Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования . 12
1.1. Надежность сельскохозяйственной техники на примере машин животноводческого направления 12
1.2. Формирование надежности машин животноводства на стадии их конструирования, модернизации или ремонта 21
1.3. Совершенствование методов проектирования и ремонта животноводческих приводов 34
1.5. Цели и задачи исследования 37
Глава 2. Обзор машин животноводческого комплекса и анализ отказов их механических приводов 38
2.1. Специфика агрегатов и машин животноводческого комплекса 39
2.2. Классификация машин животноводческого комплекса 40
2.3. Анализ отказов механических приводов машин животноводства 43
2.3.1. Отказы редуктора 48
2.3.2. Отказы цепных передач 50
2.3.3. Отказы ременных передач 53
Глава 3. Методология решения проектных задач с помощью средств вычислительной техники 57
3.1. Задачи автоматизации процесса проектирования и модернизации. 57
3.2. Схема решения проектно-консгрукторских задач с помощью средств вычислительной техники 60
3.3. Описание программного комплекса для проектного расчета приводов сельскохозяйственных машин 68
3.4. Автоматизация процессов проектирования и ремонта цепных передач 73
3.5. Способы восстановления и упрочнения деталей машин диффузионными покрытиями 83
3.6. Автоматизация процессов проектирования и ремонта цилиндрических зубчатых передач 87
3.7. Автоматизация процессов проектирования и ремонта ременных передач 97
Глава 4. Расчет допусков на размеры деталей сборочных единиц на примере зубчатых цилиндрических, конических и червячных передач 110
4.1. Цилиндрические зубчатые передачи 111
4.1.1.Точность межосевого расстояния 111
4.1.2. Обеспечение необходимого зазора между торцами крышки и наружного кольца подшипника 123
4.2. Конические зубчатые передачи. Отклонение между осями вращения конических колес 127
4.3. Червячные передачи. Совпадение средней плоскости зубчатого венца червяного колеса с осью вращения червяка 135
Глава 5. Практическая реализация и экономическая эффективность результатов исследования 139
5.1. Практическая реализация разработанного програмного обеспечения 144
Заключение 144
Общие выводы 146
Библиографический список 148
Приложения 170
- Формирование надежности машин животноводства на стадии их конструирования, модернизации или ремонта
- Классификация машин животноводческого комплекса
- Схема решения проектно-консгрукторских задач с помощью средств вычислительной техники
- Конические зубчатые передачи. Отклонение между осями вращения конических колес
Введение к работе
Возрождение российской экономики немыслимо без подъема сельскохозяйственного производства, которое зависит от качества применяемой техники. Повышение качества ремонта сельскохозяйственных машин, их надежности и долговечности - одно из важных направлений технического прогресса.
Низкая надежность отечественной сельскохозяйственной техники вынуждает сельхозпроизводителей приобретать лишние машины, покупать большое количество запасных частей, затрачивать средства на внеочередной ремонт и иметь потери от простоя техники. Это отрицательно сказывается на себестоимости сельскохозяйственной продукции.
Проблема обеспечения надежности и ресурса приводов сельскохозяйственных машин в последнее время приобретает особую остроту в связи с интенсификацией их развития по напряженности рабочего цикла, с целью улучшения характеристик по экономичности и массе. Это приводит к повышению стоимости сельскохозяйственной машины. Тенденции повышения стоимости привода машин во всем мире примерно одинаковы и составляют около 10 % за каждое пятилетие. Большой ресурс и повышенная и надежность приводов помимо решения основной задачи повышения безопасности эксплуатации, обеспечивает экономию за счет уменьшения количества и стоимости ремонтов, уменьшения времени простоев приводов и затрат на замену отработавших ресурс машин. Недостаточная надежность конструкции приводит к огромным затратам на ремонт, перебоям в эксплуатации. В техническом задании на проектирование нового привода или ремонт уже существующего наряду с параметрическими и функциональными параметрами задаются количественные характеристики надежности. Требуемый уровень надежности механического привода требует научно-теоретического, инженерного и экономического обоснования, что можно сделать на основе статистического анализа количественных показателей надежности приводов-прототипов и методов схемного обеспечения надежности. Более половины всех дефектов имеют прочностной характер. Связано это не с недостаточным уровнем развития науки о прочности, а с очень "жесткими" условиями работы деталей в составе того или иного типа привода сельскохозяйственной машины и часто с невозможностью на стадии проектирования достоверно оценить уровни температур и внешних нагрузок на детали нового типа машины, а также с неполным объемом информации о конструкционных свойствах новых материалов в реальных условиях работы деталей в составе нового конструктивного узла.
