Эксплуатационные свойства машин и механизмов

Министерствообразования и науки РФ
Институтинженерных технологий, регионального
предпринимательстваи информатики (ИРПИ)
Доклад
По дисциплине: «Основы проектирования и конструирования»
На тему: « Эксплуатационныесвойства машин и механизмов»
Выполнила: Пышкина Н.В.
Студент 5 курса
Экономического факультета
Проверил: Попов В.В.
г.Покров
2010 г.

План
1. Основные сведения о машинах и механизмах
2. Этапы жизненного цикла машины
3. Классификация машин и механизмов
4. Классификация деталей и сборочных единиц
5. Принципы построения механизмов, их структура
6. Анализ и синтез механизмов
7. Эксплуатационные свойства машин и механизмов
Список используемой литературы

1.Основные сведения о машинах и механизмах
Определение понятий:механизм, машина, прибор, узел, деталь.
Механизм – искусственносозданная система тел; предназначенная для преобразования движения одного илинескольких твердых тел (входных звеньев) в требуемые движения других тел(выходных звеньев). Указанное преобразование происходит циклически неопределеннодлительное время.
Машина – устройство;выполняющее механические движения для преобразования энергии; материалов иинформации с целью замены или облегчения физического и умственного трудачеловека. ЭВМ, строго говоря, машиной не является, так как механическиедвижения здесь используются для выполнения вспомогательных операций.
Основныепоказатели, которым должна удовлетворять машина: производительность;экономичность; прочность; надежность; масса и металлоемкость; габариты;энергоемкость; объем и стоимость ремонтных работ; расходы на оплату трудаоператоров; технический ресурс; степень автоматизации; простота и безопасностьобслуживания; удобство управления, сборки и разборки. Кроме того, машина должнаотвечать требованиям технической эстетики. Общая структура машины приведена втаблице 2.1.
Значимостькаждого из вышеперечисленных показателей зависит от функционального назначениямашины.
Таблица2.1
СтруктурамашиныМашина Двигатель Преобразователь (передаточный механизм) Рабочий орган (исполнительный механизм)
Двигатель– источник энергии для машины. По своей природе двигатель может бытьэлектрический; гидравлический; внутреннего сгорания; паровая (газовая) турбина.
Рабочийорган – предназначен для выполнения рабочей функции машины.
Прибор– эксплуатационно-автономное изделие, выполняющее функции измерения, контроля,регулирования, управления. Входной величиной служит измеряемая величина(давление, температура, скорость, напряжение, сила тока и т.п.). Выходнаявеличина зависит от способа выдачи информации. Если информацию воспринимаетчеловек, как в приборах непосредственной оценки и регистрирующих, выходнойвеличиной является показание отсчетного (записывающего) устройства. В приборахсистем автоматического управления (САУ) выходной параметр воспроизводится ввиде электрической, пневматической или другой величины, удобной для усиления ипередачи на расстояние.
Узел(сборочная единица) – часть машины (механизма), состоящая из нескольких болеепростых элементов (деталей).
Деталь– часть изделия (изделие), в которой нет разъемных и неразъемных соединений, тоесть изготовленная из однородного по наименованию и марке материала безприменения сборочных операций. Некоторые детали специального назначенияприведены в таблице 2.2.
Таблица2.2
Деталиспециального назначенияДвигатель Рабочий орган
Двс – цилиндры; поршни; клапаны.
Электрические – роторы; статоры.
Турбины – лопатки.
Гидравлические – плунжеры; поршни; штоки.
Автомобили – ходовые колеса.
Трактора – гусеницы.
Суда (морские; воздушные; речные) – винты.
Станки – патроны; суппорты; челноки

2.Этапы жизненного цикла машины
Определениепотребности, планирование, проектирование и конструирование, изготовление,испытание, хранение, транспортировка, эксплуатация, ремонт и техническоеобслуживание, утилизация.
Новаятехника – слишком дорогое мероприятие, для того, чтобы заниматься ееприобретением «от нечего делать» или потому, что так «левая нога хочет». Онавызывается к жизни только очень серьезно обоснованной  потребностью. Потребность в новой технике возникает при необходимости модернизироватьпроизводство (увеличить его объем, внедрить более прогрессивный техпроцесс) илиосвоить новый вид продукции. Важно правильно определить объем потребности [5].
Планирование новой техники следует рассматривать как часть научно-исследовательской работы,направленной на подбор и подготовку исходного материала, который необходим дляразработки ТЗ на проектирование. При краткосрочном планировании (на 5 – 10 лет)следует оценить перспективный уровень развития конструкции создаваемой машины.При среднесрочном и долгосрочном планировании (на 20 – 30 лет) необходимоопределить значимость имеющихся новых открытий и изобретений, цель итехническую стратегию [8].
Впроцессе планирования следует установить: -функциональное назначение машины;-основные технико-экономические параметры; потребность и предполагаемый объемизготовления; -новые материалы и виды заготовок; -новые техпроцессы,потребность в оборудовании и технологической оснастке; -новые формы и методыорганизации и управления производством; эффективность (экономическая или иная)от создания новой машины.
