Что такое основные параметры изделий
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Когда прогнозируют себестоимость одного изделия или семейства изделий одного класса при неизменном или незначительном колебании масштаба выпуска, применение индексного метода можно считать не совсем оправданным по следующим основным причинам. Во-первых, в практике проектирования прогноз себестоимости необходим при создании новых изделий, когда, как правило, все основные параметры изделия в сравнении с заменяемыми аналогами подлежат изменению и находятся в очень тесной взаимосвязи. [35]
Важность унификации терминологии по параметрическим рядам объясняется и тем, что в разных работах под одним и тем же термином понимается разное содержание. Так, в одной работе, призванной унифицировать терминологию, связанную с разработкой типажа машин, под рядом типоразмеров ( размерным рядом) понимается ряд основных параметров изделий одного типа, дополненный конкретными размерами и другими характеристиками изделий. [36]
К специальным испытаниям относятся: а) испытания на долговечность и б) опытная и подконтрольная эксплуатация. При испытании на долговечность достаточно большое число изделий подвергается длительным испытаниям в определенных условиях. Во время испытаний периодически проверяются основные параметры изделий и выявляются отказавшие. [38]
Необходимо обеспечить достаточную точность проводимых расчетов на основе ограниченной информации, что особенно характерно для ранних стадий проектирования. В процессе разработки технического задания и на стадии эскизного проектирования круг информации по проектируемому изделию часто ограничен в его несколькими основными его параметрами. И тем не менее уже на этих стадиях необходимо иметь уверенность в том, что основные параметры изделия выбраны правильно и что разработка проекта на базе этих параметров даст нужные результаты. [40]
Параметры изделий
Внедрение достижений научно-технического прогресса сопровождается созданием новых изделий: машин, механизмов, технологического оборудования, приборов, материалов и т.д.
Новые изделия отличаются увеличивающимся количеством выполняемых функций, возрастающей сложностью конструктивного устройства.
В такой системе изделий должны быть взаимно согласованы, например грузоподъемность кранов, мощность электроагрегатов, давление насосов и др. Для обеспечения наилучшего использования транспортных средств в народном хозяйстве должны быть согласованы грузоподъемность этих средств и масса грузов.
Установление типоразмерных рядов изделий (т.е. параметрических рядов, в основу которых положены какие-либо размеры или типы изделий) и формирование систем изделий для комплексного вооружения отдельных производств еще не обеспечивают полной технико-экономической эффективности производства и эксплуатации изделий. Функционально однородные изделия, так же как и изделия, входящие в комплексную систему, состоят из достаточно большого числа специальных составных частей, что неизбежно приводит к значительному увеличению номенклатуры изготавливаемых изделий, а это, в свою очередь, ограничивает специализацию производства и снижает темпы научно-технического прогресса. Разрешение этих противоречий заключается в переходе к принципиально новому подходу по созданию изделий на основе широкой унификации составных частей, комплектующих изделие. Эту задачу решают путем создания стандартизированных параметрических и размерных рядов для различных машин, сборочных единиц, деталей и даже размеров.
Объектами параметрической стандартизации являются параметры. В общем случае параметрами изделий называют признаки изделий, количественно характеризующие любые их свойства или состояния.
Большое число свойств, которыми обладают современные изделия, потребуют для их характеристики большого числа параметров изделий.
Обычно свойства изделий машиностроения выражают через показатели качества, объединяемые в группы. Основными группами показателей качества изделий являются: назначения, надежности, технологичности, стандартизации и унификации и др. Названные группы объединяют несколько показателей, каждый из которых характеризует соответствующий параметр или совокупность параметров изделия. Например, показатель долговечности любой изнашиваемой в процессе эксплуатации механической пары, представленный ресурсом этой пары, будет зависеть от геометрических параметров сопряженных деталей (размеры, допуски размеров, отклонения формы и взаимного расположения поверхностей), параметров шероховатости и волнистости поверхностей, физико-механических параметров материала деталей и состояния поверхностных слоев (химический состав, структура, твердость и др.), параметров, характеризующих режим работы и условия эксплуатации и т.д.
