209
1–я группа – производства и оборудование, выбрасывающие вентиляционный воздух с содержанием вредных веществ, не превышающим гигиенических
норм (условно–чистые выбросы);
2–я группа – имеющие дурнопахнущие (или неприятнопахнущие) выбросы
в атмосферу;
3–я группа – имеющие значительные выбросы в атмосферу вентиляционного воздуха или газов, содержащих нетоксичные или инертные вещества;
4–я группа – имеющие выбросы в атмосферу вентиляционного воздуха или
газов, содержащих канцерогенные, токсичные или ядовитые вещества.
Все перечисленные выбросы перерабатывающих предприятий подразделяют на организованные и неорганизованные.
Организованными выбросами называются выбросы, отводимые от мест их
образования системой воздуховодов (аспирационные системы, дымовые трубы,
шахты, общеобменные вентиляционные системы, местные вытяжные системы
от технологического оборудования и т. п.).
Неорганизованные выбросы – это выбросы газов, паров или пыли, образующиеся в результате неплотностей в аппаратах, трубопроводах, коммуникациях, через оконные и дверные проемы, особенно при открытых процессах загрузки и выгрузки продукции, при плохо организованном транспортировании и
складировании пылящих и выделяющих газы материалов, химикатов, отходов
производства. Особенно опасны аварийные (залповые) выбросы жидких или газообразных веществ, причиной которых является неисправное оборудование.
Для предотвращения выделения пыли через неплотности оборудования и
машин в рабочее помещение их оснащают системами всасывающей вентиляции
– аспирационными установками.
После очистки в пылеуловителях воздух из аспирационных установок выбрасывается в атмосферу. Несмотря на высокую эффективность пылеулавливающего оборудования, применяемого на предприятиях (в среднем 90...95 %),
суммарные выбросы пыли в атмосферу достаточно велики и достигают для
крупных организаций 40...60 т в год.
Эти цифры во многом зависят от таких факторов, как объем производства
предприятия, степень оснащенности его высокоэффективными пылеуловителями, качество наладки аспирационных установок и др.
Степень загрязнения атмосферного воздуха принято определять путем
сравнения его фактического загрязнения с критерием чистоты воздуха – предельно допустимой концентрацией (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
По сравнению с ПДК для воздуха рабочей зоны ПДК для атмосферного
воздуха «жестче» в несколько раз, например для атмосферного воздуха
ПДКм.р.=0,5 мг/м3 и ПДКс.с.=0,15 мг/м3.
Такое различие в предельно допустимых концентрациях объяснимо, так
как атмосферным воздухом приходится дышать проживающим около предприятий людям постоянно, а не только в течение рабочего дня.
В промышленной экологии используют два вида ПДК: максимальную разовую (ПДКм.р.) и среднюю суточную (ПДКс.с.).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
210
Отличаются они друг от друга значением и временем осреднения пробы
воздуха. Максимальная разовая ПДК характеризуется концентрацией загрязняющего вещества в воздухе, которая получена при отборе пробы воздуха в течение не более 20 мин. В случае со средней суточной ПДК для определения степени загрязнения воздуха принимают среднее арифметическое значение максимальных разовых концентраций, измеренных в течение суток. Максимальная
разовая ПДК по величине всегда больше средней суточной ПДК. Например, для
диоксида азота – продукта сгорания топлива – ПДКм.р.= 0,085 мг/м3, а
ПДКс.с.=0,04 мг/м3.
Процесс разработки ПДК сложный, длительный и дорогостоящий, поэтому
для некоторых веществ на период разработки ПДК принимают временное значение критерия чистоты воздуха – ОБУВ (ориентировочный безопасный уровень воздействия).
Предельно допустимый выброс (ПДВ) является санитарно–техническим
нормативом. Его устанавливают из следующего условия: содержание загрязняющих веществ в приземном слое воздуха из источника или их совокупности не
должно превышать нормативов качества воздуха для населенных мест.
Сущность введения ПДВ состоит в ограничении выбросов и обусловлена
тем, что при существующих методах сокращения отходов производства практически невозможно избежать выделения в атмосферу вредных веществ. Вместе с тем необходимо уменьшать выбросы до уровней, обеспечивающих соблюдение ПДК. Для выявления связи между ПДВ и ПДК исследуют закономерности распространения примесей, обусловленные их рассеянием в атмосфере.
Основная цель разработки нормативов ПДВ – определение степени загрязнения атмосферного воздуха на окружающей предприятие территории.
Итогом разработки нормативов ПДВ является технически обоснованное
количество каждого вида загрязняющего вещества, выброс которого в атмосферу не будет представлять опасность для населения, флоры и фауны, находящихся на прилегающей к предприятию территории. Если в настоящий момент
предприятие выбрасывает в атмосферу загрязняющего вещества больше установленного норматива, то для уменьшения выброса разрабатываются реально
выполнимые мероприятия. Нормативы ПДВ, мероприятия по сокращению выбросов и график выполнения этих мероприятий согласуют и утверждают в региональных природоохранных организациях и органах Госсанэпиднадзора.
Ежегодно предприятие отчитывается о проведенных мероприятиях и получает в региональной природоохранной организации разрешение на выброс в
атмосферу определенного количества загрязняющих веществ.
В качестве механизма экономического воздействия на предприятие используются ежегодные платежи за загрязнение атмосферного воздуха, причем
схема расчета размера платежей стимулирует предприятие к быстрейшему проведению мероприятий по сокращению своих выбросов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
211
8.3.3 Характеристика производственных сточных вод
Предельно допустимый сброс вещества в водный объект (ПДС) – максимальное количество вредного вещества в сточных водах, которые допускается
отводить в установленном режиме в данном пункте водного объекта в единицу
времени для обеспечения установленных норм качества воды в контрольном
пункте. Нормы ПДС устанавливают с учетом ПДК веществ, загрязняющих водную среду в местах пользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения количества сбрасываемых веществ между водопользователями.
ПДС определяют для всех категорий водоиспользования по следующей
формуле
ПДС=mстс,
(8.1)
где mст – максимальный часовой расход сточных вод, м3/ч;
с – концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, г/м3.
В соответствии с санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнений для сбросов сточных вод в черте города или населенного пункта концентрация загрязняющих веществ в них должна быть не больше
предельно допустимой нормы.
Сточные воды производственных предприятий (участков) представляют
собой многокомпонентную систему загрязняющих веществ, которые могут
находиться в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии.
Сточные воды условно делят на хозяйственно–бытовые, производственные
и ливневые (дождевые). Они отличаются друг от друга происхождением, составом и количеством присутствующих в них загрязняющих веществ.
Хозяйственно–бытовые сточные воды образуются в результате практической деятельности по обслуживанию работников предприятий (столовая, кухня,
прачечная и др.). Эти сточные воды характеризуются присутствием загрязнителей минерального и органического происхождения, содержанием СПАВ (синтетических поверхностно-активных веществ), входящих в состав моющих
средств. Минеральные соединения представлены солями аммония, фосфатами,
хлоридами, гидрокарбонатами и другими соединениями. Органические вещества хозяйственно–бытовых сточных вод состоят в основном из жиров, углеводов, белков и продуктов их гидролиза.
Производственные стопные воды образуются, во–первых, при сбросе в канализационный коллектор незагрязненных вод из охлаждающего контура некоторых видов оборудования и машин. Доля таких сточных вод невелика. Во–
вторых, производственные сточные воды образуются в результате проведения
технологических процессов предприятия.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
212
8.3.4 Пути сокращения загрязненности сточных вод
Мероприятия по сокращению загрязненности и уменьшению количества
сточных вод, отводимых с предприятия, можно подразделить на две основные
группы: технические и технологические.
Технические мероприятия предусматривают очистку сточных вод перед
сбросом их в водоем, а также применение систем оборотного и повторного водоснабжения перерабатывающих предприятий. К важным техническим мероприятиям по сокращению объема сбрасываемых в водоемы сточных вод предприятиями относятся оборотное и повторное использование воды для технологических и вспомогательных бытовых нужд.
При создании замкнутых циклов водоснабжения необходимо учитывать
возможные отрицательные последствия: усиление коррозии оборудования, минеральные и органические отложения на поверхности теплообменных аппаратов и трубопроводов, а также возможные биологические образования на поверхности градирен.
К технологическим можно отнести мероприятия по сокращению расхода
свежей воды на технологические нужды, организацию бессточных производств.
Методы очистки сточных вод подразделяют на механические, химикомеханические и биологические. При механической очистке из сточных вод удаляют тем или иным способом нерастворимые вещества. Для механической
очистки вод применяют решетки, песколовки, жироловки и отстойники.
Решетки устанавливают в поперечном сечении канала, подводящего сточную воду к песколовке.
Песколовки применяют для осаждения в них твердых частиц минерального происхождения (песок, шлак, стекло и т. п.), они бывают горизонтальные,
вертикальные и щелевые.
Жироловки предназначены для отделения жировых примесей от сточных
вод.
Отстойники предназначены для улавливания органической взвеси из сточных вод. Они бывают вертикальные и горизонтальные.
При химико–механической очистке к сточным водам добавляют коагулянты, которые способствуют выпадению в осадок мелких взвесей в отстойниках.
Биологическая очистка является второй и окончательной ступенью очистки сточных вод. При биологической очистке органические вещества сточных
вод окисляются микроорганизмами. В результате органические вещества переходят в минеральные. Это происходит на полях орошения, полях фильтрации и
в биологических прудах.
Для удаления из воды растворенных органических веществ наиболее часто
применяют биохимическое окисление в природных или искусственно созданных условиях. В первом случае для этого используют почвы, проточные и замкнутые водоемы, во втором – специально построенные для очистки сооружения (биофильтры, аэротенки и другие окислители различных модификаций).
Эти сооружения аналогичны сооружениям, применяемым для очистки бытовых
сточных вод; специфичны лишь исходные расчетные данные (нагрузки по воде
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
213
и количеству загрязняющих веществ на единицу объема сооружения), которые
определяются особенностями состава производственных стоков.
К наиболее прогрессивным методам очистки производственных сточных
вод можно отнести обработку их в напорных гидроциклонах и на флотационных установках.
На перерабатывающих предприятиях водоотведение часто осуществляется
неравномерно вследствие залпового выпуска отработавшей воды из различных
резервуаров, поэтому при проектировании необходимо учитывать коэффициент
неравномерности водоотведения.
Расчетный расход производственных сточных вод, м3/ч,
QСТ.В..=qМКСТ,
(8.2)
где q – норма производственного водоотведения, м3/ч;
М – производительность предприятия, т/ч;
КСТ – коэффициент часовой неравномерности притока сточных вод.
Ливневые сточные воды образуются летом во время дождей и весной в период таяния снега. Объем ливневых стоков определяют расчетом, он зависит от
площади асфальтированной (бетонированной) части территории предприятия, а
также суммарной площади крыш зданий, расположенных на территории предприятия.
Оценку воздействий сточных вод на загрязнение окружающей среды определяют также по нормативному принципу. Фактическую концентрацию загрязняющих веществ в воде сравнивают с предельно допустимой концентрацией
этого вещества в воде и затем делают вывод о степени опасности водных стоков данного предприятия. Экологический документ предприятия, в котором
проводится такая оценка, называется проектом нормативов ПДС. Этот документ разрабатывают на основе фактических или расчетных концентраций сточных вод с учетом климатических параметров региона, гидрологической характеристики и вида водоема, в который сбрасывают сточные воды.
Ливневые стоки предприятия сбрасываются через отдельный коллектор
непосредственно в водоем либо на местность, откуда сточные воды частично
стекают по канавам и оврагам в ближайший водоем, а в основном, фильтруясь
через почву, уходят в подземный водоносный слой.
Сброс ливневых стоков в систему городской канализации, как правило, не
допускается, так как в периоды большого выпадения осадков или активного таяния снега эти стоки могут затопить канализационный коллектор и нарушить
его работу.
В качестве мероприятий по очистке ливневых сточных вод обычно рекомендуется строительство очистных сооружений с механическим принципом
очистки сточных вод (отстойники, фильтры, нефтеловушки). Многие крупные и
средние перерабатывающие предприятия имеют очистные сооружения ливневых сточных вод. Стоимость их эксплуатации при этом достаточно высока.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
214
Уменьшить концентрации ливневых сточных вод можно более простыми и
дешевыми организационными мероприятиями. Анализ ливневых стоков перерабатывающих предприятий показал, что в них, как правило, содержится три–
четыре основных вещества: нефтепродукты, взвешенные вещества, железо общее и азот аммонийный.
Нефтепродукты попадают в дождевые стоки в результате небрежного хранения технических масел и плохого состояния автотранспортной техники предприятия.
Присутствие железа в дождевых стоках говорит о неправильном хранении
металлолома на предприятии.
8.3.5 Уровень энергетического воздействия оборудования на
обслуживающий персонал
К нормативным показателям экологичности технических систем относятся
также предельно допустимые энергетические воздействия (ПДЭВ) шума, вибрации, обеспечивающие предельно допустимые уровни (ПДУ) в зонах, примыкающих к предприятиям и, в частности, в жилой застройке. Нормативные
ПДЭВ служат основой для проведения экологической экспертизы источника.
Реализация нормативных показателей источника достигается путем его совершенствования на этапах проектирования, постановки на производство и эксплуатации.
Большинство предприятий обладает парком технологических машин,
транспортирующих механизмов и вентиляционного оборудования, которые при
работе создают широкополосный механический и аэродинамический шум.
Шум – это сложный набор звуков различной интенсивности и частоты.
Графическое изображение частотного состава называют спектром. Это одна из
важнейших характеристик шума. В практике проведения акустических расчетов и измерения шумов принято представлять спектры в виде полос определенной ширины, называемых октавами. В качестве средней частоты полосы принято ее среднегеометрическое значение.
Согласно СН 2.2.4/2.1.8.562–96, СНиП–П–12–77 «Защита от шума» акустические измерения и расчеты постоянного шума проводят в девяти октавных
полосах: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц.
Шум, создаваемый в первых трех октавных полосах (31,5; 63 и 125 Гц),
принято называть низкочастотным, в октавных полосах 250, 500 Гц – среднечастотным, шумы на частотах 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц – высокочастотными.
Активными источниками шума, создаваемого предприятиями на прилегающих к ним территориях, являются вентиляторы и компрессоры. Шум, создаваемый этими машинами, называют аэродинамическим. Он возникает при обтекании воздушным потоком лопаток вентиляционного колеса и корпуса вентилятора. Шум вентиляторов широкополосный и непрерывный.
Физические причины вентиляционного шума хорошо изучены, установлены основные его закономерности. Важным в практическом плане является то,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
215
что с увеличением размера вентиляторного колеса и подачи вентилятора звуковая мощность вентилятора возрастает.
Шум, создаваемый оборудованием в производственных помещениях, как
правило, надежно заглушается стенами и окнами зданий.
Защитить население (персонал) от шума возможно только путем снижения
мощности источников шума при помощи глушителей. У центробежных вентиляторов аспирационных установок глушители шума устанавливают на выходе
из вентилятора, у компрессоров – на всасывающем патрубке.
На предприятиях широко распространены глушители типа ГШ (ГШП и
ГШО). Глушитель ГШП представляет собой цилиндрическую прямую трубу с
большим числом небольших отверстий, покрытую звукопоглощающим материалом. Снаружи глушитель оснащен металлическим кожухом. Глушитель ГШО
отличается от ГШП тем, что звукопоглощающим материалом покрыта сетчатая
труба в виде вентиляционного отвода.
8.3.6 Характеристика промышленных отходов
Все промышленные отходы условно делят на отходы производства и отходы потребления. Отходы, образующиеся в результате деятельности предприятий, также делятся на отходы производства и отходы потребления.
К отходам производства относятся остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и
утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Отходами производства называют также вновь образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения в этом производстве.
Отходы потребления – это изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического и морального износа. К отходам
потребления относятся и твердые бытовые отходы, образующиеся в результате
жизнедеятельности людей.
На предприятиях образуется 15...20 (иногда больше) видов отходов. Среди
них наибольшее количество по массе составляют отходы производства. При
этом число видов отходов существенно зависит от типа перерабатывающего
предприятия.
Для каждого вида производства разработаны отраслевые регламенты, в которых определены количественный и качественный состав отходов производства.
Кроме отходов производства на предприятиях образуются отходы потребления. Среди них такие обязательные при любом промышленном производстве
отходы, как металлолом черных металлов и отработанные нефтепродукты в виде минеральных масел из редукторов и автотранспорта.
В результате эксплуатации автотранспортной техники на предприятиях
накапливаются использованные автошины, аккумуляторные батареи в виде
пластмассовых корпусов со свинцовыми пластинами и серной кислотой, отработанное масло и специальные жидкости.
В ремонтных мастерских к отходам относятся металлическая стружка, абразивная пыль от заточных станков, использованные шлифовальные и заточные
круги, промасленная ветошь, недожоги электродов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
216
В столярной мастерской образуются отходы древесины, стружка, опилки.
Кроме того, на предприятии ежегодно скапливается немало перегоревших
ртутных люминесцентных ламп, классифицированных по первому (самому высокому) классу опасности.
Регулярные ремонтно–строительные работы предполагают образование
строительного мусора, отходов растворителей и лакокрасочных материалов, тары из–под них и т. п.
К отходам потребления относятся также тара, пришедшая в негодность,
полиэтиленовая и картонная упаковки.
На предприятиях регулярно производят замену тканевых рукавов в фильтрах типа ФВ и РЦИ. Пришедшие в негодность тканевые рукава также являются отходами потребления. Если на предприятии имеются очистные сооружения
ливневых стоков, то к отходам предприятия добавляются осадки взвешенных
веществ и уловленные нефтепродукты.
Чем больше на предприятии вспомогательных производств и сооружений,
тем длиннее список его промышленных отходов.
На любом предприятии образуются твердые бытовые отходы (ТБО), состав которых регламентирован. Они состоят в основном из макулатуры, текстиля, органических остатков, боя стеклянной посуды, пластмассы и т.п. Как правило, в договоре между предприятием и организацией, вывозящей ТБО на промышленный полигон (мусорную свалку), оговаривается примерный их состав.
Складирование в контейнеры для ТБО других видов отходов не допускается.
