Основы конструирования

Используя нормированный коэффициент контактной податливости С = 10 мкм мм2 Н-1 , определяют смещение инструмента d , обусловленное поперечным и угловыми перемещениями подвижного узла.

N. B. Значение d должно составлять часть 10% из общего баланса допускаемого отклонения размера обрабатываемой детали , которые отводятся для несущей системы МРС.

Расчеты направляющих приведены в учебной и справочной литературе, например Кочергин А. И. “К и Р МРС и СК”;”Курсовое проектирование. Учебное пособие для вузов” — Мн: “ВШ”,1991 г, стр. 264...298.

Тяговые устройства (ТУ) – предназначены для перемещения подвижных узлов станка по направляющим.

К ТУ предъявляются следующие основные требования, —

– высокая чувствительность для обеспечения малых перемещений без скачков;

– обеспечение заданного закона движения;

– быстродействие при переходных процессах;

– большая жесткость , которая определяет точность обработки на статичных и динамичных режимах;

– беззазорность передач: особенно в случаях закономерных нагрузок и при автоматизированной обработке.

В автоматизированных МРС применяют следующие типы ТУ :

В–Г К , кулачковые механизмы, гидростатические передачи В–Г ,следящие гидроприводы (ГЦ) и др.

Перспективными , особенно для станков с ЧПУ , являются линейные ЭД , применение которых позволит исключить все названые виды передач.

Тяговые устройства привода подачи.

Передача винт–гайка качения обладает свойствами , позволяющими применять её как для привода подач без отсчета перемещений (универсальные МРС, силовые столы агрегатных станков) , так и в приводах подач и позиционирования станков с ЧПУ.

Для ПВ–ГК характерны, —

– высокий КПД (0,8...0,9);

– небольшое различие между силами трения движения и покоя

– изначальное влияние частоты вращения винта на силу трения в механизме;

– полное отсутствие осевого зазора.

Недостатки : высокая стоимость , пониженное демпфирование , отсутствие самоторможения.

Устройство и размеры передачи. ПВ–ГК состоит из винта 1 , гайки 2 , шариков 3 и устройств для возврата шариков.

Обычно применяют передачи с наиболее технологичным полукруглым профилем резьбы : rв = rг » (1,03...1,05) r1 – для снижения контактных напряжений.

Размеры элементов ПВ–ГК стандартизованы (ГОСТ 25329–82).

Расчет передачи винт–гайка качения (В–ГК).

Исходные данные и цель расчета.

ПВ–ГК выходит из строя в результате , —

– усталостного разрушения поверхностных слоёв шариков , гайки и винта;

– потери устойчивости винта;

– износа элементов передачи и снижения точности.

Возможные причины, —

– слишком большая нагрузка на винт;

– низкая расчетная долговечность;

– значительный относительный перекос В и Г;

– неудовлетворительная защита от загрязнений.

Цель расчета ПВ–ГК состоит в определении номинального диаметра винта d0 и в подборе по каталогу такой передачи, которая удовлетворяла бы всем требованиям работоспособности.

Исходные данные , —

– длина винта, наибольшая расчетная длина;

– способ установки на опорах;

– ряд значений осевой нагрузки, которые определяются для различных операций, выполняемых на МРС;

– ряд частот вращения В(г).

Можно исходить из величины крутящего момента на ходовом винте

М = Мд * h / i где:

Мд – крутящий момент на валу ЭД;

h – КПД передачи от ЭД к винту;

i – передаточное отношение этой передачи.

Осевая сила действующая на винт,

, где – угол подъема резьбы; угол трения (f=(57..85)10–5–коэффициент трения качения)

Предварительный выбор параметров передачи.

Предварительно передачу выбирают по осевой нагрузке, конструктивным и технологическим соображениям.

Затем проверяют усталостную прочность рабочих поверхностей винта и гайки по критериям усталости и осевой жесткости.

Номинальный диаметр винта d0 принимают равным L/(20...25), где L –длина резьбовой части винта.

Расчет на жесткость. Потребный номинальный диаметр винта d0 можно определить из условия обеспечения жесткости привода , которая связана с жесткостью шарико-винтового механизма jм , винта jв и его опор j0 :

Осевая жесткость привода оказывает влияние на виброустойчивость. Чтобы исключить резонансные явления, собственную частоту колебаний механической части привода f = (3...3,5) f1 , где f1 – частота импульсов, вырабатываемых системой измерения перемещений.

Для крупных станков f1 = 10...15 Гц

для средних и малых f1 = 15...25 Гц.

