Особенности структурирования курсового проекта по дисциплине "Основы конструирования приборов"

Конструкторская подготовка в области приборостроения – это сложный вид инженерно-психологической деятельности, направленной на решение инженерных задач проектирования, организации труда творческого коллектива, взаимосвязи различных отраслей производства [1].

Опыт преподавания дисциплины «Основы конструирования приборов» показывает, что курсовой проект – это первая самостоятельная работа, выполняемая студентами, позволяющая сформировать профессиональное мышление.

Руководство курсовым проектированием в значительной мере определяет степень теоретической подготовки, компетентности, навыков, полученных по дисциплинам учебного плана направлению подготовки «Системы управления движением летательных аппаратов» влияющим на процесс конструирования

Работодателям требуются специалисты, которые должны быть конкурентоспособные, коммуникабельные, готовые быстро учиться, повышать свою квалификацию. Студент должен иметь определенный набор сформированных компетенций в зависимости от направления подготовки.

Профессиональное мышление специалиста инженерного профиля выражается в способности анализировать, планировать, оптимизировать, модернизировать процесс конструирования. Это позволяет внести изменения в производственный процесс, следовательно, предусмотреть изменение технологии производства не только отдельных деталей, но и всего разрабатываемого узла, максимально использовать компьютерные технологии при создании конструкторской документации.

Основная задача курсового проектирования по дисциплине «Основы конструирования приборов» – разработка электропривода, выполнение расчетнографических задач, создание нормативной документации в соответствии с ГОСТ Р 50369-92 «Электроприводы. Термины и определения».

Электропривод. Электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и меха- нических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса [2].

Объектом проектирования являются электроприводы с различными исполнительными механизмами: электродвигатель; сборочные единицы (например, муфты); детали (например, валы, зубчатые колеса, направляющие, корпусные детали) и т.п.

Цель проектирования – приобретение навыков принятия самостоятельных решений, изучение типовых деталей и узлов, являющихся общими для приборов различного назначения.

В соответствии с учебным планом студентом выполнятся расчетная часть, которая состоит из следующих этапов: выбора электродвигателя; кинематического и силового расчета привода; расчета передач привода; проверочных расчетов валов; выбора подшипников (опор); расчета и подбора конструктивных размеров зубчатых колес; корпуса редуктора и т.д. Рассматриваются вопросы сборочных операций изделия, например, определение характера посадок; регулирование зубчатых элементов в соединение от перекосов; установки предохранительных элементов.

По полученным расчетам выполняется эскизный проект приборного устройства в соответствии с ГОСТ 2.119-2013 «Эскизный проект».

Эскизный проект разрабатывают с целью установления принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений изделия, дающих общее представление о принципе работы и (или) устройстве изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта или рабочей документации [3].

В техническом задании курсового проекта предусмотрен комплект чертежей, который необходимо выполнить студенту: чертеж общего вида; сборочный чертеж; габаритный и монтажный чертежи; черте- жи сборочных единиц приборного устройства; рабочие чертежи деталей и т.п.

В соответствии с ГОСТ 2.102-2013 «Виды и комплектность конструкторских документов» в современном проектировании широко используется понятие – электронных моделей изделий:

– электронная модель детали (ЭМД) – документ, содержащий электронную геометрическую модель детали и требования к ее изготовлению и контролю. В зависимости от стадии разработки он включает в себя предельные отклонения размеров, шероховатости поверхностей и др. [4];

– электронная модель сборочной единицы (ЭМСЕ) – документ, содержащий электронную геометрическую модель сборочной единицы, соответствующие электронные геометрические модели составных частей, свойства, характеристики и другие данные, необходимые для сборки (изготовления) и контроля. К электронным моделям сборочных единиц также относят электронные модели для выполнения гидромонтажа и пневмомонтажа [4];

– электронная структура изделия и т.д.

Документы одного вида и наименования, независимо от формы выполнения, являются равноправными и взаимозаменяемыми, т.е. устанавливается равноправный статус двух форм конструкторской документации: бумажной и электронной.

В соответствии с ГОСТ 2.125-2008 «Правила выполнения эскизных конструкторских документов. Общие положения» предусмотрена возможность выполнения эскизных конструкторских документов как в бумажном, так и в электронном виде.

В соответствии с ГОСТ 2.111-68 «Нормоконтроль» определяются правила проведения нормоконтроля в условиях выпуска бумажных и (или) электронных документов автоматизированным способом. При создании электронных моделей в соответствии с требованиями стандарта проверяется полнота и соответствие также графических документов, получаемых в виде чертежей: чертеж детали, сборочный чертеж, чертеж общего вида, габаритный чертеж и т.п.