Методыпланирования:
-методэкстраполяции – применяется при краткосрочном планировании;
-методэкспертных оценок – применяется, если нет систематизированной информации опрошлом или когда научно-техническое развитие в значительной степени зависит отпринимаемых решений, а не от технических возможностей;
-методмоделирования, в основу которого должно быть положено целесообразноепрогнозирование процесса развития конструкции в будущем (математическое моделирование).
При проектировании и конструировании  разрабатывают графические (чертежи, схемы,графики и т.п.) и текстовые (пояснительные записки /ПЗ/, расчеты /РР/,спецификации и т.п.) конструкторские документы. Они должны определять состав иустройство проектируемого изделия и содержать данные, необходимые для егоразработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.
Процессы изготовления и испытаний  машин взаимосвязаны и дополняют друг друга. В общем идостаточно ответственном случае серийному изготовлению предшествуетизготовление, отладка и доводка опытного образца машины, его промышленныеиспытания, внесение в конструкцию выявленных в ходе испытаний изменений,государственные испытания и приемка опытного образца. Далее в процессе освоенияновой машины следует изготовление технической документации головной серии,изготовление головной серии и ее промышленные испытания. Вслед за этимразрабатывают серийную документацию, подготавливают производство к серийномувыпуску и, наконец, организуют серийный выпуск. Серийно выпускаемые изделияпосле схода с конвейера подвергают испытаниям (массовым или выборочным) дляобъективной оценки надежности и качества изготовления. Так, серийно выпускаемыеавтомобили подвергают обязательной обкатке в объеме 100% серии.
Дляпроведении испытаний как метода контроля должны быть описаны
-методыотбора образцов (проб);
-оборудование,материалы и реактивы;
-подготовкак испытанию;
-проведениеиспытаний;
-обработкарезультатов.
Изготовленноеизделие не сразу может быть реализовано или после немедленной реализации несразу запущено в эксплуатацию. В этом случае изделие должно  храниться.  Дляправильного хранения необходимо:
-создатьусловия хранения продукции на складах (в хранилищах), обеспечить сохранность еекачества и товарного вида;
-определитьместо хранения (навес, закрытый склад, отапливаемое помещение и т.д.);
-обеспечитьзащиту продукции от влияния внешней среды (влаги, солнечной радиации, вредныхиспарений, плесени, грызунов и др.);
-определить(при необходимости) температурный режим хранения; требования к срокампериодических осмотров хранимой продукции, регламентным работам;предпочтительные методы консервации и косервационные материалы.
Длядоставки на склад или потребителю изделие необходимо  транспортировать.  Этопредполагает выбор приемлемого транспортного средства (своим ходом, крытые илиоткрытые вагоны, трюмы или палубы судов, воздушный транспорт и т.п.), способыкрепления и укрытия изделий на этих средствах и т.п. Судя по мемуарам академикаА.Н. Крылова, это очень ответственная работа. Для сохранения качества иколичества продукции необходимо определить особенности ее погрузки и выгрузки,а также требования к обращению с продукцией после транспортирования (необходимостьвыдержки в нормальных условиях после транспортирования при отрицательныхтемпературах, порядок расконсервации и т.п.).
Период эксплуатации  (использования по прямому назначению) изделия начинается со дняего ввода в действие и заканчивается при наступлении предельного состояния,обусловленного либо снижением эффективности, либо требованиями безопасности.При этом должны неукоснительно соблюдаться:
-правилаи требования, отражающие особенности обращения с изделием на всех стадияхэксплуатации;
-правилапредосторожности, которые необходимо соблюдать во время подготовки изделия кработе и при его работе, квалификационные требования к персоналу, обеспечивающиевыполнения этих правил;
-требованияк месту, где будет установлено изделие для временной или постояннойэксплуатации;
-операциипо установке изделия на месте эксплуатации;
-рекомендациипо защите изделия от внешних воздействий (атмосферных явлений, газов,электромагнитных полей и т.д.);
-правилаи порядок заправки изделия топливом, смазочными материалами, жидкостями, газамии т.д.;
-правиланастройки и регулирования изделия;
-составобслуживающего персонала и других специалистов;
-наиболееэффективные режимы работы изделия;
-правилаизмерения параметров, регулирования и настройки изделия;
-правилапроверки технического состояния изделия с целью установления его пригодностидля дальнейшего использования по прямому назначению.
Поддержаниеработоспособного состояния изделия в течение всего срока эксплуатацииобеспечивается за счет  ремонтов и технического обслуживания, предназначающихся для обнаружения и устранения неисправностей и отказов (любыхвынужденных остановок /см. выше/). Ремонты бывают текущие и капитальные, ихпериодичность устанавливается для каждого конкретного изделия в соответствии сопытом его эксплуатации. Техническое обслуживание изделия проводится:
-приподготовке к работе, хранению, транспортированию;
-дляизделий, работающих по прямому назначению, находящихся на кратковременном идлительном хранении или транспортируемых;
-послеиспользования (работы) изделия или транспортирования.
