4. Классификация машин по их функциональному назначению

5. МАШИНА КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА

Машины, механизмы и установки, агрегаты или детали в процессе их производства на маши­ностроительном предприятии являются изделиями.

Изделие - предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предпри­ятии. Изделия в зависимости от их назначения делят на изделия основного и вспомогательного про­изводства.

Различают специфицированные и неспецифицированные изделия. Специфицированное изде­лие состоит из нескольких частей. Неспецифицированное изделие не имеет составных частей.

Перечисленные ниже виды изделий установлены стандартами.

Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без при­менения сборочных операций (например, валик из одного куска металла, литой корпус и т. п.). У каждой детали, участвующей в сборке, имеются сопрягающиеся и несопрягающиеся поверх­ности.

Первые при сборке соприкасаются с поверхностями других деталей, образуя соответст­вующие сопряжения. При этом разные сопрягающиеся поверхности могут иметь различное на­значение. Одни из них служат для присоединения данной детали к другим деталям (например, нижняя плоскость передней бабки токарного станка сопрягается с соответствующей поверх­ностью станины и определяет этим положение передней бабки относительно станины; шейки шпинделя станка, сопрягаясь с отверстиями вкладышей подшипников, определяют положение шпинделя станка; хвостовик турбинной лопатки, сопрягаясь с соответствующими пазами рото­ра, задает конкретные положения турбинной лопатке и т. д.). Такие поверхности называются основными базами.

Другие сопрягаемые поверхности служат для присоединения к данной детали других дета­лей сборочного соединения и носят название вспомогательных баз (например, поверхность станины, на которую опирается основная база передней бабки станка (ее нижняя плоскость), является вспомогательной базой станины; отверстие вкладыша подшипника, в котором уста­навливается шпиндель станка, является вспомогательной базой вкладыша и т. д.). Таким обра­зом, при сборке соединений основные базы одной детали опираются на вспомогательные базы другой.

Сопрягающиеся поверхности, имеющие назначение выполнять некоторые рабочие функции (поверхность шкива, соприкасающаяся с приводным ремнем; поверхность резьбы в винтовых ме­ханизмах; рабочая поверхность турбинной лопатки, соприкасающаяся с рабочим паром или газо­вой смесью и т. п.), называются функциональными (исполнительными или рабочими).

Функциональные (исполнительные) поверхности детали могут быть и несопрягающимися (например, отражательная поверхность зеркала и т. п.).

Остальные поверхности детали являются несопрягающимися («свободными») и служат лишь для оформления требуемой конфигурации детали. Они часто не обрабатываются или обрабатыва­ются с пониженной точностью для предотвращения отрыва от необработанной поверхности окалины или для уравновешивания и балансировки быстровращающихся деталей.

Базовые детали - детали с базовыми поверхностями, выполняющие в сборочном соединении (узле) роль соединительного звена, обеспечивающего при сборке соответствующее относительное положение других деталей. Применительно к общей сборке изделия, когда основными сборочными элементами являются уже собранные сборочные соединения (узлы), одно из этих соединений, удов­летворяющее изложенному выше требованию (сформулированному для базовой детали), называ­ется базовым сборочным соединением {базовым узлом).

Сборочная единица {узел) - часть изделия, которая собирается отдельно и в дальнейшем уча­ствует в процессе сборки как одно целое. Составные части сборочной единицы подлежат на предприятии-изготовителе соединению между собой сборочными операциями (свинчиванием, склеива­нием, клепкой, опрессовкой и т. п.); например собираются шпиндельный узел, коробка скоростей, ротор турбины, составной коленчатый вал и т. п.

Сборочные единицы (узлы), в процессе общей сборки непосредственно входящие в изделие, называются сборочными единицами 1-го порядка. Сборочные единицы, входящие в сборочную еди­ницу 1 -го порядка, называются сборочными единицами 2-го порядка и т. д.

Отдельные детали (например, крепежные) могут входить в сборочные единицы любого поряд­ка или непосредственно в собираемое изделие (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема сборочных элементов

Собранное изделие может рассматриваться как сборочная единица 0-го порядка.

Сборочный комплект - группа составных частей изделия, которые необходимо подать на ра­бочее место для сборки изделия (ГОСТ 3.1109-82).

Объектами производства машиностроительных предприятий могут быть комплексы и комплек­ты изделий, кроме отдельных машин и их частей.

Комплекс - два и более специфицированных (состоящих из двух и более составных частей) изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначен­ных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций, например автоматическая ли­ния, цех-автомат, станок с ЧПУ с управляющими панелями и т. п.

Комплект — два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих собой набор изделий, которые имеют общее эксплуатационное на­значение вспомогательного характера, например комплекты запасных частей, инструмента и при­надлежностей, измерительной аппаратуры, упаковочной тары и т. п.

