Upload
lamtram
View
231
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Metrologija 2013/14
STANDARDNO OZNAČEVANJE
TOLERANC
proizvodnja
posamična
obrtniška
maloserijska
serijska
veliko-serijska
PRIMER The main Atlantic link, designed by the Bell System, called for two cables (one in each
direction of transmission), which embodied one-way flexible repeaters at 37-mile
intervals. H.M.T.S. Monarch, then the world’s largest cable ship, laid the two cables in the
summers of 1955 and 1956, respectively. The links were from Clarenville, Newfoundland to Oban,
Scotland. Each cable had 51 repeaters in a cable stretching over approximately 1950 nautical
miles. The repeater provided 65 dB of gain and 144 kHz bandwidth around 164 kHz. Amplification in
each repeater was made possible by means of three vacuum tubes, whose design, testing and
manufacture set new standards of reliability. The vacuum tubes of the original TAT-1 never failed
in twenty-two years of continuous service from 1956 to 1978.
• ali sta funkciji proizvodnje in montaže
prepleteni?
• kakšni so stroški vzdrževanja
• kakšen je vpliv velikosti tržišča
KOLIKŠNA JE VERJETNOST, DA BOMO IZDELALI
IZDELEK TOČNO S PREDPISANO MERO?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0
10
20
30
40
50
-10 0 10
-10
-5
0
5
10
12345678910
V idealnih okoliščinah bi pravo razmerje med elementi
mehanskega sklopa dosegli tako, da bi določili prave
mere elementov in jih nato izdelali.
Žal je to nemogoče:
1. ker je le neskončno majhna verjetnost, da bo imel
izdelek dimenzije identične predpisanim,
2. ker je nemogoče izdelek izmeriti tako natančno, da
bi dokazali da ima mere identične predpisanim.
Še celo za merilne normale, kot npr. merilne kladice
velja, da moramo njihovo imensko mero razumeti ne kot
točno mero, pač pa kot mero znotraj nekega intervala,
ki ga določa razred natančnosti, s katero je kladica
izdelana.
IDEALIZIRANE OKOLIŠČINE
VZROKE ZA NASTANEK ODSTOPKOV
PRI IZDELAVI IŠČEMO PRI
obdelovanec
obdelava okolica
VZROKE ZA NASTANEK ODSTOPKOV IŠČEMO PRI
MNOŽINSKI PROIZVODNJI S STATISTIČNIMI METODAMI
ODSTOPKI ZARADI OBDELAVE
statični in/ali dinamični odstopki oblike in položaja
vodil gibajočih se strojnih komponent
pozicionirni odstopki gibajočih se komponent zaradi
nenatančnosti merilnih in krmilnih sistemov
elastične spremembe oblike strojev, vodil ali orodij
zaradi lastne teže obdelovanca in/ali zaradi
obdelovalne sile
obraba orodij, orodnih držal in vpenjal
nihanja v sistemu: obdelovanec - orodje - stroj
nepravilno vpetje obdelovanca v stroj
ODSTOPKI ZARADI MATERIALNIH LASTNOSTI
nehomogenost materiala
deformacije obdelovancev
krajevno različna porazdelitev temperatur pri procesu
obdelave
pojav notranjih napetosti po obdelovalnem procesu
sprememba trdote pri toplotni obdelavi
ODSTOPKI ZARADI VPLIVA OKOLICE
krajevna in/ali časovna temperaturna nihanja, ki
vplivajo na deformacijo strojev in vodil
nihanja, ki se na stroj prenašajo s tal preko
temeljev
vlaga ...
OKOLICA
OBDELAVA
MATERIAL
ODSTOPKI
vodila
krmilnik
dobavitelj
smo pred fundamentalno
težavo izdelovalne tehnike
KAJ SORITI?
