BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING

ZLEPŠENÍ OPAKOVATELNOSTI A REPRODUKOVATELNOSTI TESTŮ PODVOZKOVÝCH KOMPONENT REPEATABILITY AND REPRODUCIBILITY IMPROVEMENT OF SUSPENSION COMPONENTS TESTS

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS

AUTOR PRÁCE

Bc. ZDENĚK KONEČNÝ

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2009

Ing. PAVEL RAMÍK

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2008/2009

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc. Zdeněk Konečný který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu obor: Automobilní a dopravní inženýrství (2301T038) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: Zlepšení opakovatelnosti a reprodukovatelnosti testů podvozkových komponent v anglickém jazyce: Repeatability and Reproducibility Improvement of Suspension Components Tests Stručná charakteristika problematiky úkolu: Proveďte rozbor opakovatelnosti a reprodukovatelnosti zadaných zkoušek podvozkových komponent a navrhněte úpravu zkoušebního zařízení vedoucí ke zlepšení opakovatelnosti a reprodukovatelnosti výsledků. Cíle diplomové práce: 1. Proveďte měření zadaných funkčních vlastností vybraných podvozkových komponent automobilů se zaměřením na opakovatelnost a reprodukovatelnost zkoušek. 2. Sestavte model zkušebního zařízení v systému CAD. 3. Proveďte analýzu deformací a napjatosti zařízení s využitím systému FEM. 4. Určete, které části zkušebního zařízení mají největší vliv na opakovatelnost a reprodukovatelnost měření. 5. Navrhněte úpravu konstrukce zkušebního zařízení vedoucí ke zlepšení opakovatelnosti a reprodukovatelnosti. 6. Proveďte měření na upraveném zkušebním zařízení. 7. Zhodnoťte získané výsledky a vyslovte se k vlivu navržených úprav na opakovatelnost a reprodukovatelnost zkoušek.

Seznam odborné literatury: [1] JANÍČEK, P., ONDRÁČEK, E., VRBKA, J. Pružnost a pevnost I, VUT Brno, 1992. [2] Pro/Engineer WildFire 3.0 Resource Center [online], Parametric Technology Corporation, 2008, poslední revize 12.10.2008. Dostupné z: [3] Release 11.0 Documentation for ANSYS, ANSYS Inc., USA 2008.

Vedoucí diplomové práce: Ing. Pavel Ramík Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2008/2009. V Brně, dne 20.11.2008 L.S.

_______________________________ prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu

_______________________________ doc. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

Vysoké uþení technické v BrnČ Fakulta strojního inženýrství

DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Abstrakt V rámci ešení diplomové práce „Zlepšení opakovatelnosti a reprodukovatelnosti test podvozkových komponent“ je ešen problém mení radiální elasticity kulových kloub s ohledem na opakovatelnost a reprodukovatelnost mení.

Abstrakt – anglicky Within the Master´s Thesis „Repeatability and Reproducibility Improvement of Suspension Components Tests“ is resolution of a problem measurement of the radial elasticity of ball joint with regard for Repeatability and Reproducibility measurement.

Klíþová slova Mení, kulový kloub, mící zaízení, opakovatelnost, reprodukovatelnost

Klíþová slova – anglicky Measurement, Ball Joint, measuring equipment, Repeatability, Reproducibility

Brno, 2009


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Bibliografická citace Konený, Z. Zlepšení opakovatelnosti a reprodukovatelnosti testĤ podvozkových komponent. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulte strojního inženýrství, 2009. 42s. Vedoucí diplomové práce Ing. Pavel Ramík

Brno, 2009


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

ýestné prohlášení Prohlašuji, že jsem Diplomovou práci na téma:

Zlepšení opakovatelnosti a reprodukovatelnosti testĤ podvozkových komponent vypracoval samostatn a použil jen pramen, které cituji a uvádím v seznamu použitých zdroj. V Brn 2009

Brno, 2009


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

PodČkování Dkuji všem, kteí mi pomáhali s tvorbou mé diplomové práce. V první ad Ing. Pavlu Ramíkovi za vedení pi zpracování mé diplomové práce. Velký dík patí také zamstnancm firmy TRW DAS a.s. pedevším panu Ing. Marianu Jarošimu, PhD. A panu Janu ermákovi za zprostedkování a pomoc pi mení na pístrojích firmy TRW DAS a.s. Nakonec bych rád podkoval celé rodin za podporu a pomoc nejen pi zpracování této práce, ale i pi celém studiu.

