Экономические основы и общие правила конструирования

1. Тема: Экономические основы и общие правила конструирования

1
Тема: Экономические основы и общие правила конструирования
1. ЗАДАЧИ КОНСТРУИРОВАНИЯ
2. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
2.1. РЕНТАБЕЛЬНОСТЬ МАШИНЫ
2.2. ЭKOHOMИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
2.3. КОЭФФИЦИЕНТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РАСХОДОВ
2.4. ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ЭКОНОМИЧЕСКИЙ
ЭФФЕКТ
2.5. ПОЛЕЗНАЯ ОТДАЧА
2.6. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
2.7. СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
2.8. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И МОРАЛЬНОЕ УСТАРЕВАНИЕ
2.9. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ
2.10. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
2.11. СТОИМОСТЬ МАШИНЫ
2.12. УНИФИКАЦИЯ
2.13 НОРМАЛИЗАЦИЯ
3. ОБЩИЕ ПРАВИЛА КОНСТРУИРОВАНИЯ

2.

КРИТЕРИИ И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И
ИЗДЕЛИЙ
Основная задача проектировщика-конструктора – это создание технической
системы или изделия, наиболее полно отвечающего своему предназначению
(потребностям общества), дающего наибольший экономический эффект и
обладающего наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными
показателями.
Показатель качества технического изделия (или системы) – это число,
величина которого определяет то или иное свойство (характеристику)
изделия (или системы).
Основными показателями качества изделия (или ТС) являются:
потребляемая мощность;
энергоемкость;
производительность;
экономичность;
прочность конструкции;
надежность функционирования;
вес, металлоемкость, и габариты;
объем и стоимость ремонтных работ;
ресурс долговечности;
моральный ресурс,
межремонтные сроки;
степень автоматизации;
простота и безопасность обслуживания; удобство разборки и сборки;
удобство управления;
расходы на рабочую силу ; и др.
Набор этих показателей качества зависит от назначения системы или технического изделия,
2
2

3.

Главные показатели и критерии изделий
машиностроения
Главными показателями и критериями являются: высокая производительность;
экономичность; прочность; надежность; малые вес, металлоемкость, габариты,
энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, расходы на рабочую силу;
высокий ресурс долговечности; большие межремонтные сроки; высокие
моральный ресурс и степень автоматизации; простота и безопасность
обслуживания; удобство управления, разборки и сборки. В конструкции машин
необходимо соблюдать требования технической эстетики.
Важность каждого из этих показателей зависит от назначения машины:
- в машинах-генераторах и преобразователях энергии на первом плане стоит
величина к.п.д., 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, - малый вес
конструкции, высокий к.п.д. двигателя, обуславливающий малый вес бортового
запаса топлива.
3
Огромное значение в машиностроении имеет экономика.
3

4.

ГЛАВНЫЕ ЗАДАЧИ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ
ИЗДЕЛИЙ ОБЩЕГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
Проектируя машину, конструктор должен добиваться всемерного
увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта за
весь период работы.
Основные способы решения этой задачи - повышение полезной отдачи
машины, увеличение ее долговечности и снижение эксплуатационных
расходов.
Вместе с тем конструктор должен заботиться об уменьшении
трудоемкости изготовления, снижении себестоимости, сокращении сроков
проектирования, изготовления и доводки машин.
Стоимость машиностроительной продукции зависит от обширного
комплекса
технологических,
организационно-производственных,
экономических, тарифных и других факторов.
Мы рассмотрим только те способы повышения экономичности и снижения стоимости
машиностроительной продукции, которые непосредственно связаны с конструированием и зависят от
деятельности конструктора.
4
4

5.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
5
Экономический фактор должен играть первостепенную роль в конструировании. В
частности конструкции не должны заслонять основной цели конструирования —
увеличения экономического эффекта машин.
Многие конструкторы считают, что экономически конструировать - значит уменьшать
стоимость изготовления машины, избегать сложных и дорогих решений, применять
наиболее дешевые материалы и наиболее простые способы обработки.
Это только небольшая часть задачи. Главное значение имеет то, что экономический
эффект определяется величиной полезной отдачи машины и суммой эксплуатационных
расходов за вес период работы машины. Стоимость машины является только одним и
не всегда главным составляющим этой суммы.
Экономически направленное конструирование должно учитывать весь комплекс
факторов, определяющих экономичность машины, и правильно оценивать
относительное значение этих факторов.
Это правило часто игнорируют. Стремясь к удешевлению продукции, конструктор
нередко добивается экономии только в одном направлении и не замечает других,
гораздо более эффективных путей повышения экономичности. Более того, частная
экономия, осуществляемая без учета совокупности всех факторов, нередко ведет к
снижению суммарной экономичности машин.
Главными факторами, определяющими экономичность машин, являются:
рентабельность - величина полезной отдачи машины, долговечность, надежность,
стоимость рабочей силы, потребление энергии, стоимость ремонтов, стоимость
5
изготовления машины.