Тенденции развития приводов направлены на неуклонное повышение параметров (а, следовательно, и напряженности узлов), увеличение ресурса и снижение веса. Все это приводит к ужесточению внешних воздействий на детали, повышению их температуры и напряженности. Одновременно повышаются требования по безотказности и надежности.
Большинство отказов и дефектов сельскохозяйственных приводов приводят к поломкам тех или иных деталей, поэтому большое значение в обеспечении надежности придается созданию деталей, способных воспринимать не только штатные нагрузки, но и экстремальные, из-за функциональных или параметрических отказов изделия или технологических дефектов при их некачественном изготовлении. С позиции обеспечения прочностной надежности для обеспечения высоких параметров приводов наряду с малым весом, большим ресурсом и повышенной надёжностью большое значение приобретают свойства применяемых материалов. При этом применяемые материалы должны обладать некоторыми специфическими свойствами в зависимости от условий работы конкретных деталей. При выборе материалов важно правильно оценить условия работы деталей и применять материалы, наиболее полно соответствующие условиям нагружения.
Следует отметить, что в деталях, как правило, одновременно действуют несколько видов нагрузок, т. е. имеет место так называемое многокомпонентное нагружение. При этом различные виды нагрузок оказывают друг на друга взаимное влияние. Так циклирование нагрузок снижает статическую прочность, наложение вибрационных нагрузок снижает малоцикловую долговечность. Характер повреждения и фрактография излома связаны с превалирующей нагрузкой.
Так как проявление большинства дефектов имеет прочностной характер и приводит к разрушению материала деталей, то важным аспектом обеспечения надежности привода в целом является обеспечение высоких характеристик конструкционной прочности применяемых материалов. Под конструкционной прочностью материалов подразумевается прочность в реальных условиях нагружения с учетом геометрических, металлургических и технологических факторов. Правильный выбор используемых материалов, изучение и разработка методов обеспечения высоких характеристик их конструкционной прочности является актуальной проблемой и направлением работ по обеспечению высокой надежности сельскохозяйственных машин в целом и приводов сельскохозяйственной техники в частности.
Очевидно, назрела необходимость широко использовать вычислительные программные продукты (CAD/CAE системы) при проектировании, модернизации и ремонте сельскохозяйственной техники. В настоящее время существующие программы не учитывают специфику отрасли: условия работы, режимы нагружения. Таким образом, необходимо заниматься разработкой специализированного программного продукта, позволяющего работать в области сельскохозяйственной техники, принимая во внимания всю сложность и специфику данной отрасли.
Применение ЭВМ при проектно-конструкторских работах в своем развитии прошло несколько стадий и претерпело значительные изменения. С появлением вычислительной техники был сделан акцент на автоматизацию проектных задач, имеющих четко выраженный расчетный характер, когда реализовывались методики, ориентированные на ручное проектирование. Затем, по мере накопления опыта, стали создавать программы автоматизированных расчетов на основе методов вычислительной математики (параметрическая оптимизация, метод конечных элементов и т. п.). С внедрением специализированных терминальных устройств появляются универсальные программы для компьютерных станций для решения как расчетных, так и некоторых рутинных проектных задач (изготовление чертежей, спецификаций, текстовых документов и т. п.). В последние годы большое внимание уделяется автоматизации расчетно-конструкторских работ при проектировании типовых узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин, когда синтез конструкции проводится эвристически, а основные параметры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме диалога проектировщика и ЭВМ.
