Оценка уровня технологичности электромеханических устройств.

 

Технологичность конструкции изделия (ТКИ) - совокупность свойств, определяющих возможность достижения минимальных затрат средств, труда, материалов и времени при технологической подготовке производства, эксплуатации и ремонте изделий по сравнению с однотипными конструкциями того же назначения, при заданном уровне качества и принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта.

Различают технологичность следующих видов.

1. Производственную.

2. Эксплуатационную.

3. Ремонтную.

Технологичность понятие относительное и может рассматриваться только к конкретным условиям изготовления. Одно и то же изделие, изготовленное одним и тем же способом, может быть технологично для одного вида производства (единичного), малотехнологичным для другого (серийного) и не технологичным для третьего (массового). Технологичность одного и того же изделия различна для различных заводов с различными производственными возможностями.

Конструкция, удовлетворяющая заданным требованиям, называется технологичной, а работы направленные на повышение технологичности конструкции изделия, называются отработкой конструкции на технологичность (ОКТ). Отработка конструкции на технологичность начинается на стадии технического задания (ТЗ), а потом проводиться на всех этапах производства изделия, поэтому обеспечение повышения технологичности конструкции требует комплексного подхода к оценке и оптимизации затрат во всех указанных сферах.

Рассмотрим два метода оценки технологичности: качественный и количественный.

Качественный метод основан на справочных данных и опыте технолога, предшествует количественному методу.

Количественный метод основан на математических вычислениях.

Основные показатели количественного метода.

1. Удельная трудоёмкость изготовления изделия (t_и).

2. Удельная себестоимость (Ст).

Другие показатели количественного метода.

1. Показатели преемственности и конструктивности решения.

Коэффициент унификации изделия

 

,

где E_y - унифицированные единицы;

D_y - унифицированные детали;

E - общие единицы;

D - общие детали .

 

,

где E _з - заимствованные единицы;

Е_п- покупные единицы;

Е_ст- стандартные единицы.

Аналогично D_y .

1.2 Коэффициент стандартизации изделия

 

.

 

1.3 Коэффициент применения типовых технологических процессов

 

,

где N _ТТП- число типовых технологических процессов;

N _общ- общее число технологических процессов.

2. Показатели материалоемкости изделия.

Коэффициент использования материала

 

,

где Мизд- масса изделия.

М_мат- масса материала затраченного на изготовление изделия.

Основные технологические резервы повышения коэффициента использования материала заключается в повышении точности технологического процесса (литья, штамповки и т.д.), но это отрицательно сказывается на себестоимости.

         C

(стоимость)

 

        Сmin

                                                                     Копт            1             Kим

 

Нисходящая ветвь обусловлена снижением затрат на материалы и механическую обработку. Восходящая ветвь обусловлена увеличением стоимости оснастки производства.

 Удельная материалоемкость изделия.

,

где М_изд- масса изделия;

P- основной параметр (например мощность).

Коэффициент применяемости материалов.

,

где M_i- суммарная масса материала;

М_изд- масса изделия.

3. Показатели трудоёмкости.

 Уровень технологичности по трудоёмкости.

Уровень технологичности по трудоёмкости определяется отношением достигнутой трудоёмкости и её базовым значением, которое задано в техническом задании.

 

,

где    и выражается числом нормочасов, затраченных на производство изделия;

Т_сбор- трудоёмкость сборки;

Т_исп- трудоёмкость испытания.

 Удельная трудоёмкость

 

,

где Т- трудоёмкость.

Р- основной параметр(например мощность).

 Коэффициент эффективности взаимозаменяемости

 

,

где Т_сб- трудоёмкость сборки;

Т_пр- трудоёмкость пригонки.

4. Показатели себестоимости.

Технологическая себестоимость.

Технологическая себестоимость - совокупность затрат при осуществлении процесса изготовления изделия.

С_т=С_м+С_з+С_у,

 

где С_м- затраты на материалы;

С_з- затраты на зарплату;

С_у- цеховые затраты.

Для расчёта на технологичность используют следующую формулу:

 

 ,

где С_ут=С_м+С_з+С_о – удельные текущие затраты (в рублях за штуку);

С_о- затраты на эксплуатацию и содержание оборудования;

N- планируемый выпуск изделия;

Е- суммарные единовременные затраты, связанные с формообразованием и отработкой изделия.