Brno, 2009


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

OBSAH 1. ÚVOD .................................................................................................................................................... 7 2. MċěENÍ ELASTICITY KULOVÝCH KLOUBģ A SOUýÁSTÍ STROJE ................................................................................................................ 13 3. MODELOVÁNÍ SOUýÁSTÍ STROJE A ANALÝZA DEFORMACÍ S VYUŽITÍM SYSTÉMU FEM ........................................... 33 4. ANALÝZA OPAKOVATELNOSTI A REPRODUKOVATELNOSTI MċěENÍ ............................................................ 40 5. ZÁVċR .............................................................................................................................................. 46 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJģ ............................................................................ 48

Brno, 2009

6


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

1. ÚVOD Diplomovou práci v TRW-DAS a.s. jsem si vybral protože mČ lákalo prostĜedí a vstĜícný pĜístup zamČstnancĤ firmy ke studentĤm VUT Brno. TRW-DAS a.s. se skládá ze dvou závodĤ: •

závod ěízení je souþástí skupiny Braking & Suspension Europe se sídlem v Koblenzi, SRN

•

závod Ventily je souþástí skupiny Engine Components Europe se sídlem v Barsinghause, SRN.

ObČ skupiny podléhají vedení TRW Automotive Operations se sídlem v Livonia, Michigan, USA. Produkty TRW-DAS jsou kulové þepy, vodící táhla, Ĝízení a ventily pro mnoho svČtoznámých výrobcĤ osobních i nákladních automobilĤ.

Obr.1 Ukázka výrobkĤ firmy TRW-DAS a.s., nahoĜe – Ventily, vlevo – vodící táhla s kulovými klouby, vpravo – OBJ Kloub spodního ramena, dole – elektrohydraulické Ĝízení EPHS (www.trwauto.cz) Brno, 2009

7


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

TémČĜ každý automobil se skládá z hnací soustavy, karoserie, podvozku a ostatního pĜíslušenství. Podvozek tvoĜí spodní þást automobilu a pĜenáší veškeré síly mezi vozovkou a karoserií vozidla. Hlavní þásti podvozku jsou: Kolo s pneumatikou, zavČšení kola, odpružení, Ĝízení, brzdový systém.

Obr.2 Konstrukþní þásti podvozku s kulovými klouby (prezentace TRW) Spojení jednotlivých dílu podvozkĤ automobilĤ kulovými klouby je velmi výhodné, ale taky klade na kloub vysoké požadavky jako pĜedevším tuhost pĜi pĤsobení sil v rĤzných smČrech a životnost. Na obr.3 je zobrazen konstrukþní pĜíklad kulového þepu, který se používá k spojení spodního závČsného ramene s otoþným þepem kola. Hlavními þástmi kloubu jsou: tČlo kloubu (housing), þep kloubu, plastová miska a manžeta kloubu naplnČná mazacím tukem. Koule þepu klouže v plastové misce nalisované v tČle kloubu. Kloub je naplnČn plastickým mazivem, které maže kloub po celou jeho životnost. Kloub je utČsnČn gumovou manžetou. Manžeta zabraĖuje vniknutí vody a neþistot do prostoru kontaktu plastové misky a koule þepu aby nedocházelo k opotĜebení kloubu. PĜi zatČžování kloubu dochází k deformaci pĜedevším plastové misky, ale i þepu a tČla kloubu. Tuto deformaci nazýváme radiální elasticita kulového kloubu a musíme ji mČĜit pĜi výstupní kontrole kloubĤ. Hodnota radiální elasticity je rĤzná pro rĤzné typy automobilĤ a má velký vliv na jízdní vlastnosti automobilu.

Brno, 2009

8


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Typy kloubĤ vyrábČné ve firmČ TRW DAS a.s.:

Obr.3 IBJ – Inner Ball Joint VnitĜní kulový kloub, používá se pĜevážnČ pro pĜipojení táhla Ĝízení k pĜevodce Ĝízení.

Obr.4 OBJ – Outer Ball Joint VnČjší kulový kloub – použití pĜevážnČ na vnČjší þást Ĝídící tyþe.

Obr.5 PBJ Pillow Ball Joint Ložiskový kulový kloub – používá se napĜ. pro pĜipojení ramena nápravy ke karoserii.

Brno, 2009

9


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr.6 SBJ – Suspension Ball Joint Tento kloub se používá pro pĜipojení spodního ramena nápravy k tČhlici kola.

Obr.7 ěez kulovým kloubem (SBJ) 1 - kulový kloub se závitem, 2 – tČsnící manžeta, 3 – tČlo kloubu (housing), 4 – plastová miska (TRW) Tato práce je zamČĜena na zpĤsoby mČĜení podvozkových komponent ve firmČ TRW-DAS pĜedevším radiální elasticity kulových kloubĤ na stroji Herion radial elasticity tester dále jen „Herion“ (obr.9), ale pro porovnání také na stroji Schenck (obr.8).

