Реферат: Основы конструирования

Осевая жесткость привода оказывает влияние на виброустойчивость. Чтобы исключить резонансные явления, собственную частоту колебаний механической части привода f = (3...3,5) f1 , где f1 – частота импульсов, вырабатываемых системой измерения перемещений.

Для крупных станков f1 = 10...15 Гц

для средних и малых f1 = 15...25 Гц.

Исходя из условия f = (3...3,5) f1 ,потребная жесткость механической части привода

j = 4 * 10–6 * p2 * f2 * m (Н/мкм) , где

m – масса узлов механической части привода (ходового винта, исполнительного узла и установленных на нём приспособлений, заготовки), кг.

Жесткость шарико-винтового механизма (с предварительным натягом и возвратом шариков через вкладыши при r1/r2=0,96) :

где Кd = 0,3...0,5 – коэффициент учитывающий погрешности изготовления резьбы гайки , а также жесткость стыков винтового механизма;

U – число витков резьбы в гайке;

d0 – номинальный диаметр винта , мм;

р – шаг резьбы , мм;

 , Н – допустимая сила натяга, отне–

сённая к одному шарику , где Кz = 0,7...0,8 – коэффициент учитывающий погрешности изготовления резьбы винта ; Z1 – рабочее число шариков в одном винте; a – угол контакта шариков с винтом и гайкой; b – угол подъёма резьбы.

Наименьшая жесткость ходового винта зависит от способа установки его на опорах.

	M
				L1

, H/м , где–наибольшее расстояние от опоры винта до середины гайки, м; d0 ,н; E–модуль упругости материала винта, МПа.

¬–одностороннее закрепление;

­–с дополнительной опорой.

®  

Приближенное значение жесткости опор винта

j0=ed0 , H/мкм , где е=5,10,10 соответственно д/РУ ,шариковых и роликовых опор.

d0 –гарантирует осевую жесткость привода

 Лекция   15. "Основы конструирования"

            Основы художественного конструирования.                               

До сих пор мы говорили об инженерном конструировании :

Инженер–конструктор обеспечивает взаимодействие узлов и деталей машины, её высокие эксплуатационные характеристики , максимальный  КПД минимальную материалоёмкость ( при оптимальной прочности и жёсткости ) и высокий уровень технологичности .

Художественное конструирование ( design )  возникло в среде инженерного конструирования в связи с развитием массового производства  изделий , непосредственно  предназначенных для использования  человеком , а также в связи с общим повышением потребительских  требований к качеству промышленных изделий .

Иначе говоря , промышленные изделия , прошедшие  Художественно–конструкторскую разработку должны быть полезными и красивыми .

Поэтому художник–конструктор обеспечивает ,– зрительную целостность формы изделия, – правильное выражение  в форме изделия  его назначения и способа его эксплуатации , – соответствие (соразмерность ) изделия человеку , – отражение в форме изделия признаков господствующего в настоящий момент стиля  в формообразовании изделий данного вида .

Художественное конструирование – комплексная междисциплинарная конструкторско– художественная деятельность , интегрирующая в себе элементы естественно–научных , технических , гуманитарных  знаний , инженерного конструирования и художественного мышления .

Центральная проблема Дизайна – создание предметного мира , эстетически оцениваемого как «соразмерный» , «гармоничный» , «целостный» .

Дизайнер создаёт такие продукты и орудия труда , которые сами получают способность «по–человечески  относиться к человеку» , т.е. обладают эстетической ценностью .

Конструирование ( проектирование ) промышленного изделия лишь тогда приводит к желаемому результату , когда конструктор , технолог и дизайнер работают в тесном творческом контакте и когда каждый из них хорошо понимает задачу другого и её значение .

Цель изучения Основы Художественного Конструирования – получение минимальных теоретических  знаний в области дизайна .

Мы рассмотрим  такие вопросы :

элементы инженерной психологии и эргономики ;

основы композиции и цветоведения ;

элементы промышленной эстетики .

Техническая эстетика – теория дизайна , изучающая особенности художественной деятельности в сфере техники . Эта отрасль общей эстетики обобщает практику массового изготовления орудий труда (станков , машин ) и других предметов , сочетающих в себе утилитарные (практически полезные ) и эстетические качества , т.е. – законы красоты , действующие в промышленном производстве .

