Улучшение качества изделия дает народному хозяйству большой экономический эффект. Неоценимый вклад в это вносит конструктор, труд которого непосредственно влияет на показатели качества изделия. Существует ряд принципов улучшения качества изделия, которые могут быть полезны в работе конструктора. Их применение связано с анализом конструкции изделия. Сущность конструктивно-технологического анализа состоит в том, чтобы расчленить изделиее на отдельные конструктивнофункциональные элементы. При анализе этих элементов
устанавливается слабое звено изделия и принимаются решения по улучшению его качества.
Для определения качества изделия необходимо знать входные источники, определяющие этого качества. Изучаются плановые показатели качества, параметры качества, включенные в техническое задание на разработку, сопоставляется теоретическое качество изделия с практическим, достигаемым в производстве. Руководящие материалы дают строго проверенные, апробированные физикохимические свойства применяемых материалов, научно обоснованные критерии уровня качества. Эксплуатационные материалы позволяют уточнить реальные условия в которых изделие должно работать и которые влияют на его качество (температура, нагрузка, коррозия, агрессивная среда и др.). Важным источником информации о качестве изделия являются рекламации и перспективные требования заказчиков.
Большое влияние на срок службы изделий оказывает их физический износ. Физическим износом называется потеря первоначальных эксплуатационных свойств, вызванная влиянием механических, химических, термических и других факторов воздействия. Изнашивание деталей начинается, как правило, с поверхностного слоя. Поэтому конструктор должен обеспечить равномерные свойства поверхностного слоя не только по ширине, но и в глубине поверхности. Отсутствие равномерности приводит к структурной концентрации напряжений.
Износ деталей обычно бывает неравномерный. Часто большие и тяжелые детали выходят из строя из-за износа небольших поверхностей. Для уменьшения местных повреждений поверхности, выводящих из строя всю деталь, необходимо знать приемы устранения этих повреждений. Факторы, снижающие качество изделий и выводящие их из строя, могут быть следующие: поломка; пластические деформации, вызванные повышением напряжений свыше предела текучести;' повреждение поверхностей в результате монтажа, концентрации напряжений; удары; отсутствие жесткости; коррозия; износ абразивный, кавитационный, химический, электроэрозионный; потеря точности и др.
Мероприятия, увеличивающие долговечность узлов и деталей, делятся на три части: конструктивные, технологические и организационные.
От конструкции изделия зависит его правильная эксплуатация и уход. Конструкция изделия должна исключать возможность включения несовместимых движений и форсирование режимов. Паспорт и инструкция по эксплуатации, составляемые конструктором или при его участии, должны дать исчерпывающую характеристику изделия и условия правильной эксплуатации. Четкая оговорка условий и режимов работы машины, ухода за механизмами гарантирует расчетную надежность изделия. Кроме того, немаловажную роль играет конструкция рациональной тары и технология консервации изделия, предотвращающие ее преждевременный выход из строя во время доставки потребителю.
К конструктивным принципам увеличения долговечности относится разработка рациональной кинематической схемы. Выполнению этой задачи способствуют некоторые рекомендации, которыми целесообразно пользоваться при разработке:
упрощение схемы, устранение неоправданной сложности, уменьшение числа звеньев механических передач от двигателя к рабочим органам увеличивает надежность и уменьшает потери;
применение индивидуальных гидро-, пневмо- и электроприводов отдельных узлов и механизмов;
уменьшение ступеней преобразования энергии;
замена механизмов с возвратно-поступательным прямолинейным движением механизмами с вращательным движением;
уменьшение нагрузки в пусковой период за счет эластичных муфт и в период останова за счет электродинамического торможения;
применение автоматического управления пуском и остановом, а также сменных рабочих органов;
создание установок непосредственного воздействия энергии на обрабатываемый материал;
концентрация мощности в одном агрегате, улучшающая КПД машины;
оптимальное расположение опор;
применение устройств, защищающих от механических, климатических и электрических перегрузок, предохранительных и самовыключающих устройств, исключающих аварии и поломки при эксплуатации;
применение блокировки для устранения несовместимых движений.
От конструкции изделия зависит его правильная эксплуатация и уход. Конструкция изделия должна исключать возможность включения несовместимых движений и форсирование режимов. Паспорт и инструкция по эксплуатации, составляемые конструктором или при его участии, должны дать исчерпывающую характеристику изделия и условия правильной эксплуатации. Четкая оговорка условий и режимов работы машины, ухода за механизмами гарантирует расчетную надежность изделия. Кроме того, немаловажную роль играет конструкция рациональной тары и технология консервации изделия, предотвращающие ее преждевременный выход из строя во время доставки потребителю.
К конструктивным принципам увеличения долговечности относится разработка рациональной кинематической схемы. Выполнению этой задачи способствуют некоторые рекомендации, которыми целесообразно пользоваться при разработке:
упрощение схемы, устранение неоправданной сложности, уменьшение числа звеньев механических передач от двигателя к рабочим органам увеличивает надежность и уменьшает потери;
применение индивидуальных гидро-, пневмо- и электроприводов отдельных узлов и механизмов;
уменьшение ступеней преобразования энергии;
замена механизмов с возвратно-поступательным прямолинейным движением механизмами с вращательным движением;
уменьшение нагрузки в пусковой период за счет эластичных муфт и в период останова за счет электродинамического торможения;
применение автоматического управления пуском и остановом, а также сменных рабочих органов;
создание установок непосредственного воздействия энергии на обрабатываемый материал;
концентрация мощности в одном агрегате, улучшающая КПД машины;
оптимальное расположение опор;
применение устройств, защищающих от механических, климатических и электрических перегрузок, предохранительных и самовыключающих устройств, исключающих аварии и поломки при эксплуатации;
применение блокировки для устранения несовместимых движений.
