Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЯ
Для успешного выполнения служебного назначения изделие должно обладать соответствующим качеством.
Качество как философская категория трактуется как объективная и всеобщая характеристика объектов, обнаруживающаяся в совокупности их свойств.
В свою очередь, свойство выражает такую сторону предмета, которая обусловливает его различие или общность с другими предметами и обнаруживается в его отношении к ним.
Когда речь идет о качестве изделия, то следует понимать не потребительские свойства изделия, так как они входят в состав задачи (служебного назначения), решаемой конструктором при проектировании изделия, а те свойства, с помощью которых они достигаются конструкцией изделия.
В этом случае изделие рассматривается как некоторая техническая система, представляющая собой совокупность функциональных модулей, объединенных в определенную конструкцию, и обладающая необходимыми свойствами. Отсюда под качеством изделия будем понимать совокупность свойств конструкции изделия, обусловливающих ее способность выполнять служебное назначение.
К свойствам, характеризующим качество конструкции изделия как объекта эксплуатации, относятся ее геометрическая точность, прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость и др.
Каждое из перечисленных свойств описывается качественными и количественными показателями, объединенными в систему технических требований.
Следует различать показатели качества конструкции изделия и его элементов. К первым относятся те, которые непосредственно влияют на выполнение изделием служебного назначения; ко вторым - показатели, которые формируют выходные показатели изделия.
Влияние качества элементов конструкции изделия на выходные показатели его качества осуществляется через соответствующие связи (например, на выходную точность конструкции изделия влияют размерные связи деталей, на прочность конструкции - прочность деталей, на жесткость конструкции - жесткости деталей).
Рис. 1.2.4. Конструкция из трех деталей 1-3 |
Где jt - жесткость г'-й детали. |
Прочность конструкции из трех деталей 1-3 (рис. 1.2.4) определяется минимальной прочностью одной из трех деталей: точность размера А определяется
Точностью размеров Аи А2, Аъ.
Если говорить о жесткости этой конструкции, где под жесткостью j понимается отношение силы Р к перемещению у, то величина жесткости j конструкции будет определяться из равенства
J j\ h h |
Сопоставление влияния прочности, точности и жесткости деталей конструкции на выходные показатели показывает их принципиальное различие. В первом случае прочность конструкции определяется минимальной прочностью одной из деталей, находящихся под воздействием силы Р, в то время как точность и жесткость конструкции изделия зависит от точности и жесткости всех деталей.
В результате изготовления изделия значения его качественных показателей отличаются от заданных, вследствие чего на их отклонения устанавливают допуски.
Установление оптимальных на данном уровне развития техники допусков на отклонение значений каждого из показателей качества представляет одну из наиболее ответственных и сложных задач машиностроения. С одной стороны, с уменьшением допусков на показатели качества изделие будет работать лучше, однако это повлечет за собой увеличение затрат на его изготовление и повысит расходы на эксплуатацию из-за необходимости более частых ремонтов для восстановления требуемого качества изделия.
Таким образом, допуски на все показатели качества изделия должны устанавливаться на основе технико-экономических расчетов, обеспечивающих достижение наименьших затрат общественно необходимого труда на решение задач, для выполнения которых создается данное изделие, а также с учетом конкуренции.
Допуски на все показатели качества изделия, установленные исходя из его служебного назначения, делятся обычно на две части: первая часть - для компенсации погрешностей изготовления изделия; вторая - для компенсации погрешностей (например, вследствие износа), возникающих в процессе эксплуатации изделия.
Здесь в противоречие вступают интересы потребителей и производителей изделий, заключающиеся в том, что изготовителю выгоднее иметь больше допуск на изготовление (легче и дешевле достичь заданного качества), а потребителю выгоднее иметь больший допуск на эксплуатацию (дешевле эксплуатация). Это противоречие должно разрешаться на основе интересов общества, т. е. достижения наименьших затрат общественного труда. Неправильное решение этой задачи может привести к тому, что новое изделие через короткое время эксплуатации потеряет возможность выполнять свое служебное назначение, так как завод - изготовитель использовал большую долю допусков на изготовление изделия и почти ничего не оставил на его износ.