Brno, 2009

10


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr. 8 Schenck

Obr. 9 Herion radial elasticity tester Cílem práce je zlepšení opakovatelnosti a reprodukovatelnosti mČĜení. V technické praxi þasto narážíme na otázku zda lze namČĜeným hodnotám vČĜit, zda nám popisují skuteþný proces, nebo zda dochází k významnému zkreslení hodnot systémem mČĜení. Brno, 2009

11


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Matematicky zapsáno, celková variabilita zaznamenaných dat je souþtem variability procesu a variability systému mČĜení. PĜi zkoumání systému mČĜení narážíme na dva problémy: a)Variabilita systému mČĜení – R&R studie Opakovatelnost (Repeatability) vyjadĜuje, jak je jednotlivý operátor schopen zopakovat stejné výsledky pro konkrétní mČĜený díl Reprodukovatelnost (Reproducibility) znamená schopnost zmČĜit stejné hodnoty daného dílu na odlišném zaĜízení nebo pĜi mČĜení rĤznými operátory. b)Poloha výsledkĤ – studie linearity a strannosti PĜesnost – rozdíl mezi napozorovaným prĤmČrem a referenþní hodnotou Stabilita – celková variabilita v mČĜení získaná mČĜícím systémem na stejném normálu nebo pĜi mČĜení jediné charakteristiky v delším þasovém úseku. Linearita – rozdíl mezi hodnotami strannosti v pĜedpokládaném pracovním rozsahu mČĜidla. Studie R&R umožĖuje stanovit, kolik pozorované variability procesu vzniká v dĤsledku variability systému mČĜení toto variabilitu dále klasifikuje (obr.10)

Obr.10 RozdČlení celkové variability zaznamenaných dat NejþastČji se používají následující dvČ charakteristiky: %R & R = P /T =

s measurementsystem stotal

6 ⋅ s measurementsystem USL − LSL

Brno, 2009

- srovnání variability systému mČĜení s celkovou variabilitou, - srovnání variability systému mČĜení s toleranþním rozpČtím.

12


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

2. MċěENÍ ELASTICITY KULOVÝCH KLOUBģ A SOUýÁSTÍ STROJE Ve FirmČ TRW-DAS mČĜí radiální elasticitu kulových kloubĤ na dvou strojích jak je uvedeno výše. 1. série mČĜení kulového kloubu rameno, upnutí kloubu pomocí pĜípravku na stĤl na stroji HERION Cílem první série mČĜení bylo pĜedevším seznámit se s mČĜením na stoji Herion a základním problémem mČĜení radiální elasticity na tomto stroji. Hlavní výhodou stroje Herion je upevnČní hydraulického válce na þepech tak, že se mĤže volnČ naklápČt ve všech smČrech a pĜi mČĜení nepĤsobí na kloub jiná síla než v ose hydraulického válce. Nevýhodou naklápČní válce je, že pĜi pĤsobení síly na kužel kloubu kolmo na jeho osu vzniká ohybový moment a dochází k naklopení kloubu a pĜenášení momentu na upínací pĜípravky kloubu. Naklopením kloubu dochází k prĤhybu mČĜícího zaĜízení a k mČĜení hodnoty elasticity, která neodpovídá skuteþné hodnotČ. Tyto skuteþnosti jsme mČĜili pĜi sérii mČĜení þ.1 umístČním snímaþe posuvu na rĤzná místa kloubu a mČĜícího zaĜízení.

Force [kN]

TRW

Test & Validation Center DT-C

Axial elasticity

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4 -0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

Axial elasticity 0.0983 mm Customer:

Force:

Part name: Drawing No:

Speed: Max. distance

Project No.:

Test spec.:

±

Test Request No.:

0.06 Displacement [mm]

Data name:

02022009_0001.dat

Machine: Technician:

Part No.:

CD15

Date:

Graf. 1 Ukázka grafického výstupu mČĜení radiální elasticity kulového kloubu

Brno, 2009

13


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr.11 Série 1 MČĜení 1.1 (obr.11) PĜi mČĜení þ.1.1 jsme nechali snímaþ umístČn na úhelníku, tak jak probíhají všechna mČĜení kloubĤ na tomto stroji. (obr.11). NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,227 mm.

Obr.12 MČĜení 1.2 (obr.12) Snímaþ umístČn mezi svČrákem a kuželem kloubu. PĜi tomto mČĜení nemá vliv na výsledek prĤhyb úhelníku. Chybu ve výsledku mČĜení ovlivĖuje pouze naklopení kloubu a ne deformace upínacích pĜípravkĤ. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,206 mm.