Изделия,исчерпавшие ресурс долговечности, подлежат  утилизации.  Дословно этот терминозначает – употребление с пользой. При этом должен соблюдатьсядифференцированный подход: металлоконструкция, как правило, отправляется вметаллолом; отдельные не исчерпавшие ресурса детали, узлы или агрегаты – длядальнейшего использования в других аналогичных изделиях (подменный фонд,запчасти); радиоактивные детали подлежат захоронению.
3.Классификация машин и механизмов
Классификационныепризнаки: по типу объектов преобразования, по выполняемой функции, по уровнюсложности, по степени оригинальности, по типу производства.
Потипу объектов преобразования различают машины для переработки:
-энергии(например, кинематической /механического движения/, электрической);
-материалов(вещества) – дробилки, мельницы, прокатные станы;
-информации(приборы контрольно-измерительной аппаратуры).
Повыполняемой функции машины делят на две большие группы: машины-двигатели ирабочие машины. Машинами-двигателями называют такие машины, в которых один вид энергии(электрической, тепловой, сжатого воздуха, поднятой воды и т.п.) преобразуетсяв энергию движения исполнительных органов рабочих машин. К рабочим машинамотносят машины, предназначенные для облегчения и замены физического трудачеловека по изменению формы, свойств, состояния, размеров и положенияобрабатываемых материалов и объектов, а также для облегчения и замены егологической деятельности по выполнению расчетных операций и операций контроля иуправления производственными процессами. К ним относятся подъемно-транспортные,вычислительные машины, всевозможные станки для обработки материалов, устройстваробототехники и др. Характерным для машины является совершение полезной работы[1].
Взависимости от способа управления движением различают машины:
-ручногоуправления – при этом оператор находится на встроенном в машину рабочем месте(автомобиль) или в непосредственной близости от машины (металлорежущие станки).Ручное управление может быть дистанционным (кран-балка),
-полуавтоматическогодействия – часть операций управляется вручную, а часть – автоматически (втокарном полуавтомате – загрузка заготовок осуществляется вручную),
-автоматическогодействия – все операции осуществляются по заданной программе (станки с ЧПУ,промышленные роботы).
Многочисленныеразновидности машин отличаются осуществляемыми с их помощью производственнымипроцессами. Их сходство определяется наличием в машинах механизмов,предназначенных для передачи и преобразования движения. Существуют машины, неимеющие механизмов – электродвигатель.
Поуровню сложности машины бывают простые и сложные, причем сложность определяетсяне столько количеством элементов, сколько сложностью связей между ними (сравнимлетательные аппараты – дельтаплан и самолет).
Постепени оригинальности бывают серийные и уникальные машины. Уникальность можетзаключаться в том, что серийному изделию придают какие-то особенные свойства(например, «Жигули» с бамперами из золота; лифт с креслом и телевизором), аможет заключаться в том, что создается машина для выполнения ранее невыполнявшейся функции (например, летательный аппарат очень большойгрузоподъемности – экранолет; самосвал грузоподъемностью 1000 т).
Потипу производства различают машины:
-дляиндивидуального и мелкосерийного производства – универсальные, предназначенныедля выполнения различных видов однотипных технологических операций наддостаточно разнородными объектами (токарно-винторезный станок).
-длякрупносерийного и массового производства – специализированные, предназначенныедля выполнения операций одного вида (зубошлифовальный станок), и специальные,предназначенные для строго определенных операций (сварочный автомат наконвейере).
4.Классификация деталей и сборочных единиц общего назначения
Вышебыли рассмотрены примеры деталей специального назначения. Но объектомрассмотрения в данном курсе являются детали преобразователей, передаточныхмеханизмов (передач), являющихся составной частью практически любойтехнологической машины (технологического механизма), предназначенной для выполнениятой или иной полезной функции.
Крометого, в данном курсе рассматриваются детали устройств, предназначенных дляобслуживания передаточных механизмов, обеспечивающих нормальное (в соответствиис техническими требованиями) функционирование этих механизмов – соединений(разъемных и неразъемных), валов, муфт, подшипников, направляющих ивспомогательных устройств.
Упрощеннаяклассификация этих так называемых деталей общего назначения приведена в таблице2.3.

Таблица2.3
Деталии сборочные единицы общего назначения
Преобразователь(передаточныймеханизм) Соединения Неразъемные Клееные – Паяные – Сварные – Заклепочн. заклепки Разъемные Резьбовые Болты; винты; гайки; шайбы Шпоночные Шпонки Клиновые Клинья Передачи
Вращательного
движения Зацеплением Зубчатые Зубчатые колеса Червячные Червяки; червячные колеса Цепные Цепи; звездочки Трением Ременные Ремни; шкивы Фрикционные Фрикцион. колеса Кулачковые Кулачки
Поступательного
движения Рычажные Кривошипы; шатуны; коромысла; кулисы Кулачковые Кулачки; эксцентрики; тарелки; толкатели Винт-гайка Х. винты, гайки Валы и оси - Муфты Постоянные Полумуфты; пальцы; втулки; сухари; обоймы Сцепные Диски; конусы; кулачки Подшипники Качения Шарики; ролики; кольца; сепараторы Скольжения Корпуса; вкладыши Направляющие Поступательного движения Скольж-я Скалки; призмы Качения Сепараторы Вращательного движения Скольжения Опоры: на призмах, кернах, сф. Качения Подш. качения Упр. трен. Подвески Возд. или жидк. трен Магниты Основания Корпуса; станины Вспомогательные устройства Для защиты от вибраций и ударов Пружины; рессоры Для уравновешивания и накопления энергии Маховики; маятники; грузы; шаботы Для смазки и защиты от загрязнений Масленки; крышки; кожухи; ограждения Устройства управления Маховички; рычаги; рукоятки
5.Принципы построения механизмов, их структура
Механизм(см. выше) состоит из тел, подвижно соединенных между собой. Тела (заисключением особо оговоренных случаев) будем считать абсолютно твердыми.Твердое тело – совокупность материальных точек, находящихся на неизменномрасстоянии друг от друга. Материальная точка в отличие от геометрическойобладает массой [4].
