При применении длинных пружин необходимо конструктивно уменьшить свободную длину пружины (б и в) или разделить длинную на несколько коротких пружин 1 (г). В последнем случае при той же жесткости габариты несколько увеличиваются из-за введения дополнительных опорных витков и разделительных втулок 2. Габариты сборочной единицы 1 пружиной сжатия могут быть уменьшены последовательным (а) и параллельным (б) соединением пружин. Соосные пружины (б) следует выполнять с различным направлением навивки, чтобы предупредить попадание витков пружины 1 между витками пружины 2. В нашем случае, для обеспечения устойчивости пружины выбираем варинт д).
5 Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA).
5.1 Анализ видов и последствий возможных отказов узла крепления зеркала Анализ функций узла крепления зеркала Главная функция: Преобразование движения штанг 02 и 03 в перемещение луча свет по фотобумаге 09.
Таблица 5.1 Анализ функций узла крепления зеркала Обозначение Функциональные элементы (детали) Функция (подфункция) Обеспечиваемая функция 01 Корпус (основание) 1.1Воспринимает усилия от штанг 02, 03 и передает их на основание V3;
1.2 Обеспечивает взаимную ориентацию зеркала 04 (по средствам опоры 06) и штанги 02 0.
0 02 Штанга 2.1 Передает поступательное движение от коромысла 05 на микровинт 06 Х 03 Штанга 3.1 Передает поступательное движение от консольной пружины 07 на микровинт 05;
Х.
04 Зеркало 4.1 Отражает луч света от источник 08 на фотобумагу 09.
Х.
05 Микровинт 5.1 Передает движение от штанги 02 на зеркало 04;
06 Пружина 6.1 Обеспечивает силовое замыкание микровинта 05 и штанги 02 0 07 Консольная пружина 7.1 Обеспечивает развиваемое стендом усилие, передает движение на штангу 03 0 08 Источник света 8.1 Направляет луч света на зеркало 04 0 09 Фотобумага 9.1 Воспринимает луч света от зеркала 04 и фиксирует перемещения штанг 02 и 03 0.
Таблица 5.2 Матрица отбора элементов узла крепления зеркала по критериям применения.
№ Критерии применения Детали 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1 Потенциальная угроза 3 9 9 3 3 3 3 3 3 2 Высокие затраты при отказе 3 9 9 3 3 3 1 1 1 3 Функционально важная деталь 1 9 9 1 9 3 1 3 3 4 Взаимозависимые детали 1 9 9 1 3 3 1 1 1 5 Показатель приоритета абсолютный 8 36 36 8 18 12 6 8 8 6 Показатель приоритета относительный 0,05 0,25 0,25 0,007 0,12 0,08 0,04 0,05 0,05 7 Производительный анализ FMEA нет да да нет нет да нет нет нет.
Таблица 5.3 FMEA узла крепления зеркала.
№ Последствия отказа Kn Меры по обнаружению Kн Причины Меры по предупреждению Ko Kp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Элемент 02. Функция 2.
1. 1 Передача поступательного движения от коромысла 05 на микровинт 06 1 Поломка механизма Возможное заедание при движении штанги 03 и его поломка 9 Возможно выявление с помощью периодических проверок 4 Выкрашивание контактной поверхности корпуса (из-за высокой твердости или дефектов материала) Жесткий контроль тех. процесса термообработки (закалки) 4 144 Элемент 03. Функция 3.
1. Передача поступательного движения от консольной пружины 07 на микровинт 05;
Поломка механизма Возможное заедание при движении штанги 03 и его поломка 9 Возможно выявление с помощью периодических проверок 4 Выкрашивание контактной поверхности корпуса (из-за высокой твердости или дефектов материала) Жесткий контроль тех. процесса термообработки (закалки) 4 144 Элемент 06. Функция 6.
1. Обеспечение силового замыкания микровинта 05 и штанги 02 1 Поломка пружины Искажение показаний датчика (сбой в работе) 6 — 10 Усталость пружины Периодический контроль 6 360.