Однако на всех этих стадиях автоматизации проектирования инженеру помимо изучения инструкций по эксплуатации и написанию программ приходится познавать ряд по сути дела ненужных ему подробностей системных программ и языков программирования. Кроме того, при использовании в проектировании специализированных по объектам разрозненных пакетов прикладных программ (ППП) инженер вынужден каждый раз вновь кодировать и вводить информацию согласно инструкции ППП. Отмеченные недостатки приводят к тому, что частичная («позадачная») автоматизация не оказала существенного влияния на повышение качества и производительности проектирования технических систем и средств в целом.
Решение проблем автоматизации проектирования с помощью ЭВМ основывается на системном подходе, т. е. на создании и внедрении САПР — систем автоматизированного проектирования технических объектов, которые решают весь комплекс задач от анализа задания до разработки полного объема конструкторской и технологической документации. Это достигается за счет объединения современных технических средств и математического обеспечения, параметры и характеристики которых выбираются с максимальным учетом особенностей задач проектно-конструкторского процесса. САПР представляет собой крупные организационно-технические системы, состоящие из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями конкретной проектной организации.
В процессе написания диссертационной работы использовались методы теории вероятностей, математической статистики, теории надежности, вычислительной математики, статистического моделирования, системного анализа.
Научная новизна полученных результатов диссертационной работы заключается в научно-обоснованном установлении принципиально новых функциональных зависимостей геометрических, силовых и прочностных показателей механических приводов сельскохозяйственных машин, которые оказывают существенное влияние на надежность исследуемых узлов.
Достоверность полученных результатов обеспечивается математической строгостью доказанных утверждений, а также установлением гарантированных и точечных оценок для показателей ресурса, ремонта и эксплуатации.
На защиту выносятся следующие научные результаты:
Результаты анализа отказов механических приводов сельскохозяйственных машин на примере машин животноводческого направления.
Теоретические основы расчета отдельных узлов механических приводов и результаты анализа работы программного комплекса, разработанного для автоматизации процессов проектирования, ремонта и модернизации приводов на примере цепных и цилиндрических передач.
Расчет допусков на размеры деталей сборочных единиц на примере зубчатых цилиндрических, конических и червячных передач и теоретические подходы к выбору набора компенсаторов для обеспечения требуемого уровня надежности и точности узлов механических приводов.
Практическая значимость работы состоит в том, что ее научные результаты на основе системного подхода объединены общей методологией, позволяющие на основе разработанных методов обработки информации об надежности эксплуатируемых узлов определить безопасные периоды продлеваемого срока эксплуатации технических объектов и дать рекомендации по модернизации элементов механических приводов, что позволит продлить срок использования сверх назначенных уровней.
Разработанные в диссертации методы на основе системного анализа позволяют:
Увеличить безопасные сроки эксплуатации анализируемых объектов.
Усовершенствовать номенклатуру составных частей путем замены на более надежные и перспективные аналоги на основе сопоставительного анализа показателей надежности.
Проводить анализ условий и режимов применения и эксплуатации технических объектов.
Результаты научных исследований нашли отражение в 7 публикациях (6 по теме диссертационной работы), общим объемом 2,1 п.л. (личный вклад автора 1,65 п.л.), в том числе статья в журнале, рекомендуемом ВАК для опубликования результатов диссертационной работы; получен патент № 2009614897 РФ на программный комплекс.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложений.
Во введении и первой главе «СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ» обоснована актуальность темы диссертационного исследования, раскрыта степень ее изученности, определены цель и задачи, объект и предмет исследования, представлена его теоретическая и методологическая основа, сформулированы научная новизна и практическая значимость полученных результатов.