Комплектующее изделие - изделие предприятия-поставщика, применяемое как составная часть изделия, выпускаемого предприятием-изготовителем. Составными частями изделия могут быть детали и сборочные единицы (ГОСТ 3.1109-82).

Для построения эффективного технологического процесса сборки необходимо расчленить из­делие на ряд сборочных единиц и деталей. Такое расчленение производится на стадиях конструк­торской подготовки производства при разработке конструкции изделия (см. рис. 5.1). При этом со­ставные части (сборочные единицы) могут быть спроектированы с учетом конструктивных или технологических требований. В соответствии с требованиями различают конструктивные сбороч­ные единицы и технологические сборочные единицы, или узлы.

Конструктивная сборочная единица - единица, спроектированная лишь по функциональному принципу без учета особого значения условий независимой и самостоятельной сборки. Примером таких сборочных единиц могут быть механизмы газораспределения, системы топливопроводов и маслопроводов двигателя и т. п.

Технологическая сборочная единица, или узел - сборочная единица, которая может собираться отдельно от других составных частей изделия (или изделия в целом) и выполнять определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями (ГОСТ 23887-79). На рис. 5.2 представлена схема расчленения консольно-фрезерного станка.

Наилучшим вариантом конструкции является сборочная единица, которая отвечает условию функционального назначения ее в изделии и условию самостоятельной независимой сборки. Это так называемая конструктивно-технологическая сборочная единица. К таким единицам можно от­нести насосы, клапаны, вентили, коробки скоростей, коробки передач и т. п.

Принцип конструирования изделий из таких единиц называется агрегатным или блочным. Из конструктивно-технологических сборочных единиц формируются агрегаты.

П ^

Рис. 5.2. Схема расчленения консольно-фрезерного станка: 1 - станина; 2 - поворотная головка; 3 - стол и салазки; 4 - консоль; 5 - коробка подач; б - электрооборудование; 7 - коробка

переключений; 8- коробка скоростей

Агрегат - сборочная единица, обладающая полной взаимозаменяемостью, возможностью сборки отдельно от других составных частей изделия (или изделия в целом) и способностью выпол­нять определенную функцию в изделии или самостоятельно. Сборка изделия или его составной части из агрегатов называется агрегатной или модульной.

Агрегатно-сборочная единица обладает полной взаимозаменяемостью, возможностью сборки отдельно от других составных частей изделия и способностью выполнять определенную функцию в изделии самостоятельно.

Преимущества агрегатного (модульного) принципа проектирования:

• лучшие технико-экономические показатели как в изготовлении, так и в эксплуатации и ремонте;

• сокращение цикла сборки;

• повышение качества сборки (каждая сборочная единица может быть испытана независимо от других единиц);

• улучшение условий эксплуатации (замена отдельных частей);

• упрощение организации ремонта за счет уменьшения количества изделий;

ремонт каждого агрегата может быть проведен в отдельности.

Пример агрегатной (модульной) конструкции авиационного двигателя показан на рис. 5.3

Рис. 5.3. Модульная конструкция авиационного двигателя: 1 - вентилятор; 2 - компрессор среднего давления; 3 - переходный модуль; 4 - турбина привода компрессора среднего давления;

5 - турбина привода вентилятора; б - компрессор и турбина высокого давления; 7- коробка приводов

Каждая сборочная единица включает в себя определенные виды соединения деталей. По воз­можности относительного перемещения составных частей соединения подразделяются на подвижные и неподвижные.

По сохранению целостности при сборке соединения подразделяются на разъемные и неразъ­емные. Соединение считается разъемным, если при его разборке сохраняется целостность состав­ных частей, и неразъемным, если при его разборке составные части повреждаются и их целостность нарушается.

При этом соединения могут быть: неподвижными разъемными (резьбовые, пазовые, кониче­ские); неподвижными неразъемными (соединения запрессовкой, развальцовкой, клепкой); подвиж­ными разъемными (подшипники скольжения, плунжеры-втулки, зубья зубчатых колес, каретки- станины); подвижными неразъемными (подшипники качения, запорные клапаны).

Количество разъемных соединений в современных машинах и механизмах составляет 65 - 85 % от всех соединений.

Неразъемные соединения в процессе эксплуатации и ремонта нередко подвергаются раз­борке, вызывающей большие затруднения и часто приводящей к порче сопряженных поверхно­стей (одной или обеих деталей соединения), а также к дополнительной пригонке, доработке или замене.

6. СБОРОЧНАЯ ЕДИНИЦА

Сборочная единица включает в себя определенные виды соединения деталей.