Таким образом, каждое изделие характеризуется множеством взаимосвязанных параметров.
Обычно для целей стандартизации параметры делят на главные, основные и вспомогательные.
Различают одномерную и многомерную параметрическую стандартизацию.
Одномерная стандартизация предполагает стандартизацию одного, как правило, главного параметра изделия.
При многомерной стандартизации объектами стандартизации являются несколько параметров изделия.
Главным параметром изделия называют такой, который наиболее полно определяет важнейший показатель функционального назначения изделия. Особенностью главных параметров изделий являются их стабильность при конструктивных модификациях, технических и технологических усовершенствованиях изделия, а также независимость от организационных типов производства, характера оборудования, методов технологии и др.
Стандарты на главные параметры длительное время не подвергаются изменениям, а их пересмотр вызывается в большинстве случаев переходом на новые, более совершенные изделия одинакового функционального назначения.
Основные параметры, которых для каждого изделия несколько, характеризуют в дополнение к главному параметру другие важные эксплуатационные показатели изделия. Например, для металлорежущих станков в качестве основных параметров принимают число ступеней оборотов шпинделя или двойных ходов ползуна, предельные значения чисел оборотов шпинделя или двойных ходов ползуна, предельные значения и число ступеней подач, мощность привода станков и др.
Для колесных и гусеничных тракторов основными параметрами служат ширина колеи, скорость движения, конструктивный вес трактора.
Как видно из примеров, каждое изделие обычно характеризуется несколькими основными параметрами, причем желательно, чтобы каждый из этих параметров был оптимальным.
Оптимальные размеры должны удовлетворять ограничениям конструктивно-технологического характера. В числе установленных главных и основных параметров, используемых для параметрической стандартизации изделий, должны быть параметры, отражающие развитие науки и техники, например параметры, характеризующие производительность, материалоемкость, уровень механизации и автоматизации, динамические и скоростные показатели процессов, удельные расходы энергии, топлива и др.
Вспомогательные параметры составляют наиболее обширную группу. Применительно к автомобилям это: усилия переключения рычагов, педалей, стопоров, физико-химикомеханические параметры используемых в конструкции материалов и поверхностных слоев деталей, геометрические параметры размеров, формы, шероховатости и волнистости поверхностей деталей, параметры режимов работы электро-, гидро- и пневмосистем, требования к внешнему виду и отделке и др.
Вспомогательные параметры изделий непосредственно связаны с конструктивными и технологическими решениями и подвержены гораздо более частым изменениям, чем главные и основные параметры, в связи с внедрением в производство достижений науки, техники и передового опыта, и потому они не являются объектом параметрической стандартизации.
Параметрические ряды и предпочтительные числа
Любое изделие характеризуется определенными параметрами (геометрические размеры, мощность, производительность, скорость, прочность и др.) Параметры изделий подразделяются на основные, главные и второстепенные.
Основные параметры это совокупность всех параметров, которые характеризуют эксплуатационные (потребительские) качества изделия.
Главным параметром называют такой параметр из числа основных, который наиболее полно характеризует изделие; остается неизменным длительное время и может измениться только при внедрении более совершенных изделий.
Второстепенные параметры зависят от различных усовершенствований и отличаются нестабильностью.
Рассмотрим для примера автомобильную разливочную станцию (АРС). Она характеризуется многими параметрами; емкость цистерны, временем заполнения, временем опорожнения, длиной дегазируемой (дезинфицируемой) полосы, количеством одновременно обрабатываемых объектов техники и др. Все эти параметры являются основными и входят в описание основных технических данных.
Но среди этих параметров есть главный, который наиболее полно характеризует изделие, остаётся неизменным при любых усовершенствованиях данного образца. Таким параметром в нашем примере является ёмкость цистерны. Остальные параметры являются вспомогательными, ибо они зависят от различных условий, возможных усовершенствований и отличаются нестабильностью.
Однако, в стране имеется много потребителей, которым нужны автомобильные цистерны различных ёмкостей. И что же, каждому заказчику изготовлять цистерны той ёмкости, которые нужны ему? Но это экономически невыгодно.