Анализ функций штанги Главная функция: Передает поступательное движение от коромысла 05 на микровинт 06.
1) Закалка на твердость выше HRC 45- преждевременный износ, выкрашивание рабочей поверхности;
Закалка на твердость ниже HRC 45- преждевременный износ, в результате быстрого истирания поверхности.
2) Ǿ4h7 выполнение размера с выходом за верхнее предельное отклонениевозможное последствие: заедание в корпусе (возможная поломка);
Ǿ4h7 выполнение размера несколько ниже нижних границ данного допускаслишком большой люфт, отклонение оси штанги от проектного и, как следствие, преждевременный износ;
5.2 Анализ функций пружинного узла Главная функция: возврат коромысла 05 в исходное положение на корпусе 01.
Таблица 5.4 Анализ функций узла пружины Обозначение Функциональные элементы (детали) Функция (подфункция) Обеспечиваемая функция 01 Корпус 1.1 Воспринимает усилие от пружины 02 и коромысла 03 и предает их на основание V3 Х.
02 Пружина 2.1 Воспринимает нагрузку от коромысла 03 и передает его на корпус 01; 0.
03 Коромысло 3.1 Сжимает пружину 02 0 04 Ось 4.1Обеспечивает качение коромысла 03 относительно корпуса 01 0 05 Винт 5.1 Предотвращает выпадение пружины 02 из промежутка между корпусом 01 и коромыслом 03 0.
Таблица 5.5 Матрица отбора элементов пружинного узла по критериям применения.
№ п/п Критерии применения Детали 01 02 03 04 05 1 Потенциальная угроза 9 3 3 3 1 2 Высокие затраты при отказе 9 1 1 1 1 3 Функционально важная деталь 9 3 1 1 1 4 Взаимозависимые детали 9 3 1 1 1 5 Показатель приоритета абсолютный 36 10 6 6 4 6 Показатель приоритета относительный 0,6 0,13 0,1 0,1 0,06 7 Производительный анализ FMEA Таблица 5.6 FMEА толкателя в сборе.
№/n Последствия отказа Kn Меры по обнаружению Kн Причины Меры по предупреждению Ko Kp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Элемент 02. Функция 2.
1. Воспринимает нагрузку от коромысла 03 и передает его на корпус 01; 1 Отсутствие силового замыкания неработоспособное состояние 5.
;
пружина вышла из строя. ужесточить контроль за тех. процессом изготовления пружины. 4.
5.3 Расчет пружины Расчет пружины сжатия ведем на максимальную (конечную) допускаемую нагрузку Рк (см. рисунок 5.1).
Максимально допустимая нагрузка рассчитывается по формуле.
(5.1).
где d — диаметр проволоки, мм;
Dср — средний диаметр пружины, мм;
[τ] - допускаемое касательное напряжение, МПа;
К — коэффициент, учитывающий кривизну витка и влияние поперечной силы;
Коэффициент К в формулах определяется из зависимости.
(5.2).
где С = Dср / d — индекс пружины.
Рисунок 5.1 Схема к расчету пружины сжатия Рассчитаем максимально допустимую нагрузку для пружины сжатия с Dср = 18 мм и d = 1 мм. Допустимое касательное напряжение для пружинной стали с d = 1 мм [τ] = 800 МПа.
Максимально допустимая нагрузка для данной пружины составляет 14,5 кН.
Допускаемое сжатие одного витка определяется из равенства работ внешней силы и момента кручения, действующего в сечении пружины, и определяется по формуле:
(5.3).
где G = 80 МПа — модуль сдвига для стали;
6 Расчет размерной цепи с определением размеров замыкающего звена механической части стенда.
Рассмотрим размерную цепи узла крепления зеркала.
Рисунок 6.1 Схема размерной цепи.
;
;
;
;
;
;
Число увеличивающих звеньев, ;
Число уменьшающих звеньев, .
Определяется приближенное значение единицы допуска.
=1,56.
= 0,9.
= 1,56.
= 2,52.