* é Эстетика ( общая) – наука об [ национально , классово ,] исторически  обусловленной сущности общечеловеческих ценностей , их создании , восприятии , оценки и освоении . Это– философская наука о наиболее общих принципах освоения мира по законам красоты .... º  û             

º теория искусства .

Инженерная психология – отрасль психологии , изучающая закономерности процессов информационного взаимодействия человека и техники .Данные этой науки используются для проектирования , производства и эксплуатации систем «человек– машина» и систем «человек–машина–среда».

Эргономика ( от греческого ergon – работа и nomos – закон ) – научная дисциплина , комплексно изучающая человека ( группу людей ) в конкретных условиях его (их) трудовой деятельности с использованием технических средств . Цель Эргономики – оптимизация предметного содержания , орудий , условий и процессов труда , повышение  привлекательности и удовлетворенности трудом .

Промышленная эстетика ( искусство ) – весь предметный мир , создаваемый человеком средствами промышленной техники по законам красоты и функциональности .

Элементы Промышленной эстетики :

промышленный интерьер ;

промышленная графика ( товарные и фирменные знаки ) ; реклама; тара и упаковка .

Система  « Человек – машина » [ «Человек–машина–среда»] .

Человек ( человек– оператор ) занимает основное место в управлении созданной им техникой . Технические средства помогают человеку усиливать его возможности с точки зрения физической силы , скорости действия Є производительности труда .

Ведущий принцип организации взаимодействия в системе « Человек–Машина » – ориентация на человека , как субъекта труда и творчества , с целью наиболее полного и рационального использования его интеллектуального и творческого потенциала . Т.О–М.– средство поддержания профессиональной деятельности человека : « Машина – для человека , а– не человек для машины !!! » .

NB ║  Научная и практическая задача организации систем «Человек–Машина–(Среда)» состоит в рациональном распределении и согласовании функций между Человеком и Машиной при сохранении ответственности за Человека !

Эту задачу решает Инженерная психология . При этом Человек–Оператор рассматривается в первую очередь не как звено системы , а именно как живого человека , обладающего такими свойствами , как :

восприятие ;

внимание    ;

скорость реакции ;

память , мышление , потребность в общении ;

емкость и долговременность ;

образность и гибкость оперативного мышления и т.д.

В инженерной психологии рассматривают :

сенсорный вход ( органы чувств , или рецепторы человека ) и моторный выход (двигательный или эффекторный аппарат человека) Человека–Оператора ;

процессы переработки информации и задачи управления машинами     ( объектом ) ;

нормальные и критические условия жизнедеятельности Человека–Оператора  ( физиологический или материальный ) .

é Человек  Þ     индуктивное мышление

   Машина Þ     дедуктивные действия    û

По этим  аспектам мы рассмотрим  лишь некоторые рекомендации , которые могут оказаться полезными при конструировании пультов управления , приборных панелей , конструкторско–инженерных устройств и т.п.

При художественном конструировании применяются схемы взаимосвязей :

простая  :  Человек–Объект

«Треугольник взаимосвязей» : Человек–Система управления–Объект     ( среда ) ;

Ч–О  : Оператор  станка  ЧПУ ;

СУ    : Блок ЭЧПУ ;

О       : Станок  .

1 –  получение Ч–О  от СУ разнообразной выходной информации в виде сигналов от приборов ( отсчётные , световые , звуковые ) .

2 –  формирование человеком сигналов управления в виде действий по настройке , регулирования , управления станком .

3 –  непосредственное воздействие объекта ( среды ) на  Ч–О : расположение элементов блока управления  должно соответствовать психофизиологическим возможностям .

4 –  воздействие человека на объект (среду) : работа со станком требует не только определённых знаний и навыков ,но  и «совместимости» параметров объекта с человеком ( с учётом «помех» ) .

5 –  воздействие СУ на объект ( среду ) : система ЧПУ станка может иметь определённые геометрические размеры ( что не всегда позволяет разместить её в станке ) .

6 –  воздействие О(С) на СУ : СЧПУ должна нормально работать в условиях вибрации , загрязнённой атмосферы цеха , и других нежелательных воздействий .