Brno, 2009

14


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr.13 MČĜení 1.3 (obr.13) PĜi tomto mČĜení jsme ovČĜovali dokonalost upnutí kloubu. PĜi tomto upnutí docházelo k posuvu tČla kloubu ±0,011mm. Elasticita tedy vyšla 0,022 mm. Toto mČĜení jsme opakovali pod þíslem 13 pĜi vyšším momentu utažení šroubĤ, které pĜes podložku svírají tČlo kloubu. NamČĜená elasticita pĜi vyšším pĜedpČtí šroubĤ pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,0182 mm. MČĜení 1.4 MČĜení 4 ukazuje posuv horní þásti svČráku (podložce) proti spodní þásti pĜipevnČné na stole stroje. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0.028 mm. Toto mČĜení jsme opakovali pod þíslem 1.12 pĜi vyšším momentu utažení šroubĤ, které pĜes podložku svírají tČlo kloubu. NamČĜená elasticita pĜi vyšším pĜedpČtí šroubĤ pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,025 mm. MČĜení 1.5 MČĜení 5 ukazuje pružnost spodní þásti svČráku s podložkou. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,010 mm.

Obr.14 Brno, 2009

15


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 1.6 (obr.14) PĜi tomto mČĜení jsme ovČĜovali prĤhyb úhelníku. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,0298 mm.

Obr.15 MČĜení 1.7 (obr.15) Výsledek tohoto mČĜení ukazuje prĤhyb mezi úhelníkem a hydraulickým válcem. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,0143 mm.

Obr.16

Brno, 2009

16


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 1.8 (obr.16) Tímto mČĜením jsme ovČĜovali boþní prĤhyb úhelníku, tato hodnota je v tisícinách mm proto nemá podstatný vliv na mČĜení radiální elasticity kloubu a nebudeme se jí dále vČnovat. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,0028 mm. MČĜení 1.9 PĜi mČĜení 9 byla zkoušena tuhost stolu mezi upínacím svČrákem a hydraulickým válcem. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla na vzdálenosti 400mm 0,019 mm.

Obr.17

MČĜení 1.10 (obr.17) Pohyb úhelníku vĤþi svČráku. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,242mm. MČĜení 1.11 Toto mČĜení ukazuje tuhost sevĜení kuželu ve svČrce a pohyb svČrky vĤþi úhelníku. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,0074 mm. MČĜení 1.12 a 1.13 viz mČĜení 1.3 a 1.4

Brno, 2009

17


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Tab.1 Souhrn výsledkĤ ze série mČĜení þ.1 MČĜení Hodnota Pozn. 1 0.227 Snímaþ na úhelníku 2 0.206 Snímaþ mezi svČrákem a kuželem 3 0.022 Pohyb obalu vĤþi svČráku, nedokonalost upnutí 4 0.028 Pohyb horní þásti svČráku vĤþi spodní 5 0.010 MČĜení pružnosti svČráku 6 0.0298 MČĜení prĤhybu úhelníku 7 0.0143 PrĤhyb upínacího mechanismu 8 0.0028 Boþní prĤhyb úhelníku 9 0.019 PrĤhyb stolu na 400mm 10 0.242 Pohyb uhelníku vĤþi svČráku 11 0.0074 Pohyb úhelníku vĤþi kuželu (sverce) 12 0.025 Pohyb horní þásti svČráku vĤþi spodní (4) - vyšší pĜedpetí šroubĤ 13 0.0182 Pohyb obalu vĤþi svČráku, nedokonalost upnutí - vyšší pĜedpetí šroubĤ

Brno, 2009

18


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

2. série mČĜení „kloub s tyþkou“ ve svČráku na stroji HERION PĜi sérii mČĜení þ.2 jsme mČĜili posuv jednotlivých þástí stroje ve stejných nebo alespoĖ blízkých místech jako u mČĜení þ.1 s jiným typem mČĜeného kloubu. PĜi sérii mČĜení þ.2 byl použit kloub OBJ se závitem v tČle kloubu upnutý za tento závit jak je vidČt na obr.14. ZamČĜili jsme pĜedevším na pevnost upnutí þástí stroje, které by mohly ovlivĖovat výsledky mČĜení.

Obr.18 MČĜení 2.1 (obr.18) PĜi mČĜení þ.2.1 jsme nechali snímaþ umístČn na úhelníku, tak jak probíhají všechna mČĜení kloubĤ na tomto stroji.. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,098 mm.

Obr.19

Brno, 2009

19


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 2.2 (obr.19) Druhé mČĜení ukazuje posuv dílu vĤþi stolu stroje. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,0324 mm.

Obr.20 MČĜení 2.3 (obr.20) TĜetí mČĜení ukazuje posuv svČráku vĤþi stolu stroje. Porovnáním mČĜení 2.2 a 2.3 si mĤžeme udČlat pĜedstavu a pevnosti sevĜení upínací tyþky ve svČráku. NamČĜená hodnota pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,0382 mm. Rozdíl hodnot je zpĤsoben umístČním snímaþe.