 

 

Коэффициент точности обработки

 

,

 

где Аср - средний квалитет, характеризующий степень точности обработки и определяемый величиной допуска размера

        С

(себестоимость)

 

 

                                           0                                                               ∆Т

                         

Коэффициент шероховатости поверхности

 

,

где В_ср- среднее значение шероховатости поверхности.

 

                      

        С

(себестоимость)

 

                         0                                                              Rz                           

где Rz - высота микронеровностей – шероховатость.

Себестоимость подготовки изделия к функционированию (С_пф).

Себестоимость профилактического обслуживания и ремонта (С_ор).

Трудоёмкость заготовительных работ (Т_зр).

Трудоёмкость процесса изготовления по видам работ (Т_и).

Трудоёмкость подготовки к функционированию (Т_пф).

Трудоёмкость обслуживания, профилактики и ремонта (Т_ор).

Коэффициент эффективности взаимозаменяемости (К_вз).

Коэффициент сборности изделия (К_сб).

Коэффициент повторяемости составных частей изделия (К_псч).

Коэффициент повторяемости конструктивных элементов (К_пкэ).

 

 

17. Расчет размерных цепей.

 

После выбора основной концепции изделия, предварительного, а затем и окончательного выбора размеров встает вопрос о возможности сборки этого изделия с необходимой точностью, т.е. вопрос о назначении реальных, экономически обоснованных допусков на все размеры. Разработанные методы расчета размерных цепей позволяют определить оптимальные экономически обоснованные допуски. Составление цепи и сам расчет являются необходимым этапом при проектировании устройств электромеханики любой точности.

Размерная цепь – сумма частных размеров изделия, образующих замкнутый контур и непосредственно влияющих на его изготовление или сборку. В этом контуре, составленном из размеров детали или узла, величина и допуск любого размера зависят от значения величины и точности остальных. Размеры, входящие в размерную цепь, называются звеньями. Звеньями размерной цепи могут быть линейные, угловые размеры, зазоры, натяги, отклонения и расположение поверхностей. В каждой размерной цепи есть замыкающее звено и несколько составляющих звеньев. К замыкающему звену предъявляются основные требования точности изготовления и сборки. Составляющие звенья размерной цепи по отношению к замыкающему звену делят на увеличивающие и уменьшающие.

Увеличивающие – если они увеличиваются, то замыкающее звено увеличивается (помечаются стрелкой, направленной вправо).

Уменьшающие – если они увеличиваются, то замыкающее звено уменьшается (помечаются стрелкой, направленной влево).

Основное или замыкающее звено обозначают А_D.

Размерные цепи классифицируют по возможному расположению звеньев:

1. Линейные;

2. Угловые;

3. Плоские;

4. Пространственные.

 

Размерные цепи классифицируют по месту в изделии:

1. Подетальное расположение – размерная цепь определяет точность относительного положения поверхности или оси относительно одной детали.

2. Сборочное расположение – размерная цепь определяет точность относительного положения поверхностей или осей деталей, входящих в сборочную единицу.

 

Линейная размерная цепь – это размерная цепь, звеньями которой являются линейные размеры. Звенья должны быть параллельными друг другу.

Угловая размерная цепь – это размерная цепь, звеньями которой являются угловые размеры.

Плоская размерная цепь – это размерная цепь, звенья которой расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях.

Пространственная размерная цепь – это размерная цепь, звенья которой расположены в не параллельных плоскостях.

Стараются привести все размерные цепи к линейным цепям.

При расчетах размерной цепи могут решаться либо прямая, либо обратная задачи. На стадии проектирования решается прямая задача: Известен номинальный размер замыкающего звена А_D, допуск Т_А, верхнее и нижнее отклонения Е_S, E_I (по ним определяются: номинальный размер А, допуск T_АJ, координаты середины полей допуска Е_C(A_j) или предельные отклонения E_SJ(A), E_IJ(A) для всех составляющих размерной цепи).

 

A_D, T_A, E_S, E_I – >A, T_Aj, E_C(A_j), E_SJ(A), E_IJ(A).

 

При проверочных расчетах размерных цепей решают обратную задачу: по известным номинальным размерам составляющих звеньев необходимо найти номинальный размер замыкающего звена, его допуск и отклонения или координаты середины поля допуска номинального размера замыкающего звена.

 

Есть несколько методов решения этих задач. Они делятся на следующие.