Системный подход .

Чтобы упростить сложные процессы анализа работы Человека–Оператора в системах взаимосвязей  применяют частотные модели поведения Человека–Оператора .

Чаще всего Человек–Оператор выступает в роли «машины» по приёму и выработке информации .

W –   воздействие внешней среды .

Y = F ( X , W ) .

Основные рецепторы  ( органы чувств ) :

Р 1 – зрение ;

Р 2 – слух     ;

Р 3 – осязание ;

Рпр. – (тактильные) : обоняние ,вкус ,равновесие (вестибулярный аппарат ) .

Основные эффекторы (формируют сигналы управления ) :

Э 1 – пальцы рук (кисть) (точные , но менее сильные ) ;

Э 2 – ноги ( менее точные , но более сильные ) ;

Эпр. – звуковые команды ( речь ) , биоэлектрические потенциалы,  параметры физиологической активности ( t°, потоотделение , частота пульса и др. )

В соответствии с органами чувств на деятельность человека оказывают влияние (W) :

освещённость и цвет среды ;

шум , атмосферное давление ;

характер поверхностей , с которой имеется контакт ;

наличие запахов и токсичных веществ ;

рабочая поза , t°C и влажность ( термолабильность ) .

Для оптимизации связи Человека–Оператора с Оборудованием

необходимо знать :

какое количество информации Человек– Оператор может принять , передать или переработать в единицу времени : «Пропускная» способность и предельные скорости различных реакций ;

какова точность восприятия и выдачи различных сигналов : время «задержки» (обработки) сигналов ;

какова надёжность работы Человека–Оператора : способность противостоять W .

При этом вопросы необходимо решать путём «подгонки» параметров объекта конструирования под способности и возможности человека , а не наоборот .

Т.к. приём и переработка информации – процессы познавательные (ощущение – восприятие – представление ® мышление ) , которые сформировались в течение тысячелетий эволюции человека .

«Прибором» человека , с помощью которого он воспринимает или формирует сигналы , являются анализаторы : Рецептор + Нервные пути – центр в коре больших полушарий .

Рецепторный аппарат тесно связан с эффекторным (двигательным ) аппаратом .

Если рассмотреть Схему прохождения сигнала по контуру управления : Человек–Оператор « Объект , можно выделить 9 характерных стадий ( звеньев ) :

¬     восприятие показаний ( сигналов ) ;

Á преобразование показаний индикатора в форму удобную для сравнения с программой работы ®    ;

¯  принятие решения об изменении программы работы ;

      °  воздействие на органы управления объектом ;

      ±  перемещение рабочих элементов регуляторов ;

² реакция объекта  на воздействие ;

Ç работа объекта по новой программе  ;

´ отображение нового режима работы на индикаторах .

Основная характеристика этого процесса – скорость обращения сигнала по контуру управления , кроме того ,– погрешностями и надёжностью звеньев ; скоростью обработки информации в них .

Скорость обращения сигналов по контуру управления определяется временем полного цикла регулирования :

Т =  Т0 + ТМ  ,

где Т0 – время задержки сигнала оператором ( стадии 1...5 ) ; ТМ – время задержки сигнала объектом ( стадии 6...9 ) .

! Всегда Т0 >> ТМ  . Т0 – определяется следующими компонентами :

анализаторами и длительностью латентного периода ( время от момента появления сигнала среднего уровня до ответа на него действием ) :

│  ?лп (за) = 0,15 .... 0,22 с

│  ?лп (са) = 0,12 .... 0,18 с

│  ?лп (та) = 0,09 .... 0,22 с

│   ?лп (общ) =0,31 ....0,39 с

Кроме того , необходимо учесть количество индикаторов и органов управления.

?з ? 10 секунд.

А также темп работы оператора ( бит  с )  :

оптимально 0,5.....5 бит с  ( < 0,5 – «засыпает» , > 5 – «перегружен»). 

Таким образом скорость обработки сигнала оператором зависит от  :

характера информации ( знакомая 30...45 бс ; незнакомая ) ;

конструкции индикатора ( шкала, светофор , звук ) ;

характера считывания информации  (команда , осведомление , ситуация ) ;

различимость сигнала  (сигнал должен превышать фон в 3....5 раз).