6.

Рентабельность машины
6
Рентабельность (q) машины определяется отношением полезной
отдачи или выработки (От) машины за определенный период времени,
выраженной в денежном эквиваленте, к сумме расходов (Р) на
эксплуатацию за тот же период:
От
q
Р
Под полезной отдачей понимается стоимость продукции,
вырабатываемой
машиной
(стоимость
готовых
изделий,
полуфабрикатов, промежуточных операций, полезной работы,
выполняемой машиной),
Сумма расходов в общем случае складывается из стоимости; Ам амортизации машины, Эн — потребляемой энергии, Мт —
потребляемых материалов, Рс — рабочей силы, Oб — технического
обслуживания, Нк — накладных расходов, Рм — ремонта, Нз —
общезаводских амортизационных начислений, т. е.
Р = Ам+ Эн+ Мт+ Рс+ Об + Нк + Рм + Нз.
Величина q должна быть больше единицы. Иначе машина будет
работать убыточно и смысл ее существования утрачивается.
6

7.

7
ЭKOHOMИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
Годовой экономический эффект Q от работы машины (годовой доход) равен
разности отдачи и суммы годовых расходов:
Q=От-Р=От(1-P/От)=От(1-1/q),
(2)
где q — рентабельность.
Суммарный экономический эффект ΣQ за весь период службы машины
(общий доход) равен разности суммарной отдачи машины ΣОт и суммарной
величины расходов ΣР за период службы:
ΣQ =ΣОт - ΣР,
или
ΣQ = ΣОт-(ΣАм+ΣЭн+ΣМт+ΣРс+ΣОб+ΣНк+ΣРм+ΣНз). (3)
Величина ΣQ зависит от длительности эксплуатации. Введем следующие
уточнения. Пусть Н — срок службы машины т. е. общая продолжительность (в
годах) пребывания машины в эксплуатации; h - длительность фактической
работы машины (в годах) за весь период ее эксплуатации.
Если предположить, что машина работает до полного исчерпания физического
ресурса, то, очевидно, h представляет собой долговечность машины, т. е. общую
возможную ее наработку за период эксплуатации.
Отношение:
ηисп=h/H
(4)
представляет собой коэффициент использования машины, характеризующий
интенсивность ее использования в эксплуатации.
7

8.

Экономический эффект
8
Некоторые компоненты уравнения суммарного экономического
эффекта (ΣРм, ΣНз) пропорциональны сроку службы машины, т. е.
ΣРм=Н Рм, ΣHз=Н Нз. Другие (ΣОт, ΣЭн, ΣРс, ΣОб, ΣМт, ΣНк)
пропорциональны продолжительности фактической работы машины (т.
е. при сделанном допущении - долговечности машины) и соответственно
равны ΣОт = h От; ΣЭн = h Эн и т. д.
Стоимость амортизации машины за весь период службы равна стоимости
машины ΣАм = С.
Подставив эти значения компонентов в уравнение ΣQ, получаем
ΣQ = h От - [С+ h (Эн+ Мт+ Рс+ Об+ Нк) + Н (Рм+ Нз)].
Обозначим расходы, пропорциональные долговечности машины h, через
Р', а расходы, пропорциональные сроку службы Н, - через Р".
Тогда
ΣQ = h От - (С+ hР' + HР")= h От - [C-h(Р'+ H Р"/h)].
Так как H/h=1/ ηисп то
ΣQ = h (От - Р' - Р"/ ηисп ) - С. (6)
Суммарный экономический эффект в функции срока службы Н равен
ΣQ = Н [ηисп(От - Р') - Р"] - С. (7)
8

9.

Срок окупаемости и коэффициент
эксплутационных расходов
9
Срок окупаемости машины (Нок) определяется, как срок службы, при котором
суммарный экономический эффект равен стоимости машины (ΣQ = С). Подставляя это
выражение в уравнение ΣQ = Н [ηисп(От - Р') - Р"] – С, получаем
Нок=2С/ [ηисп(От - Р') - Р"]
При определении срока окупаемости можно игнорировать затраты на ремонт (как
правило, незначительные на первых этапах работы машины).
Назовем коэффициентом эксплуатационных расходов отношение суммы расходов
за весь период службы машины к ее стоимости
k
P
C
P
C h P
исп
С
Процентное отношение стоимости машины к стоимости всех расходов равно обратной
величине коэффициента эксплуатационных расходов: c=C/ ΣP =(1/k)100%.
Коэффициент k, как правило, значительно больше единицы и может достигать
величин 10 - 100.
Как видно из выражения, коэффициент эксплуатационных расходов повышается с
увеличением долговечности h. Соответственно снижается доля стоимости машины в
общей сумме расходов.
9

10.