Предельное количество временного накопления отходов, сроки и способы
накопления на промышленной площадке утверждаются соответствующими
государственными природоохранными органами. Для этого каждый производитель обязан разработать специальный экологический документ–проект лимитов размещения отходов (ПЛРО). В этом документе на основе балансовых
схем движения сырья и готовой продукции с использованием утвержденных
отраслевых нормативов определяется возможное количество отходов производства. По нормативам рассчитывают количество отходов потребления. С учетом
возможностей территории предприятия (площадь, оснащенность мест накопления отходов и т.п.) для каждого вида отходов определяют нормативы – лимиты
размещения.
Обязательной частью ПЛРО являются планы мероприятий, направленных
на снижение количества образующихся отходов, поиск потребителей, для которых данные виды отходов являются сырьем, а также строительство и реконструкция мест хранения отходов с целью повышения их надежности и экологической безопасности.
Лимиты размещения отходов устанавливают сроком на один год. По истечении этого срока предприятие документально отчитывается о выполненных
мероприятиях – куда, когда и в каком количестве были размещены отходы,
сколько отходов временно размещено на территории самого предприятия и каковы планы по их утилизации. В том случае, если отчет предприятия удовлетворит территориальную природоохранную организацию, ему на основе заявки
будет выдан лимит размещения отходов на новый срок. В противном случае
предусмотрен широкий спектр мер воздействия на виновных, начиная от экономических (штрафы) и заканчивая уголовной ответственностью.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
217
Глава 9 ТЕХНИКО–ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТА
9.1 Экономическая оценка капитальных вложений при
строительстве и реконструкции предприятий
Для экономического обоснования проекта (реконструкции линии, цеха,
строительства новой технологической линии) необходимо определить следующие экономические показатели после внедрения разработанного проекта:
- экономическую эффективность капитальных вложений;
- рентабельность производства;
- сумму прибыли, получаемую от реализации проекта за год;
- годовой экономический эффект;
- размер капитальных вложений;
- себестоимость производимой продукции;
- эксплуатационные затраты;
- трудоемкость продукции;
- производительность труда;
- сокращение потребности в работниках;
- удельные капитальные вложения;
- удельные приведенные затраты на единицу продукции;
- срок окупаемости капитальных вложений и т.д.
Выполняемые по технико–экономическому обоснованию расчеты должны
сопровождаться необходимыми пояснениями.
Капитальные вложения на предприятии в основном направляют на реконструкцию и техническое перевооружение производства; расширение действующего предприятия; модернизацию выпускаемой продукции и выпуск новой
продукции; расширение действующего предприятия и т.д.
Под эффективностью капитальных вложений понимают получение экономического результата на один рубль капитальных вложений.
Для промышленных новостроек абсолютная экономическая эффективность, руб/руб.,
k
(Ö
Экв.н.=
i 1
i
Ci ) Ai (1 K Hi )
KBÑÒÐ
(9.1)
где Цi – оптовая цена i-й номенклатуры продукции, руб.;
Сi – себестоимость единицы i-й номенклатуры продукции, руб.;
Ai – годовой объем производства i-й номенклатуры продукции, шт. (т);
KHi – суммарная ставка отчислений в бюджет с учетом действующих льгот
по i-й номенклатуре продукции в долях единицы;
КBСТР – капитальные вложения на строительство предприятия (сметная
стоимость строящегося промышленного объекта с учетом стоимости
оснащения техникой и оборотных средств, руб).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
218
Оптовая цена продукции, руб.,
Цi= СПi(1-Rс),
(9.2)
где СП – полная себестоимость единицы продукции, руб.;
Rc – уровень рентабельности, рассчитанный по себестоимости.
Rc=RПРПФСГ/СП,
(9.3)
где RПР – уровень рентабельности предприятия;
ПФСГ – среднегодовая стоимость производственных фондов (основного и
оборотного капитала), руб.;
СП – полная себестоимость годового объема производства и реализации
продукции, руб.
Полная себестоимость реализованной конечной продукции, руб.
СП=СПР+PB,
(9.4)
где СПР – производственная себестоимость продукции, руб.;
РB – внепроизводственные расходы (стоимость тары, отчисления
сбытовым организациям, потери от брака, недостача и порча
материалов и готовой продукции), для учебных целей можно
принять Рв=(0,03...0,05)СПР, руб.
Cпр=Сц+Pоз,
(9.5)
где Сц – цеховая себестоимость продукции, руб.;
Роз – общезаводские расходы (заработная плата работников управления
предприятием, затраты на командировки, содержание охраны,
амортизация основных фондов общезаводского назначения и т.д.),
общезаводские расходы можно принять равными 40...60 % фонда
заработной платы производственных рабочих, руб.
Цеховая себестоимость включает затраты на изготовление продукции в
пределах конкретного цеха, руб.,
Сц=Зсом+Звм+Зипф+Зтр+Зтэн+ЗП+ЗПОП+Зсэо+Зцр,
где Зсом – затраты на сырье и основные материалы, руб.;
Звм – стоимость вспомогательных материалов на технологические
цели, руб.;
Зипф – стоимость покупных изделий и полуфабрикатов, услуг сторонних
организаций, руб.;
Зтр – транспортно–заготовительные расходы, составляют 4...5% общих
затрат, руб.;
(9.6)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
219
Зтэн – стоимость топлива и энергии на технологические цели, руб.;
ЗП – заработная плата с отчислениями, руб.;
ЗПОП – затраты на подготовку и освоение производства новых видов
продукции и новых технологических процессов составляют 0,1...0,2%
(производственной себестоимости, руб.);
Зсэо – затраты на содержание и эксплуатацию оборудования и транспортных
средств, руб.;
Зцр – цеховые расходы, руб.
Затраты на сырье и основные материалы определяют по формуле
Зсом=Σ(ЦсомjКсомj–ЦотхjКотхj),
(9.7)
где Цсомj – цена j–го вида сырья и основного материала (принимается по
действующим ценам), руб/кг (руб/т);
Ксомj – количество j–го вида сырья и основного материала (принимают исходя
из продуктового расчета или по укрупненным нормам производства),
кг (т);
Цотхj – цена отходов от j–го вида сырья и основного материала (принимается
по действующим ценам), руб/кг (руб/т);
Котхj – количество отходов от j–го вида сырья и основного материала
(принимают исходя из продуктового расчета или по укрупненным
нормам производства), кг (т).
Стоимость вспомогательных материалов, руб.,
Звм=ΣЦвмiКвмi,
(9.8)
где Цвмi – цена i–го вида вспомогательного материала (принимают по
действующим ценам), руб/кг, руб/т, руб/шт.;
Квмi – количество i–го вида вспомогательного материала (принимают
исходя из продуктового расчета или по укрупненным нормам
производства), кг (т).
Зипф=ΣЦипфiКипфi+Зу,
(9.9)
где Ципфi – цена i–го вида изделия или полуфабриката, руб/кг. руб/т, руб/шт.;
Кипфi – количество i–го вида изделия или полуфабриката в год
(принимают исходя из продуктового расчета или по укрупненным
нормам производства), кг, т, шт.;
Зу – затраты на оплату услуг сторонних организаций (текущий ремонт,
услуги СЭС, плата за канализацию и др.), руб.
Затраты на энергоносители в расчетный период, руб.,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
220
Зтэн=ЗТ+ЗЭН,
(9.10)
где Зт – затраты на топливно–смазочные материалы, руб.;
ЗЭН – затраты на электроэнергию, руб.
Затраты на топливно–смазочные материалы, руб.,
ЗТ=ЦТgn,
(9.11)
где ЦТ – комплексная цена 1 кг топлива и смазочных материалов, руб.;
g – расход топлива на технологические цели в смену, кг;
n – число рабочих смен в рассчитываемый период [может значительно
изменяться в зависимости от режима работы предприятия (одна, две,
три смены; пяти– или шестидневная рабочая неделя), числа
праздничных дней и дней в году, отведенных для профилактического
и капитального ремонтов].
Затраты на электроэнергию, руб.,
Зэн=ЦэпΣNiti,
(9.12)
где Цэ – цена электроэнергии, руб/кВт-ч;
Ni – потребляемая мощность i–го вида оборудования (определяют из
технических характеристик оборудования), кВт;
ti – время работы i–го вида оборудования в смену (определяют согласно
графику работы оборудования или продолжительности
технологического процесса), ч.
Затраты на выплату заработной платы работникам (с отчислениями) за
расчетный период, руб.,
ЗП=ЗОП+ЗДП+0О+Дст+ОСОЦ,
(9.13)
где Зоп – основная заработная плата за произведенную продукцию, руб.;
Здп – дополнительная заработная плата, которая включает выплаты
стимулирующего или компенсационного характера, руб.;
Оо – оплата отпусков, руб.;
ДСТ – доплата за стаж, руб;
Осоц – отчисления на социальные нужды, руб.
Основная заработная плата, руб.,
ЗОП=ΣЗОПi,
где ЗОПi – основная заработная плата i-го работника в смену, руб.
(9.14)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
221
ЗОПi=Счitсмni,
(9.15)
где Счi – часовая тарифная ставка i–го работника (на предприятии может
быть собственная тарифная сетка, а для бюджетных организаций
ставка определяется согласно приложению 9.1), руб/ч;
tсм – продолжительность смены, ч;
n – число рабочих смен за расчетный период i–го работника [может
значительно изменяться в зависимости от режима работы
предприятия (одна, две, три смены; пяти- или шестидневная рабочая
неделя), числа праздничных дней и дней в году, отведенных для
профилактического и капитального ремонтов].
Дополнительная заработная плата работникам за смену, руб.,
ЗДП=ΣЗДПi,
(9.16)
где ЗДПi – дополнительная заработная плата i-го работника, которая включает
выплаты стимулирующего или компенсационного характера, руб.
ЗДПi=ЗДПРi+ЗПДi,
(9.17)
где ЗДПРi – дополнительная заработная плата i–го работника за
продукцию, руб.;
ЗПДi – дополнительная заработная плата i–го работника за работу в
праздничные дни, руб.
ЗДПРi=ЗОПiky,
(9.18)
где ky – коэффициент увеличения оплаты труда за продукцию (ky=0,25...0,50).
Оплату отпусков (руб.) рассчитывают по формуле
Оо=ΣОоi,
(9.19)
где Ооi – оплата отпуска i–го работника, руб.
При продолжительности отпуска 28 календарных дней оплата отпусков составит 8,41 % суммы основной и дополнительной заработной платы i–го работника:
Ооi=(Зопi+Здпi)0,0841.
(9.20)
Дст=ΣДстi,
(9.21)
Доплата за стаж, руб.,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
222
где Дстi – доплата за стаж i–го работника, руб.
Дстi=(Зопi+Здпi+Ooi)kстi,
(9.22)
где kстi – коэффициент, учитывающий надбавку за стаж i–го работника
(kстi=0,08...0,16).
Отчисления на социальные нужды определяют по формуле
Осоц=
( ÇÎÏ ÇÄÏ Î
Î
Ä ÑÒ ) Í
ñîö
100
,
(9.23)
где Нсоц – норма отчислений на социальные нужды, %.
Нсоц=Нед+НСТ,
(9.24)
где Нед – единый социальный налог (Нед=26%),
НСТ – норма отчислений на страхование работников от несчастных
случаев на производстве (Нст=0,2...6% в зависимости от отрасли
производства).
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования и транспортных
средств
Зсэо=Ао+Зрен,
(9.25)
где Ао – амортизация технологического оборудования и внутрицеховых
транспортных средств, руб.;
Зрен – расходы на содержание, эксплуатацию, техническое обслуживание и
ремонт оборудования, руб.
Ао=Боа/100,
(9.26)
где Б0 – балансовая стоимость оборудования, руб.;
а – норма амортизационных отчислений, % .
Зрен=Бор/100
(9.27)
где р – норма отчислений на эксплуатацию и технический ремонт
оборудования (р=8...10%).
Балансовая стоимость оборудования (руб.) складывается из цены заводаизготовителя, снабженческо–сбытовой наценки торговых посредников (включая транспортные расходы на доставку оборудования от завода–изготовителя
до базы посредника), затрат предприятия на доставку от посредника, досборку
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
223
и регулировку, а для стационарного оборудования – затрат на строительно-монтажные и пусконаладочные работы
Бо=Ц(1+Ннац100)+ЗДО+Зсмр,
(9.28)
где Ц – цена оборудования завода–изготовителя, руб.;
Ннац – снабженческо–сбытовая наценка, %;
Здо – затраты предприятия на доставку оборудования, руб.;
Зсмр – затраты предприятия на строительно-монтажные и пусконаладочные
работы, руб.
Общая сумма расходов на содержание и эксплуатацию оборудования распределяется по видам продукции пропорционально основной заработной плате
производственных рабочих.
Цеховые расходы (руб.) определяют по формуле
ЗЦР=ЗЦП+АЗД+ЗСЗД+ЗРЗД+ЗОТ+ЗИЗ+ЗПЦ
(9.29)
где Зцп – затраты на содержание цехового персонала, включают заработную
плату с начислениями начальника цеха, старших и сменных
мастеров, учетчиков и т.д., руб.;
АЗД – амортизация зданий и сооружений цехов (отделений) основного
производства, руб.;
Зсзд – затраты на содержание зданий и сооружений, руб.;
Зрзд – затраты на текущий ремонт зданий и сооружений (принимают
равными 3...5 % балансовой стоимости зданий, руб.);
ЗОТ – затраты на охрану труда (стоимость спецодежды, спецобуви,
стоимость диетического питания, расходы на устройство и содержание
ограждений машин), принимают равными 4,8...5,8 % фонда заработной
платы работающих, руб.;
3ИЗ – затраты вследствие износа малоценного и быстроизнашивающегося
хозяйственного инвентаря цехов (принимают равными 2...3 %
балансовой стоимости оборудования, руб.);
Зпц – прочие цеховые расходы (принимают равными 1...3 % фонда
заработной платы производственных рабочих, руб.).
Амортизацию (руб.) зданий и сооружений производственного назначения
определяют по формуле
АЗД=БЗДаЗД/100,
где БЗД – балансовая стоимость производственных площадей, руб.;
аЗД – норма амортизационных отчислений, %.
(9.30)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
224
Балансовая стоимость производственных площадей, занимаемых оборудованием, руб.,
БЗД=ЦППSПП,
(9.31)
где ЦПП – стоимость 1м2 производственной площади, устанавливаемой по
фактическим данным предприятия или по типовому проекту, руб.;
SПП – площадь производственного помещения, м2.
Затраты на содержание зданий и сооружений
Зсзд=Зос+Зот+Зпр,
(9.32)
где Зос – затраты на освещение; Зос=(0,04…0,05)Зтэн, руб.;
Зот – затраты на отопление, руб.;
Зпр – прочие расходы на содержание зданий и сооружений, руб.
Зот=gvVпЦут,
(9.33)
где gv – удельный расход условного топлива на 1 м3 здания, т/м3;
Vп – внутренний объем производственного помещения, м3;
Цут – цена условного топлива, руб/т.
К прочим расходам на содержание зданий и сооружений относятся стоимость материалов, расходуемых на хозяйственные нужды цехов, зарплата рабочих, занятых содержанием отопительной сети, уборкой помещений и т.д.
Зпр=БздНпр/100,
(9.34)
где Нпр – норма прочих расходов (Нпр=0,05...0,07% балансовой стоимости
производственных площадей, руб.)
Абсолютную экономическую эффективность капитальных вложений в
увеличение производственных мощностей (расширение, реконструкция и техническое перевооружение перерабатывающего предприятия) определяют по
формуле
Экв.пм=ΔПч/КВпм,
(9.35)
где ΔПч – прирост чистой прибыли, полученной в результате реализации
проекта за год, руб.;
КВпм – капитальные вложения, направленные на увеличение действующих
производственных мощностей, руб.
ΔПч=Пчп–Пчб,
(9.36)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
225
где Пчп – чистая прибыль, полученная в результате увеличения
производственной мощности согласно проекту, руб.;
Пчб – чистая прибыль полученная в базовом (предшествующем) году, руб.
Чистая прибыль – это часть прибыли, оставшаяся на счетах предприятия
после уплаты в федеральный, региональный и местный бюджеты всех сборов,
налогов и платежей, руб.
Пч=Пвал(1–Кнi)–Скр,
(9.37)
где Пвал – валовая прибыль, руб.;
Kнi – ставка налоговых отчислений в федеральный, региональный и
местный бюджеты;
Скр – сумма ежегодно выплачиваемого кредита [если предприятие имеет
достаточно устойчивое финансовое положение и реконструкция
(строительство) предприятия (цеха) осуществляется за счет
внутренних резервов, Скр=0], руб.
Если при оценке эффективности капитальных вложений снижается себестоимость продукции, то абсолютную эффективность рассчитывают по формуле
k
(Ñ
Экв.с=
i 1
ái
Ñ Ïi ) ÀÏi
ÊÂñ
.
(9.38)
где Сбi и Спi – себестоимость единицы i–ой номенклатуры выпускаемой
продукции по базовому и проектному вариантам, руб.;
Aпi – проектный годовой объем производства i–ои номенклатуры
продукции после капитальных вложений, шт. (т);
КВС – капитальные вложения, направленные на снижение
себестоимости продукции, руб.
Эффективность капитальных вложений зависит от периода их окупаемости. Как правило, его определяют по двум методикам:
1)
2)
Ток=КВ/((Сб–Сп)Ап);
Ток=КВ/Пчп
(9.39)
(9.40)
Второй метод применяют, когда капитальные вложения финансируются за
счет федерального или местного бюджета, а также за счет собственных средств.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
226
Экономическую эффективность использования капитальных вложений характеризуют следующие показатели:
1) Рост производительности труда на предприятии в результате увеличения
объема реализации продукции, который определяют по формуле
ΔПТ=ΔVр/N,
(9.41)
где ΔVр – прирост объема реализации продукции, руб.;
N – среднесписочная численность работающих, чел.
Если при реализации проекта предполагается сокращение численности рабочих, то прирост производительности труда на предприятии определяют по
формуле
ΔПТ=(ΔN/(N–ΔN))100
(9.42)
где ΔN – число условно высвобожденных на предприятии рабочих после
реализации какого-либо проекта.
Прирост производительности труда можно определить как изменение фондоотдачи и фондовооруженности труда
ΔПТ=(Фоп–Фоб)Фвп+(Фвп–Фвб)Фоп,
(9.43)
где Фоп, Ooб – фондоотдача до и после реализации проекта;
Фвп, Фвб – фондовооруженность до и после реализации проекта.
2) Рост фондоотдачи благодаря реализации проекта на предприятии в относительном выражении можно определить по формуле
ΔФо=(Фоп/Фоб)100.
