Выбор конструкции изделия. Конструктивная переемственность. Компонование. Совершенство конструктивной схемы. Компактность конструкции. Рациональный выбор параметров оборудования.

При выборе параметров машины, основной схемы и типа конструкции в центре внимания должны быть факторы, определяющие эконо­мическую эффективность машины: высокая полезная отдача, малые энергопотребление и расходы на обслуживание, низкая стоимость эксплуатации и длительный срок применения. Схему машины обычно выбирают путем па­раллельного анализа нескольких вариантов, которые подвергают тщательной сравнитель­ной оценке со стороны конструктивной целе­сообразности, совершенства кинематической и силовой схем, стоимости изготовления, энер­гоемкости, расхода на рабочую силу, надеж­ности действия, габаритов, металлоемкости и массы, технологичности, степени агрегатности, удобства обслуживания, сборки-разборки, осмотра, наладки, регулирования.

После выбора схемы и основных показате­лей агрегата разрабатывают компоновку, на основе которой составляют эскизный, техниче­ский и рабочий проекты.

Разработка вариантов - дело не индивиду­альной привычки или наклонностей конструк­тора, а закономерный метод проектирования, помогающий отыскать наиболее рациональное решение.

Конструктивная преемственность — это ис­пользование при проектировании предшест­вующего опыта машиностроения данного про­филя и смежных отраслей, введение в проекти­руемый агрегат всего полезного, что есть в су­ществующих конструкциях машин.

Изучая историю развития любой отрасли маши­ностроения, можно обнаружить огромное много­образие перепробованных схем и конструктивных решений. Многие из них, исчезнувшие и основатель­но забытые, возрождаются через десятки лет на но­вой технической основе и снова получают путевку в жизнь. Изучение истории позволяет избежать оши­бок и повторения пройденных этапов и вместе с тем наметить перспективы развития машин.

Компонование обычно состоит из двух эта­пов: эскизного и рабочего. В эскизной компоновке разрабатывают основную схему и об­щую конструкцию агрегата (иногда несколько вариантов). На основании анализа эскизной компоновки составляют рабочую компоновку, уточняющую конструкцию агрегата и служа­щую исходным материалом для дальнейшего проектирования.

Компоновку следует начинать с решения главных вопросов - выбора рациональных ки­нематической и силовой схем, правильных раз­меров и формы деталей, определения наиболее целесообразного взаимного их расположения. При компоновании надо идти от общего к частному, а не наоборот.

Другое основное правило компонования - разработка вариантов, углубленный их анализ и выбор наиболее рационального. Вначале необхо­димо продумать все возможные решения и выбрать из них оптимальное для данных ус­ловий. Полная разработка вариантов необязатель­на. Обычно достаточно карандашных наброс­ков от руки, чтобы получить представление о перспективности варианта и решить вопрос о целесообразности продолжения работы над ним.

Совершенство конструктивной схемы. Наибольшие возможности уменьшения мас­сы заложены в применении рациональ­ных конструктивных схем с наи­меньшим числом деталей и наиболее вы­годным течением силового потока.

Основным мероприятием по совершенствованию конструктивной схемы является уменьшение числа звеньев. Сокращение звеньев механизма и устране­ние излишних звеньев способствуют значительному снижению массы агрегата.

Рис. 1. Устранение лишних звеньев

Компактность конструкций. Следует всемерно использовать габариты для размещения наибольшего возможного числа рабочих элементов. Этот принцип, ко­торый можно назвать принципом плотной упаковки, позволяет добиться значительно­го выигрыша в габаритных размерах и массе или в тех же размерах увеличить несущую способность конструкции.

Рациональный выбор параметров машин.

Основной принцип: рационально изменив некоторые параметры конструкции можно добиться значительного улучшения других параметров (повысить производительность, уменьшить габариты, снизить металлоёмкость и т.д.)

Рис. 2. Рациональное использование габаритных размеров

Например: для некоторых категорий машин, работаю­щих на жидкостях или газах (гидравлические прессы, воздушные и паровоздушные молоты, пневматические и гидравлические приводы), значительного уменьшения размеров и массы можно добиться увеличением давления рабо­чей жидкости (газа).

До известного предела можно повысить рабочее давление газов в двигателях внутреннего сгорания (примене­нием наддува и повышением степени сжатия), что позволяет уменьшить рабочий объем ци­линдров или при заданном рабочем объеме повысить мощность.

В некоторых случаях, например в машинах-генераторах энергии, можно достичь умень­шения массы за счет повышения быстроход­ности.

Этот путь имеет свои ограничения. У двигателей внутреннего сгорания повышение частоты вращения лимитируется увеличением скорости всасывания, со­провождающейся падением наполнения цилиндров и уменьшением мощности двигателя. У паровых и газовых турбин повышение частоты вращения требует соответствующего увеличения проточной скорости рабочей жидкости, вызывающего рост внутренних потерь. Кроме того, увеличивается дина­мическая напряженность машины и повышается из­нос.

В крупногабаритных агрегатах существен­ного уменьшения массы и упрощения привода можно достичь децентрализацией при­вода путем замены механических передач ин­дивидуальными электро- и гидроприводами, связанными цепями управления. Механические коробки скоростей во многих случаях выгодно заменять системами регулируемых электро­приводов.

Наибольшее уменьшение массы может дать пере­ход на принципиально новые схемы машин и про­цессы. Так, паровые машины вытеснены паровыми турбинами, допускающими гораздо большую кон­центрацию мощности в одном агрегате при относи­тельно меньшей его массе. Поршневые двигатели внутреннего сгорания в области больших мощностей уступают место газовым турбинам. Паровые тур­бины, по-видимому, со временем уступят место га­зовым турбинам, не требующим громоздкого вспо­могательного оборудования (котлы, конденсаторы). В области электроэнергоустановок коренной переворот произведут магнитогазодинамические генера­торы, непосредственно преобразующие тепловую энергию в электрическую.

3. Состав и количество основного оборудования в поточном и не поточном производствах.

При разработке технического проекта количество станков определяют по номенклатуре и каждому типоразмеру. Наиболее точные результаты могут быть получены по данным технологических процессов с указанием затрат времени по операциям, определенных путем технического нормирования.

При укрупненных расчетах определяют общее число единиц оборудования по цеху и распределяют по типоразмерам в процентном отношении по данным для аналогичных цехов и заводов.

Для непоточного производства. Число станков данного типоразмера определяется по общей годовой станкоемкости одного изделия

Где П_р – расчетное число единиц оборудования, шт.

Т_н – станкоемкость одного изделия, час

В_н – годовая программа выпуска, шт.

F_д - действительный годовой фонд времени работы станка, час

Для определения загрузки рассчитывают коэффициент загрузки

где П – принятое количество станков, шт.

Для единичного и мелкосерийного производства принимают К= 0,8… 0,9, для серийного не ниже 0,75… 0,85, для крупносерийного и массового не ниже 0,65… 0,75.

Количество единиц оборудования может быть так же определено по удельной теплоемкости

где, Т_в – станкоемкость обработки 1т изделий, час

Q – годовой выпуск изделий в точках

Для поточного производства. Число станков определяется для каждой операции. Расчетное число станков на операции при непрерывной поточной обработке одной детали определяется по формуле

где Т – такт линии, мин.

n – расчетное число станков

Расчетное число станков округляют до целого и определяют коэффициент загрузки. Средний коэффициент загрузки по линии получают делением расчетного числа всех станков линии. При расчете по производительности расчетное число станков определяют по формуле

где N – количество деталей одного наименования, обрабатываемых в год (час, сутки)

g – производительность станка дет/год (час, сутки)