4 Ошибки в разработках новых изделий и борьба с ними

По данным статистики, неисправностей машин наблюдается 60...90%. Эти неполадки связаны с ошибками разработок и изготовления. Большая часть ошибок обнаруживается в процессе изготовления и первого испытания изделий. Часть ошибок выявляется только в процессе эксплуатации через продолжительное время, сокращая период изделия или его работы в целом.

Ошибки могут быть явные (очевидные), легко обнаруживаемые. Скрытые ошибки выявляются после выполнения специальных расчетов. Причинами возникновения ошибок в технических документах могут быть самые разные: название, ошибочное суждение, неспособность охватить все вопросы проблемы, халатность, равнодушие.

Классификация ошибок представлена в табл. 29.

Ошибки классифицируются следующим образом:

1 гр. - конструкторские ошибки (в функции применения проектного изделия; в соответствие проектного изделия физиологическим требованиям обслуживающего персонала; в выборе материала, выборе формы, использования материала, в оценке психологических и социальных сторон нового изделия; эстетического характера и соответствия технике безопасности).

2 гр. - ошибки в расчетах (расчетах на прочность, на жесткость, в кинетических расчетах).

3 гр. - ошибки в размерах (в расчете размерных цепей, в определении узкого места, из-за халатности разработчика).

5 Конструирование и проектирование деталей машин с применением компьютера,

В промышленности все шире применяют автоматизирование с помощью компьютеров. Такая система сокращенно именуется САПР. Проектирование с использованием вычислительной техники существенно уменьшает трудоемкость расчетов, позволяет получать конструкции, оптимальные по габаритным размерам, массе и другим параметрам, обеспечивает точность вычислений. Роль компьютеров возрастает в связи с внедрением в машиностроение стандартных узлов и деталей, с развитием модульного принципа конструирования.

Таблица 29 Классификация ошибок, обнаруживаемых в чертежах

Класс	Характеристика класса	Ошибки
I	Ошибки, не влияющие на качество и работоспособность изделия	Нарушение правил черчения ЕСКД, правил расстановки размеров, обозначений и т.д.. а также правил стандартизации и нормализации, Неэкономический выбор точности обработки элементов деталей. Ошибки в расчетах (расчет массы, расчёт технических параметров и др.), в окончательном размере слагающиеся из нескольких расчетов деталей, в форме изделия (желаемую форму невозможно получить экономическим способом), юридического характера, в результате чего создаётся не патентоспособное изделие; экономического характера.
II	Ошибки, ухудшающие работоспособность и управление изделием	В выборе материала, термообработки его, стойкости, прочности. Отсутствие или недостаточное наличие технических требовании, предъявляемых к точности изготовления и сборки. Ошибки в выборе допустимых отклонений размеров сопряжений поверхностей; в выборе шероховатости поверхностей трущихся частей или сопряжений; эргономического характера: органы управления не приспособлены к физиологическим и антропометрическим данным человека оператора; эстетического характера (снижение достоинства конструкции): изделие имеет некрасивый внешний вид; форма его не соответствует функциональному назначению.
III	Ошибки, вызывающие исправимый* брак деталей, сборочных единиц или изделий	В размерных цепях или в отдельных размерах; в выборе допустимых отклонений размеров или сопряжений поверхностей; в ориентации отдельных геометрических и конструктивных элементов детали; в выборе комплектующих изделий или изделий общего назначения; в технологичности деталей.
IV	Ошибки, вызывающие окончательный брак изделия	Несоответствие изделия назначению и требованиям технического задания. Ошибки в выборе определенного механизма, его принципа работы или физического процесса, лежащего в основе работы. Ошибка, являющаяся причиной невыполнения немеченых функций отдельными механизмами или всем изделием; в соблюдении условий сборки (изделие не собирается); в размерах и в размерных цепях; в расчетах; в выборе материала, термообработки и т.п.
*Исправимым называется брак, устранение которого экономически целесообразно без изготовления новых деталей или сборочных единиц. Исправление его не понижает качество и работоспособность изделия