(9.44)
Прирост фондоотдачи в абсолютном выражении можно определить по
формуле
ΔФо=ΔV/Ф,
(9.45)
где ΔV – прирост объема реализации за счет внедрения проекта;
Ф – стоимость основных производственных фондов после реализации
проекта.
3) Изменение рентабельности путем реализации проекта:
а) изменение рентабельности продаж
ΔRпр=(ΔП/Vр)100,
где ΔП – изменение прибыли;
(9.46)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
227
б) изменение общей рентабельности
ΔRпр=(ΔПб/Vр)100,
(9.47)
где ΔПб – изменение величины балансовой прибыли после реализации
проекта.
Дополнительную прибыль (руб.), получаемую в результате внедрения разработанного проекта, рассчитывают по формуле
ΔП=(ВпСпп)–(Вб–Спб)=Пп–Пб,
(9.48)
где Вп, Вб – выручка от реализованной конечной продукции в проектируемом
и базовом вариантах, руб.;
Спп, Спб – полная себестоимость реализованной конечной продукции в
проектируемом и базовом вариантах, руб.;
Пп, Пб – прибыль в проектируемом и базовом вариантах, руб.
В случаях когда размер прибыли трудно определить, находят экономию
денежных средств в результате снижения себестоимости продукции в проектном варианте
Эг=Спб–Спп,
(9.49)
где Эг – годовая экономия от снижения себестоимости продукции
переработки, руб.
Сравнительную экономическую эффективность в результате снижения
расхода топлива, электроэнергии, затрат труда и других эксплуатационных расходов при неизменном объеме производства продукции определяют по формуле
Эг=Зсэоб–Зсэоп,
(9.50)
где Зсэоб, Зсэоп – затраты на содержание и эксплуатацию оборудования по
обработке материалов в базовом и проектном вариантах, руб.
Снижение эксплуатационных затрат (%) определяют по формуле
Ссэо=((3сэоб–3сэобп)/Зсэоб)100,
(9.51)
Капитальные вложения в строительство или реконструкцию предприятия
определяют исходя из сметной стоимости строительно-монтажных работ, руб.,
КВстр=Зпр+Рн+Псм,
(9.52)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
228
где Зпр – прямые затраты, руб.;
Рн – накладные расходы (расходы, связанные с организацией
строительного производства, и управлением), руб.;
Псм – сметная прибыль, руб.
Зпр=Сср+Смо+Со+Си+Зп,
(9.53)
где Сср – стоимость строительных работ, руб.;
Смо – стоимость работ по монтажу, руб.;
Со и Си – стоимость оборудования и инвентаря, руб.;
Зп – прочие затраты, руб.
Сметную прибыль устанавливают согласно договору предприятия–
заказчика с предприятием–подрядчиком, выполняющим строительство или реконструкцию объекта. В случае строительства объекта собственными силами
предприятия сметную прибыль можно не учитывать.
Для определения сметной стоимости строительства предприятия составляется сметная документация, состоящая из локальных смет, объектных смет,
объектных сметных расчетов, сметных расчетов на отдельные виды затрат,
сводных расчетов стоимости строительства. Сметная документация составляется независимо от метода строительства – подрядным или хозяйственным способом. Валовую рентабельность определяют по формуле
Rвал=Пвал/ПФсг,
(9.54)
где Пвал – валовая прибыль от реализации произведенной продукции, руб.;
ПФсг – среднегодовая стоимость производственных фондов (основной и
оборотный капитал), руб.
m
Пвал= ( Цi–Сi)Qi,
i 1
(9.55)
где Цi – оптовая цена i–и номенклатуры продукции, руб.;
Сi – себестоимость единицы i–и номенклатуры продукции, руб.;
Qi – годовой объем реализации i–й номенклатуры продукции, т (шт).
Выручку определяют по каждому виду выпускаемой продукции исходя из
объемов, качества и цены реализации
m
Вп=
Ц Q .
i 1
i
i
Чистую рентабельность производства определяют по формуле
(9.56)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
229
Rч=Пч/ПФсг,
(9.57)
где Пч – чистая прибыль, руб.
Если объект проектирования сравнивается с базовым образцом, выполняющим те же технологические операции, то сравнительный анализ показателей
можно проводить лишь по тем затратам производства, которые изменяются в
процессе проектирования. К таким затратам могут относиться расходы, связанные с экономией сырья и энергоресурсов, повышением производительности
труда и качества продукции, уменьшением массы технологического оборудования и занимаемой им площади.
Выработка продукции на одного рабочего (кг) может увеличиваться либо
при сокращении обслуживающего персонала в результате модернизации оборудования, либо благодаря увеличению производительности оборудования
Впр=(Мчtэф)/Nч,
(9.58)
где Мч – часовая производительность, кг/ч;
tэф – время эффективной работы оборудования в течение смены, ч.;
Nч – число рабочих, обслуживающих машину.
Если рабочий обслуживает несколько машин, количество вырабатываемой
им продукции
Впр=Мч/tэфn,
(9.59)
где n – число машин, обслуживаемых одним рабочим.
В некоторых случаях в результате реконструкции линии (цеха) понижается
не только расход электроэнергии, но и потребление холода, воды, пара и т.д.
Тогда в сводной таблице технико–экономических показателей проекта могут
быть отражены и эти показатели.
Экономическую эффективность технологий и комплекта оборудования
определяют по конечному результату, т.е. по прибыли, получаемой от производства и переработки продукции.
Рост производительности труда (%) рассчитывают по формуле
Рпт=((Птп–Птб)/Птб)100,
(9.60)
где Птп – производительность труда в проектируемом варианте (т, руб.);
Пт6 – производительность труда в базовом варианте (т, руб.).
Снижение трудоемкости, %,
Стр=((Трб–Трп)/Трб)100,
(9.61)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
230
где Тр6 – затраты труда при использовании базового (имеющегося)
оборудования, чел.-ч;
Трп – затраты труда при использовании проектируемого (нового)
оборудования, чел.-ч.
Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/т,
Уэ=(МэnТсм)/Пг,
(9.62)
где Мэ – общая установленная мощность электродвигателей, кВт;
n – число смен в году;
Тсм – продолжительность работы в смену, ч;
Пг – производительность в год, т.
Удельные затраты труда, чел.-ч/т,
УТР=N/П,
(9.63)
где N – число обслуживающего персонала;
П – производительность за час сменного времени.
Данные экономического обоснования эффективности разработанного проекта целесообразно оформить в виде таблицы, по которой можно сравнить основные показатели проекта и базового варианта.
9.2 Технико–экономическая оценка проекта
Изготовление оригинального устройства или модернизация имеющегося
оборудования могут производиться как на предприятии заказчика, так и на других предприятиях.
Если работы по изготовлению или модернизации конструкторской разработки выполняются на том же объекте, для которого она предназначена, то затраты на изготовление (модернизацию) оборудования (руб.) рассчитывают по
следующей формуле
Зф=Зд+Зпд+3п+Звм+3ц,
(9.64)
где Зд – затраты на изготовление деталей, руб.;
Зпд – цена покупных деталей, узлов или агрегатов, руб.;
Зп – затраты на оплату труда производственных рабочих, занятых на
изготовлении и сборке конструкции (методика определения
заработной платы приведена выше, но вместо продолжительности
смены необходимо учитывать время, необходимое на изготовление
детали или выполнение работы), руб.;
Звм – затраты на вспомогательные материалы (2...4 % затрат на основные
материалы), руб.;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
231
Зц – общепроизводственные (цеховые) накладные расходы на
изготовление (модернизацию) конструкции, руб.
ЗД= ( Смдi+Зпдi),
(9.65)
i 1
где Cмдi – стоимость материала, израсходованного на изготовление i-й
детали, руб.;
Зпдi – заработная плата (с отчислениями) производственных рабочих,
занятых на изготовлении i–и детали, руб.
Смдi=ЦздiМздi–ЦодiМодi,
(9.66)
где Цздi – цена 1 кг металла заготовки i–и детали, руб.;
Цодi – цена 1 кг металла отходов после изготовления i–й детали (цены
принимают действующие на рынке в период разработки
проекта), руб.;
Мздi – масса заготовки i–й детали (принимают исходя из технологического
процесса изготовления детали и конструктивных параметров
заготовки), кг;
Модi – масса отходов при изготовлении i–и детали (принимают исходя из
технологического процесса изготовления и конструктивных
параметров детали), кг.
Масса материала заготовки, кг,
Мзд=АМдn,
(9.67)
где А и n – постоянные, зависящие от вида материала детали, способов и
методов ее изготовления, наличия механической обработки и т.д.
(приложения 9.2 и 9.3);
Мд – чистая масса детали, кг.
Стоимость покупных деталей изделий, агрегатов Зпд принимают по рыночным ценам (руб.), действующим на момент расчета.
Общепроизводственные (цеховые) накладные расходы на изготовление
(модернизацию) конструкции, руб.,
Зц=(ЗпRоб)/100,
(9.68)
где Зп – основная заработная плата производственных рабочих, участвующих
в изготовлении (модернизации) конструкции (включая сборку), руб.;
Rоб – общественные расходы (могут составить 142 %).
Если изготовление (модернизацию) выполняют на том же предприятии, но
в другом цехе, то в затраты включают и общехозяйственные расходы, т. е.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
232
Зобр.кр=Зкр+Зox;
(9.69)
Зox =(RохЗп)/100
(9.70)
где Rох – общехозяйственные расходы, % (Rох=20%).
При модернизации оборудования его стоимость (руб.) определяют по формуле
Смо=Обо–ССд+Сд+Змн+Зоп,
(9.71)
где C6o – стоимость исходного (базового) оборудования, руб.;
Ссд – стоимость снимаемых агрегатов, которые можно использовать на
запасные части или продать, руб.;
Сд – стоимость агрегатов, дополнительно устанавливаемых на
оборудование, руб.;
Змн – затраты на монтажные работы по снятию и установке узлов и
агрегатов, а также на наладку оборудования и его обкатку
(составляют 10...15 % стоимости дополнительно устанавливаемых
агрегатов), руб.;
Зоп – общепроизводственные накладные расходы, связанные с
модернизацией оборудования, руб.
Если какой–то узел или агрегат не может быть выполнен в мастерской
предприятия, его заказывают на специализированном предприятии. В данном
случае затраты на их изготовление (руб.) можно определить так
Зизг=(ЗпрКпМп)/Ма,
(9.72)
где Зпр – стоимость узла (агрегата), выпускаемого промышленностью, по
назначению, сложности и точности изготовления, другим
показателям близкого к требуемому образцу, руб.;
Кп – коэффициент, учитывающий увеличение стоимости изготовления
оригинальных разработок или малых (опытных) партий по
сравнению с серийным производством. В зависимости от точности
и сложности конструкции, величина коэффициента может
составлять 1,5...6,0;
Мп, Ма – масса образцов, соответственно проектируемого узла (агрегата) и
его аналога, выпускаемого промышленностью, кг.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
233
Глава 10 СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ И
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТРООВАНИЯ
10.1 Стандартизация как средство управления качеством
изделий машиностроения
Согласно определению Международной организации по стандартизации
(ИСО) под термином стандартизация понимается деятельность, направленная
на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач.
Основой и конкретным результатом стандартизации является нормативный
документ (НД). НД устанавливает правила, общие принципы или характеристики, касающиеся различных видов деятельности или их результатов (ГОСТ Р
1.0). Применение НД является способом упорядочения в определенной области.
Отсюда НД – средство стандартизации, с помощью которого обеспечивается
повышение качества и технического уровня объектов стандартизации (технических средств, процессов, услуг), а также и разработка самих стандартов и иных
нормативных документов, регламентирующих соответствующие положения в
определенных видах деятельности.
Термин «нормативный документ» является всеобъемлющим, охватывающим не только такое понятие, как стандарт, но и все остальные документы по
стандартизации – правила, рекомендации, регламенты, общероссийские классификаторы.
Стандарт (от англ. standard – норма, образец) – в широком смысле слова
– образец, эталон, модель, принимаемые за исходные для сопоставления с ними
др. подобных объектов. Стандарт как нормативно–технический документ устанавливает комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации. Стандарт может быть разработан как на материальные предметы (продукцию, эталоны, образцы веществ), так и на нормы, правила, требования в различных областях. В переносном смысле – шаблон, трафарет, не содержащий ничего оригинального.
Стандарт согласно ГОСТ Р 1.0 – НД по стандартизации, разработанный,
как правило, на основе согласия, характеризующегося отсутствием возражений
по существенным вопросам у большинства заинтересованных сторон, принятый (утвержденный) признанным органом (предприятием). Стандарты основываются на обобщенных результатах науки, техники и практического опыта и
направлены на достижение оптимальной пользы для общества.
В зависимости от объекта стандартизации и уровня принятия (утверждения) различают стандарты разного статуса или категорий.
Международный стандарт принимается какой–либо международной организацией по стандартизации. Такими являются неправительственные организации ИСО (ISO) и МЭК (IEC). Статус стандартов этих организаций – рекомендательный, добровольный.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
234
Региональный международный стандарт принимается международной
межправительственной, региональной организацией по стандартизации. Такими стандартами в Европе являются стандарты CEN (Европейского комитета по
стандартам). Статус таких стандартов для стран, входящих в региональные
объединения (например, ЕС), – обязательный.
Межгосударственный стандарт (ГОСТ) принимается государствами,
присоединившимися к соглашению о проведении согласованной политики в
области стандартизации, метрологии и сертификации и применяется ими непосредственно.
Государственный стандарт Российской Федерации (ГОСТ Р) – национальный стандарт, утвержденный уполномоченным на то государственным
(федеральным) органом и действие которого распространяется на всю территорию Российской Федерации.
Отраслевой стандарт (ОСТ) утверждается соответствующим министерством (ведомством), действие которого распространяется на данную отрасль
промышленности.
Стандарт научно–технических, инженерных обществ и других общественных организаций (СТО) принимается соответствующим обществом или
общественной организацией.
Стандарт предприятия (СТП) утверждается предприятием и применяется
только на данном субъекте хозяйственной деятельности.
Технические условия (ТУ) – НД на конкретную продукцию (услугу), утвержденный предприятием-разработчиком, как правило, по согласованию с заказчиком (потребителем). В соответствии с Законом РФ «О стандартизации» ТУ
относятся к техническим, а не НД. Вместе с этим ТУ рассматриваются как НД,
если на них есть ссылка в контрактах или договорах на поставку продукции. ТУ
разрабатываются в соответствии с ГОСТ 2.114–95 «Единая система конструкторской документации. Технические условия».
Решение задач проектирования машин и механизмов осуществляется с
учетом стандартов, которые регламентируют:
- использование нормированных конструктивных элементов;
- требования к точности изготовления элементов;
- требования к КД и порядку проектирования;
- общие требования на параметры и характеристики для систем машиностроения;
- требования по безопасности систем машиностроения в части эксплуатации, гигиены и экологии.
Порядок проектирования и постановки на производство машин и оборудования в систематизированном виде представлен в отраслевых стандартах. Указанный НД содержит перечень ссылок на стандарты, которые должны использоваться для решения задачи проектирования, а также устанавливает общие положения разработки систем, определяет порядок:
- разработки технического задания;
- разработки, согласования и утверждения проектной и рабочей документации;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
235
- изготовления и проведения производственных испытаний опытных образцов (опытной партии) оборудования;
- приемки опытных образцов (опытной партии) оборудования;
- подготовки и освоения производства.
Основными целями стандартизации являются:
- защита интересов потребителей и государства в вопросах номенклатуры и
качества продукции (техники), услуг и процессов, обеспечивающих их безопасность для жизни, здоровья и имущества человека, а также окружающей
среды;
- повышение качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем
развития науки, техники и технологии;
- устранение технических барьеров в производстве и торговле, обеспечение
конкурентоспособности продукции на внутреннем и внешнем рынке;
- экономия всех видов ресурсов.
Реализация указанных целей стандартизации базируется на определенных
исходных положениях – принципах. Принципы стандартизации отражают основные закономерности процесса разработки стандартов, обосновывают ее
необходимость в управлении производством, определяют условия эффективной
реализации и тенденции развития.
Наиболее важными считаются следующие принципы стандартизации:
1) Сбалансированность интересов сторон, разрабатывающих, изготавливающих, предоставляющих и потребляющих продукцию.
2) Системность и комплексность стандартизации. Системность – это
рассмотрение каждого объекта как части более сложной системы.
В общем случае комплексность предполагает совместимость всех элементов сложной системы. Комплексность стандартизации оборудования проявляется в двух аспектах:
а) в нормативном обеспечении всех стадий жизненного цикла оборудования – проектно–конструкторской разработки, производства, эксплуатации и
ремонта;
б) в совокупной стандартизации сырья, материалов, комплектующих и готовых изделий.
3) Динамичность и опережающее развитие стандарта. Динамичность
обеспечивается периодической проверкой стандартов, внесением в них изменений, а также отменой устаревших нормативных документов.
Опережающее развитие стандарта – внесение в него перспективных требований к номенклатуре продукции, показателям качества, методам контроля и
т.д. Учет международных, региональных и прогрессивных национальных стандартов других стран на этапе разработки собственных нормативных документов также способствует их опережающему развитию.
4) Эффективность стандартизации. Применение стандартов должно давать экономический или социальный эффект. Непосредственный экономический эффект позволяет получить НД, ведущие к повышению надежности машин и аппаратов, экономии ресурсов, технической и информационной совместимости создаваемого продукта. Стандарты, направленные на обеспечение
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
236
безопасности жизни и здоровья людей, окружающей среды, обеспечивают социальный эффект.
5) Приоритетность разработки стандартов, способствующих обеспечению безопасности, совместимости и взаимозаменяемости продукции. Данная
цель достигается путем обеспечения соответствия требований стандартов нормам законодательства и реализуется путем регламентации и соблюдения обязательных требований государственных стандартов.
6) Принцип гармонизации предусматривает разработку стандартов, обеспечивающих идентичность документов, относящихся к одному и тому же объекту, но принятых как организациями по стандартизации в нашей стране, так и
международными (региональными). Такие стандарты не создают препятствий в
торговле между отдельными странами и их союзами (страны ЕС и др.).
7) Четкость и однозначность формулировок положений стандарта. Возможность двусмысленного толкования нормы свидетельствует о серьезном дефекте НД.
Для достижения технико–экономических и социальных целей стандартизация выполняет определенные функции. К ним относятся:
1) Функция упорядочения – преодоление неразумного многообразия объектов стандартизации («раздутая» номенклатура продукции, необоснованное
многообразие документов и т.д.). Реализация данной функции на практике приводит к упрощению и ограничению стандартизируемой системы.
