Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Основы проектирования и конструирования
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ЛЕКЦИЯ 1
План лекции
1.1. Введение
1.2. Задачи конструирования
1.3. Общие сведения о машинах и механизмах
КОНСТРУИРОВАТЬ [лат. construere] – создавать конструкцию чего-л.
КОНСТРУКТЙВНЫЙ - 1) относящийся к конструкции; 2) такой, который можно положить в основу чего-л., плодотворный.
КОНСТРУКТОР - 1) лицо, занимающееся созданием конструкций различных устройств (машин, механизмов, сооружений и т.п.) или их отдельных частей; 2) детская игра, представляющая собой набор деталей, из которых можно собирать разные предметы, машины, сооружения.
КОНСТРУКЦИЯ [лат. constructio] - 1) строение, устройство, взаимное расположение частей какого-л. предмета, машины, прибора, сооружения и т.п., определяющееся его назначением; 2) сооружение или его часть, характеризующиеся каким-л. признаком, напр. железобетонные, деревянные, монолитные, сборные конструкции; 3) грам. сочетание слов, выступающее в качестве одной синтаксической единицы.
ПРОЕКТ [< лат. projectus брошенный вперед] - 1) технические документы - чертежи, расчеты, макеты вновь создаваемых зданий, сооружений, машин, приборов и т. д.; 2) предварительный текст какого-л. документа и т. п.; 3) план, замысел.
ПРОЕКТИРОВАТЬ1 - 1) составлять проект 1; 2) предполагать сделать что-л., намечать план.
ПРОЕКТИРОВАТЬ2 - 1) геом. отображать какую-л. фигуру или предмет на плоскость, чертить проекцию; 2) то же, что проецировать.
1.1. Введение
Решение задачи достижения наивысшего уровня науки, техники, экономики и производства будет способствовать увеличению производительности общественного труда и уменьшению удельного расхода энергии и сырья на единицу произведенной продукции. Основной задачей машиностроения является обеспечение быстрорастущего населения Земли разного рода изделиями, необходимыми для удовлетворения самых разных его потребностей (в жилище, питании, работе, досуге, средствах обороны, здравоохранении, воспитании и образовании и др.).
1.2. Задачи конструирования
Задача конструктора состоит в создании машин, полно отвечающих потребностям народного хозяйства, дающих наибольший экономический эффект и обладающих наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями, конкурентно-способными на внутреннем и внешнем рынках.
Главными показателями являются: высокая производительность, экономичность, прочность, надежность, малые масса и металлоемкость, габариты, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, расходы на оплату труда операторов, высокий технический ресурс и степень автоматизации, простота и безопасность обслуживания, удобство управления, сборки и разборки.
В конструкции машин необходимо соблюдать требования технической эстетики. Машины должны иметь красивый внешний вид, изящную, строгую отделку.
Значимость каждого из перечисленных факторов зависит от функционального назначения машины:
в машинах-генераторах и преобразователях энергии на первом плане стоит величина КПД, определяющего совершенство преобразования затрачиваемой энергии в полезную;
в машинах-орудиях - производительность, четкость и безотказность действия, степень автоматизации;
в металлорежущих станках - производительность, точность обработки, диапазон выполняемых операций;
в приборостроении - чувствительность, точность, стабильность показаний;
в транспортной технике, особенно в авиационной и ракетной, - малая масса конструкции, высокий КПД двигателя, обусловливающий малую массу бортового запаса топлива.
Проектируя машину, конструктор должен добиваться всемерного увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта за весь период работы. Экономический эффект зависит от обширного комплекса технологических, организационно-производственных и эксплуатационных факторов. В данном курсе рассмотрены только те способы повышения экономичности, которые непосредственно связаны с конструированием и зависят от деятельности конструктора и используемых им средств конструирования.
1.3. Общие сведения о машинах и механизмах
Классификация машин. Современное производство немыслимо без всевозможных высокоэффективных машин.
Машина – это механическое устройство, предназначенное для выполнения требуемой полезной работы, связанной с процессом производства или транспортирования или же с процессом преобразования энергии, движения или информации.
Благодаря их использованию повышается производительность труда, облегчается физический и умственный труд человека и т.д.
