5.9 Унифицированные ряды

В некоторых случаях возможно образование ряда производных машин различной мощности или производительности путем изменения числа главных рабочих органов и их применения в различных сочетаниях. Такие ряды называют семейством, гаммой или серией машин. Этот способ применим к машинам, мощность или производительность которых зависит от числа рабочих органов.

Метод обеспечивает следующие технологические и эксплуатационные преимущества:

• упрощение, ускорение и удешевление процессов проектирования и изготовления машин;

• возможность применения высокопроизводительных методов обработки унифицированных деталей;

• уменьшение сроков доводки и освоения опытных образцов (благодаря отработанности главных рабочих органов);

• облегчение эксплуатации;

• сокращение сроков подготовки обслуживающего технического персонала и сроков ремонта машин, а также упрощение снабжения запасными деталями.

Классическим примером образования унифицированных машин является создание рядов четырехтактных двигателей внутреннего сгорания на основе унифицированной цилиндровой группы и частично унифицированной шатунно-поршневой группы (таблица 1). Сочетание цилиндров ограничивается условием уравновешенности сил инерции поступательно-возвратно движущихся масс и условием равномерного чередования вспышек. Удовлетворяющие этим условиям сочетания представлены в табл. 1. Повышенной степенью унификации отличаются двухвальные двигатели (13, 14), у которых наряду с цилиндровой группой полностью унифицированы шатунно-поршневая группа и коленчатые валы.

Таблица 1 – Двигатели унифицированного ряда

Эскиз	Тип двигателя, Число цилиндров	Эскиз	Тип двигателя, Число цилиндров
	Однорядный, i=2		Двухрядный, V-образный, i=12
	То же i=4		Трехрядный, W-образный, i=18
	» i=6		То же i=18
	» i=8		Четырехрядный, X-образный, i=24
	Двухрядный, V-образный, i=8		Двухрядный двухвальный, i=12(8)
	Трехрядный, W-образный, i=12		Четырехрядный двухвальный, i=24(16)
	Четырехрядный, X-образный, i=16		То же i=24(16)
	Двухрядный, c оппозитными цилиндрами i=12(8)		Шестирядный двухвальный, i=36(24)
	Однорядный звездообразный, i=3		Двухрядный звездообразный с шахматным расположением цилиндров i=14
	То же i=5		То же i=18
	» i=7		Рядный крестообразный i=24(16)
	» i=9		Рядный звездообразный i=36(24)

Так как мощность двигателя пропорциональна числу цилиндров, то представленный ряд двигателей позволяет теоретически получить семейство двигателей с очень широкий диапазоном мощностей. Если мощность одного цилиндра равна, например, 100 л. с., то возможный диапазон ряда равен 200 - 3000 л. с.

Однако из всех многочисленных схем, представленных в табл. 1, практически применяют сравнительно немногие. Двигатели с малым числом цилиндров (< 4) отличаются неравномерностью крутящего момента и плохой уравновешенностью. Двигатели с большим числом цилиндров (> 24) применяют редко из-за сложности обслуживания и увеличенной вероятности появления неполадок. Неприемлемы рядные двигатели (7) с малым углом развала, затрудняющим размещение всасывающих и выхлопных трубопроводов между цилиндрами.

Звездообразные схемы 17 — 22 широко применяли для авиационных поршневых двигателей воздушного охлаждения и сейчас используют для судовых двигателей.

Другая область применения метода унифицированных рядов — это роторные машины-орудия. Так как производительность роторных машин пропорциональна числу операционных блоков, установленных на машине, то из унифицированных блоков можно создать ряд машин разной производительности. В отличие от поршневых двигателей число блоков, которое можно установить на роторной машине, практически не ограничено и зависит только от заданной производительности.

Наряду с изменением числа операционных блоков на роторных машинах можно менять блоки, приспосабливая машину к выполнению различных операций. Это — пример сочетания метода унифицированных рядов с методами конвертирования или агрегатирования.

Пределы метода. Методы образования производных машин и их рядов на основе унификации не являются универсальными и всеобъемлющими. Каждый из них приложим к ограниченной категории машин. Многие машины (паровые и газовые турбины) по конструкции не допускают образования производных машин. Невозможно или нецелесообразно образовывать производные ряды для специализированных машин, машин большой мощности и т. д., которые остаются в категории индивидуального проектирования.

Унификация нередко сопровождается ухудшением качества, особенно в случае производных рядов большого диапазона. Крайние члены ряда по габаритам, металлоемкости, удельной массе и эксплуатационным показателям, как правило, уступают специализированным машинам. Такое ухудшение можно допустить, если унификация обеспечивает большой экономический эффект, а габариты и масса имеют второстепенное значение.

Этот метод применим для машин общего назначения, ограниченно применим, а иногда и вовсе не применим для машин, к габаритам и массе которых предъявляют повышенные требования. В категории машины повышенного класса нередко приходится отказываться от унификации и идти по пути индивидуального проектирования.

В связи с этим необходимо упомянуть о технологическом направлении конструирования, которое выдвигает на первый план технологическую сторону и придает особое значение методам унификации и создания производных рядов, считая их едва ли не главным началом рационального конструирования. Заслуга технологического направления заключается в обосновании органической связи между конструированием и технологией. Технологичность конструкции должна достигаться в процессе создания машины и содержаться в основном замысле и конструктивном оформлении машины.

Однако технологичность не Может служить определяющим началом конструирования. Главным направлением конструирования является повышение качества машин, их надежности, долговечности и экономического эффекта. Технология должна обеспечить всеми имеющимися в ее распоряжении средствами решение этих основных задач, но не диктовать направление конструирования.

Нельзя преувеличивать и роль образования производных машин и их рядов, как способа удешевления машин. Эти методы применимы ограниченно и по эффективности уступают другим методам (автоматизации и механизации производства, сокращению числа типоразмеров машин и др.).

Неправильно считать способность машины к образованию производных машин я рядов признаком технологичности конструкции, хотя бы потому, что этот способ применим не ко всем машинам. Странно было бы, например, считать нетехнологичной конструкцию крупной тепловой машины, например, мощной паровой турбины, только потому, что на базе ее конструкции нельзя создать производный ряд.