2) Охранная (социальная) функция – обеспечение безопасности потребителей продукции, изготовителей и государства, а также объединение усилий общества по защите природы от производственных факторов и продуктов жизнедеятельности людей.
3) Ресурсосберегающая функция обусловлена ограниченностью материальных, энергетических, трудовых и природных ресурсов общества и заключается в установлении в стандартах обоснованных ограничений на их расходование.
4) Коммуникативная функция обеспечивает общение и взаимодействие
людей, в частности специалистов, путем личного обмена или использования
различных систем и каналов (компьютерных, спутниковых и др.) передачи сообщений. Эта функция направлена на преодоление барьеров в мировой торговле и на содействие научно–техническому и экономическому сотрудничеству
между различными странами.
5) Цивилизующая функция направлена на повышение качества продукции и
услуг как составляющей качества жизни. Например, от жесткости требований
государственных стандартов к содержанию вредных веществ в пищевых продуктах непосредственно зависит продолжительность жизни населения страны.
В этом смысле стандарты отражают степень общественного развития страны,
т.е. уровень цивилизации.
6) Информационная функция. Стандартизация обеспечивает материальное
производство и другие сферы жизни общества НД, эталонами мер, образцами –
эталонами продукции, каталогами продукции как носителями ценной технико–
экономической информации. В этом случае ссылка на стандарт в договоре
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
237
(контракте) является одной из наиболее удобных форм информации о качестве
товара как главного условия его выполнения.
7) Функция нормотворчества и правоприменения проявляется в узаконивании требований к объектам стандартизации в форме обязательного стандарта
(или другого НД) и его всеобщем применении в результате придания документу юридической силы. Соблюдение обязательных требований нормативного
документа обеспечивается, как правило, принудительными мерами (санкциями)
экономического, административного или уголовного характера.
Стандартизация базируется на общенаучных и специфических методах.
Наиболее широко в работах по стандартизации применяются следующие методы:
- упорядочения объектов стандартизации;
- параметрической стандартизации;
- унификации продукции;
- агрегатирования.
Упорядочение объектов стандартизации – универсальный метод в области стандартизации продукции, процессов и услуг.
Упорядочение как управление многообразием связано, прежде всего, с его
сокращением. Результатом работ по упорядочению могут быть, например:
- ограничительные перечни комплектующих изделий для готовой продукции;
- альбомы типовых конструкций изделий;
- типовые формы технических, управленческих и прочих документов. Упорядочение, будучи универсальным методом, в свою очередь включает методы
систематизации, селекции, симплификации, типизации и оптимизации.
Систематизация объектов стандартизации заключается в научно обоснованном, последовательном классифицировании и ранжировании совокупности
конкретных объектов.
Селекция объектов стандартизации – деятельность, заключающаяся в отборе таких конкретных объектов, которые признаются целесообразными для
дальнейшего производства и применения в общественном производстве.
В отличие от селекции симплификация служит для выделения объектов,
которые признаются нецелесообразными для дальнейшего производства и применения в общественном производстве. Как правило, процессы селекции и
симплификации осуществляются параллельно. При этом им предшествуют
классификация и ранжирование объектов, а также специальный анализ перспективности и сопоставления объектов с будущими потребностями.
Типизация объектов стандартизации – деятельность по созданию типовых
(образцовых) объектов – конструкций, технологических правил, форм документации. В отличие от селекции отобранные конкретные объекты подвергают каким–либо техническим преобразованиям, направленным на повышение их качества и универсальности.
Оптимизация объектов стандартизации заключается в нахождении главных оптимальных параметров (параметров назначения), а также значений всех
других технико–экономических показателей.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
238
Параметрическая стандартизация. Как и любая другая продукция, машины и механизмы характеризуются количественными характеристиками своих
свойств – параметрами. Наиболее важные из них в данном случае определяют
назначение продукции и условия ее использования. Это такие параметры как:
- размерные (габаритные размеры машины, емкость технологических полостей и т. д.);
- весовые (масса оборудования и его отдельных частей);
- характеризующие производительность машин и механизмов (частота
вращения рабочих органов машины, скорость перемещения отдельных частей и
т.д.);
- энергетические (мощность двигателя).
Набор установленных значений параметров называется параметрическим
рядом. Его разновидностью является размерный ряд.
Процесс стандартизации параметрических рядов (параметрическая стандартизация) заключается в выборе и обосновании целесообразной номенклатуры и численного значения параметров. Решается эта задача с помощью математических методов.
Унификация продукции. Деятельность по рациональному сокращению числа типов деталей, агрегатов одинакового функционального назначения называется унификацией продукции. Она базируется на классификации и ранжировании, селекции и симплификации, типизации и оптимизации элементов готовой
продукции. Основными направлениями унификации являются:
- разработка параметрических и типоразмерных рядов изделий, машин,
оборудования, приборов, узлов и деталей;
- разработка типовых изделий в целях создания унифицированных групп
однородной продукции;
- разработка унифицированных технологических процессов, в том числе
для специализированных производств продукции межотраслевого применения;
- ограничение номенклатуры разрешаемых к применению изделий и материалов целесообразным минимумом.
Результаты работ по унификации оформляются по–разному: это могут
быть альбомы типовых (унифицированных) конструкций деталей, узлов, сборочных единиц; стандарты типов, параметров и размеров, конструкций, марок и
др.
В зависимости от области проведения унификация изделий может быть
межотраслевой (унификация изделий и их элементов одинакового или близкого
назначения, изготовляемых двумя или более отраслями промышленности), отраслевой и заводской (унификация изделий, изготовляемых одной отраслью
промышленности или одним предприятием).
В зависимости от методических принципов осуществления унификация
может быть внутривидовой (семейств однотипных изделий) и межвидовой или
межпроектной (узлов, агрегатов, деталей разнотипных изделий).
Степень унификации характеризуется насыщенностью продукции унифицированными, в том числе стандартизированными, деталями, узлами и сборочными единицами.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
239
Агрегатирование – это метод конструирования машин, приборов и оборудования из отдельных стандартных унифицированных узлов, многократно используемых при создании различных изделий на основе геометрической и
функциональной взаимозаменяемости.
Стандартизация и унификация органически связаны с агрегатированием и
по существу являются его первым, исходным этапом.
10.2 Состав и классификация стандартов ЕСКД
Разработку КД выполняют согласно стандартам ЕСКД.
Единая система конструкторской документации (ЕСКД) – это комплекс
государственных стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила и
положения о порядке разработки, оформления и обращения КД, создаваемой и
применяемой организациями и предприятиями России.
На рисунке 10.1 представлен пример принятой структуры для обозначения
стандартов ЕСКД
Рисунок 10.1 – Структура построения обозначений
государственных стандартов
Основное назначение ЕСКД заключается в установлении единых правил
выполнения, оформления и обращения КД, обеспечивающих:
- возможность взаимообмена КД между организациями без их переоформления;
- стабилизацию комплектности, исключающую дублирование;
- возможность расширения унификации при конструкторской разработке;
- упрощение форм КД и графических изображений;
- сокращение трудоемкости проектно-конструкторских разработок и работ
по изменению КД;
- механизацию и автоматизацию обработки технических документов за
счет применения ЭВМ;
- улучшение условий технической подготовки производства (благодаря
единым правилам учета, хранения и дублирования документации повышается
эффективность работы служб размножения документов).
Комплексу стандартов ЕСКД присвоен цифровой индекс «2» (класс 2). В
пределах этого класса стандарты распределены по десяти классификационным
группам (от 0 до 9). В каждую группу (таблица 10.1) можно внести 99 стандар-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
240
тов, т.е. группы стандартов ЕСКД могут пополняться без нарушения их нумерации.
Таблица 10.1 – Классификационные группы стандартов ЕСКД
Группа
Содержание стандартов
0 Общие положения
1 Основные положения
2 Классификация и обозначения изделий в КД
3 Общие правила выполнения чертежей
Правила выполнения чертежей изделий ма4
шино– и приборостроения
Правила выполнения КД, учет, хранение,
5
дублирование, внесение изменений
Правила выполнения эксплуатационной и
6
ремонтной документации
7 Правила выполнения схем
Правила выполнения документов строитель8
ных и судостроительных
9 Прочие стандарты
Номера стандартов
2.001–93 и последующие
2.101–68 и последующие
2.201–80
2.301–68 и последующие
2.401–68 и последующие
2.501–88 и последующие
2.601–95 и последующие
2.701–84 и последующие
2.801.74 и последующие
Необходимый перечень НД включает 9 стандартов:
1) ГОСТ 2.102–68. ЕСКД. Виды и комплектность КД.
2) ГОСТ 2.105–95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
3) ГОСТ 2.106–68. ЕСКД. Текстовые документы.
4) ГОСТ 2.109–73. ЕСКД. Основные требования к чертежам.
5) ГОСТ 2.114–95. ЕСКД. Технические условия.
6) ГОСТ 2.118–73. ЕСКД. Технические предложения.
7) ГОСТ 2.119–73. ЕСКД. Эскизный проект.
8) ГОСТ 2.120–73. ЕСКД. Технический проект.
9) ГОСТ 2.503–90. ЕСКД. Правила внесения изменений.
10.3 Виды и комплектность конструкторских документов
К конструкторским относят графические и текстовые документы, которые
в отдельности или совокупности определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки и изготовления, контроля,
приемки, эксплуатации и ремонта.
К графическим КД относят:
1) чертеж детали – изображение детали и другие данные, необходимые для
ее изготовления и контроля;
2) сборочный чертеж (СБ) – изображение сборочной единицы и другие
данные, необходимые для ее сборки и контроля;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
241
3) чертеж общего вида (ВО) – изображение изделия с видами, сечениями,
разрезами, а также текстовая часть и надписи, необходимые для понимания
конструктивного устройства изделия, взаимодействия его основных составных
частей и принципа работы, и данные о составе изделия (допускается помещать
техническую характеристику изделия);
4) теоретический чертеж (ТЧ);
5) габаритный чертеж (ГЧ);
6) монтажный чертеж (МЧ), электро– (МЭ);
7) упаковочный чертеж (УЧ) [ТЧ, ГЧ, МЧ, МЭ, УЧ – предназначен для
схематичного (упрощенного) показа изделия с координатами составных частей,
габаритными, установочными и присоединительными размерами];
8) схема.
Схема (от греч. schema – наружный вид, форма) – изображение, на котором
условными графическими обозначениями показаны составные части изделия
или установки и соединения или связи между ними.
В зависимости от видов элементов и связей, входящих в состав изделия
(установки), ГОСТ 2.701–84 устанавливает следующие виды схем и их буквенных кодов:
- кинематические (К);
- гидравлические (Г);
- пневматические (П);
- электрические (Э);
- газовые (X);
- вакуумные (В);
- оптические (Л);
- энергетические (Р);
- деления (Е);
- комбинированные (С).
В зависимости от основного назначения схемы подразделяются на следующие типы и имеют цифровой код:
- структурные 1, определяющие основные функциональные части изделий, их назначение и взаимосвязь;
- функциональные 2, разъясняющие определенные процессы, протекающие
в отдельных функциональных цепях изделия;
- принципиальные (полные) 3, определяющие полный состав элементов и
связей между ними и, как правило, дающие детальное представление о принципах работы изделия;
- соединений (монтажные) 4, показывающие соединения составных частей
изделия и трубопроводы (провода, кабели и т. д.), которыми осуществляются
эти соединения, а также места их присоединения и ввода;
- подключений 5, показывающие внешние подключения изделий;
- общие 6, определяющие составные части комплекса и соединения их
между собой на месте эксплуатации;
- расположений 7, определяющие относительное расположение составных
частей изделий и при необходимости - трубопроводов, проводов или кабелей;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
242
- объединенные 8, объединяющие на одном КД схемы двух или нескольких
типов, выполненных на одно изделие.
К текстовым КД относятся:
1) спецификация. Определяет состав сборочной единицы, комплекса, комплекта, состоит из следующих разделов: документация, комплексы, сборочные
единицы, детали, стандартные изделия, прочие изделия, материалы, комплекты.
Наличие тех или иных разделов определяется составом специфицируемого изделия;
2) ведомость спецификаций (ВС). Содержит перечень всех спецификаций
составных частей изделия с указанием их количества и входимости;
3) ведомость ссылочных документов (ВД). Содержит перечень документов,
на которые имеются ссылки в КД изделия;
4) ведомость покупных изделий (ВП). Содержит перечень покупных изделий;
5) ведомость разрешения применения покупных изделий (ВИ);
6) ведомость держателей подлинников (ДП);
7) ведомость технического предложения (ПТ);
8) ведомость эскизного проекта (ЭП);
9) ведомость технического проекта (ТП);
10) пояснительная записка (ПЗ). Содержит описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия, а также обоснование принятых при его
разработке технических и технико-экономических решений. Состоит из следующих разделов: введение, назначение и область применения изделия, техническая характеристика, описание и обоснование выбранной конструкции, расчеты
по работоспособности и надежности изделия, описание организации работ с
применением изделия, ожидаемые технико–экономические показатели, уровень
нормализационной оценки или уровень унификации (ГОСТ 2.106–84);
11) технические условия (ТУ). Содержат требования (совокупность всех
показателей, норм, правил и положений) к изделию, его изготовлению, контролю, приемке и поставке. ТУ составляются по ГОСТ 2.114–70;
12) программа и методика испытаний (ПМ);
13) эксплуатационные, ремонтные и другие документы (Д);
14) расчеты (РР);
15) инструкция (И);
16) таблица (ТБ).
На каждое изделие разрабатывается основной либо полный комплект КД.
За основные КД принимают:
а) для деталей – чертеж детали;
б) для сборочных единиц, комплектов, комплексов – спецификацию.
В основной комплект КД входят КД, относящиеся ко всему изделию в целом, например СБ, ЭЗ, ТУ, ДЭ (КД составных частей в него не входят).
В полный комплект КД входят комплекты: основной КД изделия, основные КД на все составные части изделия (рисунок 10.2).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
243
Рисунок 10.2 – Полный комплект конструкторских документов комплекса
Основные КД показаны в овалах, документы основного комплекта (только
их часть) – в прямоугольниках, документы в двойных рамках – только для изделий, предназначенных для самостоятельной поставки.
КД в зависимости от способа их выполнения и характера использования
подразделяются следующим образом:
-оригинал – документ, выполненный на любом материале и предназначенный для изготовления по нему подлинника;
-подлинник – документ, оформленный подлинными установленными подписями и выполненный на любом материале, позволяющем многократное воспроизведение с него копий;
-дубликат – копия подлинника, обеспечивающая идентичность его воспроизведения и выполненная на любом материале, позволяющем снять с него
копии;
-копия – документ, выполненный способом, обеспечивающим его идентичность с подлинником (дубликатом), и предназначенный для непосредственного использования в разработке, эксплуатации и ремонте изделия.
10.4 Обозначение изделий
В соответствии с ГОСТ 2.201–80 каждому изделию присваивается индивидуальное условное обозначение. Данным стандартом установлена единая обез-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
244
личенная классификационная система обозначения изделий основного и вспомогательного производства – классификатор ЕСКД.
Структура обозначения изделия и его конструкторского документа в соответствии с ГОСТ 2.201–80 показана на рисунке 10.3.
Рисунок 10.3 – Структура обозначения изделия
и его конструкторского документа
Обозначение включает в себя четырехзначный код организации–
разработчика, шестизначный код классификационной характеристики и трехзначный порядковый регистрационный номер.
Код организации–разработчика (буквенный) назначается по кодификатору
данной организации или присваивается централизованно.
Код классификационной характеристики присваивается изделию и конструкторскому документу по классификатору ЕСКД.
Код классификационной характеристики состоит из шести арабских цифр,
обозначающих: класс (два знака), подкласс, группу, подгруппу и вид (соответственно по одному знаку). Каждому изделию и его составной части в классификаторе ЕСКД соответствует только одна классификационная характеристика.
При классификации изделий используются следующие их признаки: функциональный, назначение, принцип действия, конструктивный, параметрический,
геометрическая форма, наименование. Классификатор ЕСКД включает в себя
100 классов. Каждый класс делится на 10 подклассов, каждый подкласс – на 10
групп, каждая группа – на 10 подгрупп, каждая подгруппа – на 10 видов.
При объединении изделий в классы используется их основной признак –
функциональный. Например, класс 30 включает в себя сборочные единицы общемашиностроительные (для всех отраслей промышленности).
В качестве основания деления класса на подклассы используются следующие признаки изделий: функциональный, принцип действия и наименование.
Например, класс 30 включает в себя десять подклассов:
0 – документы (нормы, правила, требования, методы);
1 – устройства корпусные, опорные, несущие, крепления;
2 – трубопроводы (системы трубопроводов) и их элементы;
3 – устройства, передающие движение;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
245
4 – устройства направляющие, ограничивающие, преобразующие движение;
5 – устройства защитные, закрывающие, облицовочные, уплотнительные,
пояснительные и комплекты;
6 – устройства гидравлические, пневматические, смазочные;
7 – сосуды, кроме сосудов под избыточным давлением;
8, 9 – резервные.
При определении вида изделия используются следующие их признаки:
-конструктивный (кассеты разборные, трубопроводы с фланцевыми элементами разъема и т.д.);
-параметрический (редукторы цилиндрические, одноступенчатые с межосевым расстоянием свыше 63 до 315 мм и т.д.);
-геометрическая форма (фланцы круглые, листы прямоугольные и т.д.);
-наименование (кулачки, плиты, станины и т.д.).
Порядковый номер присваивается изделию по классификационной характеристике от 001 до 999 в пределах кода организации–разработчика или кода,
выделенного централизованно.
Шифр (код) документа вводится в обозначение неосновных КД и не должен содержать более четырех знаков (вместе с номером части документа).
Например, обозначение вала шлицевого, выполненное по классификатору
ЕСКД, имеет вид АБВГ.715423.007 и читается следующим образом:
- АБВГ – код организации–разработчика;
- 715423 – код классификационной характеристики: класс 71 – деталь, образованная телом вращения; подкласс 5 – c L свыше 2D и наружной цилиндрической поверхностью без закрытых уступов; группа 4 – ступенчатая двусторонняя, без наружной резьбы; подгруппа 2–е пазами и (или) шлицами на наружной
поверхности; вид 3 – без отверстий вне оси;
- 007 – порядковый регистрационный номер.
При групповом и базовом исполнениях изделия используются его базовое
обозначение и порядковый номер исполнения. При этом базовое обозначение
является общим для всех исполнений, если они оформлены одним групповым
или базовым документом. Порядковый номер исполнения от 01 до 98 присваивается в дополнение к базовому обозначению и отделяется от него дефисом, т.е.