Во второй главе «ОБЗОР МАШИН ЖИВОТНОВОДЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА И АНАЛИЗ ОТКАЗОВ ИХ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ» классифицированы машины животноводства по областям применения в зависимости от функционального назначения, принимая во внимание специфику работы и наличия механических приводов различной мощности; представлены материалы по отказам и сформулированы пути повышения надежности узлов механических приводов на этапе проектирования, эксплуатации и ремонта.
В третьей главе «МЕТОДОЛОГИЯ РЕШЕНИЯ ПРОЕКТНЫХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ» раскрыты теоретические положения по теме исследования; систематизированы факторы, влияющие на надежность сельскохозяйственных машин; приведено детальное описание программного комплекса для анализа узлов механических приводов, на основе которого были проведены расчеты и даны методические рекомендации по усовершенствованию ременных, цепных и зубчатых передач узлов машин сельского хозяйства.
В четвертой главе «РАСЧЕТ ДОПУСКОВ НА РАЗМЕРЫ ДЕТАЛЕЙ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ НА ПРИМЕРЕ ЗУБЧАТЫХ ЦИЛИНДРИЧЕКИХ, КОНИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЯХ ПЕРЕДАЧ» приведены теоретические модели расчета допусков на размеры сборочных единиц; дано описание программного модуля для подбора компенсаторов при обеспечении точности работы зубчатых передач; обозначены рекомендации по допускам и посадкам для различных видов механических приводов.
В пятой главе «ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ» проведен анализ экономической эффективности использования компьютерных моделей для проектирования и ремонта механических приводов сельскохозяйственных машин, расчет затрат на разработку программного комплекса, его внедрения и эксплуатации в реальных условиях.
В заключении обобщены основные результаты проведенного диссертационного исследования, обозначены перспективные направления для дальнейших этапов научных работ.
Формирование надежности машин животноводства на стадии их конструирования, модернизации или ремонта
В последние годы в практике ремонта и эксплуатации сельскохозяйственных машин все шире распространяются технологические методы повышения долговечности деталей и узлов благодаря глубоким исследованиям таких ученых, как А.А. Аникин, В.Н. Бугаев, Ю.А. Конкин, В.В. Курчаткин, А.В. Поляченко, М.Ф. Сагач, Н.Ф. Тельнов, С.С. Черепанов и др. В их работах подробно рассматриваются методы обеспечения эксплуатационной надежности сельскохозяйственной техники, вопросы организации и экономики ее ремонта, восстановления и упрочнения поверхностей контактной приваркой износостойких покрытий, формирование износостойких покрытий из порошковых сплавов, диффузионной металлизацией, гальваническими способами, использованием пластмасс и др.
Учитывая многообразие условий работы сельскохозяйственной техники, агрессивность окружающей среды, абразивность, большой разброс приложения нагрузок и, как следствие, невозможность использования имеющихся данных без дополнительных исследований применительно к конкретным условиям, к конкретным машинам и даже их деталям, в развитие существующих способов повышения долговечности деталей и сборочных единиц исследовался ряд методов повышения эксплуатационных свойств деталей, а также их получение с заданными свойствами [10, 15, 38, 43, 94, 102, 106].
Большой вклад в развитие теории и практики технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственных машин, повышения их надежности внесли такие ученые, как А.Н. Батищев, Е.Л. Воловик, В.А. Деев, М.Н. Ерохин, В.Е. Кряжков, В.М. Михлин, С.С. Некрасов, Г.К. Потапов, А.И. Сидоров, В.Я. Сковородин, Н.Ф. Тельнов, В.И. Цыпцин, В.И. Черноиванов, М.А. Халфин и др. ученые. В их работах подробно рассматриваются методы теоретического и практического обоснования мероприятий по обеспечению надежности сельскохозяйственной техники, вопросы организации и экономики ее ремонта, технического оснащения производства, восстановления и упрочнения поверхностей (поверхностно-пластическим деформированием, термообработкой, контактной приваркой ленты, формированием износостойких покрытий из порошковых сплавов, диффузионной металлизацией, гальваническими спосо бами, полимерными материалами), использования эффекта «безызносности» и др.