Исходя из условия f = (3...3,5) f1 ,потребная жесткость механической части привода

j = 4 * 10–6 * p2 * f2 * m (Н/мкм) , где

m – масса узлов механической части привода (ходового винта, исполнительного узла и установленных на нём приспособлений, заготовки), кг.

Жесткость шарико-винтового механизма (с предварительным натягом и возвратом шариков через вкладыши при r1/r2=0,96) :

где Кd = 0,3...0,5 – коэффициент учитывающий погрешности изготовления резьбы гайки , а также жесткость стыков винтового механизма;

U – число витков резьбы в гайке;

d0 – номинальный диаметр винта , мм;

р – шаг резьбы , мм;

, Н – допустимая сила натяга, отне–

сённая к одному шарику , где Кz = 0,7...0,8 – коэффициент учитывающий погрешности изготовления резьбы винта ; Z1 – рабочее число шариков в одном винте; a – угол контакта шариков с винтом и гайкой; b – угол подъёма резьбы.

Наименьшая жесткость ходового винта зависит от способа установки его на опорах.

, H/м , где–наибольшее расстояние от опоры винта до середины гайки, м; d0 ,н; E–модуль упругости материала винта, МПа.

¬–одностороннее закрепление;

–с дополнительной опорой.

Приближенное значение жесткости опор винта

j0=ed0 , H/мкм , где е=5,10,10 соответственно д/РУ ,шариковых и роликовых опор.

d0 –гарантирует осевую жесткость привода

Лекция 15. "Основы конструирования"

Основы художественного конструирования.

До сих пор мы говорили об инженерном конструировании :

Инженер–конструктор обеспечивает взаимодействие узлов и деталей машины, её высокие эксплуатационные характеристики , максимальный КПД минимальную материалоёмкость ( при оптимальной прочности и жёсткости ) и высокий уровень технологичности .

Художественное конструирование ( design ) возникло в среде инженерного конструирования в связи с развитием массового производства изделий , непосредственно предназначенных для использования человеком , а также в связи с общим повышением потребительских требований к качеству промышленных изделий .

Иначе говоря , промышленные изделия , прошедшие Художественно–конструкторскую разработку должны быть полезными и красивыми .

Поэтому художник–конструктор обеспечивает ,– зрительную целостность формы изделия, – правильное выражение в форме изделия его назначения и способа его эксплуатации , – соответствие (соразмерность ) изделия человеку , – отражение в форме изделия признаков господствующего в настоящий момент стиля в формообразовании изделий данного вида .

Художественное конструирование – комплексная междисциплинарная конструкторско– художественная деятельность , интегрирующая в себе элементы естественно–научных , технических , гуманитарных знаний , инженерного конструирования и художественного мышления .

Центральная проблема Дизайна – создание предметного мира , эстетически оцениваемого как «соразмерный» , «гармоничный» , «целостный» .

Дизайнер создаёт такие продукты и орудия труда , которые сами получают способность «по–человечески относиться к человеку» , т.е. обладают эстетической ценностью .

Конструирование ( проектирование ) промышленного изделия лишь тогда приводит к желаемому результату , когда конструктор , технолог и дизайнер работают в тесном творческом контакте и когда каждый из них хорошо понимает задачу другого и её значение .

Цель изучения Основы Художественного Конструирования – получение минимальных теоретических знаний в области дизайна .

Мы рассмотрим такие вопросы :

элементы инженерной психологии и эргономики ;

основы композиции и цветоведения ;

элементы промышленной эстетики .

Техническая эстетика – теория дизайна , изучающая особенности художественной деятельности в сфере техники . Эта отрасль общей эстетики обобщает практику массового изготовления орудий труда (станков , машин ) и других предметов , сочетающих в себе утилитарные (практически полезные ) и эстетические качества , т.е. – законы красоты , действующие в промышленном производстве .

* é Эстетика ( общая) – наука об [ национально , классово ,] исторически обусловленной сущности общечеловеческих ценностей , их создании , восприятии , оценки и освоении . Это– философская наука о наиболее общих принципах освоения мира по законам красоты .... º û

º теория искусства .

Инженерная психология – отрасль психологии , изучающая закономерности процессов информационного взаимодействия человека и техники .Данные этой науки используются для проектирования , производства и эксплуатации систем «человек– машина» и систем «человек–машина–среда».

Эргономика ( от греческого ergon – работа и nomos – закон ) – научная дисциплина , комплексно изучающая человека ( группу людей ) в конкретных условиях его (их) трудовой деятельности с использованием технических средств . Цель Эргономики – оптимизация предметного содержания , орудий , условий и процессов труда , повышение привлекательности и удовлетворенности трудом .