Влияние эксплутационных факторов на
экономический эфект
Из уравнения ΣQ = h (От - Р' - Р"/ ηисп ) - С видно, что суммарный экономический
эффект, т. е. общий доход за время работы машины, пропорционален долговечности h
машины. Он тем больше, чем больше полезная годовая отдача машины От и чем меньше
стоимость машины С и расходы Р' (расходы пропорциональные долговечности h) и Р"
(расходы пропорциональные сроку службы H).
Снижение стоимости машины ощутимо влияет на экономический эффект только при
малых сроках службы.
Справедлив и обратный вывод: повышение стоимости машины при больших сроках
службы очень мало отражается на величине экономического эффекта.
Следовательно, увеличение стоимости машины, направленное на повышение
ее долговечности, вполне оправдано, так как выигрыш от повышения
долговечности намного превышает снижение экономического эффекта,
вызванное увеличением стоимости машины.
Повышение к. п. д. (снижение расходов на энергию) в рассматриваемом случае влияет
незначительно.
Снижение стоимости рабочей силы, достигаемое путем автоматизации,
многостаночного обслуживания и т. п., сильно увеличивает экономический эффект.
Возрастает экономический эффект при повышении полезной отдачи машины.
Очень сильно экономический эффект возрастает при совместном увеличении
долговечности и полезной отдачи машин и снижении расходов на рабочую
10
силу.
10

11.

11
Влияние эксплутационных факторов на
экономический эфект
В разных категориях машин и при различной структуре эксплуатационных
расходов влияние различных факторов на экономический эффект может быть
различным.
Существует обширная категория машин (станки; автомобили;
строительные,
сельскохозяйственные), которые не могут функционировать без оператора. Здесь расходы на
рабочую силу относительно велики. Соответственно невелико значение стоимости машины в
сумме эксплуатационных расходов.
У машин, которые длительное время могут функционировать без участия оператора
(электродвигатели, электрогенераторы, насосы, компрессоры, полу- и автоматы и т. п.), расходы
на рабочую силу состоят только из стоимости периодического ухода за ними. В этой категории
машин относительная роль стоимости машин гораздо выше.
Энергопотребление также неодинаково для машин различных категорий. У
тепловых машин фактор энергопотребления отодвигает на задний план стоимость
машины, а иногда и рабочей силы.
Есть машины, у которых расход энергии незначителен вследствие высокого к. п, д.
(электрогенераторы, редукторы и т. п.). Роль стоимость в этом случае велика.
Стоимость машины в решающей степени зависит от серийности выпуска.
У машин некоторых классов большое значение имеют расходы на амортизацию,
обслуживание и ремонт производственных зданий и сооружений.
Экономический расчет, позволяет в каждом отдельном случае определить структуру
эксплуатационных расходов, относительную роль их составляющих и установить
основы рационального с экономической точки зрения проектирования машины.
11

12.

Выводы о влиянии факторов на экономический
эффект
Как общее правило, экономический эффект в наибольшей степени
зависит от величины полезной отдачи и долговечности машины. Эти
факторы должны стоять в центре внимания при конструировании машин.
Столь же большое значение имеет надежность, определяющая
наряду с долговечностью объем и стоимость ремонтов, производимых за
время пребывания машины в эксплуатации.
Из сказанного выше отнюдь не вытекает, что конструктор может
ослабить внимание к задаче уменьшения стоимости машин. Такой вывод
был бы глубоко неверным. Как было показано, роль фактора стоимости
зависит от категории машин и может быть значительной у машин с
малыми энергопотреблением и расходами на рабочую силу, а также у
машин с относительно небольшим сроком службы.
Следует отметить, что наряду с уменьшением индивидуальной стоимости
машин существует более эффективный способ снижения стоимости
машиностроительной продукции в целом — сокращение номенклатуры объектов
производства путем выбора рационального типажа машин и агрегатов.
12
12

13.

Полезная отдача
Полезная отдача выражается стоимостью продукции или полезной работы,
выполняемой машиной в единицу времени. Величина полезной отдачи зависит от п р о и з
в о д и т е л ь н о с т и машины, т. е. от числа операций, производимых ею в единицу
времени, и от с т о и м о с т и операций.
Увеличение полезной отдачи является комплексной задачей, решение которой во многом
зависит от правильности эксплуатации. Для автомашин, например, эксплуатационные
средства повышения отдачи заключаются в сокращении холостых пробегов, применение
прицепов и т.д. Производительность машин-орудий повышают интенсификацией технолог.
операций, применением специальной оснастки.
В основном же эту задачу необходимо решать к о н с т р у к т и в н ы м и
мероприятиями.
Машине
должна
быть
придана
наибольшая
возможная
производительность, согласованная с реальными требованиями производства и
перспективами его развития. Рабочие органы машины следует рассчитывать на
максимальный объем операций, с соответствующим выбором ее кинематики, мощности,
прочности и жесткости.
Главными способами повышения производительности машин являются:
увеличение числа одновременно производимых над изделием операций; увеличение числа
одновременно обрабатываемых изделий; автоматизация технологического процесса.
Первый способ получил наиболее полное выражение в конструкции агрегатных
металлообрабатывающих станков, позволяющих обрабатывать детали одновременно по нескольким или
всем поверхностям. Другим примером могут служить многорезцовые токарные автоматы.
Представителями второго направления являются р о т о р н ы е машины, на которых одновременно
обрабатывают большое число деталей. Другой пример — групповая обработка одновременно
13
нескольких деталей в многоместных приспособлениях.
13