Основные  требования к конструкции индикаторов .

Индикаторы обеспечивают Человеку–оператору приём сигналов управления .

Основной аппарат приёма – органы чувств , являющиеся частью анализаторов.

При работе с объектами управления Человеке–оператор обычно использует только три вида анализаторов : зрительный (визуальный ) , слуховой  (аудиальный) и осязательный  (тактильный ) .

Особенности этих анализаторов человека (физиологические ) представляют определённые требования к конструкции индикаторов .

Зрительный анализатор , основной элемент которого – глаз , очень сложная система : 7 млн.   колбочек и 130 млн. палочек .

Палочки обеспечивают высокую разрешающую способность при ДО и цветовое зрение.

Колбочки– сумеречное зрение и чёрно–белое зрение .

Различают бино– и монокулярное зрение ( поле зрения ). Самая узкая область различения цвета – зелёная , самая широкая – жёлтая (даже дальтоники) .

Некоторые характеристики глаза нелинейные , если шкала используется на расстоянии до 500 мм от глаз , то пропорционально увеличения шкала на расстоянии 5 м даст в 10 раз большую погрешность .

Среднее время наведения двух глаз в одну точку – около 0,17 секунд , различение площадей двух фигур – до 2 %  ; разрешающая способность по углу –  3°.... 12°, по яркости – 2 % .

Эти параметры обеспечиваются при наблюдении в течении > 0,5 с. Время адаптации глаза к изменению освещённости – от 5 до 30.....40 мин.

Визуальные индикаторы могут иметь вид :

светофоров ;

счётчиков ;

шкал и  светопланов  .

Светофоры – сигнальная лампочка , табло или светящаяся кнопка (клавиша) : наличие или отсутствие сигнала .

Все цвета , кроме синего ! = Различимость .

Счётчики – самые точные отчетные устройства . Но их недостаток – они не могут показывать направления и скорость изменения параметра . Темп подачи сигналов , лишняя информация : нули слева .

Шкалы – по форме , подвижности . Основные требования – различимость  делений и знаков.

Светопланы – электронно–лучевые трубки , люми– и газоразрядные индикаторы , жидко–кристальные индикаторы (ЖКИ) и светоизлучающие диоды (СИД), выполняемые часто в виде комбинированных дисплеев .

Для облегчения работы рекомендуется использовать мнемосхемы .

Например , проекция на лобовое стекло в летательных аппаратов .

Слуховой анализатор , основной элемент которого – ухо , воспринимает звуковые колебания простые (чистые тона ) и сложные (речь , музыка ) в широком диапазоне частот и уровней сигнала ( 20.....2000 Гц  , 0,002 Нм2 ...... 100 Нм2 ) .

Слух обеспечивает стереоэффект  (~ 0..... 120 Дб) , биноуральный слух имеет незначительную разрешающую способность по углам , но обеспечивает приём сигналов из любой точки сферы , в центре которой Человек–оператор .

Основные рекомендации по акустическим индикаторам :

tзвучания сигнала ? 0,3.....0,5 с . ;

если используется несколько АС угол между ними должен быть 15....20°(без поворота головы) или 3.....4° (при возможности повернуть голову на источник звука ) ;

учитывать  биноуральность слуха и эффекты адаптации ;

наличие шума ( мешающих сигналов ) ,  модуляцию сигнала .

Тактильный (осязательный) анализатор – даёт возможность на ощупь определять характерные формы органов управления и облегчать или ускорять процесс управления .

Тактильные индикаторы – различимые на ощупь : рукоятки , кнопки , тумблеры .

Для лучшей различимости – размеры должны различаться между собой ? 20 % .

NB : когда органы управления рядом – но результат воздействия разный : цвет и форма !

На основании сказанного рекомендуется (общие рекомендации) :

использовать зрительные анализаторы – для решения задачи само ориентации  ; снятия искажений с много шкальных приборов ; сравнения быстро следующих друг за другом сигналов ; наблюдения за источником информации и получения точной количественной информации ; оценки движения . Лучшая различимость – у дискретных сигналов  ;

использовать слуховые анализаторы – для обеспечения индивидуальной одноканальной связи ; передачи кратких сообщений ; сигнализации о завершении ряда следующих друг за другом операций; для дублирующих сигналов. Для различимости– один уровень , но разная частота ;

использовать тактильные анализаторы– для тех случаев , когда зрение или слух заняты ; когда требуются подтверждающие сигналы или когда формируются простые команды управления.