Промышленная эстетика ( искусство ) – весь предметный мир , создаваемый человеком средствами промышленной техники по законам красоты и функциональности .

Элементы Промышленной эстетики :

промышленный интерьер ;

промышленная графика ( товарные и фирменные знаки ) ; реклама; тара и упаковка .

Система « Человек – машина » [ «Человек–машина–среда»] .

Человек ( человек– оператор ) занимает основное место в управлении созданной им техникой . Технические средства помогают человеку усиливать его возможности с точки зрения физической силы , скорости действия Є производительности труда .

Ведущий принцип организации взаимодействия в системе « Человек–Машина » – ориентация на человека , как субъекта труда и творчества , с целью наиболее полного и рационального использования его интеллектуального и творческого потенциала . Т.О–М.– средство поддержания профессиональной деятельности человека : « Машина – для человека , а– не человек для машины !!! » .

NB ║ Научная и практическая задача организации систем «Человек–Машина–(Среда)» состоит в рациональном распределении и согласовании функций между Человеком и Машиной при сохранении ответственности за Человека !

Эту задачу решает Инженерная психология . При этом Человек–Оператор рассматривается в первую очередь не как звено системы , а именно как живого человека , обладающего такими свойствами , как :

восприятие ;

внимание ;

скорость реакции ;

память , мышление , потребность в общении ;

емкость и долговременность ;

образность и гибкость оперативного мышления и т.д.

В инженерной психологии рассматривают :

сенсорный вход ( органы чувств , или рецепторы человека ) и моторный выход (двигательный или эффекторный аппарат человека) Человека–Оператора ;

процессы переработки информации и задачи управления машинами ( объектом ) ;

нормальные и критические условия жизнедеятельности Человека–Оператора ( физиологический или материальный ) .

é Человек Þ индуктивное мышление

Машина Þ дедуктивные действия û

По этим аспектам мы рассмотрим лишь некоторые рекомендации , которые могут оказаться полезными при конструировании пультов управления , приборных панелей , конструкторско–инженерных устройств и т.п.

При художественном конструировании применяются схемы взаимосвязей :

простая : Человек–Объект

«Треугольник взаимосвязей» : Человек–Система управления–Объект ( среда ) ;

Ч–О : Оператор станка ЧПУ ;

СУ : Блок ЭЧПУ ;

О : Станок .

1 – получение Ч–О от СУ разнообразной выходной информации в виде сигналов от приборов ( отсчётные , световые , звуковые ) .

2 – формирование человеком сигналов управления в виде действий по настройке , регулирования , управления станком .

3 – непосредственное воздействие объекта ( среды ) на Ч–О : расположение элементов блока управления должно соответствовать психофизиологическим возможностям .

4 – воздействие человека на объект (среду) : работа со станком требует не только определённых знаний и навыков ,но и «совместимости» параметров объекта с человеком ( с учётом «помех» ) .

5 – воздействие СУ на объект ( среду ) : система ЧПУ станка может иметь определённые геометрические размеры ( что не всегда позволяет разместить её в станке ) .

6 – воздействие О(С) на СУ : СЧПУ должна нормально работать в условиях вибрации , загрязнённой атмосферы цеха , и других нежелательных воздействий .

Системный подход .

Чтобы упростить сложные процессы анализа работы Человека–Оператора в системах взаимосвязей применяют частотные модели поведения Человека–Оператора .

Чаще всего Человек–Оператор выступает в роли «машины» по приёму и выработке информации .

W – воздействие внешней среды .

Y = F ( X , W ) .

Основные рецепторы ( органы чувств ) :

Р 1 – зрение ;

Р 2 – слух ;

Р 3 – осязание ;

Рпр. – (тактильные) : обоняние ,вкус ,равновесие (вестибулярный аппарат ) .

Основные эффекторы (формируют сигналы управления ) :

Э 1 – пальцы рук (кисть) (точные , но менее сильные ) ;

Э 2 – ноги ( менее точные , но более сильные ) ;

Эпр. – звуковые команды ( речь ) , биоэлектрические потенциалы, параметры физиологической активности ( t°, потоотделение , частота пульса и др. )

В соответствии с органами чувств на деятельность человека оказывают влияние (W) :

освещённость и цвет среды ;

шум , атмосферное давление ;

характер поверхностей , с которой имеется контакт ;

наличие запахов и токсичных веществ ;

рабочая поза , t°C и влажность ( термолабильность ) .

Для оптимизации связи Человека–Оператора с Оборудованием

необходимо знать :

какое количество информации Человек– Оператор может принять , передать или переработать в единицу времени : «Пропускная» способность и предельные скорости различных реакций ;

какова точность восприятия и выдачи различных сигналов : время «задержки» (обработки) сигналов ;

какова надёжность работы Человека–Оператора : способность противостоять W .