14.

14
Долговечность
Долговечность машины, подобно полезной отдаче, очень сильно зависит от условий
и технического уровня эксплуатации. Низкий уровень обслуживания приводит к
сокращению срока службы машины.
Однако решающее значение для долговечности имеет правильная к о н с т р у к ц и
я машины.
Критерии долговечности. Долговечность машины есть общее время, которое она
может отработать на номинальном режиме в условиях нормальной эксплуатации без
существенного снижения основных расчетных параметров, с учетом всех ремонтов при
экономически приемлемой их суммарной стоим о с т и.
Иногда применяют понятие ресурс долговечности, т. е. время работы машины в часах до
первого к а п и т а л ь н о г о р е м о н т а.
Во многих случаях, особенно для агрегатов апериодического действия, долговечность
измеряют показателями суммарной выработки за все время функционирования агрегата.
Определенная таким образом долговечность представляет собой общее число операций или
единиц работы, которые может произвести маши на или агрегат до их предельного износа.
Так, долговечность автотранспорта и подвижного железнодорожного состава определяют по
предельному суммарному пробегу в километрах; приборов и испытательных машин — по общему
числу включений; плавильных агрегатов — по суммарному выдерживаемому агрегатом числу
плавок; почвообрабатывающих машин — по количеству обрабатываемых гектар почвы.
Фактическая долговечность может значительно отклоняться от номинальной
долговечности в зависимости от условий работы.
Срок службы машины — это общая продолжительность пребывания ее в эксплуатации до
полного исчерпания ресурса долговечности.
14

15.

Пути повышения долговечности
Основные факторы, лимитирующие долговечность и надежность машин, следующие;
поломки деталей; износ трущихся поверхностей; повреждения поверхностей в результате
действии контактных напряжений, наклепа и коррозии; пластические деформации деталей,
вызываемые местным или общим переходом напряжений за предел текучести или (при
повышенных температурах) ползучестью,
П р о ч н о с т ь в большинстве случаев не является непреодолимым лимитом. В машинах
общего назначения возможно полное устранение поломок. В этом классе машин нет деталей,
которым нельзя было бы придать практически неограниченную долговечность.
В случае машин напряженного класса, вроде транспортных, задача сложнее. Требования
габарита и веса заставляют повышать расчетные напряжения, вследствие чего вероятность
поломок увеличивается. Непрерывное совершенствование технологий и уточнение методов
расчета прочности позволяют и в этом случае значительно отодвинуть прочностные лимиты
долговечности.
Многие факторы с л у ч а й н ости можно свести к минимуму: п р о и з в о д с т в е н н ы е —
тщательным контролем изделий, э к с п л у а т а ц и о н н ы е — чисто конструктивными мерами
(введением систем защиты, предохранителей, блокировок).
В наихудшем положении находятся тепловые машины. Детали, работающие при высоких
температурах, рассчитывают на ограниченную долговечность. Срок их службы можно только
повысить конструктивными приемами (снижение уровня напряжений, рациональное
охлаждение) и главным образом применением жаропрочных материалов.
Главными способами повышения износостойкости при механическом износе являются
увеличение твердости трущихся поверхностей, подбор материала трущихся пар, уменьшение
удельного давления на поверхностях трения, повышение чистоты поверхностей и правильная
15
смазка.
15

16.

16
Моральное устаревание
Вопросы повышения долговечности и морального устаревания тесно связаны
между собой.
Моральное устаревание наступает, когда машина, сохраняя физическую
работоспособность, по своим показателям перестает удовлетворять промышленность
в силу повышения требований или появления более совершенных машин.
Признаками морального устаревания являются пониженные по сравнению со
средним уровнем показатели надежности, качества продукции, производительности,
расхода энергии на единицу продукции, стоимости рабочей силы, обслуживания и
ремонтов и как общий результат — пониженная рентабельность машины.
Моральное устаревание не связано с физическим износом. Машина может
морально устареть, будучи вполне исправной, даже совершенно новой.
Главным последствием морального устаревания является снижение роста
производительности на единицу рабочей силы, являющегося основным показателем
экономического прогресса.
Безусловное моральное устаревание наступает в двух случаях: при переходе на
новую продукцию (полная смена технологического процесса); при открытии новых
рабочих процессов или появлении принципиально новых конструктивных схем,
позволяющих создать машины, превосходящие по показателям старые образцы.
16

17.