Один из основных компонентов современного производства - это системы автоматизированного проектирования (САПР). Термин САПР -смысловой эквивалент англоязычного термина CAD - computer aided design, что в переводе означает «проектирование при помощи компьютера». Уровень современного аппаратного программного обеспечения персональных компьютеров позволяет конструктору без специальных знаний в области программирования успешно решать задачи машинного проектирования, проработки проектов, надежного хранения и передачи информации. Основные возможности САПР:

1. более быстрое выполнение чертежей (в среднем в 3 раза);

2. абсолютная точность геометрических построений;

3. высокое качество получаемой конструкторской документации;

4. ускорение расчетов и анализа при проектировании;

5) интегрирование проектирования с другими видами инженерной деятельности.

САПР как организационно-техническая система включает технические средства, системное программное обеспечение, прикладное программное обеспечение и самого проектировщика. Технические средства обеспечивают ввод, обработку и вывод текстовой и графической информации по проектному решению. Системное программное обеспечение(«оболочка») управляет организацией вычислительных процессов и обменом данными между различными устройствами. Эффективность САПР в значительной мере определяется возможностями прикладного программного обеспечения, под которым обычно понимают набор программ, реализующих решение конкретной задачи проектирования. Это программы проектных предварительных расчетов механизмов в целом, расчета на прочность и надежность, и, собственно, ядро любой САПР - графический редактор как система создания конструкторской документации. Известно, что на вычерчивание проектируемого изделия и его составляющих приходится около 70 % общих трудозатрат конструкторской деятельности, в то время как на собственное проектирование 15 % и остальные на ведение архивов. Поэтому такие системы, как часть САПР, наиболее развиты и широко применяются в производстве. В работе систем широко используют различные типовые решения, которые может накапливать разработчик в процессе своей деятельности или которые могут поступать из библиотек стандартных элементов.

Современные графические редакторы обеспечивают возможность создания и редактирования двумерных и трехмерных изображений самых сложных проектируемых объектов. Открываются новые возможности для творческой работы. Непосредственное проектирование изделия сразу в трехмерной системе - революционный шаг в конструировании. Твердотельное моделирование позволяет по разработанной модели изделия получать чертежи с необходимым количеством видов, разрезов, сечений и аксонометрии. Система определяет массовые и инерционные характеристики, площадь поверхности изделия. Так называемые 3-d системы имеют возможность автоматического и полуавтоматического разнесения составных частей сборочной единицы, но позволяет создавать каталоги запасных частей, демонстрировать порядок сборки машин и механизмов. Каждый из элементов сборки имеет свои материальные характеристики, поэтому существует возможность контроля пересечения деталей, входящих в нее. Это позволяет на стадии проектирования выявлять ошибки в конструкции.

Трехмерная модель изделия как носитель информации о его геометрической форме позволяет передавать эту информацию в пакеты управляющих программ для оборудования с ЧПУ, САПР технологической подготовки производства или может быть использована методами компьютерного математического моделирования ее поведения в различных эксплуатационных условиях.

В настоящее время автоматизированное проектирование и разработка технологии изготовления деталей машин и механизмов объединяются в интегрированных CAD/САМ системах, где САМ -computer aided machinen (САПР - технология). Каждая из подсистем имеет свою базу данных.

На рынке САПР сложилось условное разделение по уровням: нижний, средний и верхний. Кроме того, САПР разделяют на универсальные и локальные (прикладные). К системам нижнего уровня относят простые двумерные (плоские) CAD - системы, позволяющие решать вопросы автоматизации выпуска конструкторской документации. С помощью «электронного кульмана» можно получать чертежи деталей, не связанных друг с другом. Такие системы предъявляют минимальные аппаратные требования.

Системы среднего уровня обеспечивают трехмерное твердотельное моделирование и инженерные расчеты достаточно сложных изделий, состоящих из сотен, иногда тысяч деталей, моделирование сложных поверхностей и выпуск конструкторской документации с привлечением мощных конструкторско-технологических библиотек. К таким системам относят: AutoCAD, Solid Works, Solid Enge, Mechaniral Desktor, российские КОМПАС, КРЕДО, T-Flex CAD и другие. Системы среднего уровня наиболее широко применяют в производстве по следующим критериям: доступность (цена); широкие функциональные возможности; аппаратные требования (персональный компьютер). Поэтому в ряде случаев экономически целесообразно интегрировать такие системы с системами верхнего уровня.