Ker izdelkov ne moremo izdelati točno takšnih, kot je njihova
imenska mera, se moramo vprašati, na kakšen način potem mehanski
sklopi sploh zadovoljivo delujejo? Na to vprašanje lahko ponudimo
tri odgovore, od katerih je vsak primeren za drugačen tip
izdelave.
težavo rešujemo z ozirom na velikostni
razred oz. tip proizvodnje
sistem prileganj
po standardu ISO
obdelava do
ustrezanja
razvrščanje v
skupine dimenzijsko
podobnih komponent
Obdelava do ustrezanja
Obdelava do ustrezanja je primerna za izdelavo
posamičnih izdelkov, ker temelji na poskušanju.
En del mehanskega sklopa izdelamo tako natančno
glede na imensko mero, kolikor je ekonomsko
upravičeno, druge kose pa z majhnimi koraki
obdelujemo toliko časa, dokler se ne prilegajo v
sklop tako kot je željeno.
− posamična proizvodnja
− če želimo tako izdelan del zamenjati, je
treba postopek ponoviti
− proizvajalec navtike (2008)
Razvrščanje v skupine dimenzijsko podobnih komponent
Izdelujemo tako natančno, kot je ekonomsko še upravičeno,
izdelke nato z zahtevano natančnostjo izmerimo, nato jih
razvrstimo v skupine, ki imajo mnogo manjše tolerance.
Tipičen primer takšnega načina izdelave je izdelava
krogličnih ležajev.
Skupine kroglic z večjim radijem ustrezajo v sklop z
manjšim notranjim in večjim zunanjim obročem srednje velike
kroglice sestavijo v ležaje skupaj s srednje velikimi
notranjimi in zunanjimi obroči, velikimi zunanjimi in
notranjimi obroči in majhnimi zunanjimi in notranjimi
obroči majhne kroglice vstavijo v sklop z velikimi
notranjimi in majhnimi zunanjimi obroči.
Razvrščanje v skupine in in ustrezno sestavljanje v sklope
lahko uporabljamo le tedaj, ko v primerih pri kadar med
uporabo zamenjamo cel sklop, ne pa posameznih sestavnih
delov.
http://www.madehow.com/Volume-1/Ball-Bearing.html
Skupine kroglic z večjim radijem
ustrezajo...
velik a majhen d in velik D
srednje a srednje veliki d in D
veliki d in D
majhni d in D
majhni a veliki d in majhni D
Razvrščanje v skupine
dimenzijsko podobnih komponent
D d a
simulacija
razvrščanja
2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
100
200
300<x>=12.0367 std(x)=2.0256
9 9.2 9.4 9.6 9.8 10 10.2 10.4 10.6 10.8 110
20
40<x1>=10.156 std(x1)=0.56259
11 11.2 11.4 11.6 11.8 12 12.2 12.4 12.6 12.8 130
20
40
60<x1>=12.0208 std(x1)=0.5598
13 13.2 13.4 13.6 13.8 14 14.2 14.4 14.6 14.8 150
20
40<x1>=13.8568 std(x1)=0.56299
0 5 10 15 20 250
1
2
3x 10
4 <x>=12.0011 std(x)=2.0024
9 9.2 9.4 9.6 9.8 10 10.2 10.4 10.6 10.8 110
1000
2000
3000<x1>=10.158 std(x1)=0.55527
11 11.2 11.4 11.6 11.8 12 12.2 12.4 12.6 12.8 130
2000
4000<x1>=11.9994 std(x1)=0.5677
13 13.2 13.4 13.6 13.8 14 14.2 14.4 14.6 14.8 150
1000
2000
3000<x1>=13.8435 std(x1)=0.55556
simulacija
razvrščanja
tic
to = toc;
xp = 12; % povprečna vrednost
sx = 2; % standardna deviacija
n = 500000; % generirajmo n vrednost
x = sx * randn(n,1) + xp;
m = [9,11,13,15]; % meje razredov
x1 = []; x2 = []; x3 = [];
disp(['n: ', num2str(n)])
ix1 = find(m(1) <= x & x < m(2)); x1 = x(ix1);
ix2 = find(m(2) <= x & x <= m(3)); x2 = x(ix2);
ix3 = find(m(3) < x & x <= m(4)); x3 = x(ix3);
c = 64;
figure(1)
tic
to = toc;
xp = 12; % povprečna vrednost
sx = 2; % standardna deviacija
n = 500000; % generirajmo n vrednost
x = sx * randn(n,1) + xp;
m = [9,11,13,15]; % meje razredov
x1 = []; x2 = []; x3 = [];
disp(['n: ', num2str(n)])
for i = 1 : n
if m(1) <= x(i) && x(i) < m(2)
x1 = [x1;x(i)];
elseif m(2) <= x(i) && x(i) <= m(3)
x2 = [x2;x(i)];
elseif m(3) < x(i) && x(i) <= m(4)
x3 = [x3;x(i)];
end
end
c = 64;
figure(1)
& Element-wise Logical AND.