Современная трактовка понятия качества, закрепленная международными стандартами, такова: качество - это совокупность характеристик объекта, имеющая отношение к его способности удовле­творять установленные требования потребителя.

Качество машины характеризуется определенной системой показателей, учитывающей ее на­значение. Степень совершенства машины выражается следующими эксплуатационными показате­лями назначения:

• производительность;

• экономичность;

• точность работы;

• степень автоматизации;

• соответствие требованиям экологии и нормальным условиям труда, физиологией человека;

• энергопотребление (энергозатраты).

Показатели назначения определяют полезный эффект использования:

• чувствительность;

• коэффициент усиления;

® быстродействие;

в точность;

мощность

7. КАЧЕСТВО МАШИН И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

На показатели установлены определенные допуски.

Показатели точности, связаны с работоспособностью машины (изделия), т.е. с таким состоя­нием, когда основные параметры (показатели позиционирования) соответствуют установленным требованиям.

Показатели точности характеризуют свойства машины на некотором интервале времени (не от точки к точке, а от одного интервала времени к другому).

Значение того или иного показателя зависит не от его номинального значения, а от того, како­ва способность машины сохранять это значение в реальных условиях эксплуатации на протяжении «жизненного цикла» изделия.

Коэффициент энергопотребления (энергозатрат) в общем случае определяется, как известно, из теории машин, механизмов и механики, на основании баланса мощности для одной подвижно­сти машины:

где - мощность движущей силы машины; - мощность силы полезного сопротивления (си­лы технологического сопротивления); - мощность сил вредного сопротивления; , , - мощности, затраченные на преодоление сил инерции, тяжести и упругой деформации звеньев. Разделив первую и вторую части уравнения баланса мощности на ,получим:

. .

Уравнение, позволяющее получить количественную оценку энергопотребления машины, разделим на преодоление сил вредного сопротивления, тогда ; ; ; .

Одним из важнейших эксплуатационных показателей качества машины является надежность.

Надежность - свойство объекта сохранять в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях при­менения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность - сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и со­храняемости.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некото­рого времени или некоторой наработки.

Долговечность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупрежде­нию причин возникновения отказов, повреждений, поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять показатели безотказности, долговечности и ремон­топригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Комплексный показатель надежности - показатель, характеризующий несколько свойств, состав­ляющих надежность объекта.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Наработка на отказ - продолжительность или объем работы объекта; выражается в единицах объема выполненной работы за промежуток времени или время функционирования

Срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возоб­новления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Ресурс - регламентированное время работы изделия, определяющее его долговечность.

Качество машины определяется следующей системой производственно-технологических пока­зателей.

Станкоемкостъ - продолжительность времени, в течение которого должны быть заняты стан­ки или другое оборудование для изготовления всех деталей изделия. Единицей измерения является станко-час.

Производственный цикл - интервал времени от начала до конца процесса изготовления или ремонта изделия.

Конструктивная преемственность изделия - свойство изделия, определяющее возможность использования в нем деталей и сборочных единиц, применяемых в других изделиях.

Технологическая преемственность изделия - свойство изделия, определяющее возможность использования отдельных технологических операций и средств технологического оснащения для изготовления или ремонта.

С точки зрения технолога-машиностроителя, при оценке качества машин определяются следующие неразрывные показатели процесса изготовления: технические, организационные и экономические.

Стабильность:

• точность технологического процесса (777) - свойство процесса сохранять без дополнитель­ных регулировок точность во время обработки партии деталей с одной настройки станка;

• технологическая стабильность ТП характеризуется расположением параметров всех обра­ботанных деталей партии в пределах допуска;

• статистическая стабильность ТП определяется постоянством значений статистических па­раметров рассеивания отклонений размеров, формы и расположения поверхностей за время обработки партии заготовок;

• надежность ТП - свойство процесса сохранять в заданных пределах значения основных ха­рактеристик в течение определенного времени;

• уровень автоматизации ТП характеризует степень уменьшения воздействия обслуживающе­го персонала (его вмешательство в ход процесса);

• материалоемкость {металлоемкость) - свойство, определяющее техническое совершен­ство и экономичность процесса, характеризующее расход материала (металла) на единицу про­дукции;

• производительность ТП определяется количеством или стоимостью изделий, приходящихся на единицу трудозатрат;

• технологическая себестоимость характеризуется себестоимостью изготовления изделия (за вычетом стоимости покупных изделий и сборочных единиц);

• технологическая трудоемкость ТП определяется суммарной трудоемкостью изготовления изделий (без учета трудоемкости покупных изделий и сборочных единиц);

• экономичность ТП определяет его экономическую эффективность для предприятия и на­родного хозяйства в целом и является обобщающим свойством.