Установлено, что отказы машин животноводства сопровождаются отказами различных составных узлов. В тоже время, необходимо отметить, что около 70 % отказов связано с отказами механических приводов. Это можно объяснить тяжелыми условиями работы, сложностью контроля качества производства и эксплуатации механического привода в составе машины сельскохозяйственного направления.
Механический привод сельскохозяйственных машин отличается от привода машин других отраслей конструктивными, эксплуатационными и технико-экономическими показателями, обусловленными особенностями конструкции и эксплуатации сельскохозяйственной техники, а именно: сезонность использования в течение года, ограниченная небольшими агротехническими сроками (90...250 ч в году в зависимости от типа машины), что приводит к увеличению срока окупаемости; работа и хранение в изменяющихся почвенно-климатических и биологических условиях (при высоких и низких температурах, в абразивной и растительной среде, на неровных участках и т. п.), что влияет на показатели надежности, сохраняемости и ремонтопригодности; неравномерность нагрузок, возникновение динамических перегрузок, вызванных биологическими особенностями убираемых кормов, рельефом местности, размерами ферм, их засоренностью камнями и песком и др-; минимальные затраты на техническое обслуживание и ремонт в период цикличных и сезонных работ, обусловленное необходимостью снижения потерь при вынужденных простоях; низкая материалоемкость, связанная с ограничениями допустимой массы сельскохозяйственных машин с точки зрения агротехнических требований.
Классификация машин животноводческого комплекса
Новая система машин должна предусматривать комплексную механизацию всех отраслей животноводства, позволяющая улучшить качество получаемой продукции, внедрить прогрессивные технологии, поточные технологические линии и комплексы машин, шире применять электроэнергию не только для привода машин и тепловых установок, но и для непосредственного технологического воздействия на предметы труда в животноводстве и кормоприготовлении. В конечном итоге система современных машин, механизмов и оборудования должна предусматривать повышение уровня механизации животноводческих предприятий до 100 %.
С учетом современного технологического процесса в животноводстве машины и установки принципиально могут быть представлены в виде нескольких групп: стационарные погрузочно-разгрузочные и транспортные средства, механизация и автоматизация приготовления кормов, раздатчики кормов, механизация и уборка навоза, оборудование и обеспечение микроклимата [13, 92, 149].
На животноводческих комплексах ежесуточно выполняется большой объем погрузочно-разгрузочных и транспортных работ по перемещению кормов, продукции и продуктов метаболизма. Следует учитывать, что транспортные и погрузочные средства установки безрельсового транспорта, наземные и подвесные машины и механизмы рельсового транспорта, стационарные машины непрерывного транспорта, погрузчики являются, чаще всего, универсального назначения и широко используются в других отраслях производства.
Перечень стационарных погрузочно-разгрузочных и транспортных средств незначительный и составляет менее 5 % от перечня всех машин, применяемый в животноводстве. При этом энергоустановок с мощностью до 5 кВт около 1/3 от числа единиц данной группы. А доля установок, у которых суммарная мощность более 50 кВт или используют привод от двигателя внутреннего сгорания, несколько превышает 30 % [32, 33, 92, 101, 108, 109, ПО, 149].
Для кормления животных применяют в основном корма растительного происхождения. Очевидно, что необходимыми и обязательными условиями интенсивного ведения животноводства являются не только обеспечение устойчивой кормовой базы, но и применение современных способов и приемов переработки и приготовления кормов, обеспечивающих их наиболее эффективное использование.
Механизации приготовления кормов уделяется достаточное внимание. Около половины наименований машин в животноводстве (46,5 %) принадлежит к данной группе. Потребляемые мощности энергоустановок в представленных параметрах распределяются примерно равномерно. Довольно четко выражен «пик» технического оборудования с потребляемой мощностью 0,5...20,0 кВт, на которые приходится 54,3 %. Значительный удельный вес (25,8 %) в структуре группы занимают небольшие электроустановки с мощностью до 2,0 кВт [32, 33, 92, 101, 108, 109, ПО, 149].