при первом исполнении изделие имеет обозначение АБВГ.Х...Х, при втором –
АБВГ.Х...Х–1, при третьем – АБВГХ...Х–2ит.д.
Стандартным и прочим покупным изделиям, а также материалам обозначения не присваивают.
Маркировка проектируемого оборудования заключается в присвоении индекса (марки). Как правило, после индекса должен следовать основной параметр машины, а именно производительность в укрупненных единицах.
Комплексу (линии или установке) присваивается индекс (из трех букв) в
том же порядке, что и изделию. Каждому изделию, входящему в комплекс,
присваивается порядковый номер в виде дроби под индексом изделия.
Индекс (марка) проектируемого оборудования составляется из трех букв:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
246
– первая – основная отрасль промышленности, для которой проектируется
оборудование;
– вторая – технологическая сущность (назначение) оборудования;
– третья – разновидность оборудования; для новых разработок может быть
использована первая буква фамилии автора проекта.
10.5 Сертификация оборудования
Если стандартизация является одним из основных средств управления качеством оборудования, то сертификация – это основное средство подтверждения качества продукции.
Под сертификацией соответствия понимается действие третьей стороны,
доказывающее, что обеспечивается необходимая уверенность в том, что идентифицируемая продукция, процесс или услуга должным образом соответствуют
конкретному стандарту или другому нормативному документу.
Первой стороной в процедуре сертификации принято считать изготовителя
(продавца) продукции, второй – потребителя (покупателя).
Основными терминами, используемыми в процессе сертификации, являются следующие.
Система сертификации располагает собственными правилами процедуры
и управления для проведения сертификации соответствия.
Схема сертификации – состав и последовательность действий третьей стороны при проведении работ по сертификации.
Третья сторона – компетентное лицо или орган, признаваемые независимыми от участвующих сторон в рассматриваемом вопросе.
Знак соответствия – зарегистрированный в установленном порядке знак,
который по правилам, установленным в данной системе сертификации, подтверждает соответствие маркированной им продукции установленным требованиям НД.
Аккредитация – официальное признание полномочий (возможностей) третьей стороны осуществлять соответствующий вид контроля или испытаний.
Аттестация производства – официальное подтверждение органом по сертификации или уполномоченным им органом необходимых и достаточных
условий производства данной продукции (исполнения данных услуг), обеспечивающих стабильность требований к ней, заданных в НД и контролируемых
при сертификации.
Делегирование полномочий органам по сертификации и испытательным
лабораториям осуществляется на основе их аккредитации в установленном порядке. При наличии нескольких аккредитованных органов по сертификации
данной продукции заявитель вправе выбрать и провести сертификацию в любом из них.
Система организует сертификацию однородной продукции на основе международных или региональных соглашений, участником которых является Российская Федерация.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
247
Система предусматривает следующее распределение ответственности
между участниками сертификации:
– изготовитель несет ответственность за соответствие продукции требованиям НД, используемых при сертификации, и за правильность применения знака соответствия;
– продавец несет ответственность за наличие сертификата и знака соответствия у реализуемой им продукции, подлежащей обязательной сертификации;
– испытательная лаборатория (центр) несет ответственность за соответствие проведенных ею сертификационных испытаний требованиям НД и объективность их результатов;
– орган по сертификации несет ответственность за правильность выдачи
сертификата соответствия и подтверждение его действия.
Заявитель предоставляет образцы, техническую документацию к ним, состав и содержание которой устанавливаются в порядке, предусмотренном Системой сертификации на конкретную однородную продукцию. Каждая из таких
систем устанавливает распределение ответственности между участниками сертификации.
Сертификат соответствия, выдаваемый органом по сертификации, является срочным документом, т.е. срок его действия устанавливается с учетом срока действия НД на продукцию. Действие сертификата на каждую продукцию
или каждое изделие, имеющее срок службы (годности), должно распространяться на срок, не превышающий срок службы продукции, но не более
чем на три года. Продукция, на которую выдан сертификат, маркируется знаком соответствия. Эту маркировку осуществляет изготовитель (продавец) в соответствии с лицензией. Знак соответствия наносится на изделие и (или) тару,
упаковку, сопроводительную техническую документацию.
С точки зрения обязательности сертификации все виды услуг в машиностроении подлежат обязательной и добровольной сертификации.
В последнее время обязательная сертификация часто называется сертификацией в законодательно регулируемой области, а добровольная – в законодательно нерегулируемой.
Обязательная сертификация распространяется на продукцию и услуги,
связанные с обеспечением безопасности окружающей среды, жизни, здоровья и
имущества. Законодательно закрепленные требования к этим товарам должны
выполняться всеми производителями на внутреннем рынке и импортерами при
ввозе на территорию России. Номенклатура товаров и услуг, подлежащих обязательной сертификации в Российской Федерации, определяется Госстандартом
России в соответствии с Законом РФ «О защите прав потребителей». Работы по
обязательной сертификации осуществляются органами по сертификации и испытательными лабораториями, аккредитованными в установленном порядке в
рамках существующих систем обязательной сертификации.
Добровольной сертификации подлежит продукция, на которую отсутствуют обязательные к выполнению требования по безопасности. В то же время ее
проведение ограничивает доступ на рынок некачественных изделий за счет
проверки таких показателей, как надежность, эстетичность, экономичность и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
248
др. При этом добровольная сертификация не подменяет обязательную и ее результаты не являются основанием для запрета (поставки) продукции. Она в
первую очередь направлена на борьбу за клиента.
В последние годы большое значение приобрела добровольная сертификация систем качества на соответствие требованиям международных стандартов
серии ИСО 9000. В России они приняты как серия ГОСТ Р ИСО 9000: ГОСТ Р
ИСО 9001–96 «Системы качества. Модель обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании»; ГОСТ Р ИСО
9002–96 «Системы качества. Модель обеспечения качества при производстве,
монтаже и обслуживании» и ГОСТ Р ИСО 9003–96 «Системы качества. Модель
обеспечения качества при контроле и испытаниях готовой продукции».
В декабре 1995 г. В Государственном реестре Российской Федерации была
зарегистрирована система сертификации качества и производств, получившая
краткое название «Регистр систем качества».
Регистр представляет собой систему сертификации, построенную в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации, правилами по сертификации, государственными стандартами, а также международными и европейскими правилами и процедурами. В рамках данной системы осуществляются:
-сертификация систем качества;
-сертификация производств;
-инспекционный контроль за сертифицированными системами качества и
производствами;
-международное сотрудничество в области сертификации систем качества
в интересах взаимного признания ее результатов.
Для организационно–практической деятельности по сертификации систем
качества Госстандарт России принял и ввел в действие ГОСТ Р 40.001–95
«Правила по проведению сертификации систем качества в Российской Федерации». Соблюдение этих Правил является обязательным условием регистрации в
Государственном реестре Госстандарта России систем сертификации и знаков
соответствия. Все предусмотренные Правилами процедуры и требования к сертификации систем качества направлены на то, что сертифицированные системы
обеспечивают выпуск продукции или оказание услуги на уровне, установленном стандартами или контрактом.
Госстандарт утвердил блок из четырех государственных стандартов,
ставших нормативно–методической основой регистра систем качества:
-ГОСТ Р 40.002–96 «Система сертификации ГОСТ Р. Регистр систем качества. Основные положения»;
-ГОСТ Р 40.003–96 «Система сертификации ГОСТ Р. Регистр систем качества. Порядок проведения сертификации систем качества»;
-ГОСТ 40.004–96 «Система сертификации ГОСТ Р. Регистр систем качества. Порядок проведения сертификации производств»;
-ГОСТ 40.005–96 «Система сертификации ГОСТ Р. Регистр систем качества. Инспекционный контроль за сертифицированными системами качества и
производствами».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
249
ГОСТ Р 40.002–96 применяется при проведении работ по добровольной и
обязательной сертификации в системе сертификации ГОСТ Р, причем его требования обязательны для всех организаций, пожелавших сертифицировать систему качества в Регистре.
Стандарт устанавливает основные правила организации работ по сертификации систем качества (производств). При сертификации должны быть обеспечены следующие основополагающие принципы:
- добровольность;
- бесдискриминационный доступ к участию в процессах сертификации;
- объективность оценок;
- воспроизводимость результатов оценок;
- конфиденциальность;
- информативность;
- специализация органов по сертификации систем качества (производств);
- проверки выполнения требований, предъявляемых к продукции (услуге) в
законодательно регулируемой сфере;
- достоверность доказательств со стороны заявителя соответствия системы
качества нормативным требованиям.
10.6 Метрологическое обеспечение проектирования
В процессе стандартизации основным способом реализации заявленной
цели данного вида деятельности является установление размеров и параметров
вырабатываемой продукции, которое осуществляется с помощью средств измерений, которые также применяются при сертификации продукции и услуг.
Важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства измерений. При этом данная задача решается при соблюдении двух условий: выражение результатов измерений в узаконенных единицах и установлении допускаемых погрешностей результатов измерений и границ, за которые они не должны
выходить при заданной вероятности.
Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины.
Физическая величина (краткая форма термина – «величина») применяется
для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т.п.), изучаемых в любых науках (физике, химии и др.). Как известно, существуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины,
которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. Механика базируется на трех основных величинах, теплотехника – на четырех,
физика – на семи: длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока, с помощью которых создается все многообразие производных физических величин и обеспечивается
описание любых свойств физических объектов и явлений.
Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim (от англ. Dimension – размер). Размер-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
250
ность основных физических величин (длины, массы и времени) обозначается
соответствующими заглавными буквами
diml=L;
dimm=M; dimt= T.
(10.1)
Размерность производной физической величины выражается через размерность основных физических величин с помощью степенного одночлена
dimХ=LαМβTγ...,
(10.2)
где L, М, Т – размерности соответствующих основных физических величин;
α, β, γ – показатели размерности (показатели степени, в которую
возведены размерности основных физических величин).
Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, а также нулем. Если все показатели размерности
равны нулю, то величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определяемой
как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжений).
Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер.
Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.
Значение физической величины получают в результате ее измерения или
вычисления в соответствии с основным уравнением измерения
Q=X[Q],
(10.3)
где Q – значение физической величины;
X – числовое значение измеряемой величины в принятой единице;
[Q] – выбранная для измерения единица.
В зависимости от классификационных признаков измерения делятся на
следующие:
- по характеристике точности – равноточные и неравноточные;
- по числу измерений в ряду измерений – однократные и многократные;
- по отношению к изменению измеряемой величины – статические и динамические;
- по выражению результата измерений – абсолютные и относительные;
- по общим приемам получения результатов измерений – прямые и косвенные.
Под методом измерений понимают прием или совокупность приемов
сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с
реализованным принципом измерений.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
251
Методы измерений классифицируют по нескольким признакам.
По общим приемам получения результатов измерений различают прямой и
косвенный методы измерений.
По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы
измерений.
Средства измерений классифицируются по двум признакам:
1) конструктивное исполнение;
2) метрологическое назначение.
По конструктивному исполнению средства измерения подразделяют на:
- меры;
- измерительные преобразователи;
- измерительные приборы;
- измерительные установки;
- измерительные системы.
Меры физической величины – средства измерения, предназначенные для
воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры:
- однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденсатор постоянной емкости);
- многозначные (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости);
- наборы мер (набор гирь, набор калибров).
Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором
имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях, называется магазином мер. Примерами такого набора могут быть магазины электрических сопротивлений, индуктивностей. Сравнение с мерой выполняют с
помощью специальных технических средств – компараторов (рычажные весы,
измерительный мост и т. Д.).
К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы. Существуют
стандартные образцы: состава и свойств.
Измерительные преобразователи – средства измерения, служащие для
преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения и дальнейших преобразований.
Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.
Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. Часто
устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой или другим устройством,
диаграмму с пером или цифроуказатель, с помощью которых могут быть произведены отсчет или регистрация значений физической величины. В случае сопряжения прибора с мини–ЭВМ отсчет может производиться с помощью дисплея.
По степени индикации значений измеряемой величины измерительные
приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие.
Измерительная установка – совокупность функционально объединенных
мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
252
устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических
величин и расположенных в одном месте. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких–либо изделий, иногда называют испытательным стендом.
Измерительная система – совокупность функционально объединенных
мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Применение новейших измерительных систем
позволяет не только ускорить процесс измерения (что немаловажно для скоропортящихся товаров), но и дать более объективную характеристику качества
конкретной партии товара.
По метрологическому назначению все средства измерения подразделяются
на два вида – рабочие и эталоны.
Рабочие средства измерения (РСИ) предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть лабораторными,
производственными и полевыми.
Первые из них используются для научных исследований, проектирования
технических устройств, медицинских измерений.
Производственные РСИ предназначены для контроля характеристик технологических процессов, оценки качества готовой продукции, контроля отпуска товаров.
Полевые РСИ используются непосредственно при эксплуатации различных
технических устройств (автомобили, тракторы, комбайны).
К каждому виду РСИ предъявляются специфические требования: к лабораторным – повышенная точность и чувствительность; к производственным – повышенная стойкость к ударно–вибрационным нагрузкам, высоким и низким
температурам; к полевым – повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур, высокой влажности.
Эталоны являются высокоточными средствами измерений, поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. Размер единицы передается «сверху
вниз», от более точных средств измерений к менее точным «по цепочке»: первичный эталон – вторичный эталон – рабочий эталон 0–го разряда – рабочий
эталон 1–го разряда – рабочее средство измерений.
Передача размера осуществляется в процессе поверки средств измерений.
Целью поверки является установление их пригодности к применению.
Метрологические свойства средств измерений – это свойства, влияющие
на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических
свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками.
Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативными документами, называют нормируемыми метрологическими.
Все метрологические свойства средств измерений можно разделить на две
группы:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
253
1) определяющие область применения средств измерений;
2) определяющие качество измерения.
К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства
первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.
Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которых
нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют
соответственно нижним или верхним пределом измерений.
Порог чувствительности – наименьшее изменение измеряемой величиины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если
порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10
мг.
К метрологическим свойствам второй группы относятся три главных свойства, определяющих качество измерений: точность, сходимость и воспроизводимость.
Наиболее широко в метрологической практике используется первое свойство – точность измерений. Она определяется их погрешностью. Погрешность
– это разность между показаниями средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Поскольку истинное
значение неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением.
Для рабочего средства измерения за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (допустим, 4–го), для эталона 4–го
разряда, в свою очередь, – значение физической величины, полученное с помощью рабочего эталона 3–го разряда и т.д. Таким образом, за базу для сравнения принимают значение средства измерения, которое является в поверочной
схеме вышестоящим по отношению к подчиненному средству измерения, подлежащему поверке
ΔXП=XП–X0,
(10.4)
где ΔXП – погрешность поверяемого средства измерения;
XП – значение той же самой величины, найденное с помощью
поверяемого средства измерения;
Х0 – значение средства измерения, принятое за базу для сравнения, т.е.
действительное значение.
Например, при измерении барометром давления получено значение
Хп=1017 кПа. За действительное значение принято показание рабочего эталона
X0=1020 кПа. Следовательно, погрешность измерения барометром составила
ΔXП=1017–1020=–3 кПа.
Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в
частности:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
254
- по способу выражения – абсолютные и относительные;
- по характеру проявления – систематические и случайные;
- по отношению к условиям применения – основные и дополнительные.
Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с первой группировкой, – с абсолютными и относительными погрешностями.
Точность средства измерения – качество измерений, отражающее близость
их результатов к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Точность определяется показателями абсолютной и относительной погрешностей.
Определяемая по формуле (10.4) ΔХП является абсолютной погрешностью.
Однако в большей степени точность средства измерения характеризует относительная погрешность δ, т. е. выраженное в процентах отношение абсолютной
погрешности к действительному значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным средством измерения
100 X П
.
X0
(10.5)
Точность может быть выражена обратной величиной относительной погрешности – 1/δ .
В стандартах нормируют характеристики точности, связанные с другими
погрешностями.
Систематическая погрешность – составляющая погрешности результата
измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при
повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность градуировки, в частности погрешность показаний прибора с круговой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некоторую величину
относительно центра шкалы. Если эта погрешность известна, то ее исключают
из результатов разными способами, например введением поправок.
При нормировании систематической погрешности устанавливают пределы.
Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое
свойство, как правильность измерений средством измерения.
Случайная погрешность – составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах
измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают
рассеяние результатов.
На обеспечение качества измерений направлено применение аттестованных методик выполнения измерений. Статьи 9, 11 и 17 Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» включают положения, относящиеся к методике вы-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
255
полнения измерений (МВИ). В 1997г. начал действовать ГОСТ 8.563–96 «ГСИ.
Методики выполнения измерений».
Методика выполнения измерений – совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной
погрешностью. Под МВИ понимают технологический процесс измерений.
МВИ – это, как правило, документированная измерительная процедура. МВИ в
зависимости от сложности и области применения излагают в следующих формах: отдельном документе (стандарте, рекомендации и т.п.); разделе стандарта:
части технического документа (разделе ТУ, паспорта).
Аттестация МВИ – процедура установления и подтверждения соответствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим требованиям.
В документах (разделах, частях документов), регламентирующих МВИ, в
общем случае указывают:
- назначение МВИ;
- условия измерений;
- требования к погрешности измерений;
- метод (методы) измерений;
- требования к СИ (в том числе к стандартным образцам), вспомогательным устройствам, материалам и пр.;
- операции при подготовке к выполнению измерений;
- операции при выполнении измерений;
- операции обработки и вычисления результатов измерений;
- нормативы, процедуру и периодичность контроля погрешности результатов выполняемых измерений;
- требования к квалификации операторов;
- требования к безопасности и экологичности выполняемых работ.
Наиболее распространенным способом выражения требований к точности
измерений являются границы допускаемого интервала, в котором с заданной
вероятностью Р должна находиться погрешность измерений.
Если граница симметрична, то перед их числовым значением ставятся знаки «±». Если заданное значение вероятности Р=1, то в качестве требований к
точности измерений используются пределы допускаемых значений погрешности измерений. При этом вероятность Р=1 не указывается.