A & B is a matrix whose elements are logical 1 (TRUE) where both A
and B have non-zero elements, and logical 0 (FALSE) where either has
a zero element. A and B must have the same dimensions (or one can
be a scalar).
&& Short-Circuit Logical AND.
A && B is a scalar value that is the logical AND of scalar A and B.
This is a "short-circuit" operation in that MATLAB evaluates B only
if the result is not fully determined by A. For example, if A equals
0, then the entire expression evaluates to logical 0 (FALSE), regard-
less of the value of B. Under these circumstances, there is no need
to evaluate B because the result is already known.
Sistem prileganj po standardu ISO
V okvirih množinske proizvodnje želimo doseči popolno
zamenljivost sestavnih delov. Zato mora biti katerikoli
element izdelan tako, da je znotraj določenega intervala
dimenzij. Širino dovoljenega intervala dimenzij imenujemo
toleranca. Da bi tudi po zamenjavi sestavnega dela
ohranili funkcionalnost sklopa je potrebno poznati
toleranco, poleg tega pa še za kakšen tip prilega se je
odločil konstrukter. Poznamo tri osnovne vrste prilega:
- ohlaphi prileg
- prehodni prileg in
- tesni prileg
Opis toleranc dolžinskih mer po
tolerančnem sistemu ISO
a) dopustna odstopanja dejanske mere
b) dopustni odstopki mere
Relativna toleranca = (abs.tol)*(dimenzija izdelka)-1
Precizna obdelava:
Obdelava, kjer je relativna toleranca
izdelka/elementa je manjša ali enaka
od 0,01 %
Mikroobdelava:
Vsaj en element ali dimenzija izdelka
mora biti v območju mikroobdelave.
Območje mikroobdelave je med 0.1 m
in 0.1 mm
Primer:
Egipčanska piramida
dolžina diagonale 100 m
Absolutna toleranca = 4 cm
Relativna toleranca = 0,04 %
Splošne smernice za izbiro tolerančne stopnje glede
na kakovost izdelave strojnega dela
International Tolerance Grade of an industrial process
defined in ISO 286
območja imenskih mer
http://fs-server.uni-mb.si/si/inst/iko/lsek/Gradivo/TD_ura_12_14_TOLERANCE%20IN%20UJEMI_lecture.pdf
Vendar se je treba vprašati ali je
res potrebno imeti zelo natančne
izdelke da bi zagotovili pravilno
delovanje sklopa?
Natančnost in velikost ujema zavisi od:
- namena uporabe
- toplotnih obremenitev
- mehanskih obremenitev
- želene življenjske dobe
- pogojev vzdrževanja
Cena izdelka glede na
želeno natančnost
MEHANSKI SKLOP BO PRAVILNO IN DOLGO ČASA DELOVAL, ČE
SO SESTAVNI DELI SKLOPA GEOMETRIJSKO V PRAVILNEM
RAZMERJU.PRAVIMO, DA SO SO ELEMENTI TEDAJ MEDSEBOJNO
V PRAVEM UJEMU.
Porsche has for many years offered consultancy services to various
other car manufacturers. Audi, Studebaker, SEAT, Daewoo, Subaru, and
Yugo have consulted Porsche on engineering for their cars or engines.
The Lada Samara was partly developed by Porsche in 1984.