При выполнении эскизного проектирования электропривода ставится задача со- здания компактного малогабаритного приборного устройства, включающего электродвигатель и редуктор. Отдельно рассматривается вопрос крепления к основному изделию. Цель: определение габаритных размеров электропривода; простота сборочных операций; удобство в эксплуатации.

Эскизное проектирование – творческий процесс, позволяющий рассматривать многовариантность решения поставленной задачи. Использование компьютерных технологий помогает студенту выбрать наиболее рациональное конструктивное решение.

В качестве эскизного проекта можно рассматривать создание объемной модели в электронных графических редакторах: AutoCAD, Inventor, КОМПАС и др. [5].

В ГОСТ 2.102-2013 дается определение электронной модели сборочной единицы, которое можно отнести и к разрабатываемому электроприводу, т.к. данное приборное устройство является составной частью изделия.

Электронная модель сборочной единицы – документ, содержащий электронную геометрическую модель сборочной единицы, соответствующие электронные геометрические модели составных частей, свойства, характеристики и другие данные, необходимые для сборки (изготовления) и контроля. К электронным моделям сборочных единиц также относят электронные модели для выполнения гидромонтажа и пневмомонтажа [4].

Виды, комплектность, выполнение конструкторской документации в бумажном и электронном формате устанавливается заданием на курсовое проектирование.

Количество чертежей – определяется в соответствии с рабочей программой дисциплины. Однако, чертежу общего вида не всегда уделяется достаточного внимания в учебном процессе. Это объясняется тем, что очень часто чертеж общего вида заменяют электронной моделью.

В данной работе рассмотрим особенность выполнения данного чертежа. В соответствии с ГОСТ 2.102-2013 чертеж общего вида – документ, определяющий конструкцию изделия, взаимодействие его составных частей и поясняющий принцип работы изделия [4].

Важно понять, что переход на электронный документооборот нисколько не снижает значения чертежа общего вида, которому следует уделять больше внимание при выполнении курсового проекта.

Электронная модель, выполненная с помощью графического редактора, позволяет увидеть виртуальное изображение, имитационное воспроизведение конкретных свойств или составных частей электропривода. Полученное приборное устройство посредство 3D-принтера можно получить в материальном виде.

Наиболее полным документом, отображающим графическую и текстовую информацию, является чертеж общего вида.

Чертеж общего вида выполняется с помощью графического редактора, затем распечатывается на принтере в бумажном варианте в соответствии с требованиями Единой системой конструкторской документации.

С чертежом общего вида, как правило, работает группа инженеров-разработчиков, конструкторов, технологов. Чертеж общего вида служит основанием для разработки полной конструкторской документации приборного устройства, поэтому в него закладывается максимальное количество информации, что дает четкое однозначное представление об изделии на стадии технического проекта.

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Основы конструирования приборов» на чертеже общего вида выполняются ключевые моменты разрабатываемого электропривода:

– изображения электропривода: виды, разрезы, сечения;

– текстовая часть и надписи, необходимые для понимания конструктивного устройства, взаимодействия его составных частей и принципа работы привода;

– дополнительные наименования, обозначения составных частей, для которых необходимо указать данные технические характеристики, количество деталей, материал, принцип работы, пояснения отдельных изображений чертежа, описания принципа работы и др.;

– размеры габаритные, межосевые, присоединительные, установочные и дополнительные (размеры для справок), наносимые на изображения для пояснения о функционале привода;

– для группы размеров (например, присоединительные) указываются предельные отклонения, обозначение которых наносится в соответствии с ГОСТ 2.307-68 «Нанесение размеров и предельных отклонений»;

– для группы размеров (например, межосевые) указывается погрешность на межосевое расстояние, полученная по результатам расчета;

– технические характеристики привода, необходимые для последующей разработки рабочих чертежей;

– технические требования привода, позволяющие дополнительно выделить отдельные элементы разрабатываемой конструкции (например, о применении определенных покрытий; методов сварки; требования, обеспечивающие необходимое качество изделия; дополнительные технические требования «винты ставить на эмаль красного цвета» и т.п.);

– указываются номера позиций деталей на линиях выноски;

– формируется таблица составных частей на отдельных листах формата А4 в соответствии с ГОСТ 2.106-2019 «Правила выполнения эксплуатационных документов», ГОСТ 2.055-2014 «Электронная спецификация. Общие положения», ГОСТ 2.053-2013 «Электронная структура изделия. Общие положения».