Способы предупреждения морального устаревания
Главным способом является конструирование машин с учетом динамики развития той
отрасли промышленности, для которой они предназначены. В конструкцию исходной
модели должны быть заложены резервы развития по производительности, мощности,
полезной отдаче, диапазону выполняемых операций. Это позволяет последовательно
модернизировать машину и поддерживать ее показатели на уровне возрастающих
технических требований.
Другое средство предупреждения морального устаревания — повышение степени
использования машин в эксплуатации. Чем в более короткий срок машина отрабатывает
заложенный в нее ресурс долговечности, т. е. чем ближе срок службы к долговечности, тем
вернее она застрахована от морального устаревания. Сокращение срока службы машин до
3 — 4 лет практически гарантирует их от морального устаревания.
Задача снижения срока службы при неизменной долговечности сводится ко всемерному
увеличению экстенсивности использования машин.
Основные конструктивные способы решения задачи — это универсализация, т. е.
расширение диапазона выполняемых машиной операций, и, главное, повышение
надежности машин, приводящее к сокращению аварийных и ремонтных простоев.
Быстрота и степень морального устаревания зависят от масштаба и технического
уровня производства. На мощных предприятиях, ускоренно наращивающих темпы
производства и непрерывно совершенствующих технологический процесс, машины
морально устаревают гораздо скорее, чем на средних и мелких пред- приятиях,
развивающихся медленнее.
17
17

18.

18
Эксплутационная надежность
Надежность машины складывается из следующих признаков: высокая
долговечность, безотказность действия, безаварийность, стабильность действия
(способность длительно работать без снижения исходных параметров), выносливость
(способность выдерживать перегрузки), малый объем операций обслуживания и
ухода, неприхотливость к уходу, живучесть (способность при частичных
повреждениях продолжать некоторое время работу, хотя бы при сниженных
параметрах), возможность устранения повреждений (сохранение ремонтоспособности), большие межремонтные сроки, малый объем ремонтных работ.
Из-за многообразия признаков, определяющих надежность, установить ее единый
критерий затруднительно. Чаще всего при определении надежности исходят из
понятия отказа машины, т. е. любой вынужденной остановки машины.
Надежность машины можно характеризовать:
частотой отказов;
длительностью бесперебойной работы машины между отказами;
закономерностью изменения частоты отказов за время пребывания машины в
эксплуатации;
степенью тяжести отказов, объемом, стоимостью и длительностью работ,
необходимых для устранения отказов.
18

19.

Пути повышения надежности
Надежность машин в первую очередь определяется прочностью и жесткостью
конструкции.
Рациональными способами повышения прочности, не требующими увеличения
веса, являются: применение выгодных профилей и форм, максимальное
использование прочности материала, по возможности равномерная нагрузка
всех элементов конструкции.
Целесообразные способы повышения жесткости — правильный выбор схемы
нагружения, рациональная расстановка опор, придание конструкциям жесткостих
форм.
Безаварийность работы и длительность межремонтных сроков во многом зависят
от правильности эксплуатации. Условия правильной эксплуатации машины
должны быть заложены в ее конструкции. Субъективный фактор в
обслуживании и управлении машиной следует по возможности исключать.
Сильно усложняет эксплуатацию нерациональная система смазки, требующая
постоянного внимания со стороны обслуживающего персонала. Периодической
точечной смазки следует избегать. Если этого сделать нельзя по конструктивным
условиям, то следует применять самосмазывающиеся опоры или вводить систему
централизованной подачи смазки ко всем смазочным точкам с одного поста.
Наилучшее решение с точки зрения надежности и удобства эксплуатации — это
полностью автоматизированная система смазки, не требующая периодической смены
19
масла.
19

20.

20
Пути повышения надежности
Одним из приемов увеличения эксплуатационной надежности является
дублирование обслуживающих устройств, в работе которых чаще всего случаются
перебои.
В комплексе мероприятий, обеспечивающих эксплуатационную надежность
машины, большую роль играет автоматическая защита от случайных или
преднамеренных перегрузок машины.
Высокой
надежности
машин
можно
достичь
только
комплексом
конструктивных,
технологических
и
организационно-технических
мероприятий. Повышение надежности требует длительной, повседневной,
скрупулезной, целенаправленной совместной работы конструкторов, технологов,
металлургов, экспериментаторов и производственников.
Наибольшие трудности представляет объективная оценка показателей надежности,
долговечности и стоимости эксплуатации. Эти показатели можно достоверно
выяснить только через длительный промежуток времени, притом на продукции,
вышедшей за стены завода-изготовителя и разбросанной в различных, порой
отдаленных эксплуатационных точках.
В этих условиях приобретают важное значение методы ускоренного определения
долговечности деталей, узлов, агрегатов и машины в целом. Большую помощь в этом
деле могут оказать л а б о р а т о р и и
д о л г о в е ч н о с т и для
систематического испытания продукции на износ и срок службы.
20

21.