Porsche also helped Harley-Davidson design their new Revolution water
cooled engine that is used in their V-Rod motorcycle, as Porsche had
previous experience switching from air-cooling to water cooling.
vir/http://en.wikipedia.org/wiki/Porsche/
Vzemimo za preprost primer sklop Gredi in Luknje. Če
želimo, da se gred v luknji vrti, mora biti premer gredi
toliko manjši od luknje, da se bo med površinama
vzdrževal oljni film, pa vendar ne toliko manjši, da bi
lahko prišlo do toka olja v radialni smeri. V nasprotnem
primeru, torej če želimo, da je zveza toga, morajo biti
geometrijske razmere takšne, da tlačne sile ne dovolijo
gibanja med gredjo in luknjo, hkrati pa morajo sile
ostati znotraj elastičnega področja, zato da se element z
luknjo ne deformira ali celo poči.
Tolerančni sistem ISO je prirejen za tolerance
mer krožnih prerezov, vendar je uporaben tudi za
katerekoli druge dolžinske mere.
vir/Ačko/Tehnološke meritve
http://fs-server.uni-mb.si/si/inst/ips/ltm/
UJEMI
Širina in lega tolerančnega polja
Tolerančno polje lahko leži v celoti nad
ničelnico, pod njo ali vmes.
Širina in lega tolerančnega polja je
odvisna od funkcije elementa v sklopu.
UJEMI
Kaj je potrebno zagotoviti pri sklopih, da bodo
ti v življenjski dobi delovali pravilno?
Potrebno je zagotoviti USTREZNO RAZMERJE med
deloma, ki ju sestavimo v sklop!
Primer:
1. Drsni ležaj: Ohlap mora biti takšen, da je
zagotovljen mazalni film in nič večji, saj lahko
nastopi radialno opletanje.
2. Krčni nased: Presežek mora biti tak, da so
zagotovljene elastične sile za prenos momenta. Če je
presežek prevelik se material deformira plastično in
nased ne nosi več.
Poznamo tri tipe ujemov, ki se pri
sestavi v sklop razlikujejo glede na
medsebojno gibljivost sestavnih delov.
a) Tesni ujem
Najmanjši dovoljen premer gredi je večji od
največjega dovoljenega premera luknje.
b) Vmesni ujem
Premer maksimalne dovoljene luknje je večji od
najmanjšega dovoljenega premera gredi in
najmanjša dovoljena luknja je manjša od
največjega dovoljenega premera gredi.
c) Ohlapni ujem
Največji dovoljen premer gredi je manjši od
najmanjšega dovoljenega premera luknje.
Ohlapni ujem
Vmesni ujem
Tesni ujem
Lega tolerančnega polja glede na imensko mero po
tolerančnem sistemu ISO
Notranje mere: A,B,..
Zunanje mere: a,b,..
Proizvodna organizacija zahteva veliko različnih
tipov ujemov, ki se jih LAHKO doseže na dva
različna načina oz. z uporabo dveh bazičnih metod.
Sistem enotne luknje: Za podano imensko vrednost so
velikosti toleranc na luknji konstantne s spreminjanjem
tolerance čepov pa dosežemo različne ujeme (ohlapni,
vmesni, tesni)
Sistem enotnega čepa: Na enak način se da doseči
različne ujeme tudi če imamo čepe s konstantno toleranco
in luknje s spreminjajočimi tolerancami.
LUKNJA: da v kombinaciji s čepom 25 mm +0,02 mm
-0,00 mm
25 mm +0,08 mm
+0,04 mm
25 mm +0,02 mm
-0,00 mm
25 mm -0,02 mm
-0,05 mm
tesni ujem
prehodni ujem
ohlapni ujem
V največ primerih se izdeluje prilege v sistemu
enotne luknje, zato ker se luknje izdeluje s
standardnimi orodji, ki imajo podano toleranco.
Taka orodja so frezarji, povrtala, grezila, …. ,
in imajo to lastnost, da njihova velikost ni
prilagodljiva. Tako za 25 mm imensko mero
uporabimo grezilo s toleranco. Medtem ko na čepu
lažje dosežemo poljubno želeno toleranco.