Таблица составных частей генерируется в электронном виде и представляет собой «электронную структуру изделия (ЭСИ)».

ЭСИ – электронный конструкторский документ (КД), содержащий описание изделия (сборочной единицы, комплекта или комплекса), иерархические отношения между его составными частями и другие данные в зависимости от его назначения [6].

На основе данных ЭСИ могут быть сформированы текстовые документы на изделие и его составной части (изделия) (как правило, содержащие текст, разбитый на графы). Номенклатура формируемых видов документов определяется по ГОСТ 2.102-2013. При необходимости допускается формировать другие виды документов [6].

Допускается на чертеже общего вида выполнять упрощения, предусмотренными стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Например, заимствованные изделия, изображают с упрощениями – в виде контурных очертаний, если при этом обеспечено понимание конструктивного устройства.

На чертежах допускается не показывать:

– фаски, скругления, проточки, углубления, выступы, накатки, насечки, оплетки и другие мелкие элементы;

– крышки, щиты, кожухи, перегородки и т.п., если необходимо показать закрытые ими составные части изделия. При этом над изображением делают соответствующую надпись, например, «Крышка не показана»;

– надписи на табличках, фирменных планках, шкалах и других подобных деталях, изображая только их контуры;

– детали, расположенные за винтовой пружиной, обозначенной лишь сечениями витков, изображают до зоны, условно закрывающей эти детали и определяемой осевыми линиями сечений витков;

– сварное, паяное, клееное изделие – указывают место соединения по ЕСКД.

Чертеж общего вида в бумажном варианте выполняется на формате А1 по ГОСТ 2.301-68 «Форматы». При необходимости допускается выполнение чертежа общего вида на формате А0 или на двух листах формата А1.

Основной задачей чертежа общего вида электропривода является создание конструкторского документа по расчетам выполненным студентом. Это исходный документ, по которому выполняются все остальные чертежи курсового проекта.

По чертежу общего вида возможно не только понять принципы работы всего приборного устройства, но и выяснить назначение каждой составной части, каждой детали, продумать возможную технологию изготовления элементов конструкции. Без этого чертежа невозможно гра- мотно назначить размеры; параметры шероховатости поверхностей, т.к. эти параметры зависят от требуемой точности из- готовления и пр.

Поставленная задача в значительной степени решается в процессе проектирования, когда на основе исследований, анализа прототипов и расчетов, выбирается материал для изготовления деталей; определяются наиболее рациональные технологические их формы; назначается экономически целесообразная точность; решаются вопросы унификации и экономичности. Возникает необходимость предусматривать защиту устройств от внешних механических, химических и других воздействий, обеспечивать резервирование, ремонтопригодность и т.п. [7]

Отдельно отметим постановку задачи «чтения чертежа общего вида». Чтение чертежа общего вида – это процесс определения принципа работы электропривода по выполненному: чертежу общего вида; техническим требованиям и характеристикам; таблице составных частей.

Основные моменты работы с чертежом общего вида:

– определить наименование изделия и масштаб изображения, которые указаны в основной надписи;

– по описанию определить принцип работы привода;

– по таблице составных частей выяснить обозначение и наименование каждой детали; материал, из которого она изготовлена; количество деталей;

– проанализировать виды, разрезы, сечения, выполненные на чертеже общего вида [9];

– прочитать и осмыслить технические требования, технические характеристики, конструктивные размеры;

– установить способы соединения деталей между собой и особенности их взаимодействия;

– последовательно для каждой детали, входящей в сборочную единицу, выяснить ее геометрические формы и размеры;

– определить порядок и особенности сборки и разборки привода;

– понять с какой точностью выполняются отдельные сборочные операции, к каким последствиям может привести неточность сборочных операций и выполнения отдельных деталей.

В результате вышесказанного прослеживается взаимосвязь между электронной моделью электропривода и выполнением чертежа общего вида в бумажном формате. В результате выполнения курсового проекта студент получает навыки:

– понимания принципов работы современных информационных технологий и использования их для решения инженерных задач профессиональной деятельности;

– разрабатывать нормативнотехническую документацию, связанную с профессиональной деятельностью;

– формулировать задачи и цели проектирования приборов и систем, выбирать критерии и показатели проектирования, с использованием для их решения методов изучаемых наук, технического задания.