Механизм - редуктор

Зуб вращающегося ведущего колеса заставляет ведомое колесо повернуться на некоторый  угол, после чего в зацепление входит  следующая пара зубьев. Таким образом ведомое колесо приводится в непрерывное вращение.

3.2.2 Основные элементы системы и характер связей между ними

Редуктор состоит из корпуса 3, в котором смонтированы подшипниковые узлы, служащие опорами валов редуктора. Концы входных и выходных валов, выступающие из редуктора (хвостовики) служат для закрепления на них полумуфт, шкивов и др. деталей. Корпус закрыт крышкой. В верхней части крышки имеется закрываемое смотровой крышкой отверстие, предназначенное для осмотра внутренней части редуктора и заливки масла. При сборке редуктора крышка прикрепляется к корпусу болтами.

Простая модель ТС:

1. Быстроходный вал
2. Тихоходный вал
3. Корпус
4. Крышка

Классификация элементов:

• Гомогенный элемент – элемент, однотипный с другими (примеры: шарики в шарикоподшипнике).
• Гетерогенный элемент – элемент, разнотипный с другими (зубчатое колесо и вал в редукторе).
• Программный элемент – элемент, действующий по жесткой программе (зубчатое колесо).
• Адаптивный элемент – элемент, обладающий возможностью приспособления (подшипник).
• Постоянный элемент – элемент, отличающийся относительно длительным временем существования (зубчатое колесо, вал, корпус).
• Элемент настоящего – элемент, характерный для настоящего времени существования системы (большинство элементов технических систем).
• Основной элемент – элемент, играющий определяющую роль в системе (зубчатая передача).
• Неосновной элемент – элемент, играющий второстепенную роль в системе (болтовое соединение, смотровое окно, подставка).
• Определенный элемент – элемент, оказывающий определенное воздействие на систему (зубчатая передача, электродвигатель).

Связь - реальный физический (вещественный или полевой) канал для передачи Э (энергии), В (вещества), И (информации).

Главное условие работы связи - "разность потенциалов" между  элементами, то есть градиент поля или  вещества. При градиенте возникает  движущая сила, вызывающая поток Э  или В:

• градиент температуры - поток теплоты (теплопроводность),
• градиент концентрации - поток вещества (диффузия),
• градиент скорости - поток импульса,
• градиент электрического поля - электрический ток,

а также градиенты  давления, магнитного поля, плотности  и т.д.

Связи в системе могут быть:

• функционально необходимые - для выполнения ГПФ,
• вспомогательные - увеличивающие надежность,
• вредные, лишние, избыточные.

Элементарные:

• односторонняя (ведущий и ведомый валы),
• рефлексивная (крутящий момент на входном валу),
• положительная (увеличивающая мощность при увеличении "разности потенциалов – передача крутящего момента)
• проектируемая (желаемая – передача крутящего момента).

Увеличение степени  организации системы прямо зависит  от числа связей между элементами:

1. включение элементов системы в связи с надсистемами,
2. задействование более низких уровней организации подсистемы или вещества.

При увеличении числа  связей на один элемент, увеличивается  количество полезно работающих свойств  элементов.

3.2.3 Характеристика структуры технической системы по классификационным признакам

 

1. По положения в иерархии – система,
2. По связи с реальным окружением – открытая (имеет вход и выход),
3. По изменению состояния – статическая, т.к. состояние во времени не изменяется, если и изменяется то ничтожно мало,
4. По характеру функционирования – детерминирования, т.к в зависимости, от состояния можно однозначно судить о функционировании,
5. По типу элементов – конкретная, т.к. элементы системы реальные,
6. По происхождению – искусственная, т.к. создана человеком,
7. По характеру зависимости выхода – секвентивная, т.к. выход зависит от входа,
8. По степени сложности – простая,
9. По типу элементов – типа «объект», т.к. все элементы системы являются объектами. 
   

3.2.4  Описание формирования структуры и ее формы

 

Структура системы – это совокупность устойчивых отношений между элементами системы, которые обеспечивают целостность системы и тождественность самой себе.

Характеристики структуры

• объём – количество элементов, включённых в структуру,
• общее количество отношений между элементами,
• частота отношений, т.е. количество отношений, приходящихся на один элемент и определяющих интенсивность взаимодействия элементов,
• количество внутренних отношений, которые определяют внутреннее устройство системы,
• количество внешних отношений, характеризующих взаимодействие системы со средой, ее открытость,
• оперативность – способность быстро реагировать на изменение обстановки и внешнее воздействие в соответствии с целевым назначением,
• живучесть – способность сохранять значение других показателей при разрушении части структуры.

Формирование структуры - основа синтеза системы.  
Некоторые принципы формирования структуры:

• принцип функциональности,
• принцип причинности,
• принцип полноты частей,
• принцип дополнительности.

Каждое событие в  ТС имеет одну (или несколько) причин и само является причиной последующих событий. Все начинается с причины, поэтому важный момент - обеспечение "запуска" (включения) причины. Для этого необходимо наличие следующих условий:

• обеспечить внешние условия, не препятствующие проявлению действия,
• обеспечить внутренние условия, при которых осуществляется событие (действие),
• обеспечить извне повод, толчок для "запуска" действия.

Главное требование к  структуре - минимальные потери энергии  и однозначность действия (исключение ошибки), то есть хорошая энергетическая проводимость и надежность причинно-следственной цепочки.