SMISELNA UPORABA TOLERANC
Nesmiselno je izdelovati luknjo s toleranco, ko je
dovolj da imamo luknjo, ki je le izvrtana. Zato ima
podani sistem 4 razrede lukenj, tolerance na luknjah pa
nam bodo omogočale 4 različne metode izdelave teh
lukenj. Lahko bi npr. tudi zahtevali 9 različnih
razredov čepov in en razred luknje in bi tako dobili 9
različnih ujemov. Potrebno se je zavedati tudi tega, da
večje dimenzije zahtevajo boljše tolerance in to je
zaskrbljujoče dejstvo.
STANDARDNO
OZNAČEVANJE
TOLERANC
Vsebina:
• toleriranje
• referenčni elementi
simboli za označevanje toleranc
MED IZDELOVALNIM POSTOPKOM PRIDE
DO RAZLIČNIH ODSTOPKOV OD
IDEALNE OBLIKE IZDELKA.
NA OSNOVI IZKUŠENJ, SMO V
INŽENIRSKI PREKSI PRIŠLI DO
SISTEMATIČNEGA PREGLEDA
ODSTOPKOV, KI VPLIVAJO NA
FUNKCIONALNOST IZDELKOV.
KADAR JE POTREBNO UPOŠTEVATI
ODSTOPKE Z OZIROM NA LEGO ALI
OBLIKO MERJENCA, UPORABLJAMO NA
NAČRTU SIMBOLE, KI SO PRIKAZANI
NA SLIKI.
Tolerance oblike in lege vpisujemo v okvir z dvema,
tremi polji ali več polji, tako kot je prikazano na
spodnji sliki. Polje s črko se nanaša na določen
referenčni element. Referenčna puščica povezuje
tolerančni okvir z oblikovnim elementom za katerega
velja toleranca, ki je lahko ploskev ali tvorilka ne
pa os. V primeru, da je to potrebno, lahko polje z
oznakami referenčnih elementov razširimo na več polj s
črkami, lahko pa tudi s črkami z indeksi, ki se
nanašajo na sekundarni, terciarni … referenčni
element.
OZNAČEVANJE TOLERANC
Primeri označevanja tolerance oblike in lege
Nekaj dodatno dovoljenih načinov označevanja
ravnost vzporednost položaj premost
ŠIRINA TOLERANČNE CONE
Širina tolerančne cone za vzporednost
a-predpis samo za vzporednost,
b-predpis za vzporednost valja
REFERENČNI ELEMENTI IN SISTEMI
Sekundarna
referenčna
ravnina
Terciarna
referenčna
ravnina
Primarna
referenčna
ravnina
Merjenec v triravninskem referenčnem sistemu
Tako kot si v matematiki in geometriji izberemo izhodišče v prostoru in nanj pripnemo
koordinatni sistem, tako tudi pri izdelavi in dimenzijskih meritvah potrebujemo na
konstrukcijski risbi in izdelku enega ali več posebej natančno obdelanih elementov, ki
tvorijo referenčni sistem, na katerega se nanašajo absolutne razdalje ( ki služi kot
geometrijsko izhodišče tako za izdelavo, kot tudi za meritve ). Primer triravninskega
referenčnega sistema vidimo na spodnji sliki.
1- New contour (cut out)
2- New contour (cut out)
3- New hole similar to B8
new model
previous model
1 3
2
Cutting plane
REFERENČNI ELEMENTI IN SISTEMI
terciarni referenčni element
sekundarni referenčni element
primarni referenčni element
toleranca
vrsta odstopka
Tolerančni okvir z referenčnima črkama
a-zaporedje A\B,b-zaporedje B\A
VPLIV ZAPOREDJA REFERENČNIH ČRK
KALIBRI (LIMIT GAUGES)
Namenjeni so kontroli izdelkov na tak način da le
preverimo ali je izdelek narejen v predpisanih
mejah ali ne.
