Разработка сложных объектов

Разработать конструкцию нетипового объекта, включающего даже небольшое число узлов и деталей, не просто. Упрощение процесса проектирования в большинстве случаев достигается ведением разработки методом последовательных приближений. Наиболее распространены два таких подхода.

1. Пошаговое расширение проектируемого объекта (функциональное проектирование).

Первоначально решают задачу для основных функций и определяют параметры, которые характеризуют выполнение этой функции. На следующем шаге смотрят, что необходимо в помощь этим функциям, чтобы обеспечить их нормальное выполнение и удовлетворение требований ТЗ. Выявляют вспомогательные функции, для которых на основе прежнего ТЗ составляют новое, частное ТЗ и решают проектную задачу. Снова анализируют полученное решение (разработанный объект) на потребность во вспомогательных функциях следующего уровня и либо заканчивают разработку, либо решают новую дополнительную задачу.

Видно, что на каждом этапе решается относительно простая частная задача. Однако в итоге может получиться конструкция, состоящая из нагромождения несвязанных частей. Во избежание этого на каждом шаге желательно исследовать получающуюся конструкцию на возможность ее усовершенствования (совмещения функций, объединения частей и их гармонизацию).

Например, необходимо спроектировать устройство для понижения частоты вращения (редуктор). Пусть в качестве решения остановились на конструкции цилиндрической передачи. Параметрами, характеризующими эту передачу, являются диаметры колес, их ширина и материал. Изображение разработанной конструкции показано на рис. 19а.

Рис. 19. Пример функционального проектирования сложной системы

Анализ данной конструкции показал, что необходимо учесть подвод и отвод движения и фиксацию колес в пространстве. Проектирование этих функций привело, допустим, к введению в конструкцию валов (рис.19б).

Последующий анализ конструкции показал, что необходимо также обеспечить передачу движения с колеса на вал и их осевую фиксацию (учесть условия состыковки). Пусть это потребовало применения посадки с натягом и, из расчета данного соединения,- увеличения посадочной ширины колеса (ширины ступицы).

Далее, анализ конструкции показал, что валы нуждаются в фиксации. Решение этой задачи, пусть, привело к использованию опор качения (рис.19в), вид и параметры которых будут определены из учета передаваемой колесами нагрузки и условий сопряжения с валами. И т.д.

2. Пошаговая детализация проектируемого объекта.

Проектирование объекта обычно ведется от общего к частному: сначала прорабатываются формы и параметры, непосредственно взаимосвязанные с исходной функцией, затем отражающие наиболее важные требования ТЗ, затем — менее важные. И так до необходимой степени подробности, обуславливаемой полнотой учета требований ТЗ. После каждого итерационного цикла проверяют совместимость и непротиворечивость прежних и вновь добавленных решений.

Схематично процесс проработки конструкции соответствует построению ИЛИ- дерева, с продвижением по которому степень подробности конструкции возрастает. Поиск возможных вариантов ведется не только посредством синтеза новых решений, но и выбором типовых решений из элементной базы (как конструктивных, так и технологических элементов поверхностей деталей).

Если последовательно наносить на первоначальное упрощенное изображение разрабатываемой детали отыскиваемые таким образом элементы форм (добавляя, и при необходимости, корректируя изображение), то в итоге сформируется чертеж общего вида этой детали. И тем он будет подробнее, чем полнее будут учтены требования ТЗ и условия состыковки с соседними деталями и узлами. При этом некоторые элементы поверхностей детали, в основном характеризующие технологические свойства (например, фаски, галтели, уклоны), на чертеже могут не указываться (если подразумевается их обязательное исполнение в процессе производства) или задаваться техническими требованиями.

Поясним метод на примере проработки конструкции колеса ранее рассмотренной передачи. Допустим, что передача — зубчатая.

Из условия выполнения исходной функции (понижение частоты вращения) определились цилиндрическая форма и параметры зацепления, а из условия сопряжения с валом ширина колеса и диаметр отверстия под вал (рис. 20а).

Рис. 20. Пример пошаговой детализации сложного объекта

Однако такая конструкция является незавершенной. На следующем шаге, например, из условия технологичности зубчатый венец решено выполнить на всю ширину колеса (рис.20б). Естественно, что возможны и другие варианты — например, ИЛИ узкий венец и широкая ступица (рис.20б₁). Стрелками показаны возможные пути конкретизации и развития конструктивного решения.

Допустим, что выбранная конструкция (рис.20б) не полностью удовлетворяет всем требованиям ТЗ, например, тяжела. На следующем шаге с целью облегчения колеса вводим в его конструкцию, например, диск (рис.20в).

Однако и это — не окончательное решение. Далее, для обеспечения технологичности вводим, как возможные варианты, фаски, уклоны, галтели и т.п. (рис.20г). Одновременно уточняются величины и отклонения геометрических размеров, параметры шероховатости и т.д.