21
Стоимость машины
Снижение стоимости машиностроительной продукции представляет собой комплексную
задачу: производственную и конструкторскую.
Резко уменьшает стоимость изготовления машин механизация и автоматизация
производственных процессов, концентрация технологических операций, производственное
кооперирование и др.
Эти меры осуществимы и дают наибольший эффект при больших масштабах производства и
стабильности продукции. Здесь на первый план выступает роль конструктора. Он должен
создать конструкцию, обладающую ресурсами развития и совершенствования.
Большое значение имеет уменьшение числа типоразмеров машин путем рационального
выбора типажа и параметров машин. Сокращение многомодельности позволяет повысить
серийность производства с выигрышем в стоимости изготовления.
Важно обеспечить т е х н о л о r и ч н о с т ь конструкций.
Под технологичностью понимают совокупность признаков, обеспечивающих наиболее
экономичное, быстрое и производительное изготовление машин с применением
прогрессивных методов обработки при, одновременном повышении качества, точности и
взаимозаменяемости частей.
В понятие технологичности следует ввести также признаки, обеспечивающие наиболее
производительную с б о р к у изделия (технологичность сборки) и наиболее удобный и
экономичный р е м о н т (технологичность ремонта).
Технологичность зависит от масштаба и типа производства.
Большой экономический эффект дают унификация и нормализация деталей, узлов и
агрегатов.
21

22.

22
Унификация
У н и ф и к а ц и я состоит в многократном. применении в
конструкции, одних и тех же элементов, что способствует сокращению
номенклатуры деталей и уменьшению стоимости изготовления, упрощению
эксплуатации и ремонта машин.
Унификация к о н с т р у к т и в н ы х э л е м е н т о в позволяет
сократить
номенклатуру
обрабатывающего,
мерительного
и
монтажного
инструмента.
Унификации
подвергают
посадочные
сопряжения (по посадочным диаметрам, посадкам и классам точности),
резьбовые соединения (по диаметрам, типам резьбы, посадкам и классам
точности, размерам под ключ), шпоночные и шлицевые соединения (по
диаметрам, формам шпонок и шлицев, посадкам и классам точности),
зубчатые зацепления (по модулям, типам зубьев и классам точности), фаски
и галтели (по размерам и типам) и т. д.
Унификация оригинальных деталей и узлов может быть в н у т р е н н е й
(в пределах данного изделия) и в н е ш н е й (заимствование деталей с иных
машин).
22

23.

Унификация
Степень унификации оценивают коэффициентом ηун, который
представляют как отношение:
числа унифицированных деталей к общему числу деталей изделия
ηун = (zун/z) 100%;
веса унифицированных деталей к общему весу изделия
ηун = (ΣGун/G) 100%;
стоимости унифицированных деталей к стоимости изделия
ηун = (ΣСун/С) 100%;
Недостаток первого показателя состоит в том, что он не учитывает удельное
значение унифицированных деталей в конструкции машины. Второй показатель
учитывает долю веса унифицированных дёталей в общем весе машины. Наиболее
правилен третий показатель. Однако определение его затруднительнее, чем первых.
Степень внутренней унификации можно оценивать коэффициентом
повторяемости
ηп = (1-Nн/Nд) 100%;
где Nн — число наименований деталей изделия;
Nд — общее число деталей изделия.
Этот коэффициент, легко определяемый на основании сводной спецификации,
суммарно характеризует совершенство конструкции со стороны сокращения
23
номенклатуры деталей. В хороших конструкциях ηп = 40 — 60%.
23

24.

24
Нормализация
Нормализация есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко
применяемых машиностроительных деталей, узлов и агрегатов.
Существуют нормали общегосударственные, отраслевые и ведомственные. Почти в
каждой специализированной проектной организации нормализуют типовые для данной отрасли
машиностроения детали и узлы.
Нормализация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и
ремонт машин. Правильный выбор конструкции нормализованных деталей способствует
увеличению надежности машин.
Нормализация дает наибольший эффект при сокращении числа применяемых
типоразмеров нормалей, т. е. при их унификации. В практике проектных организаций эта
задача решается выпуском о г р а н и ч и т е л е й, содержащих минимум нормалей,
удовлетворяющий потребностям проектируемого класса машин.
Преимущества нормализации реализуются в полной мере при централизованном
изготовлении
нормалей
на
специализированных
заводах.
Это
разгружает
машиностроительные заводы от трудоемкой работы изготовления нормалей и упрощает
снабжение ремонтных предприятий запасными частями.
Степень нормализации оценивают коэффициентом
ηн = (Nн/Nо) 100%;
где Nн — число нормализованных деталей; Nо — общее число деталей в изделии.
Для успешного осуществления нормализации необходимо, чтобы нормали имели высокое
качество. Кроме того, применение нормалей не должно стеснять творческую инициативу
конструктора и препятствовать поискам новых, более рациональных конструктивных решений.
24

25.

