Правила конструирования изделий из древесины

При разработке конструкции какого-либо изделия, необходимо учитывать требования, которые к нему предъявляются, материал, из которого оно будет изготовлено, и условия, при которых оно будет эксплуатироваться.

Для изделий из древесины сложность конструирования заключается в том, что при неизбежном изменении размера и формы отдельных деталей и узлов изделия в условиях эксплуатации, оно должно оставаться практически неизменным по форме и прочности.

Здесь надо помнить такие свойства древесины как ее гигроскопичность и анизотропность.

Также при изготовления любого изделия необходимо обеспечить минимальные материальные и трудовые затраты. Освоение новой конструкции изделия не должно приводить к коренной ломке технологии, приобретению дорогого оборудования и дефицитных материалов.

Вышеназванные особенности древесины и требования к изделиям из нее вызывают необходимость соблюдения определенных правил конструирования.

Общие правила конструирования, предложенные Н.А. Михайловым [д3].

Первое правило конструирования изделий из древесины. Конструировать изделия надо так, чтобы неизбежная деформация отдельных частей происходила свободно, но без нарушения формы и прочности самого изделия.

При конструировании необходимо учитывать усушку и разбухание. В некоторых деталях изменения размеров при усушке и разбухании значительны. Так, крышка стола, изготовленная из массивного щита шириной около 700 мм, может изменяться по ширине на 10…12 мм. Или, например, в филенчатых конструкциях филенку вставляют в пазы свободно. Пазы должны иметь достаточную глубину, чтобы при изменении влажности филенка могла свободно изменять свои размеры, не выходя из пазов и не разрушая обвязку.

Второе правило.Отдельные детали изделия надо конструировать так, чтобы неизбежные изменения размера и формы были наименьшими. Этого можно достичь путем изготовления деталей не из одного куска древесины, а из нескольких, возможно более мелких, соединенных клеем. При таком склеивании напряжения, возникающие в отдельных элементах деталей, будут как бы взаимно уравновешиваться при изменении размера и формы. Так усушка по ширине детали будет примерно в два раза меньше, чем у детали из целого куска древесины.

Третье правило. Для прочности изделия необходимо конструировать так, чтобы направление волокон в отдельных деталях совпадало с направлением действия сжимающих или растягивающих сил и было перпендикулярным направлению изгибающих сил.

Сопротивление древесины действующим усилиям неодинаково вследствие неравномерного ее строения в разных направлениях. Например, растягивающим усилиям вдоль волокон древесина сопротивляется значительно больше (в 10…30 раз), чем усилиям поперек волокон. В технических условиях на материалы для изделий из древесины вводят ограничения относительно наличия косослоя. Установлено, что при отклонении волокон от направления действия внешних сил на угол 10^о прочность детали уменьшается на 15 % .

Четвертое правило.Изделия необходимо проектировать так, чтобы они по своей форме, размерам и конструкции были рациональными, отвечали назначению, удовлетворяли техническим условиям и санитарно-гигиеническим требованиям.

При конструировании все детали и соединения нужно проектировать так, чтобы их можно было выполнить на станках. Конструкция должна быть такой, чтобы при высоком качестве изделий требовалось наименьшее количество материалов и наименьший объем трудовых затрат. Изделие должно отвечать назначению, быть удобным в пользовании. Мебель – соответствовать размерам человеческого тела, рациональной и комфортабельной.

Практический вклад в конструкции мебели для сидения внес шведский врач-гигиенист Акерблом. Он предложил новую конструкцию стула, известную как ''линии Акерблома'', сочетающую наклонную линию сидения и изогнутую в области поясницы спинки. Это обеспечивает правильное положение тела с медицинской точки зрения.

Немецкий физиолог Цинк доказал, что форма кресла будет наиболее правильной, если мягкие сиденья и спинка прогибаются под весом человека приблизительно на 50 мм.

