Машина для определения фрикционной теплостойкости материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине

«Проектирование контрольно-измерительной и испытательной техники»

Тема: «Машина для определения фрикционной теплостойкости материалов»

Содержание

Введение

1. Общая характеристика метода испытаний

2. Общая характеристика конструктивной схемы стенда

3. Выбор типа датчика

4. Проектирование устройства

4.1 Кулачковый механизм

4.1.1 Определение индекса МПК и проведение патентного поиска в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента)

4.1.2 Сопоставительный анализ аналогов

4.2 Зажим цанговый

4.2.1 Определение индекса МПК и проведение патентного поиска в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента)

4.3 Вращательная опора с мембранным приводом с низким моментом трения, работающая на осевую нагрузку

4.3.1 Определение индекса МПК и проведение патентного поиска в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента)

5. Детальное описание устройства и работы стенда

6. Формула изобретения

7. Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)

7.1 Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) кулачкового механизма

7.2 Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) зажима цангового

8. Расчет пружины кручения

9. Определение статической погрешности

10. Расчет размерной цепи с определением размеров замыкающего звена механической части стенда

11. Разработка маршрутного технологического процесса

Заключение

Список использованных источников

Введение

Проектирование (от лат. projectus, буквально - брошенный вперёд), процесс создания проекта - прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния.

В технике -- разработка проектной, конструкторской и другой технической документации, предназначенной для осуществления строительства, создания новых видов и образцов. В процессе проектирования выполняются технические и экономические расчёты, схемы, графики, пояснительные записки, сметы, калькуляции и описания.

Цель курсового проекта заключается в проектировании машины МФТ-1 для определения фрикционной теплостойкости материалов.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- охарактеризовать метод испытаний;

- описать конструктивную схему стенда;

-выбрать тип датчика;

- определить индекс МПК и проведение патентного поиска в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента) по выбранным узлам;

-детально описать устройство и работу стенда;

-составить формулу изобретения

-провести анализ видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) одного из узлов стенда;

- определить статическую погрешность;

-рассчитать размерную цепь с определение размеров замыкающего звена механической части стенда;

-разработать маршрутный технологический процесс на одну деталь.

1. Общая характеристика метода испытаний

Конструктивная схема устройства - кинематическая схема машины для определения фрикционной теплостойкости материалов, предполагает вид испытаний и метод испытаний. Вид испытания - определительное, стендовое, механическое испытание. Метод испытания - испытание материалов на трение и износ.

Средства испытаний материалов на трение и износ можно разделить на две группы в зависимости от назначения: лабораторные машины для испытания материалов на трение и износ; стенды для испытания узлов трения.

Тип оборудования зависит от положения вектора нагрузки по отношению к полости расположения векторов линейных скоростей основного движения и характера относительного движения образца и контртела:

- положение вектора нагрузки по отношению к полости расположения векторов линейных скоростей основного движения- параллельное; относительное движение образца и контртела- вращательное, поступательное, возвратно- поступательное, по свежему следу (винт), сложное;

- положение вектора нагрузки по отношению к полости расположения векторов линейных скоростей основного движения- перпендикулярное; относительное движение образца и контр-тела- вращательное, поступательное, возвратно- поступательное, по свежему следу (спираль), сложное.

Машина для определения фрикционной теплостойкости материалов предназначена для измерения и регистрации параметров испытаний (сила трения, температура, износ).

Машина снабжена камерой, позволяющей вести испытания в жидких средах. В процессе испытаний предусмотрены измерение и запись на диаграмме электронного патенциометра момента трения. Температуры и суммарного линейного износа образцов. При регистрации величина износа искажается из-за линейного расширения образцов. В машине предусмотрен счетчик частоты вращения.

Фрикционная теплостойкость - свойство пары трения сохранять неизменными коэффициент трения и интенсивность изнашивания в широком диапазоне температур, возникающих при трении. Широкий диапазон изменения скорости скольжения и температуры, возможность испытаний при разных давлениях и взамном перекрытии, возможность определения кинематики изменения коэффициента трения и интенсивности изнашивания в зависимости от температуры позволяют использовать МФТ-1 для определения теплостойкости материалов. Схема испытания - трение под нагрузкой двух одинаковых по размеру образцов в форме полых цилиндров (колец), соприкасающихся своими торцами, при скорости вращения от 10 до 6000 об/мин, и нагрузке до 300кгс.

2. Общая характеристика конструктивной схемы стенда

Кольцевой образец 10 установлен в самоустанавливающимся зажиме 11, закрепленным в шпинделе 12, который приводится во вращение электродвигателем постоянного тока с плавным регулированием угловой скорости через двухступенчатую коробку скоростей и клиноременную передачу 13. Кольцевой контр-образец (установлен в зажиме 8, который соединен с валом 14. Вал может поворачиваться в подшипниках 17 подвижного корпуса 16. который может без поворота по шариковым направляющим 15 перемещается относительно каретки 18. Прижим образцов происходит при помощи пневматического мембранного механизма 1, питаемого от сети сжатого воздуха или баллона. Придаваемого машине, через шарик 2. Такая конструкция в большой степени устраняет влияние осевой нагрузки на измеряемый момент трения. Момент трения через рычаг 3 и регулируемый по высоте ползун 4 воспринимается тарированным упругим элементом 6 с индуктивным преобразователем 5, жестко закрепленным на корпусе 18. линейный суммарный износ образцов (сближение зажимов) измеряется индуктивным датчиком 7. Для измерения температуры предусмотрены термопары, которые впаиваются в образец 9.