Продуктивность сельскохозяйственных животных зависит от ряда факторов, в том числе немаловажное значение имеет своевременность подачи кормов. Трудоемкость данного технологического процесса превышает 30...40 % от общих трудовых затрат по уходу за животными. Кормораздающие устройства должны отвечать ряду зоотехническим требованиям, в том числе обеспечивать равномерность и точность раздачи корма, его дозировки индивидуально каждому животному, предотвращение загрязнение корма и расслаивание на фракции, предупреждение травматизма животных, электробезопасность. Они должны быть универсальны, иметь высокую производительность и предусматривать регулирование нормы выдачи, не создавать излишнего шума, легко очищаться от остатков корма и других загрязнений, быстро окупаемы, быть надежными в работе.
С учетом тех обстоятельств, что кормораздатчики выполняют две операции (перемещение корма от места загрузки до места выдачи и его дозирование) обуславливается многообразие их конструкций — 25,2 % единиц оборудования в животноводстве относится к данной группе. Следует отметить, что средняя потребляемая мощность энергоустановок является, относительно невелика (6 кВт). Практически отсутствуют машины, у которых суммарная мощность электродвигателей более 50 кВт. При этом доля установок с небольшой потребляемой мощностью до 5 кВт весьма значительная и достигает 53,5% [32, 33, 92, 101, 108, 109, ПО, 149].
Механическая система удаления навоза из животноводческих помещений базируется на использовании механических стационарных и мобильных средств. Установлено, что при производстве 1 кг молока количество навоза составляет около 5 кг, 1 кг свинины — 20 кг, 1 кг говядины — 25 кг. Навоз из помещений поступает в навозоприемники, а затем его транспортируют на хранение или утилизацию. Выбор способа и средств механизации уборки навоза определяется технологией содержания животных, планировкой помещений, обеспеченностью подстилочным материалом. По назначению навозоуборочные средства делят на средства очистки помещений, средства накопления и удаления навоза, средства транспортировки его и обработки с целью последующей утилизации.
Очевидно, что механизированный процесс удаление и реутилизации навоза достаточно простой и малоэнергоемкий. Перечень наименований единиц машин и оборудования небольшой — 43 единицы и не превышает 11 % от общего числа машин, используемых в животноводстве. Мощность энергоустановок до 10 кВт значительная и составляет 72,1 %, от общего наименования машин в группе, в том числе до 5 кВт — 39,5 %. С учетом специфики функционирования практически отсутствуют энергоустановки, у которых потребляемая мощность составляет более 50 кВт [13, 32, 33, 92, 101, 108, 109,110, 149].
Схема решения проектно-консгрукторских задач с помощью средств вычислительной техники
Основным технологическим средством автоматизации проектирования в машиностроении и сельском хозяйстве является цифровая ЭВМ, оперирующая с информацией, представленной в цифровой форме и физически существующей в виде различных состояний их элементов. Поэтому возникает необходимость в разработке методов превращения разнообразной конструкторской документации в цифровую форму и представлении всех задач и элементов процесса проектирования только в виде операций над числами и логическими выражениями с доведением их до алгоритмов и машинных программ. Но при автоматизации проектно-конструкторского процесса следует постоянно помнить, что ЭВМ — это вспомогательное средство, а не замена конструктора. Наиболее эффективно вычислительная техника может быть использована, когда имеются математические модели, описывающие объект проектирования и имитирующие его функционирование в заданной окружающей среде.
