Глава 3 машина как объект производства

3.1 Служебное назначение машины

Каждая машина создается для выполнения определенного технологического процесса, в результате осуществления которого должна быть получена продукция требуемого качества. В связи с этим содержание служебного назначения машины должно, прежде всего, отражать исчерпывающие данные о продукции, которую ей предстоит производить: вид, качество, количество.

Условия работы машины берут из описания технологического процесса изготовления продукции, они включают комплекс показателей с допустимыми отклонениями, характеризующих качество исходного продукта, потребляемую энергию, режимы работы машины и состояние окружающей среды.

Составной частью описания служебного назначения машины могут быть требования к экономической эффективности, надежности и производительности машины. Требуемая производительность машины определяется в результате разработки технологического процесса изготовления продукции и проведения технико-экономических расчетов.

Кроме того, в описание служебного назначения машины могут входить дополнительные требования, которые необходимо учесть при проектировании и изготовлении машины: к внешнему виду, безопасности работы, удобству и простоте обслуживания и управления, уровню шума, коэффициенту полезного действия и т. п.

Первоначально служебное назначение машины формулируется заказчиком в результате разработки технологического процесса изготовления продукции и уточняется при оформлении заказа на проектирование машины. Для конструктора формулировка служебного назначения машины является исходным документом, который впоследствии прилагается им к чертежам машины. Технолог, приступающий к проектированию технологии изготовления машины и являющийся лицом, ответственным за сдачу готовой машины заказчику, должен критически оценить формулировку служебного назначения машины. Это необходимо для того, чтобы задачи, которые должны быть решены с помощью создаваемой машины, были определены правильно. Если ошибка или неточности, допущенные при конструировании и изготовлении машины, еще как-то устранимы, то ошибки в определении служебного назначения машины – ее замысла – не поддаются исправлению и нередко ведут к неполноценности или негодности конструкции. На практике нередки случаи, когда уточнения служебного назначения машины на стадии проектирования технологического процесса требуют значительных конструктивных доработок и способствуют повышению качества машины.

3.2 Показатели качества машины

Для того чтобы машина экономично выполняла свое служебное назначение, она должна обладать необходимым для этого качеством. Под качеством машины понимают совокупность ее свойств, определяющих соответствие ее служебному назначению и отличающих данную машину от других.

К основным показателям качества машины относятся: стабильность выполнения машиной ее служебного назначения; качество выпускаемой машиной про­дукции, долговечность физическая, т. е. способность сохранять первоначальное качество во времени; долговечность моральная, или способность экономично выполнять служебное назначение во времени; производительность; безопасность работы; удобство и простота обслуживания и управления; уровень шума, коэффициент полезного действия, степень механизации и автоматизации и т. д.

Каждый из перечисленных основных показателей применительно к тому или иному типу машины конкретизируется в виде целой системы дополнительных качественных и количественных показателей, характеризующих особенности, которыми должны обладать машины данного типа, предназначенные для выполнения данного служебного .назначения.

Правильная и ясная постановка задачи в значительной степени предопределяет успех наиболее быстрого и экономичного ее решения. Следовательно, разработка качественных и количественных показателей является одной из наиболее ответственных задач, так как от ее правильного решения зависят качество и экономичность выполнения машиной служебного назначения, быстрота освоения и экономичность изготовления.

Показателем качества машин, достижение и обеспечение которого вызывает наибольшие трудности и затраты в процессе создания и особенно в процессе изготовления машин, является точность машин. Поэтому рассмотрим вначале показатели, которыми характеризуется точность машины и ее деталей. Для упрощения вопроса и ознакомления с необходимыми исходными положениями рассмотрим сначала показатели, характеризующие точность детали.

Под точностью детали или машины, понимают степень ее приближения к геометрически правильному ее прототипу. Изготовить любую деталь абсолютно точно, т. е. в полном соответствии с ее геометрическим представлением, практически невозможно, поэтому за меру точности принимают величины отклонений от теоретических значений. Эти отклонения после их измерения сопоставляют с отклонениями, допускаемыми служебным назначением детали в машине. Следовательно, по всем показателям качества детали, характеризующим ее служебное назначение, необходимо устанавливать допустимые отклонения, или допуски.

Таким образом, мерами точности служат, с одной стороны, устанавливаемые допустимые отклонения, а с другой – измеренные, т. е. познанные с известной степенью приближения действительные отклонения реальной детали.

Точность геометрических форм поверхностей детали или правильность геометрических форм – наибольшее приближение каждой из поверхностей детали к ее геометрическому представлению.

