1. Выполнение компоновки элементов конструкции. 1.1. Факторы, влияющие на выполнение компоновки Работоспособность вновь создаваемых ТО в определяющей степени формируется на стадии разработки конструкторской документации (КД). При разработке КД работоспо- собность ТО обеспечивается: правильно выбранной конструктивной схемой, оптималь- ным выполнением компоновки, корректно проведенными техническими расчетами и тех- нологичностью узлов и механизмов входящих в него. Поиску технического решения направленному на выбор оптимальной конструктивной схемы создаваемого ТО посвяще- но достаточно много работ, также как и методам выполнения различных технических рас- четов, подтверждающих работоспособность конструкции. Примеры компоновки деталей в узлах, механизмах и агрегатах машин приводятся в работе [6] П. Ф. Дунаева, в работе [14] Я.З. Миндлина, в работе [16] П. И. Орлова. Однако, авторы указанных работ не предла- гают методики, содержащей обоснованную последовательность этапов выполнения ком- поновки, которые должны обеспечивать создание ТО, отвечающего функциональному назначению, а также техническим требованиям и ограничениям, изложенным в ТЗ на про- ектирование. Практика показывает, что отсутствие грамотной, технически обоснованной компоновки узлов и механизмов в изделии, даже при удачно найденном техническом ре- шении задачи на проектирование и грамотной разработке входящих в него узлов, меха- низмов и деталей, может привести к созданию конструкции ТО, которая в дальнейшем неизбежно потребует значительной доработки. Рассмотрим факторы, влияющие на компоновку узлов в ТО, а также деталей в меха- низмах, последовательность этапов выполнения компоновки, роль компоновки при поиске решения задачи на проектирование, а также примеры выполнения различных компоновок В общем случае на выбор компоновки узлов и механизмов в составе ТО оказывают влияние следующие факторы: функции, выполняемые ТО и его конструктивная схема, позволяющая их реализо- вать, функциональное назначение, конструктивные особенности и необходимые взаимо- связи между механизмами и узлами, входящими в ТО, требования и ограничения, предъявляемые к ТО и его элементам. К ограничениям, которые необходимо учитывать при проектировании ТО, относятся: технические критерии оценки ТО в части его массы, габаритных размеров, мощно- сти привода и т. п., место расположения ТО, или его элементов при эксплуатации, ограничения, определяемые нормативными документами, в том числе требованиями техники безопасности и экологии. Важную роль при выполнении компоновки создаваемого ТО играет наличие у раз- работчика способностей в области зрительной комбинаторики, позволяющей ему в более короткий срок разместить узлы и механизмы в составе изделия оптимальным образом, с точки зрения выполнения ими функционального назначения и учета прочих факторов, влияющих на компоновку. При выполнении компоновки необходимо учитывать так назы- ваемый «масштабный фактор». Он заключается в том, что при выполнении общей компо- новки, создаваемого ТО, в уменьшенном масштабе, может возникнуть визуальный эф- фект, при котором в расположении узлов и механизмов скрадываются определенные недо- статки однозначно проявляющиеся если она выполнена в масштабе, максимально прибли- женном к натуральной величине ТО. Особенно существенное влияние оказывает «масштаб- ный фактор» при нахождении разработчиком технического решения не путем логического анализа конструктивных схем аналогичных ТО, а путем использования абстрактного мыш- ления для создания зрительных образов, которые практически сложно умозрительно связать с их фактическими размерами. Именно поэтому, основным недостатком использования при проектировании персонального компьютера является то, что при выполнении на нем ком-
Компоновка элементов конструкции - статья, в которой описывается поэтапное выполнение компоновки элементов конструкций
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1. Выполнение компоновки элементов конструкции.