Звеном(жестким) механизма назовем одно или несколько твердых тел, не имеющих движениядруг относительно друга. Неподвижные тела механизма образуют неподвижное звено– стойку. Остальные звенья – подвижные и изменяют в процессе движения положениядруг относительно друга и по отношению к стойке.
Звеньямеханизма соединены между собой подвижно. Соединение двух звеньев, позволяющеесовершать то или иное движение по отношению друг к другу, называетсякинематической парой.
Вместах соединения двух звеньев им придают определенные геометрические формы,чтобы обеспечить требуемый характер относительного движения. Кинематическиеэлементы (элементы кинематической пары) представляют совокупность точек, линийи поверхностей, которыми звенья непрерывно касаются и характер соприкосновениякоторых определяет вид относительного движения соединяемых звеньев.Совокупность таких кинематических элементов и представляет кинематическую пару.
Свободноетвердое тело имеет шесть степеней свободы и может совершать шесть независимыхвидов (w) движения: три вращательных движениявокруг осей x, y, z и три поступательных вдоль этих осей.Если рассматриваемое тело (звено) образует кинематическую пару с другим, числонезависимых параметров w, определяющихотносительное движение выражается неравенством 6 > w > 0. При w = 0 соединениедвух тел является неподвижным, при w = 6 телане соединены друг с другом. Таким образом, кинематическая пара устанавливаетсвязи (ограничения) в относительном движении.
Есличисло геометрических связей, накладываемых кинематической парой, обозначитьчерез s, то s = 6 – w.
Кинематическиепары делятся на классы. Класс кинематической пары равен числу наложенныхсвязей. При определении класса кинематической пары необходимо учитывать тольконезависимые виды движения. Так, винтовая пара (рис. 2.1) относится к классу V, так как составляющие винтовое движение поступательное ивращательное движения нельзя рассматривать как независимые, поскольку на нихналожена связь, определяемая уравнением
s = t ´ j,
где    s – перемещение вдоль оси винта,
t – винтовойпараметр, t = p / (2´p), здесь p – шаг винта,
j – угол поворота.
/>
Рис.2.1. Винтовая пара

Похарактеру соприкосновения пары делятся на высшие и низшие. В высших парахсоприкосновение по линии или точкам, в низших – по поверхностям.
Приобращении движения звено кинематической пары, бывшее в относительном движенииподвижным, становится неподвижным.
Длятого, чтобы звенья кинематической пары непрерывно касались друг друга, нужнопредусмотреть так называемое замыкание кинематической пары. Различают: силовоезамыкание, осуществляемое за счет веса, пружин; геометрическое замыкание,достигаемое приданием определенных геометрических форм кинематическим элементам.
Классификациякинематических пар и примеры их конструктивного воплощения приведены в таблице2.4.
Совокупностьзвеньев, соединенных кинематическими парами, представляет кинематическую цепь.Различают открытые и замкнутые кинематические цепи. В замкнутой кинематическойцепи в отличие от открытой последнее звено соединено с первым [4].

Таблица2.4.
Классификациякинематических пар
/>
Кинематическаяцепь становится механизмом, как только одно из звеньев обращается в стойку(неподвижное звено). В кинематической цепи определенными являются толькоотносительные движения звеньев. В механизме, если заданы движения одного илинескольких его звеньев, становятся определенными абсолютные (относительностойки) движения остальных его звеньев.
Такимобразом, механизм представляет кинематическую цепь, в которой одно из звеньевобращено в стойку, а при задании движения одного или нескольких его звеньев,становятся определенными движения остальных его звеньев.
Изодной и той же кинематической цепи можно получить различные механизмы,последовательно обращая в стойку различные звенья цепи. Образуемые такимобразом механизмы будут отличаться характером абсолютных движений звеньев.Относительное же движение звеньев в механизмах не изменится, поскольку ониобразованы из одной и той же кинематической цепи.
Напримере (рис. 2.2, а) цифрами обозначены звенья кинематической цепи (стойкинет), буквами – кинематические пары (О и А – вращательные, В и С –поступательные). Обратив в стойку звено 4 (рис. 2.2, б) получим механизмдвойного ползуна (синусный механизм). При обращении в стойку звена 3 (рис. 2.2,в) получим механизм  эллипсографа (звено 4 имеет различное графическоеизображение, но его кинематические пары одни и те же). Если стойкой сделатьзвено 1, получим кулачково-дисковую муфту (муфту Ольдгэма), конструктивнаясхема которой изображена ниже (рис. 2.2, е).