Аналогичная задача стоит во многих областях: какой мощности выпускать электродвигатели, каких диаметров выпускать трубы, болты и т.д. Для решения этого вопроса необходимо знать:
крайние значения главных параметров исходя из потребностей страны;
закономерность изменения интервала между соседними значениями главного параметра.
То есть, необходимо построить ряд значений главного параметра, называемого параметрическим рядом, состоящим из ряда предпочтительных чисел.
Допустим, что для изготовления каких-либо машин желательно применять болты семи диаметров: 24, 25, 26, 27, 28, 29, и 30 мм. В этом случае для нарезки резьбы на болтах и в гайках, а также для сверления отверстий под болты понадобится семь комплектов резьбонарезного инструмента и сверл. Если же применить болты только трёх размеров (24, 27 и 30 мм), то понадобится всего три комплекта металлорежущего инструментов; сократится число переналадок оборудования для изготовления болтов и гаек и для сверления отверстий под болты, уменьшится разнообразие запасных деталей и, следовательно, упростится ремонт машин.
В данном примере один ряд размеров заменён другим, более рациональным рядом. Так как числа второго ряда создают более благоприятные условия для проектирования, изготовления и эксплуатации изделия, то они являются предпочтительными.
Подобные примеры можно было привести и с потребностями в большом разнообразии емкостей автомобильных цистерн, мощностей электродвигателей, диаметров труб и т.д. Но из большого числа разнообразия данных цифр необходимо выбрать предпочтительные числа, которые в своей совокупности составляли бы параметрический ряд.
Естественно, что для главных параметров различных изделий необходимы различные ряды предпочтительных чисел. И здесь возникают вопросы: как построить тот или иной ряд предпочтительных чисел, сколько должно быть параметрических рядов.
В этой связи необходимо построить эти параметрические ряды и стандартизировать их. Тогда рассчитав главный параметр изделия необходимо брать его из числа предпочтительных чисел того или иного параметрического ряда. Система параметрических рядов и предпочтительных чисел является основой государственной стандартизации и её теоретической базой.
Смысл этой системы заключается в возможности использования лишь тех значений параметров и размеров, которые входят в систему предпочтительных чисел и подчиняются строго определённой математической зависимости, а не любых значений полученных в результате расчетов или принимаемых в порядке волевого решения. Применение предпочтительных чисел позволяет широко унифицировать размеры и параметры как внутри, так и между отраслями промышленности.
Ряды предпочтительных чисел могут быть выражены в виде арифметических или геометрических прогрессий.
Элементарные арифметические или геометрические прогрессии можно представить следующими примерами:
Арифметический ряд характерен тем, что в нём разность между любыми двумя следующими друг за другом числами ряда всегда постоянна. В приведенных примерах эта разница составляет соответственно 1; 0,3 и 25. Применение арифметической прогрессии не требует округления чисел. Арифметический ряд является простым.
Наиболее удобными, являются геометрические ряды, так как при этом получается одинаковой и относительная разность между любыми смежными числами ряда. Это важное свойство объясняется тем, что геометрическая прогрессия является рядом чисел, в котором отношение двух смежных членов всегда постоянно для данного ряда и равно знаменателю прогрессии:
Так, в ряду геометрической прогрессии 1,2,4..32 порядковый номер (i) цифры 32 будет 5 (порядковый номер для единицы является 0). Тогда Ni =2 5 =32.
Геометрические прогрессии обладают важными свойствами, имеющими большое практическое значение.
В связи с перечисленными свойствами геометрической прогрессии, зависимости, определяемые из произведений членов или их целых степеней, всегда будут подчиняться закономерностям ряда. Так, если ряд определяет линейные размеры, то площади или объемы, образованные из этих линейных величин, подчиняются его закономерности.
Таким образом, ряды предпочтительных чисел лучше выражать в виде геометрической прогрессии. Но какие числа брать в качестве знаменателя прогрессии?