По характеру рабочего процесса и назначению машины подразделяются на следующие группы (классы):
1.Энергетические машины, в которых какой-либо вид энергии (электрической, тепловой и т. п.) преобразуется в механическую работу и наоборот. К этой группе относятся как машины-двигатели (электродвигатели, тепловые и ядерные двигатели и т. п.), так и машины-преобразователи (компрессоры, электрические генераторы и др.).
2.Технологические или рабочие машины, предназначенные для выполнения производственных процессов по изменению формы, свойств и положения объектов труда (отраслевые машины, например металлорежущие и ткацкие станки, сельскохозяйственные машины, полиграфические, швейные, горнодобывающие и другие машины, роботы и т.п.).
3. Транспортные машины, предназначенные для перемещения объектов труда.
4.Информационные (контрольно-управляющие) машины, в которых происходит преобразование вводимой информации для контроля, регулирования и управления технологическими процессами (вычислительные, кибернетические машины и др.).
В зависимости от способа управления различают машины ручного управления (на встроенном рабочем месте или дистанционно), полуавтоматического и автоматического действия.
Машина, в которой преобразование энергии (материалов и информации) происходит без непосредственного участия человека, называется машиной - автоматом. Совокупность машин-автоматов, соединенных между собой автоматическими транспортными устройствами, управляемых единой системой управления и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса, образует автоматическую линию.
Механизмы и их назначение. Механизм - часть машины, в которой рабочий процесс реализуется путем выполнении определенных механических движений.
Являясь носителем этих движений, механизм представляет собой совокупность (систему) взаимосвязанных тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.
Механизм осуществляет: передачу энергии (движения), как правило, с преобразованием сил и характеристик закона движения от источника, например двигателя, к одному или нескольким рабочим органам машины; преобразование и регулирование механического движения; заданную компоновку машины.
Если в преобразовании движения участвуют как твердые, так и жидкие или газообразные тела, то механизм называется соответственно гидравлическим или пневматическим.
Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марки материала без применения сборочных операция. К деталям можно отнести: валик из одного куска материала, литой корпус; пластину из биметаллического листа; печатную плату и т.д. Деталь может быть изготовлена с применением местных сварки, пайки, склеивании, сшивания и т.д. (трубка паянная или сваренная из одного куска листового материала, коробка склеенная из одного куска картона) и иметь защитное или декоративное покрытие.
Кинематическое звено – это деталь или несколько деталей связанных в работе между собой неподвижно или взаимно неподвижно. Выполнение звеньев не из одной, а из нескольких соединенных между собой деталей обеспечивает возможность:
изготовления деталей из разных материалов, например, вкладышей подшипников из бронзы или другого антифрикционного материала, а корпуса подшипника из чугуна;
удобной замены быстроизнашивающихся деталей;
сборки (например, установка коленчатого вала в коренные подшипники двигателя выполнима лишь при съемных крышках) и облегчения сборки машины;
облегчение изготовления деталей ввиду упрощения их формы и уменьшения размеров;
большей нормализации, стандартизации и централизованного изготовления деталей.
Кинематическая пара – это соединение двух звеньев обеспечивающее их относительную подвижность (рычаг – стойка, толкатель – направляющая, щуп - направляющая).
По характеру движения кинематические пары делятся на:
- вращательные;
-поступательные.
По характеру соприкосновения звеньев кинематические пары делятся:
- низшие;
-высшие.
Низшими кинематическими парами называют такие кинематические пары, в которых соприкосновение звеньев происходит по поверхности.
Высшими кинематическими парами называют пары, в которых соприкосновение звеньев происходит по линии или точке.
Изделием называется любой предмет производства (или набор предметов), подлежащих изготовлению на предприятии.
Изделия в зависимости от их назначения делят на изделия основного производства и вспомогательного.
К изделиям основного производства относятся изделия, предназначенные для поставки (реализации), к изделиям вспомогательного производства – изделия, предназначенные только для собственных нужд предприятия.
Установлены следующие виды изделий:
детали;
сборочные единицы;
комплексы;
комплекты.
Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой и т.д.), например, автомобиль, станок, редуктор, сварной корпус, маховичок из пластмассы с металлической арматурой и др.