3. Выбор типа датчика

3.1 Соленоидный индуктивный датчик имеет в основе катушку индуктивности, внутри которой перемещается ферромагнитный сердечник. Специфической особенностью соленоидного датчика является отсутствие замкнутой магнитной цепи

Основным достоинством соленоидных датчиков является возможность получения значительных диапозонов измерения при высокой линейности характеристики. Наибольшая относительная чувствительность соленоидного датчика:

дSmax= -2/lk,

где lk- длина катушки датчика.

Датчик получил широкое распространение в отечественных и заоубежных индуктивных приборох для линейных измерений.

3.2 Малыми габаритными размерами и высокими метрологическими характеристиками обладает соленоидный индуктивный датчик модели 223

Особенностью датчика является применение шариковых направляющих 2 измерительного стержня 4. Шариковые направляющие собирают корпус 3 с натягом 2-3нкм и затем делают обкатку направляющих не менее, чем за 15000 циклов. Измерительное усилие создается пружиной 5. Выход измерительного наконечника из корпуса датчика снабжен уплотнением 1.

С измерительным стержнем 4 связан керн 6, на который надевается с последующим закреплением трубчатый ферромагнитный якорь 8. Якорь перемещается внутри катушек 7, заключенных в магнитный экран. Для уменьшения электрических потерь магнитный экран имеет осевой разрез.

Магнитопровод датчика собирают в отдельном корпусе 9 и затем вставляют в корпус датчика. Выводы от катушек датчика припаянны к контактным лепесткам бобышки 10. Деталим магнитопровода крепят гайкой 11. Сам магнитопровод в корпусе датчика кркпится гайкой 12. Датчик имеет две посадочные поверхности ? 8 и 10 мм для крепления на измерительной позиции. Применение шариковых направляющих и соленоидной конструктивной схемы позволило получить значительный диапазон измерения при малой погрешности датчика.

3.3 Характеристики малогабаритного индуктивного датчика модели 223

- датчик осевого действия;

-рабочие частоты 8-12 кГц;

-измерительное усилие 0,3Н;

-вариация 0,05нкм;

-диапазон измерения 0,12мм;

-свободный ход 2мм;

-посадочный размер ?8мм;

-габаритные размеры ?10Ч75мм;

-тип направляющих- шариковые.

4. Проектирование устройства

стенд кулачковый отказ технологический

В конструктивной схеме машины для определения фрикционной теплостойкости материалов можно выделить три узла крепления испытуемого образца, датчика, передающие нагрузку от генератора нагрузки на образец:

1) Кулачковый механизм;

2) Цанговый зажим;

3) Мембранный механизм.

4.1 Кулачковый механизм

Кулачковый механизм- механизм в состав которого входит кулачок (звено механизма, имеющий элемент высшей пары в виде поверхности переменной кривизны), замыкание в высшей паре может быть силовым или геометрическим. Силовое замыкание- пружина или вес толкателя. Толкатель звено механизма, взаимодействующее с кулачком (т. е. с его рабочей поверхностью). Наконечник толкателя давит на кулачок. Наконечник может быть острым (точечным, линейным), плоским, грибовидным, роликовым. Наконечник толкателя совершает поступательные и вращательные движения.

Кулачковый механизм- часть системы продукции- стенда для механических испытаний материалов на трение и износ.

4.1.1 Определение индекса МПК и проведение патентного поиска в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента)

Технический объект изобретения- кулачковый механизм. Для него определим индексы Международной патентной классификации (МПК):

F16H25/08;

F- машиностроение;

F16- узлы и детали машин; общие способы и устройства, обеспечивающие нормальную эксплуатацию машин и установок; теплоизоляция вообще;

F16Н- механические передачи;

F16H25- механические передачи, содержащие только кулачки и их толкатели;

F16H25/08- для взаимного преобразования вращательного движения и возвратно- поступательного движения.

F16H21/16;

F- машиностроение;

F16- узлы и детали машин; общие способы и устройства, обеспечивающие нормальную эксплуатацию машин и установок; теплоизоляция вообще;

F16Н- механические передачи;

F16H21- передачи для сообщения движения или преобразования его по средствам рычагов и кулис;

F16H21/16- для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот.

В соответствии с установленными индексами МПК проводим патентный поиск в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС).

F16H25/08

Формула изобретения: кулачковый механизм, содержащий корпус с размещенным в нем приводным кулачком и толкателем с роликом, имеющим возможность поступательно перемещаться в направляющих корпуса, отличающийся тем, что кулачок и ролик выполнен в виде эксцентриков, на каждом из которых эквидистантно окружностям эксцентриков жестко закреплены зубчатые шестярни, причем диаметры делительных окружностей шестерен равны диаметрам окружностей соответствующих эксцентриков.