Системы верхнего уровня обеспечивают весь цикл создания изделий любой сложности от идеи до реализации без внешних приложений. Кроме того, они могут обеспечивать решение различных специфических прикладных задач (прокладка трубопроводов, размещение заводского оборудования). Широко известны системы: Unigraphiks, CADS-5, EUCLID QUANUM, CATIA, Pro/ENGINEER, АРМ Win Machine (Комплексная автоматизация процессов проектирования, МГТУ имени Н.Э. Баумана, Москва). Ограничение в использовании систем верхнего уровня в настоящее время - их высокая стоимость. Работу таких систем можно реализовать на графических станциях.

Одной из популярных на отечественном рынке САПР используется система «KOMIIAC-3D-V9», разработанная компанией АСКОН (Санкт-Петербург). С помощью этой системы можно производить расчеты узлов и деталей машин, а также выполнять сборочные чертежи узлов и рабочие чертежи деталей машин по курсовому и дипломному проектам. Но это не должно исключать главного - творческого подхода к решению инженерных задач. Процесс конструирования с помощью компьютеров обязательно должен сопровождаться критическим анализом. Применение вычислительных машин для проектирования учебных проектов целесообразно лишь при выполнении повторяющихся однотипных расчетов, при выполнении вариантов решений, с целью выбора оптимального варианта.

Курс деталей машин находится в начале логической цепи накопления информации, которая подводит студента к САПР. В настоящее время внедряется система САПР (система автоматического контроля). Выполняя курсовой проект по деталям машин, студент по запасу своих реальных знаний и небольшому опыту еще не может решать сложные задачи оптимизации. Кроме того, специфика педагогического процесса, не позволяет всем студентам задавать в качестве курсового проекта только наилучшие варианты. Например, очевидно, что наименьшие габаритные размеры и массу будет иметь редуктор с зубчатыми колесами, имеющими высокую твердость зубьев. Однако с целью обеспечения многовариантности заданий приходится включать в темы разработку редукторов с зубьями невысокой твердости. Таким образом, идея оптимизации, вводимая в САПР, должна учитывать реальные педагогические возможности. Правильным подходом применения компьютеров при выполнении курсовых проектов следует считать такую организацию учебного процесса и такое построение методики расчета, которые способствуют закреплению логики расчета и физического смысла каждого параметра, входящего в расчетные формулы.

Например, проектируя двух -трехступенчатый цилиндрический редуктор с обеспечением условий равнопрочности деталей с минимумом суммарного межосевого расстояния и другими параметрами, характеризующими оптимальность конструкции, студент не менее двух -трех раз должен выполнить расчеты по каждой из ступеней передачи, несколько раз за время проектирования выполнить типовые расчеты, связанные с выбором подшипников, расчетов валов и т.д. в подобных случаях применение компьютера не только экономит время студента при выполнении указанных расчетов, но и позволит существенно расширить вариантность выбора материалов, параметров, компоновочных схем и провести глубокий их анализ. Но к использованию компьютера для тех расчетов зубчатых передач целесообразно допускать только для тех студентов, которые выполнили от начала до конца обычный (без компьютера) расчет хотя бы одной зубчатой пары многоступенчатого редуктора по учебно-справочной литературе. Такой расчет способствует закреплению теоретических знаний, полученных из курса деталей машин, развивает навыки пользования справочной литературой, обеспечивает логический подход к решению инженерных задач. Расчет одной пары зубчатых колес, выполненный обычным способом, служит контролем для машинного счета.