/>
Рис.2.2. Преобразование кинематической цепи
Различаютплоские и пространственные механизмы. В плоских механизмах все точки звеньевдвижутся в одной или параллельных плоскостях. Наиболее распространенные типыплоских механизмов: четырехшарнирный, кривошипно-ползунный, кулисный (рис. 2.3)[4].

/>
Рис. 2.3. Схемы плоскихмеханизмов
Кривошипом (поз. 1 нарис. 2.3) называется звено, соединенное со стойкой вращательной парой исовершающее относительно стойки полное вращательное движение. Коромысло (поз. 3на рис. 2.3, а) также соединено со стойкой вращательной парой, но совершаетотносительно нее неполное вращательное (качательное) движение. Кулисой (поз. 3на рис. 2.3, в, г) называется звено с подвижными направляющими, соединенное состойкой вращательной или поступательной парой. Ползун (поз. 3 на рис. 2.3, б)соединен со стойкой поступательной парой и совершает поступательное движение.Звено (поз. 2 на рис. 2.3, а, б), совершающее относительно стойки плоское (совокупностьпоступательного и вращательного) движение и соединенное с другими звеньямивращательными парами, называется шатуном.
В кулисном механизме(рис. 2.3, в) звенья 2 и 3 могут иметь разное конструктивное оформление. Звено2 совершает поступательное движение в направляющих кулисы и называется кулиснымкамнем.
Под степенью подвижностимеханизма понимается число независимых параметров, которое необходимо задатьдля определения положения всех подвижных звеньев. Грубо говоря, это числодвигателей, необходимое для получения на выходе механизма определенногодвижения (каждый двигатель – одна координата, параметр). В механизме с однойстепенью подвижности достаточно задаться значением одного параметра дляопределения положения всех подвижных звеньев Преимущественное распространениеполучили механизмы с одной и двумя (дифференциальный зубчатый механизм)степенями подвижности.
При аналитическом определениистепени подвижности составляется система сложных нелинейных уравнений связимежду параметрами относительного движения.
Практически степеньподвижности механизма определяется из его структурной формулы, связывающейстепень подвижности с числом звеньев механизма, числом и видом кинематическихпар. Для пространственного механизма структурная формула определяется выражением
w = 6 ´ (n — 1) – 5 ´ p5 – 4 ´ p4 – 3 ´ p3 –2 ´ p2 –1 ´ p1 ,
где    (n — 1) – число подвижныхзвеньев (n– общее число звеньев, включая и стойку),
pi – число кинематическихпар класса i,входящих в состав механизма,
i – число связей,накладываемых парой класса i.
Для плоских механизмовпри определении степени подвижности можно использовать структурную формулуСомова и Чебышева:
w = 6 ´ (n — 1) – 5 ´ p5 – 4 ´ p4.
При проектировании такихмеханизмов заранее предопределяется, что их звенья не могут совершать трехдвижений (из коэффициентов вычитается 3): вращений вокруг осей x и y и поступательногодвижения вдоль оси z, перпендикулярной плоскости xy (т.е. накладываются триобщих для всех звеньев связи).
/>
Рис.2.4. Механизм эллипсографа
При проектированиимеханизмов нужно исключить возможность появления избыточных связей, при которыхможет возникнуть заклинивание механизма. Примером  является механизм эллипсографа:  произвольные точки отрезка BD описывают эллипсы, итолько его середина (т. А) движется по окружности (рис. 2.4, а). Из структурнойформулы (n=5, p5 = 6) следует, что w = 0. Если точку А сместить от середины отрезка, тодействительно w= 0. Поэтому целесообразно изменить структуру механизма, изъяв звено ОА (икинематические пары О и А) или один из ползунов 3 или 4 (кинематические пары,соединяющие ползун со стойкой и шатуном) (рис. 2.4, б). К избыточным связяммогут приводить погрешности изготовления и сборки.
6.Анализ и синтез механизмов
Винженерной практике часто требуется решение аналитическими методами двухосновных задач – анализа и синтеза, представляющих собой диалектическоеединство противоположностей. Они противоположны, т.к. взаимно обратны. Единствоэтих задач с математической точки зрения состоит в том, что решают их, какправило, с помощью одних и тех же математических моделей и уравнений [1].
[Крайнев]Анализ механизма – исследование кинематических и динамических свойств механизмапо заданной его схеме (рис. 2.5).
/>
Рис.2.5. Анализ механизма
/>
/>; />;
/>; 
/>
Синтезмеханизма – проектирование схемы механизма по заданным его свойствам. Включаетвыбор структурной схемы (структурный синтез) и определение постоянныхпараметров выбранной схемы механизма по заданным его свойствам (параметрическийсинтез). Различают также кинематический и динамический синтез (Крайнев). Еслипредположить, что на рис. 2.6 изображено только расположение входного ивыходного валов редуктора и приведены только частоты их вращения, тоизображенные внутри корпуса передачи являются одним из вариантов синтезаредуктора.