Obr.21

Brno, 2009

20


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 2.4 (obr.21) Výsledek mČĜení þ.2.4 je hodnota o kterou s posouvá úhelník proti svČráku. Tato hodnota elasticity pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,0815 mm.

Obr.22 Force [kN]

TRW


Axial elasticity

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4 -0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

Customer:

Force:



Project No.:

Test spec.:

±


Axial elasticity 0.0822 mm Data name:

Test Request No.:

02022009_0005.dat


TRW Force [kN]

Date:

CD19

Part No.:


Axial elasticity

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4 -0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

Customer:

Force:



Project No.:

Test spec.:

±

Test Request No.:


Axial elasticity 0.0824 mm Data name:

02022009_0009.dat


Part No.:

CD23

Date:

Obr.23

Brno, 2009

21


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 2.5 a 2.6 (obr.21, 23) KvĤli zjištČní naklápČní þepu jsme provedli mČĜení elasticity ve dvou výškách nad stĜedem koule þepu, tyto výsledky jsou pouze orientaþní protože nemĤžeme pĜesnČ zmČĜit výšku nad stĜedem koule þepu. Výsledky, ale vyšly témČĜ stejné protože rozdíl výšek umístČní snímaþe byl pĜíliš malý. PĜi mČĜení 2.5 byl snímaþ umístČn ve výšce 35 mm nad stĜedem koule þepu a pĜi mČĜení 2.6 ve výšce 55 mm nad stĜedem koule þepu. NamČĜené hodnoty pak byly pĜi mČĜení 2.5 – 0,822 mm a pĜi mČĜení 2.6 – 0,809

Obr.24 MČĜení 2.7 a 2.8 (obr.24) PĜi mČĜení þ.2.7 jsme mČĜili pohyb šroubovice vĤþi úhelníku - pevnost sevĜení šroubovice. Elasticita vyšla 0,0045. PĜi mČĜení þ.2.8 jsme opakovali mČĜení s vyšším momentem utažení šroubĤ svírajících šroubovici. Elasticita vyšla 0,0061. Tím jsme ovČĜili že je bezvýznamné utahovat šrouby na vyšší moment.

Obr.25 Brno, 2009

22


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 2.9 (obr.25) Toto mČĜení je stejné jako mČĜení 2.1 pouze vyluþuje vliv prĤhybu úhelníku. NamČĜená elasticita je 0,0767 mm. Což je asi o 20% ménČ než hodnota u 1. mČĜení, to není zanedbatelná hodnota.

Obr.26 MČĜení 2.10 (obr.26) Desátým mČĜením jsme zjišĢovali elasticitu tČla þepu. PĜi zatížení silou ±3kN pak elasticita vyšla 0,0182 mm. Tato hodnota není malá, ale na mČĜení standardním zpĤsobem nemá významný vliv.

Obr.27

Brno, 2009

23


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 2.11 (obr.27) Zde jsme mČĜili podobnČ jako u mČĜení 2.2 a 2.3 tuhost sevĜení upínací tyþky ve svČráku. SevĜení je velmi pevné a elasticita pĜi zatížení ±3kN byla pouze 0,0008 mm. Tab.2 Souhrn výsledkĤ ze série mČĜení þ.2 mČĜení 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

hodnota pozn. 0.098 snímaþ na úhelníku 0.0324 snímaþ mezi stolem a dílem ve svČráku 0.0382 snímaþ mezi stolem a svČrákem 0.0815 snímaþ mezi svČrákem a úhelníkem 0.0822 snímaþ mezi svČrakem a šroubovicí, 35mm nad osou 0.0809 snímaþ mezi svČrákem a šroubovicí 55mm nad osou 0.0045 pohyb závitu vĤþi úhelníku (pod uhelnikem) 0.0061 pohyb závitu vĤþi úhelníku (pod uhelnikem) vyšší pĜedpČtí 0.0767 snímaþ mezi úhelníkem a obalem kloubu 0.0182 elasticita tČla þepu 0.0008 nedokonalost upnutí ve svČráku

Brno, 2009

24


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

3. série mČĜení „kloub s tyþkou DUMMI1“ ve svČráku na stroji HERION TĜetí mČĜení již bylo provedeno pro konkrétní porovnání s modelem. Byl použit opČt kloub se závitem v tČle kloubu upnutý za závit, ale tentokrát byl kloub vybrán tak, aby mČĜení co nejlépe ukazovalo na nepĜesnost zpĤsobenou deformací mČĜícího zaĜízení. Tento kloub s firemním oznaþením „DUMMI 1“ Tento kloub byl vyroben svaĜením kuželu a tČla kloubu (housingu), tím vznikl jeden celek a namČĜená elasticita mČla být podle pĜedpokladu minimální, ĜádovČ v tisícinách milimetru. Tato elasticita je zpĤsobena deformací kloubu.