1.1. Факторы, влияющие на выполнение компоновки
Работоспособность вновь создаваемых ТО в определяющей степени формируется на
стадии разработки конструкторской документации (КД). При разработке КД работоспо-собность ТО обеспечивается: правильно выбранной конструктивной схемой, оптималь-ным выполнением компоновки, корректно проведенными техническими расчетами и тех-нологичностью узлов и механизмов входящих в него. Поиску технического решения направленному на выбор оптимальной конструктивной схемы создаваемого ТО посвяще-но достаточно много работ, также как и методам выполнения различных технических рас-четов, подтверждающих работоспособность конструкции. Примеры компоновки деталей в узлах, механизмах и агрегатах машин приводятся в работе [6] П. Ф. Дунаева, в работе [14] Я.З. Миндлина, в работе [16] П. И. Орлова. Однако, авторы указанных работ не предла-гают методики, содержащей обоснованную последовательность этапов выполнения ком-поновки, которые должны обеспечивать создание ТО, отвечающего функциональному назначению, а также техническим требованиям и ограничениям, изложенным в ТЗ на про-ектирование. Практика показывает, что отсутствие грамотной, технически обоснованной компоновки узлов и механизмов в изделии, даже при удачно найденном техническом ре-шении задачи на проектирование и грамотной разработке входящих в него узлов, меха-низмов и деталей, может привести к созданию конструкции ТО, которая в дальнейшем неизбежно потребует значительной доработки.
Рассмотрим факторы, влияющие на компоновку узлов в ТО, а также деталей в меха-низмах, последовательность этапов выполнения компоновки, роль компоновки при поиске решения задачи на проектирование, а также примеры выполнения различных компоновок
В общем случае на выбор компоновки узлов и механизмов в составе ТО оказывают влияние следующие факторы:
функции, выполняемые ТО и его конструктивная схема, позволяющая их реализо-вать,
функциональное назначение, конструктивные особенности и необходимые взаимо-связи между механизмами и узлами, входящими в ТО,
требования и ограничения, предъявляемые к ТО и его элементам. К ограничениям, которые необходимо учитывать при проектировании ТО, относятся:
технические критерии оценки ТО в части его массы, габаритных размеров, мощно-сти привода и т. п.,
место расположения ТО, или его элементов при эксплуатации,
ограничения, определяемые нормативными документами, в том числе требованиями
техники безопасности и экологии.
Важную роль при выполнении компоновки создаваемого ТО играет наличие у раз-
работчика способностей в области зрительной комбинаторики, позволяющей ему в более
короткий срок разместить узлы и механизмы в составе изделия оптимальным образом, с
точки зрения выполнения ими функционального назначения и учета прочих факторов,
влияющих на компоновку. При выполнении компоновки необходимо учитывать так назы-
ваемый «масштабный фактор». Он заключается в том, что при выполнении общей компо-
новки, создаваемого ТО, в уменьшенном масштабе, может возникнуть визуальный эф-
фект, при котором в расположении узлов и механизмов скрадываются определенные недо-
статки однозначно проявляющиеся если она выполнена в масштабе, максимально прибли-
женном к натуральной величине ТО. Особенно существенное влияние оказывает «масштаб-
ный фактор» при нахождении разработчиком технического решения не путем логического
анализа конструктивных схем аналогичных ТО, а путем использования абстрактного мыш-
ления для создания зрительных образов, которые практически сложно умозрительно связать
с их фактическими размерами. Именно поэтому, основным недостатком использования при
проектировании персонального компьютера является то, что при выполнении на нем ком-
поновки вновь создаваемого ТО, имеющего значительные габаритные размеры и высокую
степень насыщенности входящими в него элементами, габарит монитора не позволяет вы-
полнить анализ всей конструкции в масштабе близком к натуральной величине ТО. А это,
как раз, способствует проявлению негативного влияние «масштабного фактора».
1.2. Этапы выполнения компоновки.