Ныне Госстандартом РФ установлены четыре основных ряда предпочтительных чисел (R5, R1O, R20 и R40) и дополнительный ряд предпочтительных чисел (R80), применение которого допускается в отдельных, только технически обоснованных случаях. Все эти ряды представляют собой десятичные ряды с округлёнными значениями чисел геометрических прогрессий со знаменателями.
Как видно, корень квадратный из знаменателя прогрессии предшествующего ряда равен знаменателю прогрессии последующего ряда:
Выбрав ряд предпочтительных чисел для главного параметра, выбирают ряды для вспомогательных параметров и других стандартизируемых размеров. При этом, следует предпочитать ряд R5 ряду R10; R10-ряду R20, R20-ряду R40.
Следует отметить, что сейчас уже разработаны по рекомендации Международной организации по стандартизации (ИСО) более округлённые значения предпочтительных чисел R» (1-го округления) и R» (2-го округления). Относительно R» даётся оговорка, что их следует по возможности избегать во всех отношениях.
Для 5-го ряда предусмотрены R» 5 (1,5 и 6); для 10-го ряда-R10 (3,2) и R» 10 (1,2; 1,5; 3; 6). Для 20-го ряда даются значения R 20 (1,1; 2,2; 3,2; 3,6) и значения R» 20 (1,2; 3; 3,5; 5,5; би7).
Поэтому, для линейных размеров разработаны ряды Ra5, Ral0, Ra20, Ra40 с большим округлением чисел (буква «а» означает, что ряд содержит округлённые числа).
— для интервала 0,001 линейного размера: 0,001; 0,002; 0,003; 0,004; 0,006 (т.е. размер 0,0016 в ряду R5 округлён до 0,002, а размер 0,0025 в ряду R5 округлён до 0,003).
— для интервала 0,01 линейного размера: 0,010; 0,016; 0,025; 0,040; 0,060 (здесь, размер 0,063 в ряду R5 округлён до 0,060).
— для интервала 0,1 линейного размера: 0,1: 0,16; 0,25; 0,40; 0,60 (здесь тоже размер 0,63 в ряду R5 округлён до 0,60).
— для интервала 1,0 и 10 линейных размеров размеры 6,3 и 63 округлены до 6,0 и 60 и т.д.
Аналогичные округления в пределах указанных интервалов имеются и в рядах Ra10, Ra20 и Ra40.
Использование рядов предпочтительных чисел находит применение не только при стандартизации, но и при проектировании любых машин, механизмов, приборов и изделий, их деталей и узлов, при разработке размерных рядов машин, оборудования и приборов, на которые отсутствуют параметрические стандарты.
Возвращаясь опять к нашему примеру, при решении вопроса о том, какой ёмкости автоцистерны должна выпускать промышленность, необходимо выбрать параметрический ряд.
Ряд R5 более редкий. Он уменьшает число типоразмеров и по нему трудно подобрать автоцистерну требуемой емкости,
Приходится брать цистерну заведомо большей ёмкости, а это связано с увеличением грузоподъёмности автомобиля, что не оправдывается расчётной необходимостью.
Но в общем случае, выбор параметрического ряда в каждом отдельном случае является типовой задачей оптимизации. Он должен быть выбран таким образом, чтобы суммарные затраты на изготовление изделий данного ряда были наименьшими при заданной эффективности этих изделий в эксплуатации.
Выбор номенклатуры главных и основных параметров изделий
При выборе главных и основных параметров исходят из следующих положений: главные параметры должны наиболее полно выражать технические и эксплуатационные свойства изделия; быть максимально стабильным во времени, т. е. сохраняться неизменными при модификации и совершенствовании стандартизуемых изделий, а также не зависеть от технологии изготовления, используемых материалов, принятых методов расчета; номенклатура главных параметров машин одного функционального назначения должна быть, по возможности, унифицированной; номенклатура главных параметров должна быть оптимальной, чтобы не ограничивать возможность совершенствования конструкции и технологии изготовления;
в случае выбора для построения параметрического ряда нескольких главных параметров все они должны быть функционально независимы; величины главных параметров рядов должны соответствовать предпочтительным числам.