Obr.28 MČĜení 3.1 PĜi mČĜení þ.3.1 jsme nechali snímaþ umístČn na úhelníku, tak jak probíhají všechna mČĜení kloubĤ na tomto stroji.. NamČĜená elasticita pĜi zatížení silou ±3kN byla 0,075 mm. MČĜení 3.2 Hodnota elasticity mČĜena mezi svČrákem a kuželem kloubu. I když byl kloub svaĜen namČĜili jsme elasticitu 0,04mm. Tuto hodnotu mĤže ovlivĖovat pouze deformace svČráku, kloubu a síla sevĜení upínací tyþky ve svČráku.

Obr.29

Brno, 2009

25


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 3.3 (obr.29) Toto mČĜení jsme provedli, abychom zjistili jaký vliv na namČĜenou elasticitu z mČĜení þ.3.2 má ohyb kloubu. PĜi namáhání kloubu silou ±3kN vzniká ohybový moment, který ohýbá tyþku kloubu (housing) a þást upínací tyþe se závitem. NamČĜená hodnota elasticity je 0,1mm. Tato hodnota je velmi vysoká když si uvČdomíme že mČĜíme radiální elasticitu kloubu ĜádovČ v tisícinách milimetru.

Obr.30 MČĜení 3.4 (obr.30) Protože byla namČĜená hodnota v mČĜení 3.3 velmi vysoká mČĜili jsme prĤhyb také zespodu na úhelníku. Tato hodnota je 0,01 mm. PĜekvapivČ malá hodnota proti mČĜení 3, ale tento prĤhyb eliminuje prĤhyb úhelníku.

Obr.31

Brno, 2009

26


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 3.5 (obr.31) Hodnota 0,033mm byla namČĜena mezi svČrákem a úhelníkem v místČ podle obrázku.

Obr.32 MČĜení 3.6 (obr.32) PĜi tomto mČĜení byl snímaþ umístČn mezi svČrákem a místem kde je standardnČ umístČn snímaþ posuvu. NamČĜená elasticita pĜi zatížení ±3kN je 0,092mm.

Obr.33 MČĜení 3.7 (obr.33) Toto mČĜení zobrazuje prĤhyb upínacích pĜípravkĤ mČĜícího zaĜízení od hydraulického válce až po úhelník.Na tuto þást mČĜícího zaĜízení nepĤsobí velké ohybové momenty a je dostateþnČ tuhá, proto se mu dále vČnovat nemusíme.

Brno, 2009

27


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

V tabulce jsou uvedeny namČĜené hodnoty jednotlivých mČĜení, v horní polovinČ byl svČrák upevnČn tak aby ležela osa kloubu pĜibližnČ v ose hydraulického válce. Ve spodní polovinČ tabulky jsou uvedeny namČĜené hodnoty se svČrákem upevnČným pod osou hydraulického válce, pĜibližnČ 30 mm. Podle výsledkĤ lze usoudit že umístČní stĜedu koule kloubu nemá podstatný vliv na mČĜení radiální elasticity. MČĜení

hodnota v ose 1 0,075 snímaþ na úhelníku 2 0,04 snímaþ mezi svČrákem a kuželem 3 0,1 snímaþ mezi svČrákem a kloubem zespodu 4 0,01 mezi svČrákem a úhelníkem zespodu 5 0,033 mezi svČrákem a úhelníkem 6 0,092 mezi svČrákem a úhelníkem v miste snímaþe 7 0.002 mezi úhelníkem a válcem(snímaþem) pod osou 1 0,073 snímaþ na úhelníku 2 0,038 snímaþ mezi svČrákem a kuželem 3 0,093 snímaþ mezi svČrákem a kloubem zespodu 4 0,018 mezi svČrákem a úhelníkem zespodu 5 0,038 mezi svČrákem a úhelníkem 6 0,086 mezi svČrákem a úhelníkem v miste snímaþe 7 0,002 mezi úhelníkem a válcem(snímaþem) Tab.3 Souhrn výsledkĤ ze série mČĜení þ.3 Z výsledkĤ je patrné že elasticita je mnohem vČtší než jsme pĜedpokládali.