Ответственным этапом является оценивание погрешности измерений путем анализа возможных источников и составляющих погрешности измерений:
методических составляющих (например, погрешности, возникающие при отборе и приготовлении проб), инструментальных составляющих (допустим, погрешности, вызываемые ограниченной разрешающей способностью средства
измерения); погрешности, вносимые оператором (субъективные погрешности).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
256
Приложения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приложение 1.1 – Классификация механизмов
Приложение 1.2 – Классификация звеньев механизмов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
258
Приложение 4.1 – Классификация подъемно-транспортного оборудования
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
259
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приложение 6.1 – Примерные значения КПД и передаточных отношений
некоторых механических передач
Передача
Зубчатая
Червячная с цилиндрическим червяком при
числе заходов червяка:
один
два
три-четыре
Цепная
Фрикционная
Ременная
Передаточное
отношение
2...6
10...40
2...6
2...4
2...5
КПД
в масляной
открытая
ванне
0,93...0,94
0,95...0,97
0,50
0,60
—
0,90
0,70...0,88
0,9...0,94
0,70
0,75...0,80
0,80...0,90
0,94...0,97
0,90...0,96
—
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
261
Приложение 6.2 – Технические характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором серии 4А основного исполнения
(закрытые обдуваемые)
Тип
оборудования
NHOM,
кВт
4А80А4УЗ
4A90L4У3
4A100S4У3
4A100L4У3
4А112М4УЗ
4A132S4У3
4А132М4УЗ
4А16054УЗ
1,1
2,2
3,0
4,0
5,5
7,5
11,0
15,0
4А80В6УЗ
4A90L6V3
4А112МА6УЗ
4А13256УЗ
4А132М6УЗ
4А200М6УЗ
1,1
1,5
3,0
5,5
7,5
22,0
4А80ВУЗ
4A90LA8Y3
4A90LB8Y3
4A100L8V3
4А112МА8УЗ
4А112МВ8УЗ
4А132М8УЗ
4А160М8УЗ
4А200М8УЗ
4А225М8УЗ
0,55
0,75
1,10
1,5
2,2
3,0
5,50
11,0
14,5
30,0
4АН16084УЗ
4АН160М4УЗ
4АН1805УЗ
18,5
22,0
30,0
4АН180М6УЗ
4АН200Ь6УЗ
22,0
37,0
4АН1801.8УЗ
4АН180М8УЗ
4АН200М8УЗ
13,0
18,5
22,0
При номинальной
нагрузке
Tmax/Tном Tпуск/Tном Tmin/Tном
n, мин-1 η, % cosθ
1500 мин-1
1420 75,0 0,81
2,2
2,0
1,6
1425 80,0 0,83
2,4
2,1
1,6
1435 62,0 0,83
2,4
2,0
1,6
1430 84,0 0,84
2,4
2,0
1,6
1445 85,5 0,85
2,2
2,0
1,6
1453 87,5 0,86
3,0
2,2
1,7
1460 87,5 0,87
3,0
2,2
1,7
1463 88,5 0,88
2,3
1,4
1,0
1000 мин-1
920 74,0 0,74
2,2
2,0
1,6
935 75,0 0,74
2,2
2,0
1,7
953 81,0 0,76
2,5
2,0
1,8
963 85,0 0,80
2,5
2,0
1,8
970 85,3 0,81
2,5
2,0
1,8
975 90,0 0,90
2,4
1,3
1,0
-1
750 мин
700 64,0 0,65
1,7
1,6
1,2
700 68,0 0,62
1,9
1,6
1,2
700 70,0 0,68
1,9
1,6
1,2
700
74 0,65
1,9
1,6
1,2
700 76,5 0,71
2,2
1,9
1,4
700 79,0 0,74
2,2
1,9
1,4
720 83,0 0,74
2,6
1,9
1,4
730 87,0 0,75
2,2
1,4
1,0
735 88,5 0,84
2,2
1,2
1,0
735 90,0 0,81
2,1
1,3
1,0
-1
1500 мин
1450 88,5 0,87
2,1
1,3
1,0
1458 90,0 0,88
2,1
1,3
1,0
1465 90,0 0,84
2,2
1,2
1,0
-1
1000 мин
975 88,5 0,87
2,0
1,2
1,0
980 90,5 0,83
2,1
1,3
1,0
-1
750 мин
780 86,0 0,80
1,9
1,2
1,0
730 87,5 0,80
1,9
1,2
1,0
730 89,0 0,84
2,0
1,3
1,0
Iп/Iном
J,
Н·м2
5,0
6,0
6,0
6,0
7,0
7,5
7,5
7,0
32,3·10-2
56·10-4
86,8·10-4
1,13·10-2
1,75-10-2
2,75·10-2
4·10-2
10,3·10-2
4,0
4,5
6,0
6,5
6,5
6,5
46,3·10-4
73,5·10-4
1,75·10-2
4,0·10-2
5,75·10-2
40·10-2
3,5
3,5
3,5
4,0
5,0
5,0
5,5
6,0
5,5
6,0
40,5·10-4
67,5·10-4
86,3·10-4
1,3·10-2
1,75·10-2
2,5·10-2
5,75·10-2
18·10-2
40·10-2
73,8·10-2
6,5 9,25·10-2
6,5 11,8·10-2
6,5 17,8·10-2
6,0 23,5·10-2
6,5 43,0·10-2
3,5 23,5·10-2
3,5 29,8·10-2
3,5 49,0·10-2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
262
Приложение 6.3 – Содержание расчетов на прочность
деталей машин и аппаратов
Способ получения информации и расчетных данных
Примечания
задается
проверяют
рассчитывают
Прямозубые и ко- Число зубьев На прочность зубча- Модуль зацепления пе- *По конструктивным сосозубые цилинзацепляютой пары по допус- редачи. Геометрические ображениям.
дрические и пря- щихся колес.* каемому напряже- параметры зубчатых ко- **При неудовлетвомозубые коничес- Ширина зуб- нию изгиба и допус- лес
рительном результате увекие передачи
чатого венца каемому контакличивают модуль зацепколеса*
тному напряжению
ления или ширину зубчадля материала зуба
того венца колеса и расчет
колес**
повторяют
Червячные пере- Число заходов На прочность зубча- Осевой модуль зацепле- *В соответствии с кинемадачи
червяка и чис- той пары по допус- ния. Условный угол об- тическим расчетом и конло зубьев чер- каемым напряжению хвата червячного колеса. структивными соображевячного коле- изгиба и контактно- Модуль зацепления.
ниями
са*
му напряжению для Геометрические параматериала зубчатой метры червячной перепары
дачи
Цепные передачи Число зубьев На прочность по
Среднюю скорость цепи.
звездочек.*
допустимым удель- Число звеньев цепи.
Шаг цепи.
ным давлениям в
Нагрузку на валы и опоМежосевое
шарнирах и разрыв- ры звездочек. Норасстояние
ному усилию, по
минально допустимую
между звезчислу ударов цепи и мощность, передаваедочками
коэффициенту замую передачей
паса прочности
Ременные
Диаметры
Число пробегов при- Длину и ширину (для
*В соответствии с кинемапередачи
шкивов и ме- водных ремней в
плоскоременных пере- тическим расчетом и конжосевое рас- единицу времени дач) ремня. Допускае- структивными соображестояние*
для обеспечения
мую мощность, переда- ниями
нормальной долго- ваемую передачей. Севечности, угол об- чение и число клиновых
хвата ремнем веду- ремней в зависимости от
щего шкива
передаваемой мощности
и их скорости
Храповые
Число зубьев На допустимое ли- Модуль и ширину зуб- Определяются необпередачи
храпового ко- нейное давление** чатого венца храпового ходимым утлом поворота
леса*
колеса. Фактический
храпового колеса за один
угол поворота храпового кинематический цикл меколеса. Диаметр окханизма. **При неудоружности выступов хра- влетворительном резульпового колеса
тате увеличивается модуль
или ширина зубчатого
венца храпового колеса
Валы
Диаметр
На прочность и
Крутящий момент на
*Составляется расчетная
жесткость
валу с учетом КПД и
схема нагружения вала.
окружной
скорости. **Строятся эпюры моменСилы, действующие на тов
вал и подшипники.*
Реакции в опорах. Изгибающий и крутящий
моменты в опасном сечении.**
Диаметр вала из расчета
на прочность и жесткость
Объект расчета
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
263
Продолжение приложения 6.3
Объект расчета
Оси
Муфты
Подшипники
скольжения
Подшипники
качения
Шпоночные
соединения
Заклепочные
соединения
Сварные
соединения
Резьбовые
соединения
Способ получения информации и расчетных данных
задается
проверяют
рассчитывают
Диаметр*
Диаметр оси из расчета прочности при
изгибе
Тип. Конструк- Штифты, шлицы или
тивные разме- шпонки, используеры*
мые для передачи
крутящего момента
на срез (втулочные
муфты). Болты,
шпильки или пальцы,
передающие крутящий момент на растяжение или срез
(фланцевые муфты)**
Удельное давление в Окружную скорость
подшипнике по допу- шейки вала.* Скорость
стимому значению. точки, находящейся от
Произведение удель- оси вращения на расного давления на ок- стоянии 2/3 радиуса
ружную скорость по пяты.** Удельное давдопустимому значе- ление в подшипнике по
нию
действующим на него
усилиям и конструктивным размерам
Тип подшипни- По динамической или Условную нагрузку.*
ка. Номер под- статической грузо- Коэффициент работошипника, соот- подъемности
способности
ветствующий
рассчитанному
коэффициенту
работоспособности
Тип, размеры и На срез в опасном секоличество
чении и на смятие рабочих граней (призматические шпонки)
или выступающей
части (сегментные
шпонки).* На срез
диаметрального сечения и смятие боковой поверхности (цилиндрические шпонки).* На смятие узкой
грани (торцовые
шпонки)
Тип, размеры и На смятие, срез, расколичество
тяжение*
Тип сварного
На допускаемое
шва и его основ- напряжение.*
ные размеры.
На допускаемые норТип электрода мальные и касательные напряжения**
Тип, диаметр и
количество
На растяжение или
сжатие, срез, смятие*
Примечания
*Из конструктивных соображений
*По таблицам в справочной литературе.
**Болты, установленные
без зазора, проверяют на
срез
*Для радиальных подшипников.
**Для упорных подшипников
* Необходимо учитывать
как характер и направление действующих нагрузок, так и особенности
кинематики и температуры узла
*При неудовлетворительном результате увеличивают сечение и число
шпонок и повторяют поверочный расчет
*В зависимости от типа
нагружения
*В зависимости от типа соединения деталей.
**При действии на
сварное соединение изгибающего момента и продольной силы
*В зависимости от условий нагружения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
264
Приложение 6.4 – Значения коэффициента YF для зубчатых
колес внешнего зацепления
**
Z v* или Z vn
-0,5
-0,4
Коэффициент смещения хn
-0,25 -0,16
+0,16
+0,25
12
16
4,28
4,02
3,78
20
4,40
4,07
3,83
3,64
25
4,30
4,13
3,90
3,72
3,62
32
4,50
4,27
4,05
3,94
3,78
3,65
3,59
40
4,14
4,02
3,88
3,81
3,70
3,61
3,57
50
3,96
3,88
3,78
3,73
3,68
3,58
3,54
60
3,82
3,78
3,71
3,68
3,62
3,57
3,54
71
3,79
3,74
3,68
3,66
3,61
3,56
3,55
80
3,73
3,70
3,66
3,63
3,60
3,55
3,55
90
3,70
3,68
3,64
3,62
3,60
3,55
3,55
100
3,68
3,66
3,62
3,61
3,60
3;56
3,56
180
3,64
3,62
3,62
3,62
3,62
3,59
3,58
>180
3,63
3,63
3,63
3,63
3,63
3,63
3,63
*
**
Z v — эквивалентное число зубьев; Z vn — биэквивалентное число зубьев.
+0,4
3,68
3,54
3,50
3,47
3,46
3,48
3,49
3,50
3,50
3,51
3,53
3,55
3,56
3,63
+0,5
3,46
3,40
3,39
3,40
3,40
3,42
3,44
3,47
3,48
3,50
3,51
3,52
3,56
3,63
Приложение 6.5 – Формулы для определения коэффициента ΘН
Способ упрочнения зубьев
ТВЧ,+У2
ТВЧ1+ТВЧ2
Расчетная величина
У1+У2
31+У2
31+32
Ц1+У2
Ц1+Ц2
ΘН
1,22 + 0,21i
1,13 + 0,13i
0,81+0,15i
ΘF
0,94 + 0,08i
0,85 + 0,043i
0,65 + 0,11i
К
18,0
14,0
11,2
Принятые обозначения: У – улучшение; З – закалка объемная; ТВЧ – закалка поверхностная при нагреве ТВЧ; Ц – цементация; i – передаточное число одной пары зубчатых колес.
Приложение 6.6 – Относительное смещение для шестерни хn1
z1
12
13
14
15
16
18
20
25
30
40
1,0
–
–
–
–
–
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
1,25
–
–
0,12
0,11
0,10
0,09
0,08
0,07
0,05
1,6
–
–
0,23
0,22
0,21
0,19
0,17
0,15
0,11
0,09
Передаточное число i
2,0
2,5
0,32
0,37
0,30
0,35
0,29
0,33
0,27
0,31
0,26
0,30
0,24
0,27
0,22
0,26
0,19
0,21
0,16
0,18
0,11
0,14
3,15
0,39
0,37
0,35
0,33
0,32
0,30
0,28
0,24
0,21
0,16
4,0
0,41
0,39
0,37
0,35
0,34
0,32
0,29
0,25
0,22
0,17
5,0
0,42
0,40
0,38
0,36
0,35
0,32
0,29
0,25
0,22
0,17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
265
Приложение 6.7 – Параметры основного ряда червячной передачи
Передаточное
отношение, i
8
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
Число зубьев
червяка, z1
4
2
1
Число зубьев
колеса, z2
32
40
50
32
40
50
32
40
50
63
Коэффициент
диаметров, q (q=d1/m).
8
10
12,5
8
10
12,5
8
10
12,5
16
Приложение 6.8 – Значения коэффициента деформации червяка Θ
и угла подъема γ на делительном цилиндре червяка
Z,
1
2
4
γ
Θ
γ
Θ
γ
Θ
8
7о7'
72
14°2'
57
26°34'
47
10
5°43'
108
11о19'
86
21о48'
70
Коэффициент диаметра червяка
12,5
14
4°35'
4°05'
154
176
9°6'
8°8'
121
140
17°45'
15о57'
98
122
16
3°35'
225
7о7'
171
14о2'
137
Приложение 6.9 – Длина червяка
х
–1
z1=1 и 2
b (10,5+0,06z2)/m
z1 = 4
b (10,5+0,09z2)m
–0,5
b1o (8 + 0,06z2)m
b1o (9,5 + 0,09z2)/m
0
+0,5
+1
b1o (11+0,06z2)m
b1o (12,5 + 0,09z2)/m
b1o (11+0,1z2)m
b1o (12,5+0,lz2)m
b1o (12 + 0,1z2)m
b1o (13 + 0,lz2)m
o
1
o
1
20
2о52'
248
5°43'
197
11о19'
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
266
Приложение 6.10 – Приведенные коэффициенты трения f и углы трения ρ
Vск, м/с
f
ρ
0,01
0,1; 0,12
5о40'; 6°50'
0,1
0,08; 0,09
4°30'; 5о10'
0,25
0,065; 0,075
3°40'; 4°20'
0,5
0,055; 0,065
3°10'; 3°40'
1
0,045; 0,055
2о20'; 3°10'
1,3
0,04; 0,05
2°20'; 2°50'
2
0,035; 0,045
2°0'; 2°30'
2,5
0,03; 0,04
1о40'; 2о20'
3
0,028; 0,035
1о30'; 2°00'
4
0,023; 0,030
1о20'; 1о40'
7
0,018; 0,026
1о0'; 1о30'
10
0,016; 0,024
0°55'; 1о20'
15
0,014; 0,1120
0°50'; 1о10'
Примечание. Меньшие значения – для материалов группы I, бóльшие – групп II и III.
Приложение 6.11 – Число прокладок и ширина
приводных резинотканевых ремней
Ширина ремней, мм
20, 25, 32, 40
50, 63, 71
80, 90, 100, 112
125, 140, 160
180, 200, 224, 250
280, 315
355
400, 450
500, 560
700
750, 800, 900, 1000, 1100, 1200
Расчетная толщина тканевой прокладки ремней с резиновой прослойкой, мм
Число прокладок при их прочности
Н на 1 мм ширины
55
100
200
300
3...5
—
—
—
3...5
—
—
3
3...6
3...4
—
—
3...6
3...4
3...4
—
3...6
3...4
3...4
3
3...6
3...4
3...4
3
3...6
3...5
3...4
—
3...6
3...5
3...4
—
3...6
3...5
3...4
—
—
3...5
3...4
3...4
—
3...6
3...5
3...6
1,5
1,3
1,4
1,5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
267
Приложение 6.12 – Ремни плоские приводные резинотканевые
Механические характеристики
прокладок
Номинальная прочность на 1 мм
ширины, не менее, Н:
по основе
по утку
Максимально допускаемая рабочая
нагрузка прокладки на 1 мм ширины, Н
Поверхностная плотность прокладки ремня, кт/м2:
без резиновой прослойки
с резиновой прослойкой
Марка ткани для изготовления ремней
БКНЛ-65, ТА- 150,
ТА-300,
Б-800
ТК-200-2
БКНЛ-62 ТК-150
ТК-300
55
16
55
20
150
65
200
65
300
50
3
3
10
13
20
1,2
1,6
0,9
1,3
—
1,3
—
1,4
—
1,5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
268
Приложение 6.13 – Номинальная мощность, передаваемая
одним клиновым ремнем
Сечение и
Lp, мм
О 1320
А 1700
Б 2240
В 3750
-1
N (кВт) при частоте вращения меньшего шкива, мин
d 1* , мм i** 400 o 800
950
1200
1450
2200
2400 2800
1,2
80
1,5
≥3
1,2
112 1,5
≥3
1,2
100 1,5
≥3
1,2
140 1,5
≥3
1,2
≥180 1,5
≥3
1,2
140 1,5
≥3
1,2
180 1,5
≥3
1,2
224 1,5
≥3
1,2
≥280 1,5
≥3
1,2
250 1,5
≥3
1,2
315 1,5
≥3
1,2
≥450 1,5
≥3
0,26
0,27
0,28
0,42
0,43
0,44
0,50
0,52
0,53
0,84
0,86
0,89
1,16
1,20
1,24
1,12
1,16
1,2
1,70
1,76
1,81
2,32
2,40
2,47
3,09
3,19
3,29
3,87
4,00
4,12
5,50
5,68
5,86
8,77
9,05
9,34
0,47
0,49
0,50
0,76
0,78
0,81
0,88
0,91
0,94
1,51
1,56
1,60
2,10
2,17
2,24
1,95
2,01
2,08
3,01
3,11
3,21
4,13
4,27
4,40
5,49
5,67
5,85
6,66
6,88
7,1
9,55
9,86
10,17
14,76
15,24
15,72
0,55
0,56
0,58
0,88
0,91
0,94
1,01
1,05
1,08
1,74
1,79
1,85
2,43
2,51
2,59
2,22
2,30
2,37
3,45
3,56
3,67
4,73
4,89
5,04
6,26
6,47
6,67
7,58
7,82
8,07
10,75
11,10
11,45
16,29
16,82
17,35
0,66
0,68
0,71
1,07
1,10
1,14
1,22
1,25
1,30
2,10
2,17
2,24
2,93
3,03
3,12
2,64
2,72
2,82
4,11
4,25
4,38
5,63
5,81
6,00
7,42
7,66
7,91
8,78
9,07
9,36
12,33
12,73
13,14
17,75
18,33
18,91
0,77
0,80
0,82
1,25
1,29
1,33
1,41
1,45
1,50
2,43
2,51
2,59
3,38
3,50
3,61
3,01
3,10
3,21
4,70
4,85
5,01
6,39
6,60
6,81
8,30
8,57
8,84
9,67
9,99
10,69
13,33
13,76
14,20
17,90*5
18,49*5
19,07*5
1,08
1,11
1,14
1,72
1,78
1,84
1,90
1,96
2,02
3,27
3,38
3,48
4,43
4,58
4,72
3,83
3,95
4,08
5,91
6,10
6,29
7,47
8,00
8,25
9,12
9,42
9,72
0,29***
0,62***
0,96***
13,56*4
14,00*4
14.44*4
1,15
1,18
1,22
1,84
1,90
1,96
2,01
2,07
2,14
3,44
3,56
3,67
4,62
4,77
4,92
3,96
4,09
4,22
6,07
6,27
6,47
7,80
8,08
8,31
1,28
1,32
1,36
2,04
2,11
2,17
2,19
2,27
2,34
3,72
3,85
3,97
4,85
5,02
5,18
4,11
4,25
4,38
6,16
6,36
6,56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
269
Продолжение приложения 6.13
Сечение и
Lр, мм
d 1* , мм
i**
1,2
400
1,5
≥3
1,2
630
1,5
Г 6000
≥3
1,2
≥800
1,5
≥3
1,2
630
1,5
≥3
1,2
800
1,5
Д 7100
≥3
1,2
≥1000
1,5
≥3
*d1 — диаметр ведущего шкива, мм.