25
Основные общие правила конструирования
При создании машин рекомендуется придерживаться следующих основных правил:
— подчинять конструирование задаче увеличения экономического эффекта, определяемого в
первую очередь полезной отдачей машины, ее долговечностью и стоимостью эксплуатационных
расходов за весь период использования машины;
— добиваться максимального повышения полезной отдачи путем увеличения
производительности машин и объема выполняемых ими операций;
— добиваться всемерного снижения расходов на эксплуатацию машин уменьшением
энергопотребления, стоимости обслуживания и ремонта;
— максимально увеличивать степень автоматизации машин с целью увеличения
производительности, повышения качества продукции и сокращения затрат на рабочую силу;
— всемерно увеличивать долговечность машин, как средство повышения фактической
численности машинного парка и увеличения их суммарной полезной отдачи;
— обеспечивать длительный моральный срок службы, закладывая в машины высокие исходные
параметры и предусматривая резервы развития и последовательного совершенствования машин;
— закладывать в машины предпосылки интенсификации их использования в эксплуатации
повышением универсальности и надежности;
— предусматривать возможность создания производных машин с максимальным
использованием конструктивных элементов базовой машины;
— стремиться к сокращению числа типоразмеров машин, добиваясь удовлетворения
потребностей народного хозяйства минимальным количеством моделей путем рационального
выбора их параметров и повышения эксплуатационной гибкости; конструктивных решений.
25

26.

26
Основные общие правила конструирования
— конструировать машины с расчетом на безремонтную эксплуатацию, при полном
устранении капитальных ремонтов и с заменой восстановительных ремонтов комплектацией
машины сменными частями;
— избегать выполнения трущихся поверхностей непосредственно на корпусных деталях; для
облегчения ремонта поверхности трения выполнять на отдельных, легко заменяемых деталях;
— последовательно выдерживать принцип агрегатности;
— конструировать узлы машины в виде независимых агрегатов, устанавливаемых на машину в
собранном виде;
— исключать необходимость подбора и пригонки деталей при сборке; обеспечивать полную
взаимозаменяемость деталей;
— исключать операции выверки, регулировки деталей и узлов по месту; предусматривать в
конструкции фиксирующие элементы, обеспечивающие правильную установку деталей и узлов
при сборке;
— обеспечивать высокую прочность деталей и машины в целом способами, не требующими
увеличения веса (придание деталям рациональных форм с наилучшим использованием
материала, применение материалов повышенной прочности, введение упрочняющей
обработки);
— уделять особое внимание повышению циклической прочности дета- лей; придавать деталям
рациональные по усталостной прочности формы, устранять концентрацию напряжений; вводить
усталостно-упрочняющую обработку (закалку т. в. ч., азотирование, дробеструйный наклеп и
др.);
26

27.

27
Основные общие правила конструирования
— в машины, узлы и механизмы, работающие при циклических и динамических нагрузках,
вводить упругие элементы, смягчающие толчки и колебания нагрузки;
— придавать конструкциям высокую жесткость целесообразными, не требующими увеличения
веса способами (применение пустотелых и оболочковых конструкций; блокирование
деформаций поперечными и диагональными связями рациональное расположение опор и узлов
жесткости);
— всемерно увеличивать эксплуатационную надежность машин, добиваясь по возможности
полной безотказности их действия;
— делать машины неприхотливыми к уходу; сокращать объем операций обслуживания,
устранять периодические регулировки, выполнять механизмы в виде самообслуживающихся
агрегатов;
— предупреждать возможность перенапряжения машины в эксплуатации; вводить
автоматические регуляторы, предохранительные и предельные устройства, исключающие
возможность эксплуатации машины на опасных режимах;
— устранять возможность поломок и аварий в результате неумелого или небрежного обращения
с машиной; вводить блокировки, предупреждающие возможность неправильного
манипулирования органами управления; максимально автоматизировать управление машиной;
— исключать возможность неправильной сборки деталей и узлов, нуждающихся в точной
координации один относительно другого; вводить блокировки, допускающие сборку только в
нужном положении;
— устранять периодическую смазку; обеспечивать непрерывную автоматическую подачу
смазочного материала к трущимся соединениям;
27

28.