Brno, 2009

28


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

4. série mČĜení „kloub s tyþkou nezavaĜený typ DUMMI1“ na stroji HERION Nebudu zde znovu popisovat jednotlivá mČĜení. ZpĤsob mČĜení a umístČní snímaþĤ je stejné nebo velmi blízké mČĜení v sérii þ.3. Odpovídá i þíslování jednotlivých mČĜení. Jedinou zmČnou je typ použitého kloubu. Použit byl nezavaĜený kloub stejného tvaru jako v pĜedchozí sérii „DUMMI1“

mČĜení

hodnota v ose 1 0,1 snímaþ na úhelníku 2 0,08 snímaþ mezi svČrákem a kuželem 3 0,06 snímaþ mezi svČrákem a kloubem zespodu 4 0,03 mezi svČrákem a úhelníkem zespodu 5 0,07 mezi svČrákem a úhelníkem 6 0,12 mezi svČrákem a úhelníkem v miste snímaþe 7 mezi úhelníkem a válcem(snímaþem) pod osou 1 0,098 snímaþ na úhelníku 2 snímaþ mezi svČrákem a kuželem 3 0,037 snímaþ mezi svČrákem a kloubem zespodu 4 0,095 mezi svČrákem a úhelníkem zespodu 5 0,084 mezi svČrákem a úhelníkem 6 0,123 mezi svČrákem a úhelníkem v miste snímaþe 7 mezi úhelníkem a válcem(snímaþem) Tab.4 Souhrn výsledkĤ ze série mČĜení þ.4 Pro porovnání jsme namČĜili stejný kloub na stroji SCHENCK. Z výsledkĤ je zĜejmý rozdíl hodnot obou strojĤ.

Brno, 2009

29


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

5. série mČĜení opČt použit zavaĜený kloub DUMMI1 a nezavaĜený kloub stejného typu mČĜení bylo provedeno na stroji Schenck (obr.30). Tento stroj je velmi robustní konstrukce jak je vidČt na obrázku. Kloub je upnut za tyþku k hydraulickému válci, který vychází ze stolu a na druhé stranČ do úhelníku podobnČ jako na stroji Herion. Na tomto stroji také dochází k deformacím úhelníku, ale protože je úhelník pevnČ podepĜen nemĤže dojít k vychýlení úhelníku v žádném smČru. Nevýhodou tohoto zaĜízení je, že vznikají síly pĤsobící na kloub i v jiných smČrech než pouze radiální a elasticita mĤže být podle tvaru kloubu mírnČ zkreslena.

Obr.34

Obr.35 MČĜení 5.1 PĜi mČĜení 1 byl snímaþ umístČn tak jak se na tomto stroji bČžnČ mČĜí radiální elasticita kloubĤ. Snímaþ je umístČn na objímce mezi šroubovicí úhelníku a tČlem kloubu jak je vidČt na obrázku 35. NamČĜená elasticita na zavaĜeném kloubu DUMMI1 pĜi zatížení ±3kN je 0,003mm.U nezavaĜeného kloubu je tato hodnota 0,06mm. To jsou velmi malé hodnoty Brno, 2009

30


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

proti mČĜení 1 v sérii þ.3 kde byla namČĜena radiální elasticita 0,075mm u zavaĜeného kloubu a 0,1 u nezavaĜeného kloubu. Zde je zĜejmé jak velký vliv má na mČĜení tuhost zaĜízení jako celku. I když jsou upínací pĜípravky podobné, nČkteré na stroji Herion i tužší, celková tuhost stroje Herion je nižší.

Obr.36 MČĜení 5.2 Toto mČĜení jsme provedli abychom zjistili prĤhyb tohoto úhelníku.Snímaþ jsme umístili mezi šroubovici a þelní plochu úhelníku podle obr.36. NamČĜená hodnota elasticity pĜi zatížení ±3kN je 0,05 mm u zavaĜeného kloubu i nezavaĜeného kloubu. Toto mČĜení opČt potvrdilo že na prĤhyb úhelníku nemá vliv typ mČĜeného kloubu, ale pouze velikost zatČžovací síly.

Obr.37

Brno, 2009

31


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

MČĜení 5.3 TĜetí mČĜení bylo provedeno pouze orientaþnČ, snímaþ byl umístČn mezi spodní þást tČla kloubu a šroubovicí. Do výsledkĤ mČla být zahrnuta elasticita namČĜená v mČĜení 5.1 plus elasticita tČla kloubu a upínacího pĜípravku (snímaþ byl umístČn na šestihranné tyþi, která je vidČt ve spodní þásti obrázku 37). Zde vyšla elasticita pro zavaĜený kloub 0,01mm a pro nezavaĜený 0,11mm. Tyto hodnoty jsou vyšší než v mČĜení 5.1, ale stále nižší než v mČĜení na stroji Herion. mČĜení