111X2
Рис. 1.2.5. Зависимости брака и себестоимости изделия от допуска (заштрихованные участки соответствуют рациональным допускам на изготовление) |
Опыт машиностроения показывает, что вследствие недостаточности знаний для исчерпывающего объяснения явлений, происходящих при работе изделий, и недостатков инженерных методов расчета приходится ужесточать допуски. В то же время безграничное увеличение допуска на изготовление, как следует из рис. 1.2.5, нецелесообразно. Действительно, поскольку кривые асимптотически приближаются к осям, то при каком - то значении допуска на изготовление дальнейшее его увеличение не приведет практически к снижению себестоимости изготовления изделий и не снизит брак. Зависимости "себестоимость эксплуатации - допуск на эксплуатацию" носят аналогичный характер. Задача конструктора состоит в делении допуска на две рациональные части таким образом, чтобы получить наименьшие затраты общественно полезного труда.
Рассмотрим связи выходных показателей качества конструкции изделия со служебным назначением на примере шестеренного насоса трактора (рис. 1.2.6).
Шестеренный насос предназначен для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям деталей трактора под давлением 0,6 МПа. Насос должен обеспечить подачу масла не менее 30 л/мин при частоте вращения зубчатых колес 39 с"1.
Как следует из служебного назначения шестеренного насоса, он должен обеспечивать заданную производительность, быть долговечным, без превышения уровня шума заданных границ и др.
Проанализируем достаточность и правильность заданных технических требований (являющихся выходными показателями качества) насоса, обусловленных его служебным назначением. К таким выходным по-
кіічателям относятся значения радиально - к), бокового, торцового зазоров с указанными на них допусками. Фактическая подача масла насосом
Бф = бОб1л-бУ-бвс,
Где QT - теоретическая подача масла насосом за один оборот зубчатых колес, п/мин; п - частота вращения зубчатых колес, с-1; Qy - утечка масла, л/мин; У„с_ потери при всасывании, л/мин.
При нагнетании возможны утечки масла:
Qy=Qyp+Qy, +£Ут,
Где - утечка через радиальные зазоры между зубьями и корпусом; Qy^ -
Утечка, обусловленная неплотностью контакта зубьев; Qy- утечка через торцовые зазоры между корпусом и зубча - 11.1 ми колесами. Числовые значения отії ионсний и утечек приведены в шбл. 1.2.1.
Как следует из табл. 1.2.1, нормы допустимых утечек и потерь при всасывании позволяют определить величины допусков на параметры, от которых зави - I (и утечки и потери. В частности, исходя из установленной нормы утечки масла Qy, находят нормы утечек 2Ур > (2Уз> (2Ут> а
Рис. 1.2.6. Обший вид шестеренного насоса трактора: - корпус; 2 - ведомое зубчатое колесо; 3 - штифт: 4 - валик; 5,9- втулка; б, 7 - зубчатое колесо; 8 - ось; 10- винт; 11- шайба; 12 - крышка |
Исходя из них определяют наибольший допустимый радиальный зазор, боковой зазор между зубьями, торцовый зазор. Устанавливая наименьшие допустимые зазоры, следует учитывать условия трения зубчатых мшес о корпус и возможность заклинивания их при нагреве во время рано гм.
Таблица 1.2.1
|
К другим характеристикам служебного назначения насоса относятся долговечность зубчатой пары, бесшумность работы насоса.
Долговечность зубчатой передачи зависит не только от материала зубчатых колес, но и от величины и расположения пятна контакта зубьев колес, от которого зависят величины удельных нагрузок, воспринимаемых зубьями, а следовательно, и их долговечность. Таким образом, пятно контакта также входит в состав выходных показателей конструкции насоса.
В свою очередь, значения характеристик пятна контакта, его расположение являются функцией относительного положения зубчатых колес, одним из параметров относительного положения которых является величина бокового зазора (таким образом, боковой зазор тоже является выходным показателем точности конструкции насоса, влияющим на его долговечность).
Другим требованием служебного назначения насоса является допустимый уровень шума: уровень звукового давления при работе насоса во время работы не должен превышать 85 дБ. Уровень шума работы насоса во многом зависит от легкости и плавности работы зубчатой пары, что во многом определяется величиной бокового зазора.
Итак, из изложенного видно, что радиальные зазоры, боковой зазор между зубьями зубчатых колес, торцовый зазор между зубчатыми колесами и корпусом являются выходными показателями качества точности конструкции насоса, определяющими его способность выполнять служебное назначение.
В общем случае каждый из перечисленных выходных показателей качества применительно к тому или иному типу изделия конкретизирует - і я и виде целой системы дополнительных качественных и количественных показателей, характеризующих особенности, которыми должны обпадать конструкции изделий данного типа, предназначенные для выполнения заданного служебного назначения.
Одними из важнейших показателей качества, оказывающих большое влияние на трудоемкость изготовления изделия, являются геометрическая точность и качество поверхностного слоя детали.