**i — передаточное число.
***При 2000 мин-'.
*4При 1800 мин-'.
*5При 1300 мин-'.
200
6,98
7,21
7,48
13,42
13,85
14,29
17,93
18,51
19,10
16,74
17,28
17,83
23,21
23,97
24,73
30,52
31,51
32,51
No (кВт) при частоте вращения
меньшего шкива, мин-1
400
600
750
950
12,25
16,50
19,01
21,46
12,64
17,04
19,63
22,16
13,04
17,57
20,25
22,86
23,59
31,21
34,81
36,58
24,36
32,23
36,45
37,78
25,13
33,25
37,08
38,97
31,12
39,73
40,81
—
32,13
41,03
43,48
—
33,15
42,33
44,85
—
28,83
37,27
40,70
_
29,77
38,49
42,03
—
30,71
39,70
43,36
—
39,64
49,49
51,33
—
40,94
51,11
53,01
—
42,23
52,73
54,68
—
50,84
59,38
—
—
52,51
61,27
—
—
54,17
63,21
—
—
1200
22,68
23,42
24,16
—
—
—
—
—
—
_
—
—
—
—
—
—
—
—
Приложение 6.14 – Коэффициент Ср, учитывающий режим работы привода
Рабочая нагрузка, PО
Постоянная
С небольшими колебаниями
Со значительными колебаниями
Неравномерная, с резкими колебаниями
Òïóñê
Òíîì
Машины, приводимые в движение
Ср
Вентиляторы, воздуходувки, центробежные насо1,2 сы и компрессоры.
1,0
Ленточные транспортеры
Насосы и компрессоры поршневые.
1,5
0,9
Пластинчатые транспортеры
Реверсивные приводы.
2,0 Винтовые и эксцентриковые прессы.
0,8
Винтовые и скребковые транспортеры, элеваторы
Дробилки, шаровые мельницы.
3,0
0,7
Подъемники
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
270
Приложение 6.15 – Размеры клиновых ремней
Площадь
Масса,
dp, не
LР
ΔL=Lp=Lвн
сечения, см2
кг/м
менее
О
8,5 10 6,0
0,47
0,06
400...2500
25
63
А
11,0 13 8,0
0,81
0,10
560...4000
33
90
Б
14,0 17 10,5
1,38
0,18
800...6300
40
125
В
19,0 22 13,5
2,30
0,30
1800... 10000
59
200
Г
27,0 32 19,0
4,76
0,60
3150.. .14000
76
315
Д
32,0 38 23,5
6,92
0,90
4500... 18000
95
500
Е
42,0 50 30,0
11,72
1,52
6300.. .18000
120
800
Примечания. l. Lp – расчетная длина ремня на уровне нейтральной линии; LB – внутренняя
длина ремня по меньшему основанию. 2. Стандартный ряд длин Lp: 400, 450, 500, 560,
630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550,
4000, 4500, 5000, 5600, 6300, 7100, 8000, 9000, 10000, 11200, 12500, 14000, 16000, 18000.
В технически обоснованных случаях допускаются промежуточные значения Lp: 425, 475,
530, 600, 670, 750, 850, 950, 1060, 1180, 1320, 1500, 1700, 1900, 2120, 2360, 2650, 3000,
3350, 3750, 4250, 4750, 5300, 6000, 6700, 7500, 8500, 9500, 10600, 11800, 13200, 15000,
17000.
Сечение
l
W
То
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
271
Приложение 6.16 – Значения коэффициента CL для клиновых ремней
Lp, мм
400
450
500
560
630
710
800
900
1000
1120
1250
1400
1600
1800
2000
2240
2500
2800
3150
3550
4000
4500
5000
5600
6300
7100
8000
9000
10000
12500
15000
18000
О
0,79
0,80
0,81
0,82
0,84
0,86
0,90
0,92
0,94
0,95
0,98
1,01
1,04
1,06
1,08
1,10
1,30
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
А
—
—
—
0,79
0,81
0,83
0,85
0,87
0,89
0,91
0,93
0,96
0,99
1,01
1,03
1,06
1,09
1,11
1,13
1,15
1,17
—
—
—
—
—
—
—
—.
—
—
—
Б
—
—
—
—
—
—
—
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,93
0,95
0,98
1,00
1,03
1,05
1,07
1,09
1,13
1,15
1,18
1,20
1,23
—
—
—
—
—
—
Сечение ремня
В
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,86
0,88
0,91
0,93
0,95
0,97
0,99
1,02
1,04
1,07
1,09
1,12
1,15
1,18
1,21
1,23
—
—
—
Г
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,86
0,88
0,91
0,93
0,96
0,98
1,01
1,04
1,06
1,09
1,11
1,17
1,20
—
Д
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,92
0,95
0,97
1,00
1,02
1,05
1,07
1,13
1,17
1,20
Е
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,92
0,96
0,98
1,01
1,03
1,08
1,11
1,16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
272
Приложение 6.17 – Коэффициент динамичности нагрузки Cр
и режима работы привода
Условия работы
Типы машин
Ср при чисТип
ле смен радвигаботы
теля
1 2 3
Аппараты с непрерывным процесРежим легкий. Нагрузка спосом резания. Центробежные насо1,0 1Д 1,4
койная. Кратковременная нагрузка
I II
сы и компрессоры. Ленточные
1,2 1,4 1,6
— до 120 % номинальной
конвейеры
Режим средний. Умеренные ко- Поршневые компрессоры и насо1,1 1,2 1,5
лебания. Кратковременная насы. Цепные транспортеры, элеваI II
1,3 1,5 1,7
грузка—до 150% номинальной
торы. Дисковые пилы.
Режим тяжелый. Значительные коКонвейеры винтовые, скребковые.
лебания нагрузки. Кратковре1,2 1,3 1,6
Прессы винтовые эксцентриковые I II
менная нагрузка — до 200 % но1,4 1,6 1,9
с тяжелым маховиком.
минальной
Режим очень тяжелый. Ударная Подъемники. Прессы винтовые
I II
нагрузка. Кратковременная
эксцентриковые с легким махови1,3 1,5 1,7
нагрузка — до 300 % номиналь- ком. Ножницы, молоты
1,5 1,7 2,0
ной
Примечания. 1.Тип двигателя I – значения Ср указаны для передач от электродвигателей
переменного тока общепромышленного применения и от двигателей постоянного тока
шунтовых. 2. Тип двигателя II – значения Ср для передач от электродвигателей переменного тока с повышенным пусковым моментом и от электродвигателей постоянного тока
сериесных.
Приложение 6.18 – Нормативный коэффициент запаса прочности [S]
для приводных роликовых цепей типа ПРЛ и ПР (при z1≥15)
Шаг, мм
12,7
15,875
19,05
25,4
31,75
38,1
44,45
50,8
50
7,1
7,2
7,2
7,3
7,4
7,5
7,6
7,6
100
7,3
7,4
7,8
7,6
7,8
8,0
8,1
8,3
Частота вращения n1, меньшей звездочки, мин-1
200
300
400
500
600
800
7,6
7,9
8,2
8,5
8,8
9,4
7,8
8,2
8,6
8,9
9,3
10,1
8,0
8,4
8,9
9,4
9,7
10,8
8,3
8,9
9,5
10,2
10,8
12,0
8,6
9,4
10,2
11,0
11,8
13,4
8,9
9,8
10,8
11,8
12,7
9,2
10,3
11,4
12,5
9,5
10,8
12,0
-
1000
10,0
10,8
11,7
13,3
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
273
Приложение 6.19 – Размеры приводных роликовых цепей
Тип цепи
ПР
ПР
ПР
2ПР
ПРЛ
ПР
2ПР
Bвн,
Шаг t не
мене
8,005 3,0
9,52 5,72
12,7
Диаметр
h
b
b1
валика ролика
не более
d
d1
2,31
5,00 7,5 12
7
3,28
6,35 8,5 17
10
7,75
4,45
8,51
11,8 21 35 11
15,875 9,65
5,08
10,16 14,8 24
13
41
ПРЛ, ПР,
2ПР
19,05 12,70
5,96
11,91 18,2 33 54
ПРЛ, ПР,
2ПР
25,4
15,88
7,95
15,88 24,2 39 68 22
ПРЛ, ПР,
2ПР
31,75 19,05
9,55
19,05 30,2 46 82 24
ПРЛ, ПР,
2ПР
38,1
25,4
11,12
22,23 36,2
ПРЛ, ПР,
2ПР
44,45
25,4
12,72
25,4
ПРЛ, ПР,
2ПР
50,8
31,75
14,29
28,58 48,3
72
130
38
ПР
63,5
38,1
19,84
39,68 60,4 89
48
58
104
17
18
30
42,4 62 ПО 34
РазруМасса
А
шающая
1м
нагрузка, кН цепи, кг
4,6
0,20
9,1
0,45
18,2
0,75
13,92
31,8
1,4
0,90
—
22,7
1,0
16,59
45,4
1,9
29,5
1,6
25,5
31,8
1,9
72,0
3,5
50
2,6
29,29
60
5,0
113,4
70
3,8
35,76
88,5
7,3
177
100
5,5
45,44
127
5,5
254
11,0
130
48,87
172,4
7,5
344
14,4
160
9,7
58,55
226,8
453
19,1
—
353,8
16,0
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
274
Приложение 6.20 – Значения kζ и kη для валов с выточками
t/r
r/d
До 0,6
Св. 0,6 до 1,0
Св. 1,0 до 1,5
Св. 1,5 до 2,0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,15
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,15
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,15
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,15
ka при ζв, МПа
<650
800
1000
1,82
2,06
2,30
1,77
1,96
2,16
1,72
1,86
1,96
1,68
1,77
1,92
1,63
1,72
1,82
1,53
1,58
1,68
1,85
2,10
2,35
1,80
2,0
2,20
1,75
1,90
2,0
1,70
1,80
1,96
1,65
1,75
1,85
1,55
1,60
1,70
1,89
2,15
2,41
1,84
2,05
2,26
1,78
1,94
2,05
1,73
1,84
1,99
1,68
1,78
1,89
1,58
1,63
1,73
1,93
2,02
2,47
1,87
2,09
2,31
1,82
1,98
2,09
1,76
1,87
2,04
1,71
1,82
1,93
1,60
1,66
1,76
650
1,29
1,27
1,25
1,21
1,18
1,14
1,37
1,35
1,32
1,27
1,23
1,18
1,38
1,36
1,33
1,28
1,24
1,19
1,40
1,38
1,35
1,30
1,25
1,20
k, при ζв, МПа
800
1000
1,39
1,50
1,37
1,48
1,36
1,46
1,32
1,43
1,29
1,37
1,21
1,29
1,50
1,65
1,47
1,62
1,46
1,59
1,41
1,55
1,37
1,47
1,27
1,37
1,52
1,68
1,50
1,65
1,48
1,62
1,43
1,58
1,39
1,50
1,28
1,38
1,55
1,70
1,52
1,68
1,50
1,65
1,45
1,60
1,40
1,52
1,30
1,40
Приложение 6.21 – Значения kζ и kη для валов с поперечными отверстиями
а/d
0,05…0,1
0,16…0,25
kσ при ζв МПа (изгиб)
700
800
900
1000
0,02
1,96
2,08
2,20
0,04
1,66
,69
1,75
700
2,50
1,87
kt, при ζв, МПа (кручение)
800
900
1000
1,36
1,41
1,50
1,24
1,27
1,32
Приложение 6.22 – Значения kζ/ta для валов с напрессованными
деталями (при среднем давлении напрессовки р>30 МПа)
ζв, МПа
500
600
700
800
900
1000
14
1,85
2,0
2,3
2,6
3,0
3,3
Диаметр вала в месте напрессовки, мм
22
30
40
50
2,15
2,35
2,6
2,9
2,35
2,6
2,7
3,3
2,6
2,8
3,2
3,6
3,0
3,3
3,65
4,0
3,4
3,8
4,2
4,5
3,8
4,2
4,6
4,8
100…200
3,4
3,7
3,95
4,6
5,1
5,6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
275
Приложение 6.23 – Значения масштабных факторов εζ и εη
ζв, МПа
Углеродистая
Легированная
ε
εζ
εη
εζ= εη
20
0,92
0,83
0,83
Диаметр вала, мм
30
40
50
70
0,88
0,85
0,82
0,76
0,77
0,73
0,7
0,65
0,77
0,73
0,7
0,65
100
0,7
0,59
0,59
Приложение 6.24 – Точность обработки и шероховатость
поверхностей деталей после различных видов обработки
КвалифиПараметр шероховатости
Класс
Класс
кация по
Вид обработки
точности
шерохосистеме
Rz
Ra
по ОСТ
ватости
СТСЭВ
Зенкерование
3...8
8...15
3...6
50; 25; 12,5; 6,3 12,5;6,3;3,2; 1,6
Сверление
4...7
11...14
3...4
50; 25
12,5; 6,3
Фрезерование цилин50; 25; 12,5; 6,3; 12,5; 6,3; 3,2; 1,6;
3...7
дрическое
4,0
0,80
Фрезерование торцевое
3...7
8...14
50; 25; 12,5; 6,3; 12,5;6,3;3,2; 1,6;
Строгание
3...8
4,0; 2,0
0,8;0,40
Растачивание
2...9
7...16
1...8
Точение наружное
200; 100; 50; 25; 50; 25; 12,5; 6,3;
12,5; 6,3; 4,0; 2,0 3,2; 1,6; 0,80; 0,40
Развертывание
12,5; 6,3; 4,0; 2,0; 3,2; 1,6; 0,80;
5...9
1,0
0,40; 0,20
Протягивание
12,5; 6,3; 4,0; 2,0; 3,2; 1,6; 0,80;
2...3
7...8
5...10
1,0; 0,50
0,40; 0,20; 0,10
Зачистка наждачной
6...9
6,3; 4,0; 2,0; 1,0
—
шкуркой
Шлифование круглое
6,3; 3,2; 1,6; 0,80;
25; 12,5; 6,3; 4,0;
2...4
7...11
4...1
0,4; 0,2; 0,10;
2,0; 1,0, 0,25
0,050
Шлифование плоское
2...3
7...S
6...9
6,3; 4,0; 2,0; 1,0 1,6; 0,80; 0,4; 0,20
Полирование
4,0; 2,0; 1,0; 0,25; 0,80; 0,40; 0,20;
1...2
S...6
7...2
0,125
0,10; 0,05; 0,025
Хонингование
0,40; 0,20; 0,10;
2,0; 1,0; 0,25;
8...13
0,05; 0,025;
0,125; 0,063
0,0125
Нарезание резьбы
1...3
5...8
5...8 12,5; 6,3; 4,0; 2,0 3,2; 1,6; 0,80; 0,40
Обработка зубьев ше6,3; 4,0; 2,0; 1,0; 1,6;0,8;0,40; 0,20;
1...4
5...11
6...10
стерни
0,50
0,10
Подрезка торцов
200; 100; 50; 25; 50; 25; 12,5; 6,3;
—
1...8
12,5; 6,3; 4,0; 2,0 3,2; 1,6; 0,80; 0,40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
276
Приложение 6.25 – Применение параметров шероховатости Rz
Класс шероховаRz, мкм
Вид поверхности
тости
320, С заметными сле1
250,200 дами обработки
100, 125,
2
ПО
3
80, 60, 50
4
40, 32, 25
5
20, 16, С едва заметными
12,5, 10 следами обработки
Назначение
Несоприкасающиеся внешние обработанные поверхности
Поверхности, находящиеся на очень
близком расстоянии от смежных деталей
Грубо соприкасающиеся поверхности,
например привалочные
Тщательно обработанные несоприкасающиеся поверхности
Неподвижно скрепленные, плотно пригнанные одна к другой
Приложение 6.26 – Применение параметров шероховатости поверхности Ra
Класс шероРазряд Ra, МКМ
Вид поверхности
ховатости
а
2,5
С едва заметными сле6
б
2,0
дами обработки
в
1,6
а
1,25 1,00 Без заметных следов
7
б
0,80 обработки
в
а
0,63 0,50
8
б
Чистая гладкая
0,40
в
а
0,32 0,25 Без видимых следов
9
б
0,20 обработки
в
а
0,160 Следы обработки мож10
б
0,125 но заметить только в
в
0,100 лупу
Назначение
Вращающиеся или скользящие одна
в другой поверхности с небольшим
зазором
Вращающиеся или скользящие одна
в другой поверхности с минимальным зазором
Входящие одна в другую поверхности без зазора
Поверхности деталей, входящие одна в другую с минимальным натягом
Поверхности деталей, входящие одна в другую с натягом
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
277
Приложение 6.27 – Ориентировочные числовые
значения параметров шероховатости
Характеристика поверхностей
Ra, мкм Rz, мкм
Опорные поверхности оснований станин, стоек, кронштейнов и т. п., не
являющихся точными сборочными базами
10...80
40...320
Сверленые отверстия под болты и винты, гнезда и выемки под головки
болтов и винтов, нерабочая канавка, нерабочие поверхности валов и
других деталей без покрытия
5. ..20
20.. .80
2.5...20
10...80
Плоскости для плотных соединений с мягкими прокладками (резина,
мягкие пластмассы, картон, асбест и др.)
