Сближение частей устройства (шестой этап)

Разработка окончательного варианта компоновки (пятый этап)

Эскизная компоновка выражает лишь основную конструктивную идею устройства, окончательная компоновка раскрывает эту идею более полно.

В эскизной компоновке реализована лишь предварительно отобранная часть технических требований без подробного рассмотрения возможностей будущей реализации остальных требований. Окончательная компоновка учитывает гораздо большее количество требований, и именно поэтому основная идея в ней если и не изменена по сравнению с идеей эскизной компоновки, то во всяком случае увязана со всеми этими требованиями. Эскизная компоновка может сочетать в себе первую масштабную основу с без масштабными набросками. Окончательная компоновка, как правило, выполнена целиком в масштабе. Но, несмотря на большую полноту и масштабность, это еще далеко не чертеж общего сборочного вида.

Многие узлы на чертеже компоновки только-только намечены, иные вообще отсутствуют. При этом говорят о все еще продолжающейся переработке созданных конструктивных подвариантов, т. е. о процессе более сложном, нежели выбор одного варианта эскизной компоновки среди нескольких.

Новое важное обстоятельство, отличающее разработку окончательного чертежа компоновки от создания первоначального эскиза, - необходимость определенной последовательности в прочерчивании отдельных узлов. В дальнейшем постепенный переход от чертежа компоновки к сборочному виду будет происходить под знаком введения все более и более строгой последовательности в вычерчивании элементов конструкции.

Очевидно, что в первую очередь наносятся на чертеж компоновки контуры узлов с наибольшими габаритами, расположенных в наиболее стесненных зонах и не дающих конструктору возможностей для варьирования их конфигурацией, ориентацией и местоположением. Удачное размещение этих узлов на чертеже компоновки дает конструктору уверенность в том, что остальные узлы, которые будут выявлены в дальнейшем на сборочном чертеже, существенно не ухудшат созданную компоновку.

Примерное расположение на чертеже сборочного вида не охваченных компоновкой узлов конструктор должен представлять себе мысленно. Для более полного выявления особенностей расположения основных узлов компоновочный чертеж сложного устройства должен включать в себя две или три проекции. Трудности ком­поновки этих узлов сравнительно невелики из-за таких факторов, как удаленность от критической зоны и возможность осуществить различные варианты расположения узлов.

Нанесение на чертеж компоновки контуров всех узлов, а также подробная разработка каждого узла, не­рационально по той причине, что чертеж этот в дальнейшем претерпевает ряд изменений (не говоря уже о трудоемкости работы).

Как мы видим, конструктору на данном этапе следует вспомнить о тех требованиях, которые были им отнесены к группе, подлежащей реализации на этапах, следующих за компоновкой. Если нет возможности произвести точную оценку созданной компоновки с точки зрения реализации этой группы требований, то всегда есть возможность приблизительной оценки. Впрочем каждый конструктор как опытный, так и начинающий не нуждается в напоминании о необходимости всесторонне проверить законченную основу конструкции будущего устройства по следующим показателям:

· по всем техническим требованиям задания;

· на соответствие принципиальной схеме;

· по некоторым особенно сложным взаимосвязям с окружением;

· по ряду заранее заложенных критериев (минимизации веса и габаритов, надежности, технологичности, экономичности).

Проделав эту работу, конструктор обретает некоторую уверенность в том, что ничего существенного, по-видимому, не упущено. Конструктору было бы чрезвычайно важно убедиться в большем, а именно в том, что выбранный им вариант компоновки близок к оптимальному.

Для того чтобы сделать несколько шагов по пути к решению этой задачи, введем некоторые новые понятия.

"Запасы", заложенные в конструкцию. В процессе реализации задания конструктор добивается соответствия конструкции техническим требованиям. Однако убедиться в том, что технические требования полностью реализованы, еще не значит добиться нужного соответствия. Конструкция может заключать в себе достаточно элементов для удовлетворения требованиям, но не все элементы могут быть для этой цели необходимыми. Для выполнения условия "необходимого и достаточного" следует проверить конструкцию на "избыточ­ность", т. е. попытаться найти и устранить все то, что является лишним. Все лишнее, не необходимое в конструкции, можно представить себе в виде "запасов" в подразделить последние на две группы: запасы по параметрам технических требований на устройство (первая группа); запасы по параметрам самой конструкции, не связанные с техническими требованиями непосред­ственно, в первую очередь излишние запасы прочности и жесткости (вторая группа).