28
Основные общие правила конструирования
— избегать открытых механизмов и передач; заключать механизмы в закрытые корпусы,
предотвращающие проникновение грязи, пыли и влаги на трущиеся поверхности и
позволяющие организовать непрерывную смазку;
— обеспечивать надежную страховку резьбовых соединений от самоотворачивания, внутренние
соединения контрить методами позитивного стопорения (шплинты, отгибные шайбы);
— предупреждать коррозию деталей, в особенности у машин, работающих на открытом воздухе
или соприкасающихся с химически активными средами, применением стойких лакокрасочных и
гальванических покрытий, и изготовлением деталей из коррозионностойких материалов;
— уменьшать стоимость изготовления машин путем придания конструкциям технологичности,
унификации, нормализации, уменьшения металлоемкости, сокращения числа типоразмеров
машин;
— уменьшать вес машин путем увеличения компактности конструкций, применения
рациональных кинематических и силовых схем, устранения невыгодных видов нагружения,
замены изгиба растяжением-сжатием, а также применения легких сплавов и неметаллических
материалов;
— всемерно упрощать конструкцию машин, избегать сложных много детальных конструкций;
— заменять во всех случаях, где это возможно, механизмы с прямолинейным поступательновозвратным движением более выгодными механизмами с вращательным движением;
— обеспечивать максимальную технологичность деталей, узлов и машины в целом, закладывая
в конструкцию предпосылки наиболее производительного изготовления и сборки.
— сокращать объем механической обработки, предусматривая изготовление деталей из
заготовок с формой, приближающейся к окончательной форме изделия; заменять механическую
28
обработку более производительными способами обработки без снятия стружки;

29.

29
Основные общие правила конструирования
— осуществлять максимальную унификацию элементов конструкции с целью удешевления
машины, сокращения сроков ее изготовления, доводки машин, а также с целью облегчения
эксплуатации и ремонта;
— всемерно расширять применение нормализованных деталей; соблюдать действующие
ГОСТЫ, ОСТЫ, отраслевые нормали, ограничители применяемости нормализованных
элементов;
— не применять оригинальных деталей и узлов там, где можно обойтись стандартными,
нормальными, унифицированными, заимствованными и покупными деталями и узлами;
— экономить дорогостоящие и дефицитные материалы, применяя их полно-ценные заменители;
при неизбежности применения дефицитных материалов сводить их расход к минимуму;
— стремиться к дешевизне изготовления, но не ограничивать затрат на изготовление деталей,
ключевых для долговечности и надежности: машины; выполнять такие детали из качественных
материалов, применять для их изготовления технологические процессы, обеспечивающие
наибольшее повышение надежности и срока службы;
— придавать машине простые и гладкие внешние формы, облегчающие содержание машины в
опрятном состоянии;
— соблюдать в конструкции машин требования технической эстетики, придавать машинам
стройные архитектурные формы, вводить красивую внешнюю отделку машин;
— сосредоточивать органы управления и контроля по возможности в одном месте, удобном для
обзора и манипулирования;
— делать доступными и удобными для осмотра узлы и. механизмы, нуждающиеся в
периодической проверке;
29

30.

30
Основные общие правила конструирования
— обеспечивать безопасность обслуживающего персонала; предупреждать возможность
несчастных случаев путем максимальной автоматизации рабочих операций, введения
блокировок, применения закрытых механизмов и установки защитных ограждений;
— в машинах-орудиях и автоматах обеспечивать возможность регулировки и наладки при
помощи механизмов ручного прокручивания, медленного. проворачивания от приводного
двигателя (с реверсом, если того требуют условия наладки};
— в машинах с приводом от электродвигателя учитывать возможность неправильного
включения двигателя, а в машинах с приводом от двигателя внутреннего сгорания — обратных
вспышек; обеспечивать возможность реверсивной работы машины или вводить
предохранительные устройства (обгонные муфты);
— тщательно изучать опыт эксплуатации машин; оперативно вводить в конструкцию
исправления дефектов, обнаруживающихся в эксплуатации; изучение эксплуатации является
лучшим средством совершенствования и доводки машин и эффективным способом повышения
квалификации конструктора;
— непрерывно совершенствовать конструкцию машин, находящихся в серийном производстве,
поддерживая их на уровне возрастающих требований промышленности:
— обеспечивать конструктивный задел, подготовляя выпуск новых машин с более высокими
показателями на смену устаревающим;
— при проектировании новых конструкций, а также машин, предназначенных для новых
технологических процессов, проверять все элементы новизны при помощи эксперимента,
моделирования, заблаговременного изготовления и испытания узлов;
— шире использовать опыт исполненных конструкций, опыт смежных, а в нужных случаях
30 и
отдаленных по профилю отраслей машиностроения.