 

5.5 Взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц

 

Взаимозаменяемость – это такое свойство деталей, при котором каждая деталь может входить в сопрягаемую без какой-либо дополнительной обработки или пригонки при условии, что качество сопряжения в процессе эксплуатации будет удовлетворять заданным нормам.

Взаимозаменяемость обеспечивается двумя факторами: технологическим, определяющим способы обработки и сборки детали, и эксплуатационным, предусматривающим соответствие детали или изделия в процессе эксплуатации определенным техническим условиям.

Качество изделий определяется точностью обработки и сборки по геометрическим параметрам, механическими и физическими свойствами материалов.

Принцип взаимозаменяемости должен соблюдаться, начиная с заготовок и полуфабрикатов, в отношении которых взаимозаменяемость означает точность размеров и формы, а также однородность механических и физических свойств материала. В более широком смысле взаимозаменяемость – комплексное понятие, характеризующее направление в развитии современной техники, то есть включает в себя вопросы проектирования, технологии и эксплуатации.

Взаимозаменяемость может быть полной, когда детали соединяются без подгонки, и ограниченной, когда в процессе сборки детали частично подгоняются друг к другу.

Уровень взаимозаменяемости производства характеризуется коэффициентом взаимозаменяемости К_в, равным отношению трудоемкости изготовления взаимозаменяемых деталей к общей трудоемкости изготовления изделия.

Взаимозаменяемость разделяют также на внутреннюю и внешнюю. К внутренней относится взаимозаменяемость отдельных деталей какого-либо узла. К внешней – взаимозаменяемость узлов и изделий.

Необходимыми условиями для осуществления взаимозаменяемости являются:

- система допусков и посадок,

- точность изготовления изделий,

- применение современных и создание новых контрольно-измерительных средств,

- рациональное конструирование,

- стабильность исходного материала и т. п.

Точность изготовления изделий – один из главных факторов взаимозаменяемости. Под точностью изготовления изделия понимается свойство технологического процесса обеспечивать соответствие поля рассеивания значений показателя качества изготовления продукции заданному полю допуска и его расположению.

В обобщенном виде точность изготовления изделий в основном обуславливается двумя факторами: технологической точностью работы станка и точностью его настройки.

Точность или погрешность работы станка определяется полем рассеивания значений размеров партии деталей, обработанных на станке при данном его состоянии и настройке. На точность работы станка оказывают влияние действия целого ряда погрешностей. Все они подразделяются на 2 группы: систематические и случайные.

Cистематическая погрешность – это погрешность, которая при одних и тех же условиях принимает одно и тоже значение по модулю и знаку.

Cлучайная погрешность – это погрешность, которая при одних и тех же условиях принимает различные значения по модулю и знаку.

Эти погрешности могут быть вызваны нестабильностью величин припусков на обработку, внутренними напряжениями в материале, ошибками базирования деталей и т. д. Их можно выявить системой правил, их обуславливающих.

Суммирование погрешностей необходимо производить с учетом следующих правил:

- систематические – складываются алгебраически;

- систематическая со случайной – складываются арифметически;

- случайные – складываются по правилу квадратного корня.

, (32)

где - суммарная погрешность;

- соответствующие погрешности.

Если погрешность подчиняется одному и тому же закону, то к₁=к₂=к_n и суммарную погрешность определяют по формуле:

, (33)

Распределение составляющей погрешности подчиняется закону нормального распределения, то есть закону Гаусса (к=1), который математически выражается формулой:

, (34)

где У- участок появления погрешности в зависимости от величины Х погрешностей;

Х - погрешность размера, отсчитываемая от центра группирования, то есть среднего размера ;

- средняя квадратичная погрешность;

е – основание натуральных логарифмов.

Точность работы станка определяют опытным путем. Для этого его настраивают на заданный размер, обрабатывают партию деталей в количестве 100…150 шт., замеряют каждую деталь, полученные результаты обрабатывают методами вариационной статистики и строят кривую распределения (рис. 60). По величине рассеивания размеров судят о точности работы станка. Точность настройки станка - важный фактор, влияющий на точность обработки.

Рис. 60. Кривая нормального распределения