Проблемная лекция по дисциплине «Инженерная графика» [прочитана в СамГУПС 15 мая 2014 года]

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ В КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Мулюкин О.П., заведующий кафедрой «Инженерная графика» СамГУПС, доктор технических наук, профессор  по кафедре инженерной графике, Заслуженный деятель науки Российской Федерации, Заслуженный изобретатель Российской Федерации, Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации

        Уважаемые студенты и присутствующие коллеги!

        В ходе предложенной Вашему вниманию лекции будет представлено моделирование проблемных ситуаций  по назначению и расчету в размерных цепях замыкающего размера в рабочем чертеже собственно детали и в сборочном чертеже изделия.

        При этом постановка лекции нацелена на достижение трех дидактических целей:

        1. Усвоение студентами теоретических знаний по принципам построения и расчета размерных цепей на базе простейших примеров.

        2. Развитие  навыков конструкторско-технологического мышления при выполнении рабочих и сборочных чертежей  несложных конструкций.

        3. Формирование познавательного интереса к содержанию учебной дисциплины в рамках  выполнения студентами индивидуальных  заданий по теме лекции.

        В начале лекции обозначим  некоторые подходы в плане раскрытия предлагаемой Вашему вниманию  темы лекции.

        Как известно, единые правила выполнения и оформления рабочих и иных чертежей, конструкторско-технологической документации, в целом, и других технических документов  регламентированы Единой системой конструкторской документации (ЕСКД).

       ЕСКД – это комплекс государственных стандартов (ГОСТ), устанавливающих взаимосвязанные правила и положения о порядке разработки, оформления и обращения конструкторской документации, разрабатываемой и применяемой организациями и предприятиями Российской Федерации.

       Разумеется, что за рамками ЕСКД осталось достаточно много вопросов по детализации или фрагментации  отдельных этапов  выполнения конструкторско-технологической документации, в том числе рассматриваемый в настоящей лекции  этап   простановки размеров деталей по данным размерных цепей,  обусловленный  требованиями Заказчика к изделию по обеспечению  его конкретных характеристик, основными из которых являются минимальные вес,  габариты и достаточная  прочность.

        В этой связи отметим, что  практика   указывает на отсутствие у вчерашних студентов – выпускников вузов и нынешних молодых инженеров производства навыков использования конструкторско-технологических приемов для  выполнения даже простых чертежей и эскизов без обращения за помощью к  современному инструменту, - компьютеру, в том числе  при ручном назначении и простановке  размеров с использованием понятий  «размерные цепи» (РЦ) и  «замыкающий размер» (ЗР).

        Именно использование РЦ и ЗР позволяет выполнить  одно из определяющих правил нанесения размеров на чертежах: «Цепочка размеров в сумме не должна дублировать какой-нибудь размер».

          Вначале дадим пояснение  смысла  этих двух  понятий, а далее перейдем  собственно к сути лекции, итак: размерная цепь (РЦ)  –  это структурированное представление  замкнутого  контура полярных по знаку размеров в векторной форме, следующих последовательно друг за другом и замыкающихся  на векторе-замыкающем размере (ЗР), не проставляемом на чертеже, так как его расчетная величина определяется  из арифметической цепочки размеров, входящих в данный замкнутый контур.

         В силу лимитирования лекционного времени ограничимся двумя наиболее характерными приемами использования РЦ и ЗР при работе с конструкторско-технологической документацией, это:

        1.Пример   назначения и простановки размеров  с использованием ЗР в конкретной детали на этапе эскизного проектирования.

        2. Пример определения  расчетного значения конкретного ЗР в простейшем сборочном чертеже.

         

Пример   назначения и простановки размеров  с использованием ЗР в чертеже конкретной детали на этапе эскизного проектирования представлен на рисунке 1.

        Рисунок 1 – Фрагмент  рабочего чертежа детали (а) с заданными размерами
 (Р1=70-_0,2; Р2=20_-0,1; Р3=30±0,1) для расчетного определения  фактической величины замыкающего размера ЗР  из размерной цепи (б)   

           При построении РЦ принято, что вектор  Р1 с  направлением против часовой стрелки имеет  положительное значение, а все остальные вектора  с направлением по часовой стрелке  -  отрицательны.

            По рисункe  1,б  построим соответствующую размерную цепь:

             Р1 – Р2 – ЗР – Р3 – Р4 = О

             Отсюда найдем выражение для ЗР:

             ЗР = Р1 – (Р2 + Р3).