Kadar izdelujemo izdelke serijsko, težimo k
cenovno, časovno, materialno in okoljsko optimirani
izdelavi. Meritve niso pri tem nobena izjema. Tudi
meritve je potrebno opraviti čim bolj racionalno in
najbolje je, da del naloge opravi kar operater, ki
je obdelavo tudi opravil. Takšnim meritvam pravimo
tolerančne meritve, merilom pa tolerančna merila
ali kalibri. Po definiciji izraz označuje natančno
pripravo brez gibljivih delov, s katero se preverja
ustreznost mer kakega predmeta [SSKJ]. Na sliki
(Slika 14) vidimo kako izgleda kaliber za
preverjanje ustreznosti izvrtin. Kaliber ima dve
strani, leva je nekoliko daljša in je označena z
dobro ali gre, desna pa z izmet ali ne-gre.
TOLERANČNA MERILA
Izhodišče, da je izdelek označen kot
“dober”, če so njegove dimenzije znotraj
predpisanega tolerančnega polja, je
botrovalo povsem novemu načinu preverjanja
– tolerančnim meritvam.
Načelo tolerančnih meritev je formuliral
F.W. Taylor
Na strani tolerančnega merila (kalibra),
ki je označena z dobro morajo vse
predpisane mere ustrezati hkrati, na
strani ne-gre pa je treba preverjati
vsako mero posamič.
TAYLOR-jeva teorija meritev:
Ta teorija je ključ za oblikovanje (konstruiranje
kalibrov) mej in definira funkcijo in obliko, za
večino kalibrov mej in sestoji:
''Gre'' kaliber preveri maksimalne pogoje materiala
in preveri čimveč dimenzij kolikor je to mogoče
''Ne gre'' kaliber preveri minimalne pogoje
materiala in preveri le eno dimenzijo.
Zato se zahteva ločen ''ne gre'' kaliber za vsako
dimenzijo posebej. Če vzamemo za primer sistem
kalibra mej za pravokotne luknje, kot je prikazano
na naslednji sliki.
Taylorjev princip
preverjanje kalibrov
Ker so kalibri namenjeni uporabi v
serijski proizvodnji, je potrebno
preverjati njihovo ustreznost v rednih
časovnih intervalih, dodatno pa še po
potrebi. Pred preverjanjem ustreznosti je
potrebno napraviti izračun mejnih
vrednosti pri katerih je merilo še
ustrezno.
Za ilustracijo si oglejmo primer izračuna
dovoljenih dimenzij kalibra za
preverjanje notranje izvrtine, kot ga
podaja strojniški priročnik
preverjanje kalibrov
V strojniškem priročniku najdemo tabelo za vrednosti odstopkov mere luknje oz. tolerance lukenj za imenske mere luknje od 10 do 18 mm in lego tolerančnega polja H7
imenska mera: N0 = 12 mm
največja mera luknje: Nmax = N0 +18 mm = 12,018 mm
najmanjša mera luknje: Nmin = N0 - 0 mm = 12,000 mm
Iz priročnika preberemo vrednosti H, z in y, za konkretno merilo za luknje:
H = 3 mm; z = 2,5 mm; y = 2 mm.
Uporabne intervale za merilo izračunamo po enačbah in sicer:
za stran DOBRO – GRE
dovoljeni interval za novo merilo je:
N = Nmin + z ± H/2 = 12,000 mm + 2,5 mm ± 1,5 mm
N: 12,001 mm 12,004 mm
dovoljena minimalna mera izrabljenega merila je:
N = Nmin – y = 12,000 mm - 2 mm = 11,998 mm
za stran IZMET – NE GRE
dovoljeni interval je: Nmax ± H/2 = 12,000 mm ± 1,5 mm
12,0165 mm 12,0195 mm
vprašanja
Vzroki za odstopke pri obdelavi
Kaj je nominalna, prava in resnična mera
Zakaj ne moremo izdelati izdelka s
predpisano mero?
Kaj je obdelava do ustrezanja, razvrščanje
podobnih izdelkov(uparjanje) in sistem
prileganja?
Skiciraj razmere pri ohlapnem, vmesnem in
tesnem ujemu.
Izračun meje uporabnosti kalibra.