При проектировании компьютера роль проектировщика остается ведущей: например, если расчет зубчатых передач редуктора выполнен на компьютере, то модуль передачи, определенный в проектировочном расчете, не обеспечивает сопротивления усталости по изгибным и контактным напряжениям в проверочном расчете, то именно студент -проектировщик должен принять решение, каким образом обеспечить условие прочности, не снижая значения других параметров, влияющих на оптимизацию конструкции редуктора в целом. Для машин невозможно создать алгоритм, который учитывал «бы все факторы, влияющие на выбор того или иного решения. Причем САПР применяется по двум направлениям:

1. непосредственное управление производственными (технологическими) процессами и автоматизация проектных (как конструкторских, так и технологических) работ.

2. проектирование технологических процессов (технологическое проектирование), и проектирование средств оснастки, инструмента и т.д. (конструкторское проектирование).

СпиСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров М.П. Подъемно - транспортные машины. - М.: Высш. шк., 2000.

2. Андреев А.И. Передачи трением. - М.: Машиностроение, 1978.

3. Биргер И.А., Шор Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. М. Машиностроение, 1979.

4. Буланже А.В., Палочкина Н.В., Часовников Л.Д. Методика расчета зубчатых передач. - М.: МВТУ, 1987.

5. Буше Н.А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. - М.: Наука, 1981.

6. Бушуев В.В. Основы конструирования станков. - М.: Станкин, 1992.

7. Вирабов Р.В. Тяговые свойства фрикционных передач. - М.: Машиностроение, 1982.

8. Гордон Дж. Конструкции, или почему не ломаются вещи: Пер. с англ. - М: Мир 1980.

9. Готовцев А.А., Котенок Н.П. Проектирование цепных передач. - М.: Машиностроение, 1982.

10. Гречищев Е.С., Ильяшенко А.А. Соединение с натягом: Расчеты, проектирование, изготовление. - М.: Машиностроение, 1981.

11 .Грузоподъемные машины/М.Л. Александров, Л.Н. Колобов, Н.А. Лобов идр. - М.: Машиностроение, 1986.

12. Детали машин и основы конструирования. Под. ред. М.Н. Ерохина. - М: Колос, 2004.

13. Дунаев Л.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. - М.: Высш. шк., 2001.

14. Заблонский К.И. Детали машин. - Киев: Высш. шк., 1985.

15. 3убчатыепередачи/ Е.Г. Гинзбург, И.Ф. Голованов, Н.Б. Хирун и др.; Под общ. ред. Е.Г. Гинзбурга - Л.: Машиностроение, 1980.

16. Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи. - М.: Высшая школа, 2002.

17. Иванов М.Н.. Детали машин. - М.: Высш. ппс, 2006.

18. Иосилевич Г.Б. Детали машин. - М: Машиностроение, 2002.

19. Ирсилевич Г.Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. -М.: Машиностроение, 1981.

20. Иосилевич ГБ., Лебедев П.А., Стреляев B.C. Прикладная механика - М.: Машиностроение, 1985.

21 .Когаев В.П., Махутов Н.А., Гузенков А.П. Расчеты деталей машин на прочность и долговечность, - М.: Машиностроение, 1985.

22. Когаев В П. Расчеты на Прочность при напряжениях переменных во времени. - М.: Машиностроение, 1987.

23. Коднир Д.С. Контактная гидродинамика, смазки деталей машин. - М.: Машиностроение, 1976.

24. Крагельский И.В., Минин М.Л. Узлы трения машин. - М.: Машиностроение, 1994.

25. Крагельский И.В., Непомнящий Е.Ф. Об усталостном механизме износа при упругом контакте //Изв. АН СССР, ОТН. 1982.Вып. 5.

26. Крагельский И.В. Об оценке свойств материалов трущихся пар // Заводская лаборатория. 1986. Т. XXXIV. №8.

27. Крагельский И.В. Трение и износ. - М: Машиностроение, 1988.

28. Крайнев А.Ф. Планетарные зубчатые передачи // Сб. научно – методических статей по деталям машин. - М.: Высш. шк., 1979. Вып. 3.

29. Кудрявцев В.Н. Детали машин. - Л.: Машиностроение, 1980.

30. Кудрявцев В.Н. Зубчатые передачи. - Л.: Машгиз, 1987.

31. Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. - Л.: Машиностроение, 1980.

32. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно - транспортных машин. - Мн.: Высш. шк., 1997.