Для действительного эффективного использования автоматизированных методов и средств проектирования необходимо учитывать, что любой эксперт обладает вполне определенными и, к сожалению, весьма ограниченными физиологическими возможностями обработки информации. Следовательно, необходима декомпозиция проблемы. Последнее означает, что для автоматизации требуется система процедур, позволяющая конструктору на основе ограниченной информации вести направленный поиск оптимальных параметров новых технических средств. Основная проблема автоматизации проектирования в настоящее время связана не только и не столько с вопросами совершенствования средств вычислительной техники, сколько с тем обстоятельством, что в науке о конструировании новых технических средств не выявлены аналитические и логические зависимости, связывающие назначение технических средств с их структурой и характеристиками. Например, в технологической науке отсутствуют формализованные взаимосвязи между параметрами обрабатываемой детали, структурой и характеристиками технологического процесса. Основное внимание при традиционном проектировании уделялось задачам анализа функционирования технических средств с целью выявить влияние различных факторов на точность, производительность и экономическую эффективность их работы. В то же время методы синтеза технических средств на основе их назначения и характеристик внешней среды, в условиях которой будет функционировать новое техническое средство, исследованы еще недостаточно. Необходимо создание теории проектирования, предполагающей переход от традиционных задач анализа и эмпирических классификаций к проблематике задач синтеза технических систем. Проектирование выступает как комплексная проблема, в которой в сложной взаимосвязи переплетаются задачи синтеза, моделирования, анализа, оценки, оптимизации и отбора альтернатив. Для решения таких сложных задач необходимо применение методологии системного подхода. При использовании методологии системного подхода для формализации процесса проектирования следует исходить из того, что специфика сложных объектов и процессов не исчерпывается особенностями составляющих его частей и элементов, а заключена в характере связей и отношений между ними. Расширение исходной базы за счет таких понятий, как, например, структура, функция, организация, связь, отношение, обеспечивает определенные преимущества системному подходу перед традиционными методами исследований и позволяет создавать более адекватные действительности модели сложных объектов и процессов. Исходя из основных положений системного анализа, последовательность решения многовариантных проектных задач с помощью средств вычислительной техники можно представить состоящей из ряда этапов (рис. 10).
Определяющим этапом проектирования является постановка общей задачи, при которой формулируется служебное назначение (функция) технической системы и вырабатывается концепция проекта на основе анализа системной модели будущего технического средства как элемента подсистемы более высокого уровня иерархии. Адекватное описание такой модели возможно только при всестороннем рассмотрении проблемы, для решения которой создается новое техническое средство. Например, для решения проблемы комплексной механизации и автоматизации животноводческого комплекса необходимо создание целого ряда машин и механизмов, в том числе металлорежущих станков, сборочных агрегатов, транспортных средств, загрузочных устройств, информационно-измерительных систем, систем инструментального обеспечения и др. Следовательно, системная модель технологической машины, например, должна отражать взаимосвязи объекта не только с подобными машинами по структуре технологического процесса, но и с загрузочными, транспортными, измерительными и другими элементами всего производственного комплекса. На следующем этапе необходимо выполнить анализ общей задачи проектирования. Здесь на основе рассмотрения системной модели будущего технического средства выявляются связи объекта проектирования с окружающей средой, определяются компоненты проектной задачи, ограничения и критерии выбора рациональных вариантов. Результаты данного этапа служат для поиска путей дальнейшего хода решения проектных задач. Если удается использовать имеющееся техническое средство, то конструкторский процесс не выполняется. Найденные аналоги могут лечь в основу будущей конструкции. Но может случиться и так, что в процессе анализа задачи проектирования выявится невозможность использования существующих технических возможностей для решения проблемы. Тогда постановка задачи должна быть изменена, например, разбита на подзадачи. При проведении конструкторских работ первой операцией является функциональный анализ объекта проектирования для создания внутренней многоуровневой структуры объекта проектирования. Результаты этого этана необходимы в первую очередь для объективного разбиения задачи проектирования на части и определения стратегии решения общей задачи.