1. Методы неполной взаимозаменяемости – обычно теоретико-вероятностный метод. Он позволяет расширить границы допусков размеров, что уменьшает себестоимость. Однако появляется риск того, что у части деталей не будет обеспечена требуемая точность замыкающего звена. Такой метод заранее закладывает определенный % брака. Используется, как правило, при большом числе звеньев.

2. Методы полной взаимозаменяемости.

 

18. Методы расчетов допуска при проектировании.

 

1. Метод попыток.

 

Допуски размеров деталей назначаются на основе производственного опыта. Рассчитывают допуск замыкающего звена и сравнивают его с заданным. Он должен быть ≤ заданному TA_∆. если условие не выполняется, то корректируют допуски других размеров TА_j или повторяют расчетные цепи. Такой метод используют при единичном или мелкосерийном производстве.

Условие TА_∆расч≤ TА_{∆задан}.

 

2. Методы неполной взаимозаменяемости.

 

Такие методы нашли применение при большом числе звеньев в цепи. Это вероятностные методы расчета. Среди них:

 

    1.метод равных допусков.

    2.Метод равного квалитета.

    3.Метод пропорционального влияния.

    4.метод максимального числа единиц допуска.

 

Какой из методов выбрать зависит от информации, которую мы знаем об объекте. Все вероятностные методы неполной взаимозаменяемости основываются на суммировании принятых допусков, что позволяет рассчитывать допуски на все составляющие звенья цепи.

 

определяет число единиц точности (квалитет)

 

t_∆ - коэффициент, который зависит от принятой вероятности риска выхода величины за пределы допуска.

 

Pиск%	32	10	4.5	1.0	0.27	0.1	0.01
t∆	1	1.65	2	2.57	3	3.29	3.89

 

Коэффициент формы кривых, характеризует закон распределения производственных погрешностей звеньев.

а) λ²=1/3 если ничего не известно о распределении погрешностей тогда можно принять закон равной вероятности

 

б) λ²=1/6 если закон распределения ближе к закону Симпсона

 

в) λ²=1/9 если нормальный закон распределения (Гаусса)

 

 

1. Метод групповой взаимозаменяемости.

 

Принимается при селективной сборке. Требуемая точность замыкающего звена достигается за счет предварительной сортировки на группы, составляющие звенья и включение в р.ц. звеньев, имеющих определенные номера групп.

К этому методу прибегают, когда технически невозможно обеспечить требуемые допуски о составляющих звеньев.

Число групп сортировки

 

 

n- округляется до ближайшего круглого значения.

 

Получаем групповые допуски TA^ср

 

Для сборки подбираем звенья с такими номерами групп, чтобы обеспечить заданное требование.

 

2. Метод компенсирующего звена

 

В нем точность замыкающего звена достигается регулированием одного из ранее выбранных размеров. Этот размер называется компенсатором.

Метод подразделяется на:

 

1) метод регулирования

 

2) метод пригонки

 

 

1) Метод регулирования: необходимо создать такую конструкцию, один из элементов которой может регулироваться. Роль компенсатора выполняет специальное звено, выполненное в виде прокладки, регулирующего упора, клина или резьбовых деталей.

 

 

V_K - наиболее вероятное расчетное отношение, выходящее за границы поля допуска замыкающего звена и подлежащее компенсации.

 

Неподвижные компенсаторы чаще всего выполняются в виде промежуточных колец, либо наборов прокладок, толщина каждой прокладки допуска номинального размера,  

 

S < TA_Δ

 

S - может быть увеличена.

Обычно используют несколько прокладок

 

N – количество прокладок

 

  с округлением до ближайшего наименьшего значения.

 

Достоинства: метод позволяет исправить деталь в процессе эксплуатации.

 

2) Метод пригонки.

 

Точность достигается дополнительной обработкой детали при сборке

 

 

Наиболее возможная величина компенсации.

 

Для создания на компенсирующее звено необходимого для пригонки слоя материала координаты середины допуска Ec(Aк) вводятся дополнительная поправка ΔAн

 

- координата середины производственного поля допуска

- координата середины поля допуска замыкающего звена

 

Недостатки: трудность.

Применяют в мелкосерийном производстве.

 

 

19 Методы полной взаимозаменяемости.

19.1 Метод равного квалитета.

 

           Метод равного квалитета характеризуется тем, что на все размеры размерной цепи заранее обозначены допуски одного квалитета. Необходимый квалитет определяется по величине допуска исходного размера.