Большинство основных параметров, в отличие от главных, зависят от конструкции и технологии изготовления стандартизуемого изделия и поэтому они должны пересматриваться чаше, чем главные.
Выбор диапазона параметрического ряда
После выбора целесообразной для стандартизации номенклатуры главных и основных параметров изделий определяются диапазон и градация параметрического ряда.
Под параметрическим рядом понимают совокупность числовых значений параметров, построенных в определенном диапазоне на основе принятой градации.
Диапазон параметрического ряда определяется практической потребностью в изделиях данного вида. Крайние члены выбираются так, чтобы была покрыта значительная часть потребностей в стандартизуемых изделиях в настоящем и будущем.
При выборе диапазона параметрического ряда необходимо учитывать: рост производства и потребности с учетом прогноза их развития; возможность создания и использования различных вариантов изделия на основе агрегатирования; опыт производства и эксплуатации аналогичных изделий в стране и за рубежом, в странах с высоким уровнем данного вида изделий; имеющиеся отечественные и зарубежные стандарты, другие нормативно-технические документы, связанные с этим вопросом; перспективы развития в целях обеспечения прогрессивности и долговечности параметрического ряда.
Выбор диапазона определяется потребностью данного изделия в зависимости от изменения главного параметра. Чтобы получить наглядное представление о потребности в изделиях, пользуются гистограммами распределения потребностей.
Рис. 2.1. Гистограмма потребности в стандартизируемых изделиях в зависимости от значения главного параметра
выбирают так, чтобы была перекрыта значительная часть потребности. В данном примере это 92 %.
Выбор градации параметрического ряда
Выбор оптимальной градации параметрического ряда сводится к отысканию такого ряда предпочтительных чисел, который в наибольшей степени отвечает поставленным требованиям.
Параметрическая стандартизация
Выбор и обоснование параметрических рядов стандартизуемых объектов
Для современного производства характерна широкая номенклатура выпускаемых изделий. В ряде случаев выпуск чрезмерно большой номенклатуры изделий, сходных по назначению и незначительно отличающихся конструктивным исполнением, удорожает их производство, затрудняет унификацию, удлиняет сроки подготовки производства и т. п.
Основой для сокращения номенклатуры и числа типоразмеров производимых изделий являются стандарты на ряды основных параметров (параметрические ряды) этих изделий.
Параметры изделий делятся на основные и главные, причем главные выделяются из числа основных.
Основные параметры определяют характерные конструктивно-технологические и эксплуатационные свойства изделий и процессов.
В качестве главных принимают такие основные параметры, которые отличаются стабильностью при технических усовершенствованиях, не зависят от применяемых материалов и технологии изготовления и наиболее полно характеризуют конструктивно-технологические и эксплуатационные свойства изделий и процессов.
В зависимости от назначения и особенности конструкции изделия может быть один или несколько главных параметров.
Например, для металлорежущих станков главными параметрами будут размеры устанавливаемой заготовки, величина перемещения рабочих органов за один рабочий цикл, размеры рабочей поверхности стола, усилие, развиваемое рабочими органами.
Так как одними главными параметрами нельзя достаточно полно характеризовать изделие, то наряду с главными параметрами для характеристики изделий используются и основные параметры. Применительно к металлорежущим станкам, к основным параметрам, в частности, можно отнести: размеры, определяющие взаимозаменяемость технологической оснастки, частоту вращения или число двойных ходов в минуту, конструктивный вес станка и т. п.
В табл. 2.1 приведены основные параметры, которые установлены на основе анализа большого числа параметрических стандартов машин разного функционального назначения.
Параметрические ряды машин, приборов и других объектов стандартизации рекомендуется строить на базе предпочтительных чисел.