             Найдем максимальное ЗР^max и  минимальное ЗР^min значения замыкающего размера:

             ЗР^max = Р1^max – (Р2^min + Р3^mun) = 70 – (19,9 + 29,9) = 20,2

              ЗР^min = Р1^min -  (Р2^max + Р3^max) = 69,8 – (20 + 30,1) = 19,7

              Или:  ЗР = 19,7...20,2  
  

Пример определения величины замыкающего размера ЗР по сборочному чертежу представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Сборочный чертеж (а) пуско-отсечного клапана (1-корпус; 2-клапан; 3-седло; 4-пружина) с заданными размерами входящих в сборочный чертеж деталей (Р1=55±0,3; Р2=30_-0,2; Р3=10±0,2; Р4=8±0,1) для определения фактической величины размера ЗР, - возможного хода клапана 2  для посадки на седло 3 при подаче управляющего давления среды со стороны «Закр.»  из  размерной цепи (б) 

             Из рисунка 2,б  найдем выражение для ЗР:

             ЗР =  Р1 – (Р2 + Р3 + Р4).

             Найдем максимальное ЗР^max и  минимальное ЗР^min значения замыкающего размера:

             ЗР^max = Р1^max – (Р2^min + Р3^mun + Р4^min) =  55,3 – (29,8 + 9,8 + 7,9) =  7,8

              ЗР^min = Р1^min -  (Р2^max + Р3^max + Р4^min) = 54,7 – (30 + 10,2 + 8,1) =  6,4

              Или:  ЗР = 6,4...7,8

             Очевидно, что при наличии в размерной цепи небольшого количества  размеров  определение   предела разбега величины ЗР  не представляет значительных сложностей.

             Однако, на практике при проектировании технически сложных  конструкций и систем размерные цепи могут включать десятки  размеров, некоторые из которых, в свою очередь, определяются , как  замыкающие размеры из других размерных цепей, а это серьезно  усложняет и увеличивает  трудоемкость  создания конструкторско-технологической документации.

            Мой многолетний опыт работы в аэрокосмическом агрегатном ОКБ позволяет утверждать, что, в среднем, до 20% времени, отведенного на создание конструкторской документации нового образца техники, приходится на  выполнение  работ по оценке правильности выбранных размеров по результатам расчетов размерных цепей и корректировке   размеров на рабочих чертежах  под  заданные Заказчиком продукции специфические требования (допустимые рабочие хода клапанов  и золотников, мембран, сильфонов и иных  запорных органов и чувствительных элементов;  регламентируемые зазоры  в различных сочленениях и сопряжениях регулирующих органов и исполнительных звеньях и многое другое). Иными словами расчет размерных цепей спроектированного изделия позволяет скорректировать значения  размеров или перезадать размеры в рабочих чертежах, а также  назначить более рациональные допуски и посадки на размеры для обеспечения соответствия  конструкции предъявляемым к изделию специфическим требованиям.

            В советское время  считалось дурным тоном,  если конструктор не владел в совершенстве  ЕСКД и  приложениями к нему в виде различных  конструкторско-технологических навыков  проектирования образцов новой техники,  одним из которых является умение грамотно использовать расчеты размерных цепей  для корректировки  размеров  в чертежах деталей проектируемого изделия под заданные Заказчиком тактико-технические требования.

            В настоящее время инженер, не владеющий этими навыками становится  «маленьким винтиком» компьютерной программы,  и он прячется за выдаваемые компьютером расчеты, будучи не в состоянии  грамотно объяснить  выдаваемые компьютером варианты решения… и, как творческая личность,  ничего не может привнести нового  в создание новых образцов техники, выходящих за пределы параметров, заложенных в компьютерные программы. Этим он отличается от креативных людей с  хорошо поставленными навыками работы по созданию конструкторско-технологической документации, в том числе и на этапе эскизного проектирования, когда только создается будущий «остов» конструкции для последующего подключения к компьютерному обеспечению…

           Поэтому всегда надо помнить, что инструмент, даже самый совершенный, в том числе и  компьютер, всего лишь инструмент, к которому следует приложить  знания, в том числе и по инженерной графике.

           Примечание. За 15 минут до окончания  занятия  студентам, поделенных на две группы,   было предложено самостоятельно  за 10 минут решить   по 2 задачи (одна по рисунку 1, а другая по рисунку 2)  из представленных ниже 4 задач  по определению величины  замыкающего размера ЗР:

           а)   по рисунку 1: 

           1. Р1=75_-0,3;  Р2= 25_-0,2;  Р3=30±0,1     Ответ: ЗР= 19,6...20,3

           2. Р1=74_-0,4;  Р2=24_-0,3;   Р3=28±0,1      Ответ: ЗР=21,5...22,4

           б)    по рисунку 2:

           3. Р1=57±0,4;  Р2=28±0,3; Р3=10±0,1; Р4=8±0,2  Ответ: ЗР=10...11,1

           4.  Р1=56±0,2;  Р2=27±0,2; Р3=8±0,2;  Р4=8±0,1   Ответ: ЗР=12,3...13,5

              В конце занятия  определяются  студенты-победители, - правильно и быстрее других решившие  указанные задачи.