Запасы первой группы. Если какое-либо из технических требований реализовано в конструкции с избытком, то это, как правило, сигнализирует о возможности улучшить компоновку за счет уничтожения обнаруженного запаса.

Запасы по любому параметру технических требований, реализованные в конструкции, свидетельствуют об отклонении создаваемого конструктивного варианта от иного, более рационального. По мере введения масштаба, по мере детализации чертежа компоновки и перехода к чертежу общей сборки уничтожение запасов первой группы становится все более действенным сред­ством улучшения компоновки и конструкции.

Пустоты в конструкции, как правило, свидетельствуют о нерациональности компоновки. Их можно рассматривать в качестве запасов по располагаемому пространству. Наличие таких запасов говорит о недоиспользо­вании критерия минимизации габаритов.

Для устройств, используемых при техническом обслуживании в качестве переносных, к признакам нерациональной компоновки следует отнести не только наличие отдельных пустот, но и общую "рыхлость" компоновки или недостаточно плотное заполнение деталями всего располагаемого пространства.

Пустоты внутри устройства нередко удается исключить перекомпоновкой частей. Этим достигается уменьшение габаритов. Иногда выгодно, сохранив габариты устройства, использовать пустоты для конструктивных комбинаций, более полно удовлетворяющих каким-либо другим требованиям, например точности, виброустойчи­вости, удобству работы оператора и т. п.

Наличие пустот, периодически заполняющихся движущимися частями и вновь освобождаемых, также следует считать своего рода запасами по располагаемому пространству. Запасы по параметрам геометрического характера (например, по угловым или линейным перемещениям движущихся частей) легко обнаружить по чертежу, чего нельзя сказать о запасах по таким параметрам, как, например, механическая мощность на выходе. При поиске скрытых запасов конструктор не должен забывать и о принципиальной схеме, так как при переходе от нее к конструкции особенно легко допустить избы­точность (в том или ином виде). Если в каком-либо конструируемом устройстве вместо электромеханизма повторно-кратковременного действия используется механизм длительного действия той же мощности, то подобное обстоятельство можно рассматривать с позиций избыточности: габариты электромеханизма длительного действия можно считать неоправданно большими. С несколько меньшей определенностью можно говорить о "запасе" по температуре перегрева, если последняя не достигает оговоренного в технических требованиях допустимого предела.

Нередко понятие запасов по параметрам технических требований теряет- строгость. (Впрочем, таково свойство большинства используемых здесь понятий). Поэтому употреблять понятие "запасов" и пользоваться ими следует с известной осторожностью. Несмотря на этот существенный недостаток, проверка устройства по "запасам" с последующим их уничтожением является действенным методом улучшения компоновки.

Запасы второй группы. Если в технических требованиях заданы крайние пределы величин технических характеристик устройства, то уменьшение реализованных в конструкции запасов первой группы во многих случаях может быть произведено без существенного снижения надежности устройства или его узлов. С запасами второй группы в этом отношении дело обстоит сложнее, поскольку надежность всегда как-то зависит от запасов по прочности и жесткости.

Непосредственным следствием уменьшения запасов по жесткости или прочности отдельных частей устройства является снижение веса. Налицо, казалось бы, обычное противоречие между жесткостью частей устройства и их весом, разрешаемое обычным компромиссом. Но в реальной конструкции, где все взаимосвязано, уменьшение габаритов и снижение веса отдельных частей вы­зывает далеко идущие последствия. В частности, снижение веса, сопровождаемое ухудшением жесткостных характеристик каких-либо деталей, может в то же вре­мя сопровождаться улучшением других жесткостных характеристик, существенных для нормального функцио­нирования устройства в целом. При этом может быть получен немалый выигрыш в надежности.

С величиной различного рода "запасов" связан выбор типоразмеров готовых изделий, входящих в конструкцию устройства. Так, например, вес и размеры электродвигателя определяются развиваемой им мощностью. Уменьшение потребной мощности за счет снижения каких-либо "запасов" в механизме привода дает возможность перейти к соседнему по шкале типоразмеров меньшему двигателю. Но такой скачкообразный с точки зрения веса и габаритов переход почти всегда открывает новые возможности для лучших вариантов компоновки.