 

, где

 

D_j – номинальное значение j-го размера (в миллиметрах);

a_j – число единиц допуска.

 

Если заменить D_j на соответствующие размеры в цепи, то тогда

 

.

 

Обозначение допуска

1Т5

1Т6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Значение допуска

7i

10i

16i

25i

40i

64i

100i

160i

250i

400i

640i

103i

 

.

 

, где

 

m – число звеньев цепи.

 

Допуск на замыкающее звено.

 

;

 

, где

 

 – коэффициент точности (количество единиц допусков) данной размерной цепи. По нему определяется приблизительное значение квалитета составляющих данной детали. Сумма допусков, составляющих размерную цепь должна совпадать с соответствующими значениями.

           На производстве допускается отклонение этих величин друг от друга на 5 - 6 процентов, если проведённые расчёты и действия не дают решения задачи, то, в качестве исключения, допускается задать отклонения на все звенья в цепи, кроме одного, и, следовательно, надо выбирать в качестве такого звена самое простое по выполнению.

 

19.2 Метод равных допусков.

     

Метод рекомендуется для предварительного назначения допусков, составляющие размеров, с последующей их коррекцией, или в тех
размерных цепях, где составляющие размеров имеют один порядок и могут быть получены приблизительно с одинаковой точностью.

 

19.3  Метод максимума и минимума.

 

Применяется при индивидуальном или мелкосерийном производстве.

     

При использовании методов полной взаимозаменяемости можно добиться точностью замыкающего звена, либо сокращением самого числа звеньев размерной цепи.

 

20. Проверочные расчёты размерных цепей.

 

Это обратная задача, решаемая после коррекции допуска. Используются как методы полной, так и неполной взаимозаменяемости.

 

Пример 1.

 

    Определить величину зазора между лобовой частью обмотки статора и корпусом электродвигателя. Гарантированная величина зазора должна быть не менее 2-х миллиметров.

 

	Номинальный размер	Верхнее отклонение (мм)	Нижнее отклонение (мм)
Лобовая часть А	4.4 мм	0.3	0.3
Сердечник В	25.5 мм	0.03	0.07
Корпус С	32.5 мм	0.1	0.1

 

Величины определяются по сборочному чертежу, по нему же определяются звенья размерной цепи.

 

По чертежу необходимо построить размерную цепь.

По этой размерной цепи вычисляют номинальную величину искомого размера Х, а также его минимальную и максимальную величину.

 

 

 

 

По величине допуска определятся квалитет.

Пример 2.

Дано: используется метод равных квалитетов по известному количественному значению ЭД определить допуски и отклонения на эти размеры, если известны предельные значения замыкающего звена.

         +1,17

АΔ=6  мм.

         -0,13

 

Аном, мм	i, мкм	ТА, мкм	Ai, мм (принятая)
А1=19 А2=180 А3=19 А4=5 А5=32 А6=165 А7=32	1,31 2,52 1,31 0,73 1,56 2,52 1,56 Si=11.51	131 252+149 131 73 156 252 156 STA=1300	19-0.131 180-0.401 19-0.131 5-0.073 32-0.156 165 +0.122/-0.13 32-0.156

 

               ТА

аср =  ——                     

               Si

 

              ТА     1170+130       

аср =  —— = —————— = 113 => 11 квалитет         

               Si               11,51

В столбце допуски для 11-го квалитета (100i)

1300-1151=149

Для сборки машины необходимо, что бы ТАΔ = STA  .

В примере ТАΔ первоначально была меньше => необходимо увеличить один из допусков, например, А2, на эти 149 мкм. После получим Аi (принятое).

                                                  → ←

Т. к. замыкающее звено АΔ=( А – А ), то АΔ=( (А5+А6+А7) — (А1+А2+А3+А4) )

Аmax=7.17 мм.

Аmin=5.87 мм.

Предельное отклонение: Еs (АΔ) = +1170 мкм.

                                      Еi (АΔ) = -130 мкм.

Далее назначаем отклонения всех составляющих размеров в “ – ” , так как все они являются охватываемыми размерами. Один размер необходимо оставить с положительным и с отрицательным (А6) отклонением.

 

Определим отклонение А6.

Es(A6) = Ts(AΔ) - STАi = 1170 – (1151+149-252) = 122 мкм.

                               (кроме 6)

 

Еi(A6) = -130 мкм.

ТА6 = 252 мкм.  (122+130)

ТАΔ = 1300 мкм.

