5. Определение статической погрешности одного из параметров стенда
Найдем максимальную погрешность определения величины деформации.
По закону Гука:
,
где N – прикладываемая сила, n – число витков, с1 – жесткость одного витка.
Число витков – постоянная величина, равная n = 13.
Вычислим абсолютную погрешность х:
Найдем частные производные от функции деформации:
Подставим найденные выражения в формулу для абсолютной погрешности деформации:
Найдем погрешность в случае приложения максимальной силы F = 100 кН = 100000, учитывая, что в установке используются высокоточные датчики силы с относительной погрешностью 0,1% для них F = 1000,001 = 0,1 кН = 100 Н.
с1 = 1,25107 Н/м
с1 = 1,251070,01 = 1,25105 Н/м
Видим, что наибольшее влияние на величину погрешности оказывает при прочих равных параметрах погрешность определения силы, поскольку погрешность определения жесткости пружины входит в формулу с меньшим коэффициентом, поэтому важно, что мы выбрали высокоточные датчики сил.
6. Детальное описание устройства и работы стенда
Рис. 6.1. Сборочный чертеж резонансной машины с эксцентриковым возбудителем колебаний и прямым жестким нагружением образца.
Чертеж испытательной машины представлен на рис. 6.1.
В статическом состоянии испытываемый образец закреплен захватами 9 и 10.
В случае, если образец испытывается на сжатие, то он статически нагружается пружиной 3, если же к образцу необходимо приложить статическое усилие растяжения, то он нагружается путем сжатия пружины 2, которые в свою очередь деформируются с помощью поворота гаек 1 и 4, навернутыми на шток 5.
Для измерения нагрузок на массивной станине 12 жестко закреплен датчик силы 11.
Для создания переменных нагрузок включается электродвигатель 15, вращение которого с помощью эксцентрика 16 посредством штоков 14 передается массе 7, которая находится между двумя сжатыми пружинами 6 и 8.
7. Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов (fmea)
1. Анализ узла для передачи колебаний и прямого жесткого нагружения образца
Главные функции:
Создание прямого нагружения образца
Передача колебаний образцу
Вспомогательные функции:
Обеспечение приложения прямого нагружения равномерно по всему образцу
Объекты окружающей среды:
V1 – датчик силы
V2 – образец
V3 – основание стенда
Функциональные элементы:
01 – гайка 1 для крепления пружины 2
02 – пружина для растяжения
03 – пружина для сжатия
04 – гайка 4 для крепления пружины 3
05 – шток
06 – сжатая пружина 6
07 – масса
08 – сжатая пружина 8
09 – захват 9
10 – захват 10
11 – датчик силы
12 – станина
13 – упругие направляющие
14 – штоки
15 – электродвигатель
16 – эксцентрик
17 – болты (для крепления направляющих к основанию)
18 – болты (для крепления штоков к массе 07)
19 – болты (для крепления захватов)
20 – болты (для крепления датчика силы)
Проведем анализ функций указанных элементов (Таблица 7.1).
Таблица 7.1
Обозначение |
Функциональный элемент |
№
|
Функция
|
01 |
Гайка 1 |
1.1 |
Крепление пружины 2 |
02 |
Пружина для растяжения 2 |
2.1 |
Передача усилия растяжения образцу |
03 |
Пружина для сжатия 3 |
3.1 |
Передача усилия сжатия образцу |
04 |
Гайка 4 |
4.1 |
Крепление пружины 3 |
05 |
Шток 5 |
5.1 |
Передача усилий от пружин образцу |
|
|
5.2 |
Равномерное распределение нагрузки на образец |
|
|
5.3 |
Передача колебаний образцу |
06 |
Сжатая пружина 6 |
6.1 |
Приложение инерционных сил к образцу от массивного тела 7 для создания переменных нагрузок |
07 |
Масса 7 |
7.1 |
Передача переменных нагрузок пружинам 6 и 8 |
08 |
Сжатая пружина 8 |
8.1 |
Приложение инерционных сил к образцу от массивного тела 7 для создания переменных нагрузок |
09 |
Захват 9 |
9.1 |
Крепление образца к штоку |
10 |
Захват 10 |
10.1 |
Крепление образца к датчику силы |
11 |
Датчик силы 11 |
11.1 |
Измерение приложенного усилия |
12 |
Станина 12 |
12.1 |
Придание устойчивости установке |
|
|
12.2 |
Удерживает элементы стенда |
13 |
Упругие направляющие 13 |
13.1 |
Удерживают массу 7 |
|
|
13.2 |
Передают колебательное движение массе 7 от штоков 14 |
14 |
Штоки 14 |
14.1 |
Передача колебательного движения упругим направляющим 13 |
15 |
Электродвигатель 16 |
15.1 |
Передает вращательное движение эксцентрику 16 |
16 |
Эксцентрик 16 |
16.1 |
Преобразует вращательное движения, создаваемое электродвигателем в поступательное колебательное движение штоков 14 |
17 |
Болты 17 (крепления упругих направляющих) |
17.1 |
Крепление к станине упругих направляющих |
18 |
Болты 18 (крепления штоков 14) |
18.1 |
Крепление штоков 14 к массивному телу 7 |
19 |
Болты 19 (крепления захватов) |
19.1 |
Крепление захвата 9 к штоку 5, |
|
|
19.2 |
Крепление захвата 10 основанию стенда |
20 |
Болты 20 (крепления датчика) |
20.1 |
Крепление датчика силы к станине |
Составим матрицу отбора элементов по критериям применения.
Таблица 7.2
Матрица отбора элементов по критериям применения
Критерий применения FMEA |
01 |
02 |
03 |
04 |
05 |
06 |
07 |
08 |
09 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
Потенциальная угроза |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
Высокие затраты при отказе |
- |
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
- |
+ |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
Функционально важная деталь |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
Взаимозависимые детали |
- |
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
Показатель приоритета |
1 |
3 |
3 |
1 |
3 |
3 |
1 |
3 |
1 |
1 |
1 |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Проведем анализ FMEA (Таблица 7.3).
Таблица 3
№ |
Возможный отказ |
Последствия отказа |
Кп |
Меры по обнаружению |
Кн |
Возможная причина |
К0 |
Меры по предупреждению |
Кр |
1 |
Плохое крепление пружины 2 (3) |
Отсутствует или неполная передача прямого нагружения образцу |
3 |
Проверка нагружения образца |
4 |
Срыв резьбы гайки 1 (4) |
5 |
Проверка затяга гайки 1 (4), приложение умеренных усилий при затягивании гайки |
60 |
2 |
Повреждение пружины 2 (3) |
Отсутствует или неполная передача прямого нагружения образцу |
3 |
Проверка соответствия показаний датчика усилия прикладываемым нагрузкам |
6 |
Непрочность материала пружины, усталость материала |
1 |
Использование прочных и долговечных материалов для изготовления пружин |
18 |
3 |
Отсутствие центровки штока 5 |
Неравномерная передача нагружения образцу |
1 |
Проверка правильности крепления штока 5 |
9 |
Неаккуратная сборка стенда |
4 |
Точное и аккуратное центрирование штока |
36 |
4 |
Повреждение пружины 6 (8) |
Отсутствует или неполная передача переменных нагрузок образцу |
3 |
Проверка соответствия наличия вибрационных нагрузок, проверка движения массы 7 |
6 |
Непрочность материала пружины, усталость материала |
3 |
Использование прочных и долговечных материалов для изготовления пружин |
54 |
5 |
Повреждение упругих направляющих |
Не удерживается масса 7 |
3 |
Визуальный осмотр целостности направляющих |
2 |
Непрочность материала, приложение слишком больших переменных нагрузок |
3 |
Использование прочных материалов, соблюдение условий эксплуатации стенда. |
18 |
6 |
Повреждение штоков 14 |
Отсутствие или неправильная передача переменных нагрузок образцу |
4 |
Проверка наличия колебаний массы 7, визуальный осмотр целостности |
2 |
Непрочность материала |
2 |
Использование прочных материалов штоко |
16 |
7 |
Останов электро-двигателя |
Отсутствие передачи переменных нагрузок образцу |
5 |
Проверка наличия вращения эксцентрика и движения штоков |
1 |
Отсутствие напряжения питания электродвигателя,
|
3 |
Подать напряжение питания на электро-двигатель |
15 |
8 |
Заклинивание эксцентрика |
Отсутствие передачи переменных нагрузок образцу |
3 |
Проверка наличия вращения эксцентрика и движения штоков |
2 |
Неправильная центровка эксцентрика на оси электродвигателя |
4 |
Расположить эксцентрик на оси электро-двигателя без перекосов |
36 |