Применение конструктивных принципов устранения износа может значительно увеличить долговечность отдельных деталей и механизмов и тем самым повысить качество изделия в целом; к ним относятся:
правильный и дифференцированный выбор материала;
уменьшение давления путем перевода точечного контакта в линейный, линейного — в поверхностный;
замена трения скольжения трением качения;
разъединение поверхностей трения во время движения (применяется в точных делительных механизмах);
передача силы многими параллельно работающими поверхностями (многодисковые муфты и вариаторы и др.);
придание трущимся поверхностям формы, приближающейся к форме естественного износа (применяется в червячных парах);
применение принципа равномерного изнашивания трущихся поверхностей (обеспечение поворота колец подшипников и втулок);
распределение сил, вызывающих изнашивание, с более ответственных деталей на менее ответственные;
применение средств защиты от попадания абразивных частей в трущиеся поверхности (уплотнения, грязеуловители);
заключение механизмов в корпуса вместо открытого исполнения;
применение оптимальных зазоров в сопряжениях, а также устройств компенсации или самокомпенсации износа (регулируемые подшипники, конические втулки с вырезами, передвигаемые конические клинья в направляющих);
расположение трущихся поверхностей не в корпусах, а на легко заменяемых деталях (в корпусных деталях выполняются втулки для пар трения и резьбовых сопряжений);
устранение вибраций или динамических нагрузок; их можно устранить или смягчить путем уравновешивания узлов при помощи маховиков, пружин, амортизаторов; предусмотреть статическую и динамическую балансировку; применить экраны вибраций;
замена полужидкого или полусухого трения жидкостным; обеспечение жидкостного смазывания при избежании скоростей, при которых она исключается;
смазывание под давлением вместо смазывания самотеком, а также непрерывное по всем точкам износа;
обеспечение полного устранения соприкосновения поверхностей путем гидродинамического и аэродинамического смазывания;
применение устройств для очистки смазывающей среды (полнопоточные фильтры, магнитные сепараторы и др.).
Рациональная конструкция изделия во многом зависит от рациональной конструкции деталей. Ниже приведены конструктивные принципы увеличения качества деталей:
рациональная форма сечения для каждого вида нагрузки (наибольший момент сопротивления при наименьшей массе);
уменьшение концентрации нагрузки;
обеспечение более равномерного распределения напряжений в поперечном сечении и условий равнопрочности деталей;
уменьшение изгибающих сил и замена их сжимающими;
устранение сложных напряжений, например, напряжений изгиба и кручения и т.п.;
уменьшение концентрации напряжений путем удаления материала, не влияющего на работу изделия и уменьшение массы деталей (при этом уменьшаются инерционные силы, нагрузки, деформации, износ, увеличиваются производительность, грузоподъемность, скорость и т. п. ;
выбор соответствующего материала (для работы при высоких температурах, коррозионной и химической средах);
обеспечение рационального баланса жесткости и передачи больших мощностей большим числом элементов (шлицевых соединений, зубчатых муфт и др.);
надежное крепление резьбовых соединений.
Конструктивные принципы ремонтопригодности изделия включают: свободный доступ для ремонта и замены быстроизнашивающихся деталей; самостоятельное конструктивное оформление механизмов и сборочных единиц, позволяющее внедрить узловой метод ремонта; создание блочных и агрегатных конструкций; минимальное число крепежных деталей для монтажа; минимальное число конструктивных связей у деталей и сборочных единиц, подлежащих замене; минимальное число конструктивных связей для полной разборки изделия; отсутствие необходимости применения специальных сборочных приспособлений и приспособлений для разборки.
Технологические принципы увеличения качества и долговечности направлены в основном на поверхностный слой и структуру материала изделия:
термохимическое упрочнение поверхностей (закалка, цементация, нитрирование, цианирование, борирование и др,) и механическое упрочнение поверхностного слоя (дробеструйная обработка, наклеп и др.);
уменьшение шероховатости поверхностей; шероховатость поверхностей выбирают в зависимости от материала, характера и скорости движения, смазывания, вида обработки и др.;
устройство поверхностей трения с разными физикомеханическими свойствами, уменьшающими изнашивание;
покрытие поверхности защитным слоем (гальванические покрытия, оксидирование, покрытие пластмассами, резиной и др.);
наплавка более качественного материала (металлизация в вакууме, наплавка твердым сплавом и др.);
изготовление заготовок и деталей штамповкой.
Организационные принципы увеличения качества включают:
увеличение масштаба выпуска изделий путем унификации конструкции, что создаст условия для примеменения более совершенного метода производства;
применение нормализованных и стандартизованных деталей и узлов;
выделение групп деталей с одинаковым сроком службы, кратным сроку службы изделия;
дублирование слабых звеньев конструкции;
подбор смазочного материала, устраняющего задиры и применение маловязких масел для быстроходных механизмов;
испытание опытного образца; организация ускоренных испытаний на долговечность. Продление долговечности деталей, сборочных единиц и изделия в целом необходимо обосновать технически. Технологические принципы увеличения долговечности, а также некоторые конструктивные принципы связаны с повышением трудоемкости изготовления изделия. Поэтому конструктор должен избегать того, чтобы изделие обладало излишней долговечностью. Желательно, чтобы узлы, механизмы и детали изделия в равной степени имели долговечность, незначительно превышающую срок службы изделия в целом.