Система предпочтительных чисел и требования, предъявляемые к рядам предпочтительных чисел
Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел являются основанием для выбора величин и градаций параметров всех видов продукции, что позволяет наилучшим образом согласовать и увязать между
2.1. Примеры основных параметров металлообрабатывающего оборудования
Параметры
Характеристика параметров
Примеры
Размеры уста па питаемых заготовок
Длина и диаметр заготовок, обрабатываемых на станке
Величина перемещения рабочих органов за один рабочий цикл
Длина хода ползуна или долбяка станков
Основные размеры базовых деталей оборудования
Размеры рабочей поверхности стола станка
Размеры рабочих органов, определяющие основную характеристику оборудования
Присоединительные размеры технологической оснастки
Параметры, определяющие возможность использования изделия в определенных производственных условиях
Число ступеней скоростей и подач; габаритные размеры
Мощность; расход электроэнергии
Мощность главного привода; суммарная установленная мощность
Усилие, развиваемое рабочими органами
Усилие на ползуне гидравлических прессов
Частота вращения или число
Частота вращения шпинделя; число двойных ходов ползуна
Параметры, характеризующие производительность
Объем снимаемого металла в единицу времени
собой изделия, полуфабрикаты, материалы, транспортные средства, технологическое, контрольно-измерительное и другое оборудование.
Использование предпочтительных чисел при конструировании обеспечивает предпосылки для обеспечения взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц, для унификации конструкций машин.
Ряды предпочтительных чисел удовлетворяют следующим требованиям: предоставляют рациональную систему градаций, которая отвечает потребности производства и эксплуатации; являются неограниченными как в направлении уменьшения, так и в направлении увеличения чисел, т. е. допускают неограниченное развитие параметров или размеров в направлении увеличения и направлении уменьшения; включают все десятичные кратные или дробные значения любого числа, а также единицу; являются простыми и легко запоминаются.
Перечисленными свойствами обладают числа, которые являются геометрическими прогрессиями. Ряды таких чисел включают целые степени десяти и имеют знаменатели прогрессии, равные
Основные, производные, ограниченные и составные ряды. Установлено четыре основных десятичных ряда предпочтительных чисел:
Каждый член ряда получают путем умножения предыдущего члена на знаменатель прогрессии (р.
Номер ряда предпочтительных чисел (Д5, Д10, Д20, Д40, Д80) указывает на количество чисел в десятичном интервале (интервал, в котором числа ряда увеличиваются в десять раз). Так, ряд ЛЧО содержит в десятичном интервале 10 чисел.
2.2. Предпочтительные числа основных рядов R5-R40
Например, ряд #5 составляют числа с номерами 0-8-16-24-32-40; ряд #10 числа: 0-4-8-12-16-20-24-28-32-36-40 и т. д.
В ряды предпочтительных чисел входит округленное значение числа л число 3,15 (номер 20 в табл. 2.2). Ошибка округления 0,03 %. Возможность использования этого числа в стандартизации обеспечивает согласование параметров и размеров, связанных не только линейными, но и степенными зависимостями. Длины окружностей, площади кругов, объемы и т. д. также являются предпочтительными числами.
В соответствии с рекомендациями ИСО/Р497 «Руководство по выбору рядов предпочтительных чисел», содержащих более округленные значения предпочтительных чисел, допускается использовать в технически обоснованных случаях более округленные значения чисел, входящих в основной ряд, путем применения рядов первой (#’) и второй (А*») степени округления.
Производные ряды предпочтительных чисел. Производные ряды предпочтительных чисел используются в практике тогда, когда ни одна градация основных рядов не удовлетворяет поставленным требованиям.
Производные ряды образуются из основных (или дополнительных) путем отбора каких-либо членов из основного ряда. В обозначении производного ряда после наклонной черты указывается порядковый номер систематически отбираемого из ряда члена. Например, ряд #20/2 состоит из каждого второго значения основного ряда, причем начинаться он может с любого значения.
Ограниченные ряды предпочтительных чисел. Если основной или дополнительный ряд предпочтительных чисел ограничены сверху или снизу, то такие ряды называются ограниченными. Например:
В электротехнике используются ряды предпочтительных чисел, отличающиеся от рассмотренных выше. Международная электротехническая комиссия (МЭК) установила предпочтительные числа по рядам £3, £б, £12, £24, £48, £96 и £192 (табл. 2.3). Наиболее широкое применение имеют первые четыре ряда.
Ряды £ построены на базе геометрической прогрессии со
2.3. Числа ряда F24 в десятичном интервале