Нередко случается, что при реализации этих возможностей компоновка приобретает совершенно иной вид, становится значительно более рациональной. Дальнейшее конструирование ведется как бы на новом "уровне рациональности" компоновки. Можно представить себе (с весьма большой степенью условности) существование двух крайних случаев, крайних уровней ра­циональности, среди всех возможных вариантов компо­новки одного и того же сложного устройства:

· тривиального варианта компоновки, в котором отдельные части устройства сочленяются посредством специальных соединительных деталей (не имеющих иного назначения) без какой-либо реализации выгод совмещения функций или снижения неявно выраженных "запасов";

· оригинального варианта, в котором возможности уплотнения функциональной нагрузки частей, возможности их подгонки и частичной "интеграции", а также выгоды от снижения запасов обоих групп реализованы в максимальной степени.

Эти крайние варианты можно рассматривать в качестве некоторых гипотетических результатов двух направлений конструирования.

По мере того как в результате уменьшения "запасов" компоновка приближается к выполнению условия "необходимого и достаточного" (при сопоставлении ее с техническими требованиями), конструктор обретает уверенность в рациональности выбранного варианта. Уменьшение запасов второй группы является нелегкой задачей, требующей тщательных расчетов и знания технологических возможностей сегодняшнего дня.

На практике конструктор, уложившись в заданные техническими требованиями значения веса и габаритов, не всегда стремится к уменьшению имеющихся в конструкции запасов, но такой случай выпадает из поставленных нами условий оптимизации конструкции по соответствующим критериям (критериям минимизации габаритов и веса).

Этот этап выделен в качестве самостоятельного до некоторой степени условно. Поставленная цель (сближение частей) характерна для заключительной стадии компоновки, когда расположение частей уже опреде­лилось и речь идет о нахождении дополнительных возможностей к их уплотнению. Для более сложных устройств ту же работу можно отнести к стадии промежуточных масштабных построений, осуществляемых после окончания компоновки, но перед вычерчиванием сборочного вида.

Наиболее очевидная возможность уплотнения конструкции устройства сближением частей состоит в уменьшении расстояний между частями. Этот путь связан с рядом трудностей, возрастающих по мере уменьшения зазоров. Даже определение величин зазоров между сближаемыми частями при сложной их конфигурации является трудоемкой работой, выполняемой методами начертательной геометрии. Неизмеримо большие трудности возникают в производстве при изготовлении деталей с жесткими допусками и их сборке. Не следует забывать, что чрезмерное уменьшение зазоров может по ряду причин понизить надежность конструкции (например, из-за температурных деформаций).

Как уже отмечалось выше, довольно распространенная ошибка начинающего конструктора подчас состоит именно в стремлении с самого начала удовлетворить всем техническим требованиям в наиболее полном виде. То же самое наблюдается, в частности, при вычерчивании срединных частей устройства. В конце работы, при вычерчивании периферийных частей, на­чинающий конструктор убеждается, что компоновка не удалась, однако и в этом случае он далеко не всегда отдает себе отчет в первопричине неудачи. Что же касается опытного конструктора, то он прежде всего воспринимает «рыхлость» срединной части, как существенный и очевидный недостаток.

Конструктор уже не ограничивается перераспределением величин исходных параметров в пределах, допускаемых заданием, но стремится к согласованию вопроса о корректировке его в выгодном направлении. Кор­ректировка исходных технических требований может иметь место, конечно, не только на рассматриваемом этапе, что и отражено на поэтапной схеме. В результате коррекции с устройства могут быть сняты некоторые побочные функции. Хорошие результаты могут быть достигнуты перераспределением функций между несколькими устройствами одной технической системы, поскольку цена реализации одних и тех же функций в разных устройствах может существенно разниться. В этом случае корректируются исходные требования не только на данное устройство, но и на систему в целом.

В ряде случаев корректировка технических требований задания ведет к изменению целевых функций или эксплуатационных характеристик устройства не в лучшую сторону. Но если цена конструктивной реализации какого-либо из требований чрезмерно велика (например, по весу), приходится и в этих случаях идти на недовыполнение технических требований задания. Как пример скорректированного таким образом требования первоначального задания можно привести требование к экранировке для защиты обслуживающего персонала от Y-излучений активного источника, заключенного в из­мерительном приборе.