F16H21/16

Формула изобретения:

Механизм содержит дисковый многолепестковый кулачок с числом лепестков, кратным трем, толкатель в форме скобы-хомута, схватывающей кулачок в двух диаметрально противоположных точках валами-роликами, установленными между пластинами скобы-хомута, скрепленными между собой штифтами с жестко закрепленной на них штангой, удерживаемые и движущиеся по направляющим, расположенным симметрично по разные стороны от оси вращения кулачка. Профилированная наружная поверхность кулачка обеспечивает равное расстояние между диаметрально противоположными точками на поверхности кулачка при его вращении и сообщает поступательное движение толкателю.

4.1.2 Сопоставительный анализ аналогов

Хронологическая последовательность по дате приоритета:

1) Аналог 1(Кулачковый механизм в виде спирали Архимеда);

2)Аналог 2 ( Кулачковый механизм F16H21/16).

Объект- кулачковый механизм.

Признаки объекта:

-Кулачок;

-Толкатель;

-Корпус;

-Пружина;

-На кулачке жестко закреплена зубчатая шестерня;

-Силовое замыкание;

-Геометрическое замыкание;

-Силовое замыкание- пружина;

-Силовое замыкание- вес толкателя;

-Наконечник толкателя взаимодействует с рабочей поверхностью кулачка;

-Толкатель совершает возвратно-поступательное движение;

-Механизм преобразует вращательное движение в поступательное;

-Наконечник толкателя роликовый;

-Кулачок в виде спирали Архимеда;

-Дисковая многолепестковая поверхность переменной кривизны.

Выделим типовые группы признаков:

1)Наличие деталей, элементов:

-Кулачок;

-Толкатель;

-Корпус;

-Пружина;

-На кулачке жестко закреплена зубчатая шестерня.

2)Выполнение движения (действий):

-Силовое замыкание;

-Геометрическое замыкание;

-Силовое замыкание- пружина;

-Силовое замыкание- вес толкателя;

-Наконечник толкателя взаимодействует с рабочей поверхностью кулачка;

-Толкатель совершает возвратно-поступательное движение;

-Механизм преобразует вращательное движение в поступательное;

3)Форма деталей:

-Наконечник толкателя роликовый;

-Кулачок в виде спирали Архимеда ;

-Дисковая многолепестковая поверхность переменной кривизны.

Таблица сопоставительного анализа аналогов:

Номер признака	Признак исследуемого ТР	Аналог 1	Аналог 2
1	Кулачок	+	+
2	Толкатель	+	+
3	Корпус	+	+
4	Пружина	+	-
5	На кулачке жестко закреплена зубчатая шестерня	+	-
6	Силовое замыкание	+	+
7	Геометрическое замыкание	-	-
8	Силовое замыкание- пружина	+	-
9	Силовое замыкание- вес толкателя	-	+
10	Наконечник толкателя взаимодействует с рабочей поверхностью кулачка	+	+
11	Толкатель совершает возвратно-поступательное движение	+	+
12	Механизм преобразует вращательное движение в поступательное	+	+
13	Наконечник толкателя роликовый	+	+
14	Кулачок в виде спирали Архимеда	+	-
15	Дисковая многолепестковая поверхность переменной кривизны	-	+

По результатам сопоставительного анализа аналогов кулачкового механизма предпочтение следует отдать кулачковому механизму под номером 1. Следовательно, при конструировании машины для определения фрикционной теплостойкости материалов будет использован аналог под номером 1.

4.2 Цанговый зажим

4.2.1 Определение индекса МПК и проведение патентного поиска в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента)

Технический объект изобретения- цанговый зажим. Для него определим индексы Международной патентной классификации (МПК):

G21C21/00;

G-физика;

G21- ядерная физика, ядерная техника;

G21C- ядерные реакторы;

G21C21/00-способы или устройства специально предназначенные для изготовления реакторов и их частей;

G21C21/02;

G-физика;

G21- ядерная физика, ядерная техника;

G21C- ядерные реакторы;

G21C21/02- изготовление топливных или воспроизводящих элементов в неактивных оболочках.

4.2.2 В соответствии с установленными индексами МПК проводим патентный поиск в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС)

G21C21/00

Формула изобретения: Устройство для изготовления заготовок ячеек дистанционирующих решеток тепловыделяющей сборки предназначено для использования в атомной энергетики. Устройство содержит механизм роспуска длинномерных тонкостенных трубок из сплава на основе циркония в заготовки для ячеек. Механизм снабжен подвижными стойками по всей длине длинномерной тонкостенной трубки. Последняя размещена в подпружиненных цанговых зажимах в верхних частях стоек с возможностью вращения цанговых зажимов вокруг своей оси вместе с длинномерной тонкостенной трубкой и толкателем подачи длинномерной тонкостенной трубки в зону резания. Толкатель выполнен в виде подвижной стойки. В верхней части последней с возможностью вращения вокруг своей оси соосно с длинномерной тонкостенной трубкой закреплен пруток-толкатель. Длина последнего больше суммарной длины всех стоек. На конце прутка-толкателя выполнена проточка. Последняя равна внутреннему диаметру длинномерной тонкостенной трубки с диаметральной прорезью на конце. Обеспечивается предупреждение повреждений тонкостенных трубок при роспуске на заготовки для ячеек дистанционирующих решеток.



G21C21/02

Формула изобретения: Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов и сборки их в тепловыделяющие кассеты преимущественно для энергетических реакторов типа водо-водяного энергетического реактора. Проводят ультразвуковой контроль трубок перед запуском в производство вращением вокруг них пьезоэлектрических преобразователей. Притупляют наружную и внутреннюю части стенки торца трубки и выполняют два конуса на втором торце трубки после ее отрезки в размер оболочки. Выполняют калибровку торца оболочки с двумя конусами под посадочное гнездо для заглушки. Обезжиривают оболочку растворами, не снижающими качество тепловыделяющих элементов. Запрессовывают первую заглушку в калиброванный конец трубки-оболочки с натягом. Размещают между цанговым зажимом и сварочной камерой установки контактно-стыковой сварки съемную конусную втулку с полированной внутренней поверхностью. Осуществляют вакуумный газоотсос из сварочной камеры вне посадочного места цангового зажима. Устанавливают в цанговый зажим съемный вкладыш с электрическим сопротивлением 300-1500 мкОм и осуществляют через него токопровод и отвод тепла при сварке. Образуют на каждом тепловыделяющем элементе пленочное покрытие, наносят на него в процессе запрессовки жидкую смазку и надевают наконечники. Собирают тепловыделяющие элементы в ячейки дистанционирующих решеток. Удаляют смазку и пленку лака с собранной кассеты. Проводят сушку кассет и проверку на герметичность. Улучшается качество изготавливаемых элементов и кассет, а также повышается выход годных элементов.



4.3 Вращательная опора с мембранным приводом с низким моментом трения, работающая на осевую нагрузку

Механизмы привода служат для создания усилий зажима заготовки.

Мембранные центрирующие механизмы обеспечивают более точное центрирование, чем цанговые. На рис. 6.19 показаны мембранные патроны для центрирования по наружному и внутреннему диаметрам. В мембранном патроне рожкового типа (рис. 6.19, а) заготовка зажимается винтом 1 через мембрану 2. На рис. 6.19, б, в показаны патроны с чашечными мембранами для внутреннего и наружного центрирования. В обоих случаях заготовка зажимается винтом 1.



4.3.1 Определение индекса МПК и проведение патентного поиска в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента)

Технический объект изобретения- вращательная опора с мембранным приводом . Для него определим индексы Международной патентной классификации (МПК):

F16C32/06

F- машиностроение;

F16- узлы и детали машин; общие способы и устройства, обеспечивающие нормальную эксплуатацию машин и установок; теплоизоляция вообще;

F16C- валы, гибкие валы, детали кривошипных механизмов, вращающиеся детали, не являющимися частями приводных механизмов; подшипники;

F16C32- опорные устройства;

F16C32/06- c подвижным элементом, поддерживаемая подушкой из текущей среды, созданной гидростатически или аэростатически.

F16C31/02

F- машиностроение;

F16- узлы и детали машин; общие способы и устройства, обеспечивающие нормальную эксплуатацию машин и установок; теплоизоляция вообще;

F16C- валы, гибкие валы, детали кривошипных механизмов, вращающиеся детали, не являющимися частями приводных механизмов; подшипники;

F16C31- опорные устройства для элементов совершающих как прямолинейное, так и вращательное движения;

F16C31/02- подшипники скольжения.

4.3.2 В соответствии с установленными индексами МПК проводим патентный поиск в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС)

F16C32/06

Формула изобретения: Изобретение относится к подшипниковым опорам приводных двигателей и механизмов, а именно к приводам для вращательного бурения, размещенным в скважине, для разгрузки забойных двигателей от осевых и радиальных нагрузок. Шпиндельная опора забойного двигателя состоит из наружного неподвижного корпуса и вращающегося внутри него на подшипниках скольжения (осевых и радиальных) вала. Пакет осевых подшипников выполнен в виде кольцевых опор (пят (7) и подпятников (4)) с поперечным сечением в виде взаимосопряженных прямоугольных треугольников, причем основная опорная плоскость перпендикулярна оси шпиндельной опоры. Между пятами (7) вала установлены промежуточные листовые шайбы (6). Эластомерные подложки (5, 8) выполнены листовыми незащемленными шайбами и на несущих поверхностях могут иметь рельефные выемки. На верхней подложке (5), свободно размещенной на подпятнике (4), выемки выполнены в виде дуг окружности, эксцентрично расположенных относительно оси подложки (5) с положительным градиентом направления по ходу вращения вала от края подложки (5) к ее центру и анизотропией жесткости в радиальной системе координат: по ходу вращения вала жесткость меньше, чем в обратном направлении. На нижней подложке (8), размещенной между сопрягаемыми конусными поверхностями подпятника (4) и пяты (7), выемки могут быть концентрическими с анизотропией жесткости в радиальном направлении: снаружи к центру подложки (8) жесткость выше, чем в обратном направлении. Опора может быть выполнена маслонаполненной. Технический результат - создание более компактной шпиндельной опоры бурового забойного двигателя с увеличенным ресурсом, малой материалоемкостью и высокой ремонтопригодностью, с расширенными эксплуатационными характеристиками и технологичной в изготовлении.



F16C31/02

Формула изобретения: Опора скольжения, работающая без смазки, содержащая подшипник скольжения в форме цилиндрической втулки, зафиксированной в гнезде разъемного корпуса агрегата радиальным штифтом, входящий в подшипник с рабочим зазором шип металлического вала, обладающий поверхностной твердостью выше HRC 50, отличающаяся тем, что в ней диаметр опорного шипа меньше диаметра соседней с ним части вала, за счет чего образован уступ, поверхность которого перпендикулярна продольной оси вала, при этом опорные поверхности шипа диффузионно насыщены азотом и оксидированы в газовой среде, гнездо под подшипник снабжено крышкой, имеет форму выступающего и открывающегося наружу цилиндрического стакана, дно которого имеет сквозное цилиндрическое отверстие, подшипник изготовлен из технической керамики, например, карбида кремния, с одной стороны ограничен поверхностью уступа вала, с другой стороны - крышкой гнезда, имеет на одном конце понижение наружного диаметра, которое входит в донное отверстие гнезда и выступает за поверхность корпуса, на другом конце подшипника имеется радиальная торцевая канавка, в которую входит головка установленного, например, запрессованного в стенку гнезда штифта.

Опора скольжения, работающая без смазки, содержащая подшипник скольжения в форме цилиндрической втулки, зафиксированной в гнезде разъемного корпуса агрегата радиальным штифтом, входящий в подшипник с рабочим зазором шип металлического вала, обладающий поверхностной твердостью выше HRC 50, отличающаяся тем, что в ней диаметр опорного шипа меньше диаметра соседней с ним части вала, за счет чего образован уступ, поверхность которого перпендикулярна продольной оси вала, при этом опорные поверхности шипа диффузионно насыщены азотом и оксидированы в газовой среде, гнездо под подшипник снабжено крышкой, имеет форму выступающего и открывающегося наружу цилиндрического стакана, дно которого имеет сквозное цилиндрическое отверстие, подшипник изготовлен из технической керамики, например, карбида кремния, с одной стороны ограничен поверхностью уступа вала, с другой стороны - крышкой гнезда, имеет на одном конце понижение наружного диаметра, которое входит в донное отверстие гнезда и выступает за поверхность корпуса, на другом конце подшипника имеется радиальная торцевая канавка, в которую входит головка установленного, например, запрессованного в стенку гнезда штифта.



5. Детальное описание устройства и работы стенда

Машина МФТ-1 для определения фрикционной теплостойкости материалов содержит кольцевой образец, установленный в цанговом зажиме (цанга зажимает образец под действием осевого усилия втулки конусной), закрепленным на валу 1, который приводится во вращение электродвигателем постоянного тока с плавным регулированием угловой скорости через двухступенчатую коробку скоростей и клиноременную передачу. Кольцевой контр- образец установлен в самоустанавливающимся зажиме, который соединен с валом 2 . Вал 2 может поворачиваться в подшипниках подвижного корпуса , который может без поворота по шариковым направляющим перемещается относительно каретки . Прижим образцов происходит при помощи пневматического мембранного механизма, питаемого от сети сжатого воздуха. Под действием мембранного механизма вал 2 начинает прямолинейно перемещаться. Как только произойдет зажим образцов, вал 2 получит вращательный момент от вала 1, который привелся во вращение электродвигателем. Пружина кручения, установленная на валу 2, закрутиться на 175?. Затем электродвигатель выключают и пружина раскрутится, при этом вал 2 приводимый мембранным механизмом начнет обратно- поступательное движение. На нем закреплено фрикционное колесо, которое в свою очередь, соприкоснется с колесом, жестко закрепленным на кулачковом механизме, предавая вращательное движение. Кулачок в виде спирали-Архимеда ( поворачивается на 115? градусов) преобразует вращательное движение вала 3 (в кулачковом механизме) в поступательное движение точки контакта (между кулачком и толкателем). Вал 3 передает движение от фрикционного колеса ( жестко закрепленным с кулачком) на кулачок и передает усилие от кулачка на корпус, который воспринимает усилия от кулачка и передает их на основание стенда, обеспечивая взаимную ориентацию толкателя (по средствам втулки ) и кулачка. Втулка служит для обеспечения (беспрепятственного) перемещения в сторону центра кулачка при вращении кулачка на уменьшение радиуса и, обеспечивает перемещение кулачка то центра кулачка на увеличение радиуса. Толкатель передает поступательное движение от точки контакта с кулачком на шток датчика и воспринимает усилие от пружины, которое обеспечивает силовое замыкание между парой (кулачок и толкатель). Пружина растяжения- сжатия обеспечит силовое замыкание пары кулачок- толкатель. Шток толкателя выдвинется на 4мм, ход толкателя равен ходу перемещения штока датчика. Таким образом, индуктивный датчик фиксирует значение фрикционной теплостойкости материала образцов.

6. Формула изобретения

Машина МФТ-1 для определения фрикционной теплостойкости материалов содержит кольцевой образец установленный в цанговом зажиме, закрепленным на валу1, который приводится во вращение электродвигателем постоянного тока. Другой кольцевой контр- образец установлен в самоустанавливающимся зажиме. Прижим образцов происходит при помощи пневматического мембранного механизма , питаемого от сети сжатого воздуха. Под действием мембранного механизма вал2 начинает прямолинейно перемещаться. Как только произойдет зажим образцов, вал2 получит вращательный момент от вала1. Пружина кручения, установленная на валу2, закрутиться на 175?. Затем электродвигатель выключают и пружина раскрутится, при этом вал2, приводимый мембранным механизмом начнет обратно- поступательное движение. На валу 2 закреплено фрикционное колесо, которое в свою очередь, соприкоснется с колесом, жестко закрепленным на кулачковом механизме, предавая вращательное движение. Машина МФТ-1 для определения фрикционной теплостойкости материалов отличается тем, что содержит кулачковый механизм преобразующий вращательное движение в поступательное движение толкателя, содержит кулачок в виде спирали- Архимеда и соленоидный индуктивный датчик имеющий в основе катушку индуктивности, внутри которой перемещается ферромагнитный сердечник. Специфической особенностью соленоидного датчика является отсутствие замкнутой магнитной цепи. Что позволит получить технический результат в виде возможности получения значительных диапазонов измерения при высокой линейности характеристики.

7. Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)

7.1 Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) кулачкового механизма

Анализ функций кулачкового механизма

Главная функция: Преобразование вращательного движения вала стенда V3 в поступательное движение штока датчика V1.

Обозначение	Функциональные элементы (детали)	Функция (подфункция)	Обеспечиваемая функция
01	Корпус (основание)	1.1Воспринимает усилия от кулачка 02 и передает их на основание стенда V3; 1.2 Обеспечивает взаимную ориентацию толкателя 03 (по средствам втулки 09) и кулачка 02	0 0
02	Кулачок	2.1Преобразует вращательное движение вала 05 в поступательное движение точки контакта (между кулачком 02 и толкателем 03)	Х
03	Толкатель	3.1 Передает поступательное движение от точки контакта с кулачком 02 на шток датчика V1; 3.2 Воспринимает усилие от пружины 08, которое обеспечивает силовое замыкание между парой (кулачок 02 и толкатель 03)	Х Х
04	Подшипник	4.1 Обеспечивает центрирование вала 05; 4.2 Снижает момент трения и износ вала 05	0 0
05	Вал	5.1Передает движение от фрикционного колеса 06 на кулачок 02; 5.2 Передает усилие от кулачка 02 на корпус 01	0 0
06	Колесо	6.1Передает вращетельное движение от колеса V2 на кулачок 02 (по валу 05)	0
07	Шпонки	7.1Обеспечивает неподвижное соединение между валом 05 и фрикционным колесом 06	0
08	Пружина	8.1 Обеспечивает силовое замыкание (между парой кулачка 02 и толкателя 03)	0
09	Втулка	9.1 Служит для обеспечия (беспрепятственного) перемещения в сторону центра кулачка 02 при вращении кулачка 02 на уменьшение радиуса; 9.2 Обечивает перемещение кулачка 02 то центра кулачка 02 на увеличение радиуса	0 0

Матрица отбора элементов кулачкового механизма по критериям применения

№ п/п	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	Произаодительный анализ FMEA	нет	да	да	нет	нет	да	нет	нет	нет

FMEA кулачкового механизма

№/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. Преобразует вращательное движение вала 05 в поступательное движение точки контакта (между кулачком 02 и толкателем 03)
1	Поломка механизма	Возможное заедание при движении толкателя 03 и его поломка	9	Возможно выявление с помощью периодических проверок	4	Выкрашивание контактной поверхности кулачка (из-за высокой твердости или дефектов материала кулачка)	Жесткий контроль тех. процесса термообработки (закалки)	4	144
Элемент 02. Функция 2.1. Преобразует вращательное движение вала 05 в поступательное движение точки контакта (между кулачком 02 и толкателем 03)
1	Неработоспособное состояние	Сбой в работе при вращении кулачка на уменьшение радиуса; искажение показателей датчика; (при вращении кулачка на увеличение радиуса см. 3.1 элемента 03)	6	-	9	Заедание толкателя 03 во втулке 09	Установит защитный кожух	5	300
Элемент 03. Функция 3.2. Воспринимает усилие от пружины 08, которое обеспечивает силовое замыкание между парой (кулачок 02 и толкатель 03)
1 2	Отсутствие силового замыкания	3.1 при вращении кулачка на увеличение радиуса - поломка механизма; 3.2 неработоспособное состояние	9 5	- -	10 10	3.1 заедание толкателя 03 во втулке 09; 3.2. пружина вышла из строя.	3.1 установит защитный кожух; 3.2 ужесточить контроль за тех. процессом изготовления пружины.	5 4	450 200
Элемент 06. Функция 6.1. Передает вращетельное движение от колеса V2 на кулачок 02 (по валу 05)
1	Неработоспособное состояние	Искажение показаний датчика (сбой в работе)	6	-	10	Проскальзывание колеса 06 относительно колеса V2	Использовать зубчатые колеса V2 и 06	6	360

Анализ функций толкателя в сборе

Главная функция: Передача поступательного движения точки контакта с кулачком V2 на шток датчика V1.

Обозначение	Функциональные элементы (детали)	Функция (подфункция)	Обеспечиваемая функция
1	Стержень вилка	1.1Поступательно движется передавая перемещение, полученное при вращении кулачка V2 на датчик V1; 1.2Обеспечивает перемещение кулачкаV2 от центра кулачка (на увеличение радиуса); 1.3Передает усилие от пружины V3 на кулачок V2 (через точку контакта)	Х 0 0
2	Ролик и подшипник	2.1Обеспечивают трение качения (вместо трения скольжения) между кулачком V2 и толкателем 01; 2.2Обеспечивают плавное перемещение точки контакта при врвщении кулачка V2	0 0
3	Втулки	3.1Фиксируют подшипник в осевом направлении	0
4	Ось	4.1Обеспечивает положение ролика 02 относительно втулки 01	0
5	Штифт	5.1Предотвращает выпадение оси 04 из вилки стержня 01	0

Матрица отбора элементов толкателя в сборе 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	Произаодительный анализ FMEA

Функциональная структура толкателя в сборе

Толкатель в сборе

V1		V3		V2

01		02

05		04		03

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 03. Функция 3.2. Воспринимает усилие от пружины 08, которое обеспечивает силовое замыкание между парой (кулачок 02 и толкатель 03)
1	Отсутствие силового замыкания	3.1 при вращении кулачка на увеличение радиуса - поломка механизма; 3.2 неработоспособное состояние	9 5	- -	10 10	3.1 заедание толкателя 03 во втулке 09; 3.2. пружина вышла из строя.	3.1 установит защитный кожух; 3.2 ужесточить контроль за тех. процессом изготовления пружины.	5 4	450 200

Анализ функций толкателя

Главная функция: Передача поступательного движения точки контакта с кулачком V2 (по средством ролика V8 и оси V5) на шток датчика V1.

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)?10h7 выполнение размера с выходом за верхнее предельное отклонение- возможное последствие: заедание во втулке 09(возможная поломка);

?10h7 выполнение размера ниже нижних границ допуска- слишком большой люфт, отклонение заданной оси толкателя от номинального и как следствие преждевременный износ;

3)20Н9 выполнение размера ниже нижней границы допуска- затруднение сборки, что приведет к непредсказуемым последствиям;

20Н9 выполнение размера выше верхнего предела- возможность осевого смещения, снижается точность показаний;

4)?4Н6 выполнение размера выше верхней границы допуска- люфт оси 4, снижение точности показаний датчика;

5)Выполнение поверхностей ?10h7 хуже Ra0,8- заедание, износ увеличение силы трения;

6)Закалка на твердость выше HRC 45- преждевременный износ, выкрашивание рабочей поверхности;

Закалка на твердость ниже HRC 45- преждевременный износ, в результате быстрого истирания поверхности.

Анализ функций кулачка

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) ?12 выполнение размера выше верхней границы допуска- слишком большой люфт, снизится точность показателей датчика;

?12 выполнение размера ниже нижней границы предела- затруднена сборка кулачкового механизма;

3)R30 выполнение размера выше верхней границы допуска- преждевременный износ, в результате быстрого истирания поверхности;

R30 выполнение размера ниже нижней границы предела- неточность показаний датчика;

4) R26 выполнение размера выше верхней границы допуска- преждевременный износ, в результате быстрого истирания поверхности;

5) 10Н7 выполнение размера ниже нижней границы предела- неточность показаний датчика.

7.2 Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) зажима цангового

Анализ функций зажима цангового

Главная функция: Прижим образца V1.

Объекты окружающей среды:

V1-образец;

V2-вал

Обозначение	Функциональные элементы (детали)	Функция (подфункция)	Обеспечиваемая функция
01	Цанга	1.1 Зажимает образец V1 под действием осевого усилия втулки конусной 02; 1.2Раскрытие при снятии усилия с конусной втулки 02 1.3 Удержание смазки в пазах	Х Х 0
02	Втулка конусная	2.1 Удерживает цангу 01	0
03	Корпус	3.1 Закреплен на валу V2 3.2 Обеспечивает взаимную ориентацию цанги (по средствам втулки 02) и образца V1	0 Х
04	Гайка	4.1 Стопорит корпус 03 с валом V2	0

Матрица отбора элементов зажима цангового по критериям применения

№ п/п	Критерии применения	Детали
		01	02	03	04
1	Потенциальная угроза	9	9	3	3
2	Высокие затраты при отказе	9	3	1	1
3	Функционально важная деталь	9	9	1	1
4	Взаимозависимые детали	9	3	1	1
5	Показатель приоритета абсолютный	36	24	6	6
6	Показатель приоритета относительный	0,47	0,32	0,08	0,08
7	Производительный анализ FMEA	да	нет	нет	нет

Функциональная структура зажима цангового

FMEА зажима цангового

№/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 01. Функция 1.1 Зажимает образец V1 под действием осевого усилия втулки конусной 02
1	Осевой сдвиг образца относительно цанги (самоустраняющийся отказ)	Сбой в работе (неработоспособное состояние)	6	-	10	Нестабильное усилие трения из-за отклонений взаимного расположения поверхностей	Ужесточить допуски взаимного положения поверхностей	6	360

8. Расчет пружины кручения

Наибольший рабочий крутящий момент М2=11000 Н•мм, наибольший рабочий угол закручивания б2=140°; пружина класса I, разряда 3.

Допускаемое напряжение на изгиб в Н/мм2: [уиз]=1,25[ф3]

Для стали 60С2А [ф3]=560 Н/мм2.

[уиз]=1,25•560=700 Н/мм2.

Индекс пружины i=8.

Коэффициент формы сечения и кривизны витков:

=(4•8-1)/(4•8-4)=1,11.

Диаметр проволоки:

=5,6 мм, принимаем d=6 мм.

Диаметр пружины:

D = id = 8•6 = 48 мм;

D1 =D+d = 48+6 = 54 мм;

D2 = D-d = 48-6 = 42 мм.

Нормальное напряжение при М2:

= Н/мм2.

Число рабочих витков:

Предельный угол закручивания:

.

Наименьшее число витков:

Наименьший рабочий крутящий момент:

М1=0,2 М2=0,2•11000=2200 Н•мм.

Наименьший рабочий угол закручивания:

.

Зазор между витками: д=0,5 мм.

Длина пружины: l0 = (n+1)d+nд = (16+1)•6+16•0,5 = 110 мм.

Предельно допустимый крутящий момент:

М3=1,25 М2=1,25•11000=13750 Н•мм.

Шаг пружины: t = 6+0,5 = 6,5 мм.

9. Определение статической погрешности

Определение статической погрешности вала кулачкового механизма.

1) Несоосность:

= 1,1

= 52 мкм = 0,052 мм

Класс точности подшипников L6 (ГОСТ 332585).

= 4 мкм = 0,004 мм

=1,1=0,0002288 мм ? 0,0002 мм

2) Прогиб:

= 3 кг = 3 кг • 9,81 = 29,43 Н

= 5 кг = 5 кг • 9,81 = 49,05 Н

l = 240 мм = 0,24 м

d = 20 мм = 0,02 м

= 2,06 • МПа = 2,06 •

= , подставляя в формулу имеем:

= = 7,85 •

 = = 0,083862 мм ? 0,0839 мм

= = = 0.13977 мм ? 0,14 мм

= 0,13977 мм - 0,083862 мм = 0,055908 мм ? 0,06 мм

3) Температурная погрешность

= б ? d • T , где

б - коэффициент температурного расширения, б = 1,2

T = 25 град

d = 0,02 м

= 1,2 • 25 град • 22 мм = 0,0066 мм

10. Расчет размерной цепи с определением размеров замыкающего звена механической части стенда

Расчет размерной цепи кулачкового механизма при сжатой пружине (рабочая деформация пружины составит 50мм)

;

;

;

;

;

;

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 25346-89, 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:

№ звена	Передаточное отношение	Номиналь -ный размер, мм	№ квали -тета	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

11. Разработка маршрутного технологического процесса изготовления гайки в цанговом зажиме (КП 3511. 114. 24)

1. Установить заготовку

2. Операция: токарная

Оборудование: токарно-винторезной станок

-Точить поверхность

-Точить Ш89±0,035 поверхность (подводят резец и снимают материал на глубину 2 мм и длину 2 мм)

-Точить Ш89±0,035 поверхность (подводят резец и снимают материал на глубину 2 мм и длину 56 мм)

3. Шлифовальная

4. Снятие заготовки.

Заключение

В данной работе был рассмотрен стенд для определения фрикционной теплостойкости материалов, охарактеризован метод испытаний, описана конструктивная схема стенда, выбран индуктивный датчик с линейным перемещением. По выбранным узлам, а именно, для кулачкового механизма, зажима цангового, вращательной опоры с мембранным приводом определены индексы МПК и проведение патентного поиска в базе данных Федерального института промышленной собственности (ФИПС Роспатента).Что в свою очередь позволило детально описать устройство и работу стенда, составить формулу изобретения. Так же был проведен анализ видов и последствий потенциальных отказов Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) как кулачкового механизма очень подробно, так и в общем для цангового зажима. Все это позволило спроектировать стенд и выбранные узлы. После чего была рассчитана размерная цепь с определение размеров замыкающего звена механической части стенда ( кулачкового механизма).

Все выше сказанное позволяет сделать вывод о том, что поставленная цель- проектирование машины МФТ-1 для определения фрикционной теплостойкости материалов выполнена решив поставленные задачи.

Список использованных источников

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.

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 контрольно- измерительной 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. Смирнова- В 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.

Размещено на Allbest.ru