ЗЗ. Кузьмин А.В., Чернин И.М.., Козинцов Б.С. Расчеты деталей машин. - Мн.:Высш.шк., 2000.

34. Курсовое проектирование деталей машин: В 2 чУ А.В Кузьмин, Н.М. Микейчик, В.Ф. Калачев и др. - Мн.: Высш. шк., 1992.

35. Курмаз Л.В., Курмаз О.Л. Конструирование узлов и деталей машин. Справочное учебно-методическое пособие. – М.: Высш. шк., 2007.

36. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. - М.: Машиностроение, 1976.

37. Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. - М.: Машиностроение, 1978.

38. Олфонская В.П. Детали машин. Краткий курс и тестовые задания. – М.: Форум

39. Планетарные передачи /Под ред. В.Н. Кудрявцева и Ю.Н. Кирдяшева. – Л.: Машиностроение, 1977.

40. Поляков B.C., Барбаш И.Д., Ряховский О.А. Справочник по муфтам. – Л.: Машиностроение, 1999.

41. Пономарев С.Д., Андреева Л.Е. Расчет упругих элементов машин и приборов. – М.: Машиностроение, 1980.

42. Почтенный Е.К. Прогнозирование долговечности и диагностика усталости деталей машин. – Мн.: Наука и техника, 1983.

43. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем/ Под общ. Ред. А.С. Проникова, - М.: Машиностроение, 1995. Т. 2. Ч. 1.

44. Проектирование механических передач/ С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев, Б.С. Козинцов и др. – М.: Машиностроение, 1984.

45. Проектирование сварных конструкций в машиностроении / Под ред. С.А.

Куркина. – М.: Машиностроение, 1975.

46. Промышленные работы в действии / Г. И. Хутский, AM. Тишов, Л.М. Щукин и др. - Мн.: Высш. шк., 1986.

47. Пронин Б.А., Ревков Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи (вариаторы). - М.: Машиностроение, 1980.

48. Редукторы и мотор - редукторы общемашиностроительного применения /Л.С. Бойко, A.3. Высоцкий, Э.Н. Галиченко и др. - М.: Машиностроение, 2002.

49. Решетов Д.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1995.

50. Робототехника и гибкие автоматизированные производства: В 9 кн. Кн. 2, Приводы робототехнических систем / Ж.П. Ахромеев, Н.Д. Дмитриева, В.М. Лохин и др.; Под ред. И.М. Макарова. - М.: Высш. шк., 1986.

51. Семенов А.П. Схватывание металлов и методы его предотвращения при трении // Трение и износ. 1980. Т. 1. №2.

52. Серенсен С.В., Громан М.Б., Когаев В.П. Валы и оси. Конструирование и расчет. - М: Машиностроение, 1980

53. СеренсенГ С.В., Когаев В.П. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность. - М.: Машиностроение, 1985.

54. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. - М.: Машиностроение, 1992.

55. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых и червячных передач / Под ред. И.А. Болотовского. - М.: Машиностроение, 1986.

56. Стройман И.М. Холодная сварка металлов. - Л.: Машиностроение, 1985.

57. Теория механизмов и машин / К.В. Фролов, С.А.Попов, А.К. Мусатов и др.; Под ред. К.В.Фролова. - М.: Выш. шк., 2000.

58. Трубин Г.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колес. - М.: Машгиз, 1985.

59. Устиненко В.Л. Напряженное состояние зубьев цилиндрических прямозубых колес. - М.: Машиностроение, 1972.

60. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1987.

61. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. - Л.: Наука, 1982.

62. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведения. - М.: Машиностроение, 2000.

63. Часовников Л.Д. Передачи зацеплением. - М.: Машиностроение, 1980.

64.Нагорских B.C. Расчет привода с червячным редуктором к ленточному транспортеру. - Екатеринбург, изд. УГСХА, 2007.

65 Нагорских B.C. Расчет цилиндрических зубчатых передач к сельскохозяйственным приводам. - Екатеринбург, изд. УГСХА, 2007.

66. Нагорских B.C. Проектирование приводных муфт. - Екатеринбург, изд. УГСХА, 2007.