Посадочные поверхности отверстий и валов для неподвижных соединений
Торцевые трущиеся поверхности для вращающихся соединений
10...0,63 40...3,2
2,5. ..0,16 10.. .0,8
Рабочие поверхности зубьев зубчатых колес
2, 5. ..0,63 10...3,2
Цилиндрические и конические поверхности скольжения валов, штоков
и отверстий под них, направляющие поверхности для скользящих со- 0,63...0,16 3,2...0,8
единений
Цилиндрические поверхности золотников, плунжеров и отверстий для
0,63...0,04 3,2...0,2
них в пневматических и гидравлических устройствах
Приложение 7.1 – Зависимость коэффициента трения
от вида поверхности и угла наклона
При угле наклона, рад (град)
Материал соприкаса–
Характер
Поверхность
0,052 0,087 0,132 0,174 0,221 0,262
ющихся поверхностей передвижения
0
(3) (5) (7,5) (10) (12,5) (15)
Сухая
0,15 0,2 0,236 0,278 0,321 0,362 0,403
Трогание с
места
Смазанная 0,11 0,16 0,196 0,239 0,282 0,324 0,365
Сталь со сталью
Сухая
0,11 0,16 0,196 0,239 0,282 0,324 0,365
Движение
Смазанная
0,9 0,126 0,176 0,219 0,262 0,304 0,345
Трогание с
Сухая
0,45 0,5 0,535 0,575 0,616 0,654 0,693
места
Сталь с грунтом
Движение
»
0,42 0,47 0,505 0,56 0,587 0,624 0,664
Трогание с
»
0,6 0,637 0,694 0,729 0,764 0,831 0,838
места
Смазанная 0,11 0,153 0,196 0,239 0,282 0,323 0,365
Движение
Сухая
0,4 0,45 0,485 0,526 0,567 0,606 0,645
Сталь по фторопласту
Смазанная
0,1 0,15 0,186 0,224 0,262 0,304 0,355
»
Сухая
0,04 0,07 0,09 0,12 0,14 0,17 0,19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
278
Приложение 7.2 – Зависимость коэффициента трения
от вида поверхности качения и угла подъема
Материал соприкасаю–
щихся поверхностей
Металл с металлом
Металл с деревом
Металл с камнем
Угол подъема,
рад (град)
0(0)
0,087(5)
0,174(10)
0,262(15)
0(0)
0,087(5)
0,174(10)
0,262(15)
0(0)
0,087(5)
0,262(15)
0,174(10)
При диаметре металлических катков, мм
50
100
150
0,03
0,026
0,009
0,113
0,1
0,096
0,2
0,187
0,183
0,284
0,272
0,268
0,091
0,046
0,03
0,178
0,133
0,117
0,264
0,219
0,203
0,347
0,303
0,288
0,032
0,016
0,011
0,119
0,103
0,098
0,29
0,274
0,27
0,205
0,19
0,185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
279
Приложение 7.3 – Основные технические данные стропов
Обозначение
Грузоподъемность, т
УСК-0,32-1
УСК-0,4-1
УСК-0,5-1
УСК-0,63-1
УСК-0,8-1
УСК-1, 0-1
УСК-1, 25-1
УСК-1, 6-1
УСК-2,0-1
УСК-2,5-1
УСК-3,2-1
УСК-4,0-1
УСК-5,0-1
УСК-6,3-1
УСК-8,0-1
УСК-10-1
УСК-12,5-1
УСК-16,0-1
УСК-20,0-1
0,32
0,4
0,5
0,63
0,8
1,0
1,25
1,6
2,0
2,5
3,2
4,0
5,0
6,3
8,0
10,0
12,5
16,0
20,0
УСК-0,32-2
УСК-0,4-2
УСК-0,5-2
УСК-0,63-2
УСК-0,8-2
УСК- 1,25-2
УСК- 1,6-2
УСК-2,0-2
УСК-2,5-2
УСК-3,2-2
УСК-4,0-2
УСК-5,0-2
УСК-6,3-2
УСК-8,0-2
УСК- 10,0-2
УСК-12,0-2
УСК-16,0-2
УСК-20,2-2
УСК-25,0-2
0,32
0,4
0,5
0,63
0,8
1,25
1,6
2,0
2,5
3,2
4,0
5,0
6,3
8,0
10,0
12,0
16,0
20,0
25,0
Расчетное разрывное
усилие, кН, не менее
УСК-1
19,2
24
30
37,9
48,0
60,0
75,0
96,0
120,0
150,0
192,0
240,0
300,0
378,0
480,0
600,0
750,0
960,0
1200,0
УСК-2
9,60
12,00
15,00
18,90
24,00
37,50
48,00
60,00
75,00
96,00
120,00
150,00
189,00
240,00
300,00
375,00
480,00
600,00
750,00
L, м /, мм
1-15
1-15
1-15
1-15
2-20
2-20
2-20
2-20
2-20
3-25
3-25
3-25
3-25
3-25
4-30
4-30
4-30
4-30
4-30
6
6
6
6,3
6,7
9,7
11,5
11,5
13,5
13,0
16,5
18,0
20,0
22,0
25,0
29,0
31,0
36,5
39,5
/1,
Диаметр каната
ММ (ГОСТ 7668-80), мм
200 170
200 170
200 170
240 170
240 170
250 250
280 250
280 750
320 300
320 420
320 420
400 500
400 500
400 700
400 700
500 850
500 850
600 850
600 1000
0,8-30
0,8-30
0,8-30
0,8-30
0,8-30
0,8-30
0,8-30
0,8-30
0,8-30
15-30
15-30
15-30
2-30
2-30
2-30
2-30
2-30
2-30
2-30
50
50
50
50
50
50
50
150
150
150
150
150
200
200
200
200
200
250
250
6,3
6,7
8,1
9,7
11,5
11,5
13,5
15,0
16,5
18,0
20,0
22,0
23,5
27,0
31,0
33,0
39,5
42,0
46,5
200
200
200
250
250
300
320
400
400
500
600
600
700
800
900
1000
1100
1100
1200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
280
Приложение 7.4 – Технологические данные канатов двойной
свивки типа ЛК-РО конструкции 6х36(1+7+7/7+14)+1 о.с.
Диаметр,
мм
Масса,
кг
6,7
7,1
8,1
9,7
11,5
13,5
15,0
18,0
20,0
22,0
23,5
27,0
29,0
31,0
33,0
34,5
36,6
39,5
42,0
43,0
44,5
46,5
50,5
56,0
58,5
60,5
65,0
68,0
72,0
176,0
199,0
253,5
383,5
513,0
696,5
812,0
1245,0
1520,0
1830,0
2130,0
2800,0
3215,0
3655,0
4155,0
455,0
4965,0
6080,0
6750,0
7120,0
7770,0
8400,0
9940,0
12050,0
13000,0
14250,0
16100,0
17700,0
19800,0
Маркировочная группа, МПа (кгс/мм2)
1764(180)
1862(190)
1960(200)
Разрывное усилие в целом, кН, не менее
25,7
26,8
27,6
29,1
30,35
31,55
37,05
38,65
39,85
56,1
58,5
60,3
75,1
78,3
80,7
101,5
106,0
109,0
116,5
122,5
128,0
175,5
186,5
190,5
215,0
229,0
233,5
258,5
275,0
280,5
304,0
321,0
338,0
396,5
422,0
430,5
454,5
484,0
493,5
517,0
550,5
561,5
588,0
626,5
638,5
644,5
686,0
700,0
703,5
748,5
764,0
861,0
917,0
935,0
955,5
1010
1030
1005
1060
1080
1095
1165
1185
ИЗО
1260
1280
1400
1490
1510
1715
1790
1970
2210
2430
2745
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
281
Приложение 7.5 – Технические данные канатов двойной
свивки типа ЛК-РО конструкции 6х36(1+7/7+14)+7х7(1+6)
Диаметр,
мм
Масса 1000 м,
кг
5,9
6,4
7,2
8,6
10,5
13,0
14,5
16,0
17,5
19,5
21,0
23,0
25,0
28,0
30,0
32,5
35,5
36,5
39,0
42,0
45,5
49,0
52,0
57,0
60,5
61,5
64,0
68,0
72,0
145,0
183,0
212,0
328,0
482,0
733,0
906,0
1145,0
1360,0
1630,0
1950,0
2290,0
2660,0
3395,0
3890,0
4445,0
5290,0
5895,0
6530,0
7965,0
9045,0
10600,0
11850,0
13900,0
15240,0
16250,0
17148,0
18775,0
21125,0
Маркировочная группа, МПа (кгс/мм2)
1764(180)
1862(190)
1960(200)
Разрывное усилие в целом, кН, не менее
21,6
22,9
23,35
27,15
28,95
29,45
31,55
33,5
34,15
48,85
51,3
52,75
71,8
75,8
77,4
108,5
115,5
118,5
130,0
138,5
141,5
165,0
175,0
178,5
196,0
209,0
213,0
242,5
258,0
263,0
289,5
307,0
313,5
341,0
362,0
368,5
396,0
417,5
429,0
506,5
538,0
547,5
579,0
615,0
627,0
661,5
703,0
716,0
787,5 '
835,0
852,5
877,5
930,0
950,0
972,5
1025
1045
1140
1215
1235
1340
1425
1455
1575
1640
1705
1765
1840
1905
2000
2205
2350
2530
2775
3125
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
282
Приложение 7.6 – Размеры и материал установочных подкладок
Масса оборудования, т
Св. 100
Размеры подкладок, мм
250x120x80
250х120x60
250х120x40
250х120x30
Св. 100
Св. 100
30.. .100
30.. .100
250x120x20
250х120x10
250x120x5
200x100x50
200х100x30
200х100x20
200х100х10
200x100x5
Материал
Масса оборудования, т
Чугун
5. ..30
Чугун или
сталь
5.. .30
Сталь
До 5
Чугун или
сталь
До 5
Сталь
До 5
Размеры подМатериал
кладок, мм
150x80x50 Чугун или
150x80x30 сталь
150x80x20
150x80x10
150x80x5
100x60x30
100x60x20
Сталь
100x60x10
100х60х5
100x60x10
100x60x5
Сталь
Сталь или
чугун
Сталь
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
283
Приложение 7.7 – Параметры режущего инструмента
и отверстий для установки самоанкерующихся болтов
Диаметр режущего
Тип болДиаметр цан- Диаметр отверинструмента, мм
Резьба
Допуск,
та, дюбеги (кольца, стий под болты,
болта
мм вращательного
ударноля
конуса), мм
дюбели, мм
вращательного
М8
12
12
12
—
М12
16
16
16
16
М14
20
20
20
20
М16
22
22
22
22
М18
25
25
25
26
I
М20
28
28
+ 1:-2,5
28
28
М24
32
32
32
33
М30
40
40
40
40-42
М36
50
50
50
52
М42
60
60
60
60
М48
68
68
70
70
М12
16
16
16
16
М14
20
20
20
21
II
М18
25
25
+ 1:-2
25
26
М20
28
28
28
28
М24
32
32
32
32
М10
16
16
16
16
М12
18
18
18
18
М14
20
20
20
21
+0,5: III
М16
22
22
22
23-24
1,5
М18
25
25
25
26
М20
28
28
28
28
М24
32
32
32
32-34
М8
7,5
7,5
7,5
—
М12
11
11
11
—
IV
+0,5 :-1
М14
12,5
12,5
12,5
—
М16
14
14
14
—
М8
12
12
12
_
М12
16
16
16
16
М14
20
20
20
20
V
+0,5 :-1
М18
25
25
25
25
М20
28
28
28
28
М24
32
32
32
32-34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
284
Приложение 9.1 – Примеры расчета тарифных ставок основных
профессий рабочих (при размере месячной тарифной ставки
1–го разряда 800 руб. и 42–часовой рабочей неделе)
НаименоваДиапазоРекомендуение групп,
Тарифный
ны разрямый повышарабочих
коэффицидов по
ющий коэффигрупп и проент по ETC
ETC
циент
фессий
Рабочиеремонтники:
слесарь по
1...6
1,00.. .2,44
1,3
ремонту машин и оборудования
Наладчик
4...6
1,91. ..2,44
1,8
оборудования
Рабочиестаночники
2.. .8
1,36.. .3,12
1,5
широкого
профиля
Рабочиемеханизаторы: трактори- 6.. .10
2,44...3,99
1,8
стымашинисты
Механизаторы на погрузочно7...9
2,76...3,53
1,5
разгрузочных
работах
Рабочие3...6
1,69. ..2,44
1,5
строители
Водители ав8...10
3,12.. .3,99
1,8
томобилей
Часовая
Месячная
Дневная татарифная
тарифная
рифная ставставка, руб.
ставка,
ка, руб. (гр. 6
(гр. 6 :
руб.
: 25,2)
176,4)
1039..
.2535
2748.
..3510
1630..
.3740
5, 89.. .14,
41, 23. ..100,6
37
15, 58.
..19,9
9,24...21,2 64, 7. ..148,42
3510...574
19,9...32,54
0
3309...423
2
2026.
..2925
4488.
..5740
109,03.
..139,29
18,76.
..23,99
139, 29..
.227,77
131,3...167,93
11,49.
80,4... 116,07
..16,58
25,44...32,5 178,11...227,7
4
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
285
Приложение 9.2 – Коэффициенты А и n для литых деталей
Условия изготовления
Материал
Серый чугун
Ковкий
чугун
отливка
формовка
–
–
В землю
Машинная, по
металлическим моделям
В землю
Машинная, по
металлическим моделям
В корковые формы По выплавляемым моделям
Стальное
литье
В корковые формы
По металлическим
моделям
механическая А п
обработка
–
1,75 0,91
–
2,2 0,87
Частичная
1,95 0,93
2,3 0,89
1,87 0,9
2,38 0,88
1,68 0,94
2,26 0,93
1,71 0,95
2,32 0,92
–
Частичная
–
Частичная
–
Частичная
Приложение 9.3 – Коэффициенты А и n для
штампованных деталей и изготовленных из проката
Механическая обработка
А n
и форма деталей
Частичная
1,32 0,97
Штамповка на молотах
Полная
1,67 0,95
–
2,39 0,91
Штамповка с
Частичная
1,49 0,95
Штамповка на прессах и конагревом
Полная
2,16 0,92
вочных машинах
–
1,18 0,96
Частичная
1,1 0,98
Гибка
–
1,2 0,97
Частичная
1,2 0,98
Гибка
Полная
1,65 0,97
Горячий прокат
Вырубка, формовка и выПрямоугольный контур
1,17 0,9!
тяжка
без закруглений
Холодная
Вырубка, формовка и выПрямоугольный контур с вырезами 1,58 0,98
штамповка
тяжка
и закругленными углами
Вырубка, формовка и выКруглый, овальный контур сложной
2,63 0,9
тяжка
формы
Холодная
штамповка
Гибка полосы, профильного
–
1,29 0,98
и круглого проката
Вид штамповки Метод получения деталей
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
286
ЛИТЕРАТУРА
1. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике: пособие для
инженеров, конструкторов и изобретателей. В 7 т. – М.: Наука, 1970.
2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. – М.: Наука, 1990.
3. Левитская О.Н., Левитский Н.И. Курс теории механизмов и машин. –
М.: Высшая школа,1993.
4. Фролов К. В. Теория механизмов и механика машин. – М.: Высшая
школа, 2005.
5. Литвинов Б.В. Основы инженерной деятельности: Курс лекций. – М.:
Машиностроение, 2005.
6. Ройтман И.А., Кузьмин В.И. Основы машиностроения в черчении:
Учебник: В 2 кн. – М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2000.
7. Детали машин: Учебник. / Под ред. О.А. Ряховского. – М,: Изд-во
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004.
8. Жуков К.П., Гуревич Ю.Е. Проектирование деталей и узлов машин. –
М.: Изд-во «Станкин», 2004.
9. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин:
Учеб. пособ. – М.: Изд. центр «Академия», 2003.
10. Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин: Учебник. – М.: Высш.
шк., 2008.
11. Крайнев А.Ф. Идеология конструирования: Научно-техн. издание. –
М.: Машиностроение, 2003.
12. Курочкин А.А., Зимняков В.М. Основы расчета и конструирования
машин и аппаратов перерабатывающих производств. – М.: КолосС, 2006.
13. Кравченко А.М., Кравчук Н.В. Информационные технологии в инженерном образовании: Монография. – Рязань: РВАИ, 2008.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
287
Бышов Николай Владимирович
Кравченко Андрей Михайлович
Борычев Сергей Николаевич
Кравчук Николай Владимирович
Андрющенко Елена Ивановна
ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Монография
В авторской редакции
Компьютерная верстка Кравченко А. М., Андрющенко Е. И.
© Бышов Н. В, Кравченко А. М., Борычев С. Н., Кравчук Н. В., Андрющенко
Е. И., Рязань, РГАТУ, 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
288
Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать ризографическая.
Усл. печ. л.18 Тираж 300экз. Заказ № 474
подписано в печать 15.11.2010
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Рязанский государственный агротехнологический университет
имени П.А. Костычева
390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1
Отпечатано в издательстве учебной литературы и
учебно-методических пособий
ФГОУ ВПО РГАТУ
390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1
Документ
Категория
ГОСТ Р
Просмотров
5 155
Размер файла
7 823 Кб
Теги
инженерного, основы, проектирование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа