Методы менеджмента качества

Рис. 6.2. Схема влияния неопределенности формы их кронштейна на неопреде­ ленность положения иу по координате ох

РЭ - ось участка вала под

РЭ зубчатое колесо (ось зубчатого

зовых элементов структурных компонентов изделия (шероховатость и волнистость).

Как правило, шероховатость и волнистость не оказывают существен­ ного влияния на неопределенности положения или перемещения рабо­ чих элементов, т. е. их, как правило, рассматривают как величины вто­ рого порядка малости. Однако в отдельных случаях неопределенности характеристик микрогеометрии могут являться доминирующими дей­ ствующими неопределенностями, например, для таких показателей качества, как отражательная способность зеркала.

2. Отклонения в относительном положении рабочих и базовых эле­ ментов (смещения и перекосы), вызванные деформациями рабочих, базовых и свободных элементов деталей (силовыми, температурными и др.).

Такие неопределенности, как правило, не нормируются, но должны приниматься в расчет суммарной неопределенности положения рабо­ чего элемента.

Общая структура технологических неопределенностей параметров приведена в табл. 6.1.

Таблица 6.1. Структура технологических неопределенностей

6.2. Связь технологических неопределенностей параметров с технологичностью конструкции

Нормирование технологических неопределенностей тесно связано с понятием технологичности. Технологичность изделий или их струк­ турных компонентов — свойство, характеризующее способность техно­ логического процесса их изготовления достигать запланированных требований в рамках заранее определенных ограничений (метода, обо­ рудования, инструмента, условий и т. д.).

С точки зрения проектирования норм точности это важное свойство характеризуется уровнем точности технологических процессов изго­ товления и сборки. Общепринято оценивать технологические процес­ сы на соответствие одному из трех уровней точности — экономическо­ му, производственному и техническому.

Экономический уровень точности технологического процесса соот­ ветствует точности, получаемой в серийном производстве с помощью типовых нормализованных инструментов и приспособлений на обыч­ ном универсальном и автоматическом оборудовании. Экономический уровень точности сборки соответствует операциям, выполняемым без пригонок и специальных регулировок.

Производственныйуровень точности технологического процесса со­ ответствует предельной точности, достижимой на обычном оборудова­ нии с помощью специальных инструментов, приспособлений и мето­ дов. Производственный уровень точности сборки требует применения регулировочных операций, контроль которых выполняется производ­ ственными методами.

Техническийуровень точности технологического процесса находится за пределами возможностей обычного оборудования и может быть дос­ тигнут с помощью специального оборудования или ручной доводкой деталей. Технический уровень точности сборки требует особо точных регулировок и пригонок, контроль которых осуществляется с помощью лабораторных устройств и наиболее точных методов измерений.

Основой оценки и анализа технологичности конструкции является сопоставление допусков на первичные технологические неопределен­ ности параметров с уровнями точности технологического процесса. Конструкция изделия технологична в отношении допусков ее парамет­ ров, еслиэти допуски соответствуют экономическому уровню точности технологических процессов изготовления и сборки. Если значительное число первичных технологических неопределенностей параметров не­ обходимо нормировать допусками на производственном или техничес­ ком уровнях точности, то конструкцию изделия следует признать не­

технологичной для серийного производства (при этом она может быть приемлемой для мелкосерийного или штучного производства). В таких случаях необходимо исследовать возможность применения компенса­ торовдля расширения допусков, в противном случае следует изменить номинальные значения параметров (стадия «проектирование парамет­ ров») или конструкцию (стадия «проектирование системы»).

Для грубых ориентировочных оценок можно принимать следующие рекомендации:

♦ экономическому уровню точности соответствует в среднем 8- 9-й квалитет допусков размеров и 7-8-й степень точности формы

ирасположения поверхностей;

♦производственному — 6-7-й квалитет и 5-6-я степень точности;

♦техническому — 5-6-я квалитет и 3-4-я степень точности.

Общая структура источников, форм проявления и видов эксплуата­ ционных неопределенностей параметров приведена в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Структура эксплуатационных неопределенностей

(СЭД), а контактные — соответственно рабочих и базовых элементов

(Р Э д > Б Э Д) .

Взависимости от вида нагружения используется закон Гука при сжа­ тии-растяжении, кручении и т. п.

Следует отличать силовые деформации, относящиеся к эксплуата­ ционным неопределенностям, от силовых деформаций, относящихся ктехнологическим неопределенностям. Например, деформация крон­ штейна при повышенном усилии затяжки болтов, соединяющих его скорпусом, относится к технологическим неопределенностям парамет­ ров, проявляющимся при сборке, а упругое кручение валов зубчатых колес в процессе функционирования зубчатой передачи, приводящее к неопределенности угла поворота выходного звена, —к эксплуатаци­ онным неопределенностям параметров.

7.2.2. Деформации от внутренних напряжений

Внутренние остаточные напряжения, возникающие в процессе изго­ товления деталей и соединений, могут быть объемными (после холод­ ной штамповки, волочения, литья, ковки, сварки, закалки и т. п.) или поверхностными (после резания, калибрования).

Первые распространяются по всему объему детали, вторые распола­ гаютсяна небольшой глубине, вблизи поверхности. В процессе эксплуа­ тацииизделия под действием различных внешних факторов внутренние напряжения в материале деталей и соединений «высвобождаются», что проявляется в виде различных деформаций.

Особенно опасны объемные деформации от внутренних напряжений, которые проявляются в период эксплуатации изделия в виде отклоне­ нийразмеров, формы, взаимного положения рабочих и базовых элемен­ тов деталей и соединений. Для уменьшения объемных напряжений ре­ комендуется прежде всего выбирать материал с устойчивой структурой и применять искусственное старение материала (специальную терми­ ческую обработку, воздействие знакопеременной нагрузки и т. п.).

Особенно большие внутренние напряжения и их последствия в виде деформаций деталей возникают при закалке, поэтому детали сложной формы рекомендуется подвергать специальным видам закалки или применять другие методы упрочнения поверхности: хромирование, азотирование, нитрование и др.

При этом напряжения в поверхностном слое деталей, специально созданные в результате наклепа, не вызывают значимых для расчетов деформаций деталей и повышают износостойкость.

Деформации от внутренних напряжений в общем случае относятся к категории переменных нерегулярных эксплуатационных неопреде­

ленностей и учитываются в проектировочных расчетах норм точности через коэффициент запаса.

7.2.3. Температурные деформации

Среди внешних полей, воздействующих на детали и соединения в из­ делии, наиболее характерными являются температурные поля и вызы­ ваемые ими температурные деформации.

Деформация Д1Ы, вызванная изменением температуры t детали, рас­ считывается по известной формуле линейного расширения материа­ лов:

где I — размер детали (звена); а — коэффициент линейного расширения материала детали; At — перепад температуры.

Учет температурных деформаций является актуальным особенно для измерительных приборов (телескопы, теодолиты, гониометры, из­ мерительные машины и др.) и определяется видом температурного ре­ жима. С позиций проектирования норм точности имеет смысл вид тем­ пературного режима: установившийся и неустановившийся.

Вустановившемся температурном режиме возможны два варианта:

1)постоянная температура;

2)постоянный градиент температуры.

Расчет температурных деформаций возможен в обоих случаях. Расчет температурных деформаций невозможен при неустановив-

шемся температурном режиме, так как они носят случайный характер. Тогда задачей конструктора является сведение к минимуму влияния температурных деформаций на точность прибора. С этой целью реко­ мендуется принимать следующие меры: подбирать материалы с близ­ кими значениями коэффициента линейного расширения; предусмат­ ривать защиту деталей и всего прибора от температурного влияния окружающей среды (теплоизоляция, термостатирование, экраниза­ ция); применять конструктивные температурные компенсаторы.

Силовые и температурные деформации относятся к неслучайным составляющим неопределенности, как правило, не нормируются, но принимаются в расчет при проектировании норм точности (вносят свой вклад в заданную суммарную неопределенность показателя качества изделия). Например, изгиб вала, приводящий к изменению межосевого расстояния, или температурное расширение рычага синусного рычаж­ ного механизма, приводящего к изменению функции связи, выявляют, учитывают в расчетах, но не нормируют.

7.3.Смещения элементов подвижныхсоединений

впосадках с зазором

Относительные смещения рабочих и базовых элементов деталей в соединениях с зазором и связанные с ними эксплуатационные нео­ пределенности характеристик деталей и соединений нередко являют­ ся доминирующими в общей совокупности первичных неопределен­ ностей.

Следует отдельно остановиться на эксплуатационной составляющей, вызванной мертвым ходом, поскольку ее влияние на суммарную нео­ пределенность положения/перемещения рабочего элемента, как пра­ вило, достаточно велико.

Термин «мертвый ход» используется для обозначения явления, воз­ никающего при реверсировании движения подвижных элементов из­ делия, если при перемещении входного элемента цепи отсутствует пе­ ремещение на выходе. Неопределенность мертвого хода является частным случаем неопределенности воспроизводимости.

Неопределенностью воспроизводимости будем называть диапазон рассеяния значений выходной координаты реального изделия или его структурного компонента, соответствующих одним и тем же положе­ ниям входной координаты при многократном повторении цикла функ­ ционирования.

Рассмотрим физический смысл этого понятия. Если многократно вос­ производить значение входной координаты x.t с одной стороны (напри­ мер, только от нуля до х. или только от дгшах до х.), то значение выходной координаты рабочего элемента будет колебаться в некоторых границах м(УюспР) (Рис- 7.1). Эта неопределенность положения возникает вслед­ ствие смещений в слоях смазки кинематических пар, контактных дефор­ маций, погрешностей формы контактируемых элементов и другихнерегулярных случайных причин. Диапазон воспроизводимости «(>'воспр), как правило, мал, поэтому неопределенности воспроизводимости при одностороннем подходе обычно не учитывают в расчетах.

Более значительную роль играют неопределенности воспроизводи­ мости положения рабочего элемента при многократном воспроизве­ дении значения входной координаты х. попеременно, то с одной, то с другой стороны. При этом образуются два поля воспроизводимости

“(Увоспр) и “(^юспр) >смещенные друг относительно друга вследствие влияния зазоров в кинематических парах. Поскольку смещение по­ лей, равное значению зазора в соединении, доминирует над значения­

ми диапазонов воспроизводимости м(увоспр) и и(увоспр) , то в проекта-