Конкретно , смотреть  Вудсон  У. , и другие  « Справочник по инженерной психологии для инженеров и художников–конструкторов .      « Москва  , «Мир» , 1968 год .

Основные характеристики рабочей среды .

Характер физической и нервно–психологической нагрузки делят на четыре категории :

    ¬  лёгкая (комфортная ) рабочая среда ;

­ средняя ( относительно дискомфортная ) рабочая среда ;

® тяжёлая ( экстремальная ) рабочая среда ;

¯ очень тяжёлая (сверхэкстремальная ) рабочая среда .

смотри сборник стандартов безопасности труда (ССБТ) ® «Техника безопасности и охрана труда»; «Основы безопасности жизнедеятельности» .

Формирование сигналов управления – осуществляется регуляторами с применением эффекторного аппарата Человека–оператора .

Можно сказать , что в этом случае возможно  два режима работы : Человек–инструмент  (источник сигнала ) и Человек–машина (источник энергии ) .

При выборе или конструировании регуляторов необходимо соблюдать два основных правила :

нельзя пренебрегать двигательными навыками человека. В противном случае затрудняется процесс управления  ;

для достижения максимального эффекта управления , усилия , прилагаемые человеком к  регуляторам , должны соответствовать характеру действия регулятора .

По конструкции  все регуляторы можно разделить на :

нажимные  ( кнопки , клавиши , педали ). Для кнопок : чем реже используется и чем меньше прилагаемое тем меньше диаметр поверхности нажатия – вогнутая , для облегчения фиксации пальца .

движковые ( ручельные ) – это устройства управления простыми переключателями , которые ( как и нажимные ) должны иметь два чётко фиксируемых крайних положения  ( нежелательное исключение – трёх позиционные ) .

рычажные – головки тумблеров и качающихся рычагов : должны иметь чётко различимый угол отклонения и размеры ( форму ) головки для захвата пальцами или всей рукой .

вращательные – разнообразные ручки  управления с плавным или

дискретным движением рабочего элемента .

Рукоятки управления могут быть тактильными индикаторами , что даёт возможность определять характерные формы рукояток и облегчать или ускорять процесс управления.

Замечание .  Большое влияние на точность и темп работы Человека– оператора оказывает степень обученности , натренированности  и профессиональной  пригодности  ; необходимость и желание выполнять поставленную задачу .

Для обеспечения универсальности обслуживания объектов операторами с различными  параметрами  должен соблюдаться принцип максимальной стабильности характеристик объекта.

Поэтому индикаторы и органы управления группируются на панелях Панели управления (прибора) по их функциональному применению .

¬ Наиболее важные и часто используемые индикаторы и органы управления размещают в оптимальной зоне ;

­ аварийные – в легкодоступных местах вне  оптимальной зоне ;

          ®    второстепенные , периодически используемые – вне оптимальной зоны , руководствуясь правилами группировки и взаимосвязи между ними .

Последние правила состоят в следующем :

1.    При групповом размещении индикаторов для контрольного считывания :

 ¬ при наличии в группе шести и более индикаторов – их располагают  в виде двух параллельных рядов   (вертикальных или горизонтальных ) ;

 ­     не делать более  пяти – шести разрядов ;

               ®    при наличии 25–30 и более индикаторов комплектовать их в 2–3 зрительно различимые группы . Лицевые поверхности индикаторов следует располагать перпендикулярно к линии взора оператора , находящегося в рабочей позе .

2.      При размещении органов управления :

¬ органы управления необходимо располагать  в зоне досягаемости (Человек–оператор  не должен менять рабочую позу , и не требуется перекрещивать руки (ноги ) или закрывать рукой при включении индикатор ). Важные и часто используемые – в зоне лёгкой досягаемости .

­ органы управления необходимо располагать  в последовательности , соответствующей последовательности действий (например, включения (выключения )) , и группироваться таким образом , чтобы действия оператора осуществлялись  слева–направо и  сверху– вниз .

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8