STаi = 131+401+130+73+156+256+252+156 = 1300 мкм.

 

 

21. Эксплуатационная надёжность электромеханических устройств.

 

Надежность- способность выполнять требуемые функции в течение заданного срока.

Надежность складывается из следующих факторов:

    1) долговечность;

    2) безотказность действия;

    3) безаварийность;

    4) стабильность действия;

    5) выносливость;

    6) малый объем операций по обслуживанию и уходу;

  7) неприхотливость к уходу;

    8) живучесть;

9) устранимость повреждений (сохранение ремонтоспособности);

    10) большие межремонтные сроки и малый объем ремонтных работ

Из-за многообразия параметров, определяющих надежность, установить единый критерий надежности очень трудно. Поэтому чаще всего при определении надежности исходят из понятия отказа устройства.

Надежность электромеханических устройств можно характеризовать либо частотой отказов, либо длительностью бесперебойной работы между отказами, а так же закономерностью частоты отказов за срок службы (Тсл), степенью тяжести отказов и стоимостью работ для их восстановления.

Отказы:

1) легкие (мелкие неисправности, устранимые на производстве);

2) средние (требуют достаточно продолжительной остановки устройства и проверки с использованием ремонтной службы);

3) тяжелые (затрагивают жизненно важные органы, следовательно, требуют либо замены, либо его капитального ремонта);

По происхождению различные отказы вызваны:

1) конструкционными дефектами;

2) техническими дефектами;

3) неправильной эксплуатации;

4) случайные;

Под неправильной эксплуатацией понимают небрежный уход, нарушение правил эксплуатации, перегрузки, ошибки в управлении, несоблюдение техники безопасности.

Большинство неисправностей, вызванных неправильной эксплуатацией, относятся к нарушению конструкций, либо к нарушению изготовления. В правильной конструкции должна быть предотвращена возможность перегрузок, исключена возможность не правильного включения, сведено к минимуму влияния качества ухода на работоспособность агрегата.

Теория надежности во многом совпадает с теорией долговечности, она опирается на методы вероятности и математической статистики, а ее выводы формируются в виде вероятностных соотношений, следовательно, теория надежности должна прогнозировать отказы, что позволяет добиться устранения слабых мест конструкции, и повысить надежность в целом.

 

22. Пути повышения надёжности.      

 

Надежность машины в первую очередь определяется прочностью и жесткостью конструкции. Рациональными способами повышение прочности без увеличения массы является применение выгодных профилей и форм и максимальное использование прочности материалов, а так же равномерная нагрузка всех элементов конструкции. Для повышения жесткости используется правильный выбор схемы, нагружения, рациональная расстановка опор и придание конструкции жестких форм.

Наилучшее конструктивно- техническое решение для устройства наземной эксплуатации - полностью автономное устройство с автоматической системой смазки, не требующее наблюдения и ухода.

Еще одним видом повышения надежности является дублирование устройств, в которых чаше всего возможны неисправности. Большую роль играет автоматическая защита от случайных или преднамеренных перегрузок с предохраняющими устройствами, вступающими в действие только при перегрузке. Целесообразна полная автономность управления, т.е. превращение устройства в самообслуживающийся, саморегулирующийся и самонастраивающийся на оптимальный режим работы агрегат.

 

23. Доводка машины в эксплуатацию.

  

Чтобы создать надежную и долговечную систему, необходимо тщательно изучить её опыт эксплуатации.

Работа конструкторских бюро (КБ) и др. организаций не должна заканчиваться испытанием опытного образца и сдачей образца потребителем. Доводка машины начинается только после ввода её в эксплуатацию, т.к. эксплуатационная проверка позволяет лучше всего обнаружить и устранить слабые места машины, конструкции и технологии. Наглядные недостатки в системе выявляются при ремонте, поэтому необходима тесная связь проектировщиков, конструкторов, технологов с ремонтниками, а заводам изготовителям необходимо иметь собственное ремонтное подразделение, которое используется для исследования машины. При анализе дефектов надо отличать случайные дефекты от систематических.

Систематические дефекты свидетельствуют о неудовлетворительности узлов конструкции и требуют внесения изменений в конструкцию выпускаемых изделий.

Наблюдение за работой машины в эксплуатации должно быть неотъемлемой частью и составлять значительную часть бюджетного времени. Если конструктор оторван от эксплуатации, он не добьется хороших результатов. 

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: