1.6. Конструктивно – технологическая характеристика приборов

Как следует из рис. 1.5 конструирование и технология производства приборов являются теми этапами жизненного цикла изделия на которых формируется и обеспечивается качество изделий. На этих этапах возникают и учитываются основные погрешности, определяющие качество. В рамках системного подхода необходимо совместно рассматривать причины, методы и средства управления качеством продукции.

Системный подход – предполагающий совместное рассмотрение вопросов конструкторского, технологического, экономического, социального характера и других, является в настоящее время общенаучным направлением в инженерной практике. Система – это совокупность элементов, находящихся в определенной связи и объединенных для выполнения определенных целей.

Конструкция прибора – это совокупность деталей, находящихся в определенной электрической, пространственной, механической, тепловой, магнитной или энергетической взаимосвязи, обеспечивающей выполнение функционального назначения с заданной точностью и надежностью в условиях внешних помех. Она должна характеризоваться серийнопригодностью, т.е. возможностью повторения (воспроизводства) в условиях производства.

Технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния объекта производства (прибора).

Анализ и синтез конструкций и технологических процессов является основным содержание деятельности инженеров приборостроителей.

С

овременные приборы являются сложными устройствами, где используется большое количество разнообразных деталей, элементов, материалов, которые условно можно разделить на следующие группы:

Рис. 1.6 . Детали и элементы приборов.

Конструкция прибора представляет совокупность деталей и элементов, объединенных различными типами связей.

Рис. 1. 7. Типы связей.

Таким образом, конструкция изделия представляет собой набор разнообразных элементов, объединенных в сложную систему, которая характеризуется с точки зрения выполнения заданных функций, уровнем выходных параметров. По мере развития техники указанные параметры изменяются в сторону ужесточения. Выполнение заданных требований проводится на основании глубоких исследований и конструкторско - технологической проработки изделия. При проектировании должны быть выбраны такие конструктивные решения, которые обеспечивают наибольшую долговечность. Точность выполнения геометрических параметров должна быть экономически целесообразной и обеспечивать надежную работу и эксплуатацию деталей, сборочных единиц и всего изделия в целом. Обеспечение показателей качества изделия (ПКИ) - одна из важнейших задач, решаемых на этапах конструирования и разработки технологических процессов.

Функциональные связи ПКИ с технологическими параметрами определяются согласно структурно-логической схеме рис. 1.8.

В этой схеме можно выделить несколько уровней конструкторской и технологической сфер реализации функциональных связей. Эксплуа­тационные связи характеризуют обеспечение основных параметров изделия. Эти характеристики зависят от геометрических, физико-механических и других параметров деталей, изделий, а также от параметров, которые воздействуют на

изделие в процессе его эксплуатации. К геометрическим параметрам изделия относятся осевые и радиальные зазоры в соединениях и передачах (К_о, К_р), отклонение формы поверхностей деталей, входящих в изделие (К_ф), шероховатости на рабочих и конструкторских поверхностях (К_ш) и т. п.

Физико-механические параметры определяются твердостью деталей изделия (Н_Rс), глубиной наклепанного слоя (К_н), остаточными напряжениями в поверхностном слое деталей (К_о) и т. п. Воздей­ствующие на изделие и его элементы силовые и температурные факторы (Р, Т) представлены как усилия, возникающие при экс­плуатации изделия и неравномерном нагреве деталей.

Рис.1.8. Структурно – логическая схема обеспечения ПКИ.

Величины параметров и их взаимодействие в процессе эксплуатации опреде­ляют выходные качественные характеристики и стабильность их во времени.

Сборочные связи (уровень II) характеризуют обеспечение вы­ходных параметров изделия в процессе сборки. В структурно - логической схеме, рассмотрена одна из веток обеспечения осевых геометрических размеров (К_о), которая показывает, что выполнение данного размера зависит от геометрических параметров деталей, входящих в сборочную единицу (К₁, К₂, ..., К_n), а также от других факторов, воздействующих на детали в процессе сборки. Эти воз­действия проявляются как силовые Р_с (усилия затяжки соединений, усилия запрессовки деталей и т. п.) и температурные T_с (нагрев и охлаждение деталей в процессе сборки).

Детальные связи (уровень III) дают возможность вскрыть суще­ствующие связи между конструкторскими и операционными разме­рами этих деталей. Они отражают особенности построения техно­логических процессов изготовления деталей и способы обеспечения требований, заданных в чертеже.

Следующий уровень (IV) вскрывает связи в технологической системе (станок, приспособление, инструмент, деталь). На этом уровне выделяются два основных параметра, связанных с установкой и обработкой детали (а_пу, а_nо), и от применения технологических схем обработки зависит качественное выполнение заданных операционных размеров деталей (А_n).

Рассматривая следующий уровень связей ПКИ, можно найти, что размеры, определяющие установку детали (а_пу), находятся в непосредственной связи с применяемой оснасткой (А_пр) и оборудо­ванием (А_ст), с их точностью и жесткостью. Остаточные изменения геометрических параметров, связанные с процессом обработки (а_по), зависят от кинематической точности применяемого оборудования (А_кин), величины отжатия (жесткости) А_отж, имеющей место в процессе обра­ботки заготовки, износа режущего инструмента и оборудования (А_изн) и т. п. Рассматривая ветку структурно-логической схемы параметра отжатия элемента детали в процессе обработки ( А_отж), видим, что он находится в непосредственной связи с величинами удаляемых припусков металла и режимами обработки в данной операции (А_z, A_v, A_s). Если рассмотреть функциональные связи физико-ме­ханических параметров деталей изделия, то можно заметить подоб­ную тенденцию образования уровней связей.

Структурно-логическая схема показывает неразрывность связей показателей параметров качества всех уровней с выходными ПКИ и вскрывает сферы реализации конструкторско - технологических раз­работок. Задачи конструкторской сферы реализации заключается в определении параметров изделия с целью получения необходимых показателей качества. Задача технологической сферы реализации заключается в выполнении данных параметров на основе расчета и правильного построения технологических процессов.

Первый и второй этапы сферы реализации представляют соответственно движение от общего к частному и обратно от частного к общему. В связи с этим возникают задачи двух типов — синтеза и анализа. При решении задач синтеза для любого параметра на­значаются допустимые границы (допуски Т), детерминированные условиями обеспечения ПКИ. При анализе качественных показате­лей различных уровней производства изделий по имеющимся (ранее назначенным) составляющим параметрам и допускам определяются возможные значения выходных ПКИ. Структурно-логическая схема позволяет выявить последовательность решения различных инже­нерных и исследовательских задач.

Отсюда параметры изделий можно разделить на:

• геометрические – линейные и диаметральные размеры, показатели геометрического качества поверхностей, отклонения формы и взаимного расположения поверхностей;

• физические – связанные с магнитными свойствами и характеристиками электрического тока, упругими и прочностными, оптоэлектронными и полупроводниковыми.

Физические и геометрические величины, характеризующие качество приборов называют параметрами. Различают выходные параметры или функциональные, характеризующие разнообразные функции и ограничения данного изделия, (в дальнейшем изложении Y_j). Например, потребляемая мощность и частота вращения микродвигателя, или уровень шума, создаваемый кинокамерой, или чувствительность приемника и др. Аргументами, влияющими и определяющими величину выходных параметров являются входные (или первичные) параметры (в дальнейшем x_i). К входным параметрам относятся в первую очередь размеры и характеристики конструктивных элементов,

например, удельное сопротивление провода обмотки, или емкость конденсатора, или прочностные характеристики используемой стали и другие. Кроме перечисленных на выходные параметры влияют внешние условия, квалификация производственных рабочих, технические характеристики производственного оборудования и др. Таким образом можно записать:

Y_j = φ ( x_i ) (1.8)

В тех случаях, когда изделия выпускаются в количестве более чем одна штука (а так чаще всего и бывает), возникает проблема обеспечения повторяемости ( идентичности) всех выпускаемых экземпляров.

По причинам, которые будут указаны ниже, обеспечить точную повторяемость ( идентичность ) всех экземпляров изделий экономически нецелесообразно и практически невозможно. Приходится вводить допустимые отклонения параметров (допуски) ограничивающие область существования продукции заданного качества. В зависимости от входных погрешностей получают изделия с той или иной степенью приближения к заданным в ТЗ выходным параметрам.

Y_jminТУ ≤ Y_j ≤ Y_jmaxТУ (1.9)

Разность в общем случае представляет допуск выходного параметра:

δY_j = Y_max – Y_min

В общем случае необходимо, чтобы δY_j > ∑ω , где ∑ω – суммарное рассеивание выходного параметра, вызванное погрешностями ( суммарные погрешности). В приборостроении допуски часто задаются предельными значениями, например, потребляемая мощность не более чем …, или частота вращения не менее чем… В последнем случае записывают, δY_j > Y_jТУ.

Существуют две задачи и отсюда два метода расчета допусков.

1. Проектный расчет допусков (задача синтеза ) – прямая задача, когда задан допуск на выходной параметр δY_j . Требуется исходя из δY_j определить (распределить) допуски на детали и элементы, влияющие на Y_j . При этом необходимо выполнить условие δY_j > ∑ δx_i. Существует бесконечное множество решений при распределении допуска δY_j на δх_i. Наилучшее решение может быть найдено методами линейного или динамического программирования с учетом стоимости выполнения допусков. Некоторые более простые методы изложены в [15].

2. Поверочный (проверочный) расчет допусков (обратная задача) – когда проверяют возможность обеспечить допуск на выходной параметр δY_j , если заданы допуски на первичные параметры δх_i . Эта задача имеет однозначное решение.

Следует отметить, что на начальном этапе разработки изделия конструктор определяет величину номинальных значений параметров Y_jн. Их величина определяется исходя из функционального назначения прибора и ограничений, обычно указываемых в ТЗ. При этом учитываются массогабаритные условия, выполняются прочностные, тепловые расчеты, проверяется виброустойчивость и другие. На втором этапе на параметры назначаются допустимые отклонения ( если они не заданы ). При этом оценивается серийнопригодность, т.е. возможность обеспечить выпуск запланированного количества экземпляров изделий, обеспечивающих выполнение функционального назначения, в заданные сроки и с учетом экономической эффективности данного производства.