= 2,52 + 0,9 + 1,56 + 1,56 = 6,54.
Число единиц допуска находится по формуле:
где — допуск, мкм.
= = 30,58 мкм Квалитет 7. Далее по ГОСТ 25 346–89, таблица 6, находятся допуски для размеров …
=30мкм.
=46мкм.
= 21мкм.
= 25 мкм.
= 18мкм.
= 140 мкм Правильность решения прямой задачи проверяется так: величина допуска замыкающего (исходного) звена не должна превышать заданный допуск.
140 < 200 — задача решена верно.
По результатам расчёта заполняется сводная таблица Таблица 6.1 Результаты расчета размерной цепи.
№ звена Передаточное отношение.
Номинальный размер, мм № квалитета Допуск.
.
мкм Верхнее отклоне -ние, мм Нижнее отклоне -ние, мм 1 -1 80 7 30 +0,015 -0,015 2 +1 219 7 46 +0,023 -0,023 3 -1 40 7 21 +0,011 -0,011 4 -1 55 7 25 +0,012 -0,012 5 -1 14 7 18 +0,09 -0,09.
7 Разработка маршрутного технологического процесса изготовления вставки.
1. Установить заготовку.
2. Операция: токарная Оборудование: токарно-винторезной станок.
— Точить поверхность.
— Точить Ø8±0,035 поверхность;
— Точить Ø89±0,035 поверхность;
— Нарезать наружную резьбу М8.
3. Сверлильная.
— Сверлить отверстие Ø4±0,150.
4. Снятие заготовки.
Заключение
.
В данной работе был рассмотрен микростенд для кратковременных статических испытаний материалов, охарактеризован метод микроиспытаний, описана конструкция микростенда, выбраны конструктивные схемы пружинного узла и узла крепления зеркала. По данному микростенду определены индексы МПК и проведен патентный анализ в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента). Это в свою очередь позволило определить конструктивные недостатки известных стендов. Так же был проведен анализ видов и последствий возможных отказов по методу Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) узла крепления зеркала и пружинного узла. Далее, был спроектирован микростенд с модернизированными узлами. Также была рассмотрена размерная цепь и определен размер замыкающего звена механической части стенда (штанговый механизм привода зеркала).
На основе сказанного выше, можно сделать вывод о том, что поставленная цель — модернизация конструкции микромашины для кратковременных статических испытаний Шевенара, достигнута путем решения поставленных задач.
1 В. И. Анурьев. Справочник конструктора машиностроителя: В 3 т. Т.1−3. — М.: Машиностроение, 2011. — 864с.
2 Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн./ Под ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1982.
3 Машины для испытания материалов на трение и износ/Л.М. Геллер, В. С. Голубков, Б. Л. Смушнович, Н.И. Кусков-М.: УНИИ ТЭИ Приборостроение.
2010.
54с.
4 Михин Н. М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука, 1977.
212с.
5 Мур Д. Основы и применение трибоники.М.:Мир.
1978.
487с.
6 Попов С. А., Тимофеев Г. А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин.М.:Наука, 2007.
272с.
7 Постников В. С. Физика и химия твердого состояния М.: Металлургия, 1978.
544с.
8 Проектирование контрольно-измерительной и испытательной техники: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2010. 162с.
9 Проектирование контрольноизмерительной и испытательного и технологического оборудования: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2011. 107с.
10 Разработка критериев оценки машин для моделирования трения и износа/А.В. Чичинадзе, Э. Д. Браун, Б. Л. Смушнович, Н.А. СмирноваВ кН.: Трение и износ фрикционных материалов.М.:Наука, 2007.
с.125−130.
11 Смушнович Б. Л. Исследование трения при периодическом движении образца.
В кН.: Решение задач тепловой динамики и моделирование трения и износа.М.: Наука, 2008, с.140−144.
12 ГОСТ 51 901.
12 — 2007.
Метод анализа видов и последствий отказов. — М.: Стандартинформ, 2008 — 40с.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись.
Дата.
Лист.