/>
Рис.2.6. Синтез механизма
7.Эксплуатационные свойства машин и механизмов
1.Надежность машин и механизмов как важнейшее эксплуатационное свойство.
Поднадежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя своиэксплуатационные показатели в заданных пределах в течение заданного промежуткавремени или требуемой наработки (объем работы изделия, измеряемый в часах,циклах, метрах, штуках и т.д.) [1].
ЛюбаяТС, машина создаются для выполнения определенных функций в течение заданногосрока службы. Функциональная пригодность конструкции определяется степеньюнадежности машины, показателями ее работоспособности. При определениинадежности чаще всего исходят из понятия отказа машины, т.е. любой еевынужденной остановки [3].
Отказможет происходить не только по причине разрушения отдельных узлов или деталей,но и выхода погрешностей выполнения машиной своего функционального назначенияза пределы норм. Отказ может наступить и потому, что машина выполняет своюработу с такими ошибками, при которых либо полностью нарушается технологическийпроцесс, либо производимые изделия и операции непригодны (брак). Два фактора –1) поломка (разрушение) деталей и 2) нарушение точности работы устройства –практически определяют функциональную надежность машины. Они зависят от полнотывыполнения функционально-эксплуатационных (эксплуатационных) требований,предусматриваемых ТЗ и реализуемых посредством технических решений,закладываемых в конструкцию машины.
Разрушениедеталей (1-й фактор) – следствие их недостаточной объемной и поверхностнойпрочности. При наличии достаточного ассортимента машиностроительных материалови методов изготовления, развитой науки о прочности любым деталям и узлам можнопридать требуемую (практически неограниченную) долговечность и гарантировать ихот разрушения. То, что разрушение деталей все же происходит, объясняетсяконструктивными и технологическими дефектами, неправильной эксплуатацией илислучайностью.
Конструктивныедефекты – неверная оценка степени нагружения детали, местоположения опасныхсечений и наиболее нагруженных точек. Обычные в инженерной практике методыанализа (расчета) позволяют определить напряжения с удовлетворительнойточностью для сравнительно немногих простейших расчетных случаев. Анализбольшинства сложных деталей на прочность основан на упрощениях, которые невсегда выдерживаются в реальных условиях.
Расхождениеистинных значений (фактических) напряжений и расчетных обусловленоотклонениями:
— расчетной схемы от действующих условий нагружения;
— фактических значений действующих сил от номинальных.
Этиотклонения объясняются влиянием сопряженных деталей; упругими свойствамисистемы; неточностями изготовления и монтажа; перегрузками вследствиепревышения расчетных режимов эксплуатации; изменением характеристик прочностиматериала в связи с изменением температуры и в результате действия вибраций,изменением форм и размеров деталей вследствие износа.
Такимобразом, для предохранения деталей от разрушения конструктор должен учитыватьследующие функционально-эксплуатационные требования:
-объемнуюи поверхностную прочность при статических и динамических нагрузках;
-жесткостьконструкции;
-износостойкостьтрущихся деталей;
-тепло-и хладостойкость деталей;
-вибростойкостьконструкции.
Нарушениефункциональной точности (2-й фактор) – следствие отклонений формы, размеров ирасположения поверхностей деталей и самих деталей, составляющих конструкцию.Эти отклонения возникают в результате ошибок при изготовлении деталей и узлов,неизбежных деформаций в конструкции под влиянием действующих нагрузок, износатрущихся деталей, неточностей монтажа и регулировки, температурных изменений.
Ошибкиизготовления, зазоры в подвижных соединениях узлов машины обычно учитываютсяконструктором в процессе проектирования на основе теории точности. Влияниедеформаций деталей и их износа достаточно трудно учесть, во-первых, потому, чтоеще недостаточно разработана теоретическая база таких расчетов, а, во-вторых,эти факторы непрерывно меняются в процессе эксплуатации. Поэтому конструкторывсегда предусматривают возможности выполнения необходимых регулировок, наличиеавтоматических компенсаторов изменения формы, размеров и расположения деталей.
Следовательно,для установления нормальной функциональной точности работы машины конструкторунеобходимо учитывать такие функционально-эксплуатационные требования:
-статическуюи динамическую точность работы устройства;
-жесткостьдеталей и узлов конструкции;
-износостойкостьтрущихся поверхностей деталей машин.
Последниедва фактора влияют (см. выше) и на прочность деталей машины.
Реализациявсех этих функционально-эксплуатационных требований является основой длясоздания рациональной конструкции машины. Однако не всегда удается найтипроектное решение, полностью отвечающее всем этим требованиям. Безупречная вовсех отношениях конструкция – редкая удача. И дело здесь, прежде всего, впротиворечивости выдвигаемых требований. В подобных случаях принимаетсякомпромиссное решение за счет требований, не имеющих первостепенного значения вданных условиях применения машины.
2. Показатели,характеризующие надежность: безотказность, долговечность и сохраняемость,ремонтопригодность машин и механизмов.
Безотказностью  называютсвойство изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течениенекоторого времени или некоторой наработки.
Долговечностью  называютсвойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельногосостояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.Долговечность характеризуется ресурсами. Техническим ресурсом называютнаработку изделия от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонтаопределенного вида (среднего или капитального) до наступления предельногосостояния. Назначенным (общетехническим) ресурсом называют суммарную наработкуизделия, по достижении которой применение по прямому назначению должно бытьпрекращено (независимо от состояния изделия). Прекращение эксплуатации связанос требованиями безопасности (возможностью наступления катастрофического отказа)или экономической целесообразностью. В пределах назначенного ресурсапредусматривают один или несколько ремонтов. Под предельным состоянием изделияпонимается состояние, определяемое невозможностью его дальнейшей эксплуатации,обусловленное либо снижением эффективности, либо требованиями безопасности.
Сохраняемость – свойствоизделия сохранять значения показателей безотказности, долговечности иремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.Характеризуется сроком сохраняемости и гамма-процентным сроком сохраняемости.
Ремонтопригодностьюназывают приспособленность изделия к предупреждению и обнаружению причинвозникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлениюработоспособного состояния путем проведения технического обслуживания (ТО) иремонта (например, возможность замены детали в эксплуатации). Показатели –среднее время восстановления, удельная трудоемкость ТО и ремонта, относительнаястоимость ремонта [1].
3. Методы проектированияи конструирования, направленные на повышение надежности: унификация, типизация,агрегирование, взаимозаменяемость.
Унификация  состоит вмногократном применении в конструкции одних и тех же элементов, чтоспособствует сокращению номенклатуры деталей и уменьшению стоимостиизготовления, упрощению эксплуатации и ремонта машин. Унификацияконструкторских элементов (посадок, резьбовых шпоночных и шлицевых соединений,зубчатых зацеплений, фасок и галтелей) позволяет сократить номенклатуруобрабатываемого, мерительного и монтажного инструмента.
Унификация оригинальныхдеталей и узлов может быть внутренней (в пределах данного изделия) и внешней(заимствование деталей с иных машин данного или смежного завода).
Унификация марок исортамента материалов, электродов, типоразмеров крепежных деталей, подшипниковкачения и других стандартных деталей облегчает снабжение завода-изготовителя иремонтных предприятий материалами, стандартными покупными изделиями.
Типизация  являетсяразновидностью стандартизации. Это разработка типовых конструкций илитехнологических процессов на основе общих для ряда изделий (процессов)технических характеристик.
Агрегатирование заключается в создании машин путем сочетания унифицированных агрегатов,представляющих собой автономные узлы, устанавливаемые в различном числе икомбинациях на общей станине (агрегатные металлорежущие станки). Преимущества:сокращение сроков и стоимости проектирования и изготовления машин, упрощениеобслуживания и ремонта, возможность переналадки для обработки разнообразныхдеталей (если это станок).
Частичнымагрегатированием является использование стандартизованных узлов и агрегатов изчисла серийно выпускаемых промышленностью (редукторы, насосы, компрессоры), атакже заимствование с серийно изготовляемых изделий узлов и агрегатов (коробокскоростей, механизмов переключения муфт, фрикционов и т.д.).
Взаимозаменяемость  –свойство конструкции составной части изделия, обеспечивающее возможность ееприменения вместо другой без дополнительной обработки с сохранением качестваизделия, в состав которого она входит.
Иначе – это способностьизготовленных с заданной точностью деталей (и сборочных единиц) занимать своеместо в машине без дополнительной обработки их при сборке и выполнять своифункции в соответствии с техническими требованиями к работе данной машины (илиее отдельной сборочной единицы). Детали называются взаимозаменяемыми  
Взаимозаменяемость по геометрическимпараметрам обеспечивается стандартными системами допусков и посадок .
4. Связь технических и экономическихпоказателей, характеризующих машины и механизмы.
Приприобретении любого изделия нас всегда интересует его качество – совокупностьсвойств продукции, обуславливающая ее пригодность удовлетворять определенныепотребности в соответствии с назначением (ГОСТ 15 467 –79 «Управление качествомпродукции. Основные понятия. Требования и определения»). Связь технических иэкономических показателей машин и механизмов заключается в том, что ониявляются (в совокупности) основой для оценки уровня качества изделия.
Уровенькачества определяется показателями, которые оценивают на основе стандартов. Приэтом используют следующие основные виды показателей:
-назначенияи экономичности, определяющие экономический эффект изделия и область егоприменения;
-надежностии долговечности, характеризующие работу изделия в конкретных условиях егоиспользования;
-эргономические,учитывающие комплекс физиологических и психологических свойств человека всистеме «человек-изделие-среда»;
-эстетические,оценивающие в изделии оригинальность, гармонич-ть, соотв-е среде и опр-мустилю,
-транспортабельности,характеризующие способность изделия к перемещению [3].
Дляизделий машиностроения выделяют три группы показателей назначения(эксплуатационных показателей):
-классификационныепоказатели, характер принадлежность изделия к опр-й классификационной группе(предел измерения, цена деления, г/п и др.);
-показателифункциональной и технической эффективности, характерен полезный эффектэксплуатации прибора (прочность, точность, потребляемая мощность и др.);
— показатели конструктивные, характерные возможность установки, монтажа, совмещенияс другими изделиями (направление питания, усилие перемещения ползуна, способзакрепления и т.п.).
Показателиназначения явлился составляющими качества изделия, но не тождественны ему.Нельзя считать, что микрометр по качеству выше штангенциркуля, потому что егопогрешность на порядок меньше {МАЗ хуже БЕЛАЗа}. Качество в данном случае характерезуесяотносительным показателем – запасом точности по отношению к норме,установленной стандартом.
Припомощи экономических показателей (экономичного эффекта, рентабельности изделия,срока окупаемости,  стоимости) оценивают ряд других требований к качествупродукции: ремонтопригодность, технологичность (совокупность свив, определяющихее приспособленность к достижению оптимальных затрат при пр-ве, эксплуатации иремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполненияработ – ГОСТ 14.205-83 «Технологичность конструкции изделий. Термины и определения»),уровень стандартизации и унификации.
Годовойэкономический эффект от применения изделия определяют как разницу между годовойполезной отдачей и суммой годовых эксплуатируемых расходов
Э= От – Р (руб/год).
Полезнуюотдачу выражают стоимостью продукции или полезной работы, выполняемой изделием(машиной) в единицу времени. Она определяется по существу пр-ностью машины.
Суммарасходов складывается из стоимости расходуемой энергии (Эн), мат-лов (Мт),инструмента (Ин), оплаты труда рабочих (Тр), технического обслуживания (Об),ремонта (Рм), накладных (Нк) и амортизационных расходов (Ам):
Р= Эн + Мт + Ин + Тр + Об + Рм + Нк + Ам.
Рентабельностьизделия определяют отношошением полезной отдачи к сумме расходов
Е= От / Р.
эксплуатационныймашина механизм
ВеличинаЕ д.б. больше 1, иначе изделие убыточно.
Срококупаемости tок определяют как период службы, при кот-м суммарный экономичныйэффект равен стоимости машины. Эту величину можно найти из зависимости
tок = С / hисп(От – Ра – С / Д),
гдеС – стоимость изделия,
hисп – к-т использования изделия, определяемыйкак отношение долговечности  изделия ко всему периоду Н его экспл-и, hисп = Д / Н. Среднее значение при круглогодичной непрерывнойработе hисп = 0,95 – 0,97.
Ра– сумма эксплуатационных расходов без учета расходов на амортизацию, Ра = Р –Ам,
Д– долговечеость изделия, представляя собой общее время работы на номинальномрежиме в условиях нормальной эксплуатации.
Коэффициентстоимости конструкции представит собой процентное отношение стоимости изделия ксумме расходов:
с= (С / Р) ´ 100%.
Показателинадежности – безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость – рассмотренывыше.
Эргономическиеи эстетические показатели отражают потребительскую стоимость изделия.
Эргономическиепоказатели  качества изделия по ГОСТ 15 467-79 подразделяются на:
-гигиенические– уровень шума, вибрации, температура на рабочем месте, наличие излучения,освещенность и т.п.;
-антропометрические– характерезуют соответствие изделия и его элементов форме и параметрамчеловеческого тела (параметры рабочего места; размеры и расположение и пульта;Расположение органов контроля и упражнениея упатели др.);
-физиологическиепокупатели отражают соответствие изделия пространственным, силовым и временнымвозможностям оператора (длины ходов, усилия и скорости органов упражнения);
— психофизиологическое покупатели указывают на соответствие изделия органамчувств человека. Они учитывают задаваемый изделием объем зрительной и слуховойинформации, ее интенсивность, скорость выдачи и т.п. (требуемой уровеньзвукового давления сигнала аварийного устройства не менее 90 дБ при частоте4000 Гц);
-психологическиепоказатели характеризуют соответствие изделия особенностям и возможностям деятельностивысшей нервной системы человека (скорость реакции оператора, наглядность иудобство усвоения процесса упражнения изделием).
Эстетические показатели характеризуют изделие на основе его восприятия оператором(потребителем) как объекта искусства. Они включают элементы рациональностиконструкции, пропорций его составных частей и элементы чувственного восприятия,связанные с эстетическим воспитанием человека, формирующимися у него взглядамина красоту.
Показатели транспортабельности  – вес, габариты, материалоемкость, транспортные затраты наупаковку и передвижные и т.п.

Список используемойлитературы
1. Кореняко А.С. Теория механизмов имашин. Изд. «Вища школа», 1976 г.
2. Кульбачный О.И. и др. Теориямеханизмов и машин. Проектирование. М., «Высшая школа», 1970 г.
3. Лепихов А.М. (составитель)Академик Артоболевский: Сборник. М.: Знание, 1983 г.
4. Машков А.А. Теория механизмов имашин. Изд. «Вышэйшая школа» Минск 1971 г.
5. Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовоепроектирование по теории проектирования и механике машин. М., «Высшая школа» 2002 г.
6. Юдин В.А., Петрокас Л.В. Теориямеханизмов и машин. М., «Высшая школа», 1977 г.