Различают три вида отклонений поверхностей деталей от их геометрических форм:

1) макрогеометрические отклонения, под которыми понимают отклонения реальной поверхности от правильной геометрической формы в пределах габаритных размеров этой поверхности; например, отклонение плоской поверхности от плоскостности, поверхности кругового цилиндра, конуса, шара от их геометрических представлений;

2) волнистость, представляющая собой периодические неровности поверхности, встречающиеся на участках протяженностью до 10 мм;

3) микрогеометрические отклонения (микронеровности), под которыми понимают отклонения реальной поверхности в пределах небольших ее участков.

Микрогеометрические отклонения называют шероховатостью поверхности. Выбирая тот или иной параметр шероховатости поверхностей детали, тем самым устанавливают допуск на микроотклонения поверхностей от геометрически правильной формы.

Рассмотренные выше показатели, характеризующие точность детали, целиком используются и для характеристики точности машины. Различие заключается только в том, что у детали все показатели точности относятся к поверхностям одной данной детали, у машины же они относятся к исполнительным поверхностям, принадлежащим различным связанным одна с другой деталям машины.

Поскольку исполнительные поверхности машины должны осуществлять относительное движение, необходимое для выполнения машиной ее служебного назначения, постольку одним из основных показателей, характеризующих точность машины, является точность относительного движения исполнительных поверхностей.

Под точностью относительного движения принимается максимальное приближение действительного характера движения исполнительных поверхностей к теоретическому закону движения, выбранному исходя из служебного назначения машины.

Точность относительного движения характеризуется величиной надлежащего отклонения, на которое в соответствии с изложенным ранее должен устанавливаться (как и на другие показатели точности) допуск.

Исходя из изложенного выше, точность машины характеризуется следующими основными показателями:

1) точностью относительного движения исполнительных поверхностей машины;

2) точностью расстояний между исполнительными поверхностями или заменяющими их сочетаниями поверхностей и их размеров;

3) точностью относительных поворотов исполнительных поверхностей;

4) точностью геометрических форм исполнительных поверхностей (включая макрогеометрию и волнистость);

5) шероховатостью исполнительных поверхностей.

В дополнение к основному показателю качества машины и ее деталей – точности – имеется ряд других. К ним, например, относится физико-химическое состояние и физико-механические свойства поверхностного слоя материала, из которого сделана деталь.

Под физико-механическими свойствами поверхностного слоя понимаются твердость, структурное состояние, характер и знак остаточных напряжений и др. В необходимых случаях на отклонения показателей каждого из этих свойств следует устанавливать надлежащие допуски исходя из служебного назначения детали в машине. Одной из задач технологии машиностроения является изготовление деталей, фактические отклонения которых не выходили бы из пределов всех установленных допусков.

Коэффициент полезного действия машин, как известно, представляет собой один из комплексных показателей, характеризующих как конструкцию машины, так и технологию ее изготовления. Поэтому при изготовлении машины данной конструкции колебания установленного для нее КПД зависят в наибольшей степени от качества изготовления машины. В соответствии с этим на величину КПД машины в практике многих заводов устанавливается надлежащий допуск.

К показателям качества машины относится ее производительность в смену (или в другой более длительный промежуток времени), выражаемая или в штуках продукции, отвечающей установленным качественным требованиям, или в других единицах измерений (кубометрах вынутого грунта и т. д.). Другими показателями качества являются расход горючего и смазки на единицу пути и ряд других.

К показателям, характеризующим качество машин, относится и легкость управления, которая для данной конструкции машины также зависит от качества ее изготовления. Например, при ручном управлении машиной необходимое усилие рабочего не должно быть выше 6-8 кГс, так как большее усилие недопустимо по условиям охраны труда. К показателям качества относятся надежность и долговечность машины.

Установление оптимальных на данном уровне развития техники (на определенный промежуток времени) допусков на каждый из рассмотренных выше показателей качества машины и ее механизмов представляет одну из наиболее ответственных задач машиностроения, имеющую большое народнохозяйственное значение. Действительно, с уменьшением допусков на показатели качества машины, например, на показатели, характеризующие ее точность, физико-механические свойства поверхности слоев материала и другие, машина будет работать экономичнее. Однако это вызовет, с одной стороны, увеличение затрат на ее изготовление, с другой – повышение расходов на эксплуатацию ввиду необходимости проведения более частых ремонтов для восстановления требуемого качества машины.

Таким образом, допуски на все показатели качества машины должны устанавливаться на основе технико-экономических расчетов, имеющих в виду достижение наименьших затрат общественно необходимого труда на решение задач, для выполнения которых создается данная машина. При этом не следует забывать, что средства производства непрерывно развиваются и совершенствуются, вследствие чего, с одной стороны, непрерывно растут требования к качеству машин, а с другой – создается возможность обеспечивать повышение качества с наименьшими затратами труда.