При этом вопросы необходимо решать путём «подгонки» параметров объекта конструирования под способности и возможности человека , а не наоборот .

Т.к. приём и переработка информации – процессы познавательные (ощущение – восприятие – представление ® мышление ) , которые сформировались в течение тысячелетий эволюции человека .

«Прибором» человека , с помощью которого он воспринимает или формирует сигналы , являются анализаторы : Рецептор + Нервные пути – центр в коре больших полушарий .

Рецепторный аппарат тесно связан с эффекторным (двигательным ) аппаратом .

Если рассмотреть Схему прохождения сигнала по контуру управления : Человек–Оператор « Объект , можно выделить 9 характерных стадий ( звеньев ) :

¬ восприятие показаний ( сигналов ) ;

Á преобразование показаний индикатора в форму удобную для сравнения с программой работы ® ;

¯ принятие решения об изменении программы работы ;

° воздействие на органы управления объектом ;

± перемещение рабочих элементов регуляторов ;

² реакция объекта на воздействие ;

Ç работа объекта по новой программе ;

´ отображение нового режима работы на индикаторах .

Основная характеристика этого процесса – скорость обращения сигнала по контуру управления , кроме того ,– погрешностями и надёжностью звеньев ; скоростью обработки информации в них .

Скорость обращения сигналов по контуру управления определяется временем полного цикла регулирования :

Т = Т0 + ТМ ,

где Т0 – время задержки сигнала оператором ( стадии 1...5 ) ; ТМ – время задержки сигнала объектом ( стадии 6...9 ) .

! Всегда Т0 >> ТМ . Т0 – определяется следующими компонентами :

анализаторами и длительностью латентного периода ( время от момента появления сигнала среднего уровня до ответа на него действием ) :

│ τлп (за) = 0,15 .... 0,22 с

│ τлп (са) = 0,12 .... 0,18 с

│ τлп (та) = 0,09 .... 0,22 с

│ τлп (общ) =0,31 ....0,39 с

Кроме того , необходимо учесть количество индикаторов и органов управления.

τз ≥ 10 секунд.

А также темп работы оператора ( бит / с ) :

оптимально 0,5.....5 бит /с ( < 0,5 – «засыпает» , > 5 – «перегружен»).

Таким образом скорость обработки сигнала оператором зависит от :

характера информации ( знакомая 30...45 б/с ; незнакомая ) ;

конструкции индикатора ( шкала, светофор , звук ) ;

характера считывания информации (команда , осведомление , ситуация ) ;

различимость сигнала (сигнал должен превышать фон в 3....5 раз).

Основные требования к конструкции индикаторов .

Индикаторы обеспечивают Человеку–оператору приём сигналов управления .

Основной аппарат приёма – органы чувств , являющиеся частью анализаторов.

При работе с объектами управления Человеке–оператор обычно использует только три вида анализаторов : зрительный (визуальный ) , слуховой (аудиальный) и осязательный (тактильный ) .

Особенности этих анализаторов человека (физиологические ) представляют определённые требования к конструкции индикаторов .

Зрительный анализатор , основной элемент которого – глаз , очень сложная система : 7 млн. колбочек и 130 млн. палочек .

Палочки обеспечивают высокую разрешающую способность при ДО и цветовое зрение.

Колбочки– сумеречное зрение и чёрно–белое зрение .

Различают бино– и монокулярное зрение ( поле зрения ). Самая узкая область различения цвета – зелёная , самая широкая – жёлтая (даже дальтоники) .

Некоторые характеристики глаза нелинейные , если шкала используется на расстоянии до 500 мм от глаз , то пропорционально увеличения шкала на расстоянии 5 м даст в 10 раз большую погрешность .

Среднее время наведения двух глаз в одну точку – около 0,17 секунд , различение площадей двух фигур – до 2 % ; разрешающая способность по углу – 3°.... 12°, по яркости – 2 % .

Эти параметры обеспечиваются при наблюдении в течении > 0,5 с. Время адаптации глаза к изменению освещённости – от 5 до 30.....40 мин.

Визуальные индикаторы могут иметь вид :

светофоров ;

счётчиков ;

шкал и светопланов .

Светофоры – сигнальная лампочка , табло или светящаяся кнопка (клавиша) : наличие или отсутствие сигнала .

Все цвета , кроме синего ! = Различимость .

Счётчики – самые точные отчетные устройства . Но их недостаток – они не могут показывать направления и скорость изменения параметра . Темп подачи сигналов , лишняя информация : нули слева .

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9