Конические зубчатые передачи. Отклонение между осями вращения конических колес
На рис. 32 приведена расчетная схема Т, определяющая отклонение между осями вращения передачи. В ГОСТ 1758-81 на этот параметр установлены симметричные отклонения, поэтому характеристики исходного размера
Влияющие размеры схемы Т: Ті и Т2 — отклонения от сносности дорожек качения наружных колец левого и правого подшипников вала-шестерни; Т3 и Т4 — зазоры в сопряжении наружных колец левого и правого подшипников вала-шестерни с отверстием стакана; Т5 — радиальный зазор в подшипнике вала-шестерни, не нагруженном внешней осевой силой; Т6 — отклонение оси наружного цилиндра стакана относительно общей оси его отверстий; Т7 — отклонение от параллельности оси наружного цилиндра стакана общей оси его отверстий; Tg — зазор в сопряжении стакана с отверстием корпуса; Т9-отклонение между осями в корпусе; Тю и Ти — отклонение от соосности наружных колец подшипников вала колеса; Т!2 и То — зазоры в сопряжении наружных колец подшипников вала колеса с отверстием корпуса; Ти — радиальный зазор в подшипнике вала колеса, не нагруженном внешней осевой силой. правой опорах вала-колеса, и плоскостью, в которой расположены оси валов. С14 =— sin/?4, если внешнюю нагрузку воспринимает верхний подшипник вала колеса, или С14 =— sin/?3, если внешнюю нагрузку воспринимает нижний подшипник вала колеса.
Размеры Ть Т2, Т6, Т7, Тю, Тц — векторные величины, Т9— скалярная, Т3, Т4, Т5, Т8, Тіг, Ти, Т]4 — зазоры. Размеры Т6, Т7, Т9 вследствие их малости при обычных расчетах можно во внимание не принимать.
По ранее приведенным расчетным зависимостям была составлена расчетная таблица для данного расчетного случая (таблица 11). Как видно, большая часть составляющих размеров имеет допуск, примерно равные допуску на исходный размер. Результаты расчетов показывают, что сумма погрешностей всех размеров даже без учета Т9 значительно превышает допуск на исходный размер. Анализ табличных данных показывает, что наибольшее влияние оказывают погрешности, связанные с левым подшипником вала-шестерни, сопряжения стакана с корпусом, установкой подшипников в стакане (для всех этих случаев большие значения коэффициента приведения). На размер Т9 можно рекомендовать допуск =(0,7.. .0,8) tj;.
Как следует их расчетов, допуски на отклонение между осями вращения зубчатых колес по ГОСТ 1758-81 очень жесткие и значительное число передач имеет действительное отклонение исходного размера, намного превышающие регламентированные стандартом отклонения.
В связи с этим представляет интерес исследование влияния на отклонение межосевого расстояния конической зубчатой передачи следующих факторов: расстояния 12 между опорами, характера сопряжения стакана с корпусом, допуски на размер, образующие расчетную схему.
Исходя из ограничений перемещений на конце консоли и в опорах вала обычно принимают 12=2,25а, где а — длина консоли [55]. Кроме того, от 12 зависят коэффициенты приведения Ci...C5,C8, и, следовательно, расстояние между опорами влияет на точность межосевого расстояния передачи.
Возможные посадки в сопряжении стакан-корпус: H7/h6, H7/js6, H7/k6. В пределах этих посадок зазор в сопряжении может отличаться вдвое.
На рис. 37...рис. 40 представлены результаты расчетов, которые выполнены для линейных размеров с использованием разработанного специального программного обеспечения по обобщающим расчетным формулам, учитывающим наличие в расчетной схеме различных аргументов (векторных, скалярных, зазоров). При рассмотрении влияния точности изготовления будем считать, что допуски на размеры, составляющие расчетную схему, соответствуют 7...11 квалитетам.
Основные результаты анализа: Рассеяние конечного размера t\ в основном зависит от точности изготовления и соотношения длин 12/11, где 1] — расстояние от вершины делительного конуса до ближайшего подшипника. Рассеяние уменьшается при повышении точности и увеличении расстояния между опорами вала.