Компоновка элементов вновь создаваемого ТО, в общем случае, осуществляется в
следующей последовательности. ПЕРВЫЙ ЭТАП. Выбор главных осей координат ТО, относительно которых будет
производиться размерная увязка основных (базовых) деталей, входящих в него элементов (узлов и механизмов). Для токарного станка главными осями координат являются коорди-наты оси шпинделя и к ним привязываются все его остальные механизмы. Для сборочного полуавтомата, рассмотренного в разделе 6.10 главными осями координат являются оси координат гибочной оправки. Как правило, выбор главных осей при выполнении компо-новки проектируемого ТО не вызывает у конструктора осложнений и всегда однозначен.
ВТОРОЙ ЭТАП. Определение места расположения и размерная привязка к выбран-ным главным осям координат основного (исполнительного) механизма ТО, в соответствии с выбранной на этапе поиска технического решения конструктивной схемой. Для механи-ческого пресса или холодновысадочного автомата это выбор места расположения и при-вязка кривошипно-шатунного механизма. Для сборочного полуавтомата это выбор места расположения и привязка механизма завивки стяжки (см. работу [8]). Для токарного стан-ка это место расположения шпинделя.
ТРЕТИЙ ЭТАП. Определение места расположения и размерная привязка остальных узлов и механизмов ТО к главным осям координат, в соответствии с выбранной конструк-тивной схемой. Как показывает опыт, это самый сложный и ответственный этап компо-новки, поскольку именно сейчас должно быть конкретно обеспечено выполнение:
расположения элементов ТО в соответствии с выполняемыми ими функциями,
взаимосвязи между узлами и механизмами ТО,
требований и ограничений, предъявляемых к ТО,
размерной увязки элементов ТО,
равномерное заполнение ТО его узлами и механизмами (для оборудования, это еще и обеспечение минимально необходимого количества элементов ТО в рабочей зоне). Как правило, при проектировании новых сложных ТО их компоновка, отвечающая
всем требованиям и ограничениям получается у разработчика с «N-го» раза. При этом для выполнения удовлетворительной компоновки проектируемого ТО разработчик вынужден менять:
габаритные размеры узлов и механизмов,
место расположения узлов и механизмов (выносить в другое место),
взаимное расположение узлов и механизмов,
компоновку, или даже конструкцию узлов и механизмов, включая форму и способ крепления на станине базовых деталей,
кинематику, а иногда и тип привода механизмов. Основным моментом размерной привязки узлов и механизмов ТО является опреде-
ление расстояния от главных осей координат до их основной или базовой детали, которые, как правило, в процессе дальнейшего проектирования остаются неизменными. Для меха-низма привода вращения винтоверта сборочного полуавтомата (см. работу [8]) таким раз-мером является расстояние от оси собираемого хомута находящегося на гибочной оправке (оси винтоверта), до базовой плоскости станины полуавтомата.
ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП. Компоновка деталей входящих в узлы и механизмы ТО. На выбор компоновки деталей входящих в состав механизма оказывают влияние
следующие факторы:
Р
и
с
.
6
.
1
.
О
б
щ
выполняемые механизмом функции и его конструктивная схема позволяющая их ре-ализовать,
конструктивные особенности деталей входящих в механизм,
требования и ограничения, налагаемые на механизм ТО,
удобство доступа к деталям механизма подлежащим регулировке.
В результате выполнения данного этапа должны быть назначены номинальные ве-
личины размеров звеньев размерных цепей, определяющих предварительную собирае-
мость узлов и механизмов ТО.
Размерные цепи, определяющие предварительную собираемость узла, показаны на
примере редуктора механизма привода винтоверта, полуавтомата для сборки хомута (см.
Рис. 57 и Рис. 58).