Принцип дополнительности заключается в особом способе соединения элементов при включении их в систему. Элементы должны быть не только согласованы по форме и свойствам (для того, чтобы иметь принципиальную возможность взаимного соединения), но и дополнять друг друга, взаимно усиливаться, складывать полезные свойства и взаимно нейтрализовать вредные. Это основной механизм возникновения системного эффекта (качества).

Форма - это внешнее  проявление структуры ТС, а структура - внутреннее содержание формы. Эти  два понятия тесно взаимосвязаны. В технической системе может  преобладать одно из них и диктовать  условия воплощения другой (например, форма крыла самолета обуславливает его структуру). Логика построения структуры в основном определяется внутренними принципами и функциями системы. Форма в большинстве случаев зависит от требований надсистемы.

Основные требования к форме:

• функциональные (форма зуба),
• эргономические (удобство расположения, цвет),
• технологические (простота и удобство изготовления, обработки, транспортировки),
• эксплуатационные (срок службы, прочность, стойкость, удобство ремонта). 

3.3 Организация

 

Организация возникает  одновременно со структурой. В сущности, организация это алгоритм совместного функционирования элементов системы в пространстве и времени.

Организация возникает, когда между элементами возникают  объективно закономерные, согласованные, устойчивые во времени связи (отношения). При этом одни свойства (качества) элемента выдвигаются на первый план (работают, реализуются, усиливаются), а другие ограничиваются, гасятся, маскируются.

Главное условие возникновения  организации - связи между элементами и/или их свойствами должны превышать  по мощности (силе) связи с несистемными элементами.

Сложность организации  характеризуется числом и разнообразием  элементов, числом и разнообразием  связей, числом уровней иерархии.

При развертывании на полезно-функциональных подсистемах, отрабатываются принципы организации (условия взаимодействия, связи и функции), затем организация переходит на микроуровень (функция подсистемы выполняется веществом).

К факторам, нарушающим организацию относятся три группы вредных воздействий:

• внешние (надсистема, природа, человек),
• внутренние (форсирование или случайное взаимоусиление вредных свойств)
• энтропийные (саморазрушение элементов из-за конечности срока жизни).

Внешние факторы разрушают  связи, если их мощность превышает мощность внутрисистемных связей.

Внутренние факторы изначально есть в системе, но с течением времени из-за нарушений в структуре их количество увеличивается.

Примеры энтропийных  факторов: износ частей (вынос из системы части вещества), перерождение связей (ржавчина).

 

3.3.1 Характеристика связей между элементами системы и их количество на один элемент

 

• Ненаправленное отношение (физическое сопряжение подшипника и корпуса, отношения включения в иерархической структуре технической системы).
• Одностороннее отношение (передача механического вращательного движения от шестерни к зубчатому колесу).
• Неравноправные отношения (ведущий и ведомый вал).
• Непрерывное отношение (примеры: физическое сопряжение подшипника и корпуса, шестерни и зубчатого колеса).
• Прерывистое (дискретное) отношение (переход на другую шестерню).
• Внутреннее отношение – отношение между элементами системы (передача механического вращательного движения от шестерни к зубчатому колесу).
• Внешнее отношение – отношение между элементом системы и окружением.
• Входное отношение (передача механического вращательного движения от электродвигателя к входному валу редуктора).
• Выходное отношение (передача механической энергии на выходе).

 

3.3.2 Надсистема и подсистемы исследуемой системы

 

Надсистемой для системы «редуктор» выступает система, в привод которой включен редуктор, например система «станок» или «гидропривод», подсистемой является например «узел подшипника», или крепеж «болт-шайба-гайка».

3.4 Системный эффект или системное качество

Все элементы в системе  и сама система в целом обладают рядом свойств:

1. Структурно-вещественные: свойства вещества, определяемые его составом, видом компонентов, физическими особенностями (вода, воздух, сталь, бетон).
2. Структурно-полевые: например, вес является неотъемлемым свойством любого элемента, магнитные свойства, цвет.
3. Функциональные: специализированные свойства, которые могут быть получены из разных вещественно-полевых сочетаний, лишь бы они обладали требуемой функцией; например, теплоизоляционные маты.
4. Системные: совокупные (интегральные) свойства; в отличие от свойств 1-3 они не равны свойствам элементов, входящих в систему; эти свойства "вдруг" возникают при образовании системы; такая неожиданная прибавка - главный выигрыш при синтезе новой ТС.

Правильнее различать  два вида системных прибавок:

• системный эффект - непропорционально большое усиление (уменьшение) свойств, имеющихся у элементов,
• системное качество - появление нового свойства (надсвойства - вектора имеющихся свойств), которого не было ни у одного из элементов до включения их в систему.

Чтобы точнее определить системный эффект (качество) данной ТС можно воспользоваться простым  приемом: надо разделить систему  на составные элементы и посмотреть, какое качество (какой эффект) исчезло.

Если разделить систему «редуктор» на составные части, даже если убрать некоторые детали (узел подшипника, любой из валов, зубчатый венец) система перестанет выполнять необходимую функцию.

Если например, убрать одну или несколько деталей крепежа, то система не перестает выполнять свою функцию, но ее работа становится нестабильной и небезопасной. 

4 Анализ объекта исследования на основе применения законов развития технических систем

1. Управление технической системой и ее частями

Одно из важных свойств  организации - возможность управления, то есть изменения или поддержания состояния элементов в процессе функционирования системы. Управление идет по специальным связям и представляет собой последовательность команд во времени. Управление по отклонению величины является наиболее распространенным и достоверным способом.