В большинстве узлов и механизмов средней сложности (содержащих от 50 до 150
наименований оригинальных деталей) эти размерные цепи составляются разработчиком в
двух и даже трех координатах, при этом могут иметь место и параллельные размерные це-
пи. Указанные размерные цепи не надо путать с размерными цепями, определяющими со-
бираемость узлов и механизмов с учетом допусков входящих в них размеров деталей, по-
скольку эти размерные цепи не всегда совпадают. Составление и расчет последних, выпол-
няется предварително на этапе ТП при разработке общего вида узла и окончательно на эта-
пе РП при разработке сборочного чертежа узла и рабочих чертежей входящих в него дета-
лей. по методике, содержащейся в работе [9]. Выполнение расчета этих размерных цепей,
как правило, приводит к уточнению, определенных на стадии компоновки, номинальных
размеров деталей, входящих в размерные цепи и их допусков. Правильность результатов вы-
полненных расчетов этих размерных цепей в значительной степени зависит от того насколько
грамотно они были составлены. Компоновка узлов и механизмов ТО теснейшим образом
связана с их конструированием и выполняются эти два процесса во времени, как правило,
параллельно. При этом, зачастую, разделить процесс конструирования и компоновки узла
или механизма невозможно из-за их большой взаимозависимости (компоновка механизма
влияет на конструкцию деталей, а изменение конструкции детали, связанное, например, с
Рис. 57 Размерные цепи определя-
ющие собираемость.
Рис. 58 Общий вид механизма привода
вращения винтоверта
расширением выполняемых ею функций, может привести к определенному изменению
компоновки). После выполнения рассмотренных выше четырех этапов компоновки создаваемого
ТО разработчик имеет всю необходимую исходную информацию, для разработки черте-жей общих видов узлов, механизмов и ТО в целом, поскольку:
определены места расположенияузлов и механизмов,
выполнена размерная привязка основных деталей узлов и механизмов к главным осям координат,
определены размерные цепи в узлах и механизмах опре- деляющих их собираемость.
1.3. Роль компоновки в процессе проектирования
Известно немало случаев в практике конструирования, когда изменение компоновки
позволяло решать задачи на проектирование при поиске конструктивной схемы вновь со-
здаваемого ТО. Рассмотрим несколько таких примеров показывающих актуальность поис-
ка оптимальной компоновки проектируемого изделия. ПРИМЕР 1. Классическим примером решения стоящей перед разработчиком задачи, за счет изменения компоновки узлов и механизмов в составе ТО, является создание кон-струкции карусельного станка. Обработка на токарном станке (см. Рис 59) крупногаба-ритных, тяжелых деталей типа шкивов и маховиков, имеющих большой наружный диа-метр и значительную высоту даже на больших токарных станках (лобовых) затруднен по ряду причин. Основными из них, являются следующие:
сложность обеспечения точной установки тяжелой, крупногабаритной цилиндриче-ской заготовки типа шкива или маховика в горизонтальном положении в патрон то-карного станка и проблематичность выполнения ее гарантированного зажима,
большая нагрузка на передний подшипник шпинделя токарного станка (см. Рис 60)
и кулачки патрона, создаваемая, большим весом и дисбалансом заготовки, невоз-
можность поджима заготовки центром пиноли токарного станка из-за наличия в за-
готовке центрального отверстия сравнительно большого диаметра.
Рис 33
Рис 59 Общий вид токарного станока
Все эти проблемы исчезают, если изменить положение оси вращения обрабатывае-
мой заготовки с горизонтального, как в токарном станке, на вертикальное, как в карусель-
ном станке (см. Рис 61). В этом случае деталь легко и достаточно точно устанавливается
на планшайбу карусельного станка, а поскольку он имеет диаметр намного больше, чем
патрон токарного станка, то естественно его легко оснастить и более мощным механизмом
зажима заготовки и увеличенными опорными подшипниками, в которых вращается
планшайба (см. Рис 62). Однако изменение компоновки станка, как правило, и этот при-
мер яркое тому подтверждение, существенным образом влияет на конструкцию функцио-
нальных элементов (узлов и механизмов) станка.
В карусельном станке в отличие от токарного появляется вертикальная стойка и по-
перечная траверса, вместо одного суппорта два и два механизма подачи. Он состоит из