hodnota zavaĜený 1 0,003 snímaþ na šroubovici 2 0,05 snímaþ mezi šroubovicí a úhelníkem (prĤhyb úhelníku) 3 0,01 snímaþ mezi pístnici a šroubovicí nezavaĜený 1 0,06 snímaþ na šroubovici 2 0,05 snímaþ mezi šroubovicí a úhelníkem (prĤhyb úhelníku) 3 0,11 snímaþ mezi pístnici a šroubovicí Tab.5 Souhrn výsledkĤ ze série mČĜení þ.5 Stroj SCHENCK má robustní konstrukci a je konstruován na vČtší zatížení než 3kN proto pĜi mČĜení nedochází k výrazným deformacím þástí stroje a upínacích pĜípravkĤ. Provedli jsme dostateþné množství mČĜení, aby se dalo urþit která ze souþástí má nejvČtší vliv na výsledky mČĜení, na který díl se pĜevážnČ zamČĜit a jak zaþít vytváĜet model mČĜícího zaĜízení. PĜi mČĜení a postupnou analýzou výsledkĤ jsme došli k závČru, že nejvČtší podíl na nepĜesnosti stroje Herion má úhelník, proto jsme zaþali s modelováním právČ tohoto dílu.

Brno, 2009

32


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

3. MODELOVÁNÍ SOUýÁSTÍ STROJE A ANALÝZA DEFORMACÍ S VYUŽITÍM SYSTÉMU FEM Pomocí výpoþetní techniky vytvoĜím poþítaþový 3D model v programu Pro/engineer Tento model poté pĜevedu do programu ANSYS a provedu analýzu deformací pĜi zatČžování silou podobnČ jako pĜi mČĜení. a) Prvním krokem je vytvoĜit 3D model úhelníku pomocí programu Pro/Engineer. Pomocí funkce „Extrude Tool“ jsem vytvoĜil základní tvar úhelníku. b) Dalším úkolem je vytvoĜit díru pro šroubovici pomocí funkce „Hole“ c) Pomocí fukce „Extrude Tool“ a zvolením „Remove material“ jsem odebral materiál v místČ umístČní snímaþe. d) Díru pro upevnČní úhelníku ke stroji jsem vytvoĜil opČt pomocí funkce „Hole“. Ostatní díry a vybrání na úhelníku jsem zanedbal kvĤli jednoduchosti modelu a složitosti výpoþtu. Výpoþet tyto díry a vybrání výraznČ neovlivní, ale znaþnČ se zkrátí þas výpoþtu. Pomocí funkce AnsysGeom v záložce ANSYS jsem pĜevedl 3D model z programu Pro/Engineer do programu ANSYS a zaþal jsem se základní pĜípravou jednotlivých funkcí programu pro výpoþet deformace pĜi zatížení ±3kN stejnČ jako pĜi mČĜení elasticity. Prvním úkolem bylo zvolit typ elementu. V záložce Preprocesor-Element TypeAdd/Edit/Delete jsem zvolil Add.. pro pĜidání elementu. Vybral jsem SOLID92. To je þtyĜstČn vhodný pro volné síĢování modelu.Poté jsem zvolil materiál modelu v záložce Material props-material models. Vybral jsem Structural-Linear-Elastic-Isotropic a zadal jsem hodnoty oceli EX – modul pružnosti pro ocel 2,1x105 a PRXY – poissonova konstanta 0,3. Teć jsem mohl zaþít se síĢováním modelu. Pomocí funkce MeshTool v záložce Meshing jsem nastavil vlastnosti elementĤ (element attributes). Maximální velikost elementu (Size controlsGlobal Set, v kolonce SIZE Element edge length) na 5. To je dost jemná síĢ pro jednoduchou souþást jako je tento úhelník.ýáry které ohraniþují díru pro upevnČní úhelníku ke stroji jsem rozdČlil na 6 dílĤ pomocí funkce Lines Set vyberal jsem tyto þáry a v kolonce NDIV napíšu 3. Nyní mám okolo díry 6 uzlĤ Dále jsem zvolil volné síĢování pomocí þtyĜstČnĤ. Taþítkem Mesh zahájím výbČr objemĤ, které chci síĢovat. Jediným objemem je úhelník. Tento úhelník vyberu a zvolín OK. SíĢ je hotová. Nyní musím úhelník upevnit vazbami a zatížit silami. První verze modelu byla upevnČna za díru pro šroubovici odebráním všech stupĖĤ volnosti pomocí funkce Apply U,Rot on Areas v záložce Solution-Define Loads-Apply-StructuralDisplacement-On Areas zvolím All DOF. Tím jsou odebrány všechny stupĖe volnosti. V záložce Select vyberu funkci Entities a vyberu pouze þáru kolem díry kterou jsem si dĜíve rozdČlil na 6 dílĤ.Vyberu Lines, By NUM/Pick, nechám zaškrtnuto From Full (vybírám ze všech þar) a OK. Zvolím správné 2 þáry na hranČ díry. V záložce Solution-Define LoadsApply-Structural-Force/Moment-On Nodes vyberu 6 uzlĤ na vybraných þarách ve kterých chci zadat tahovou/tlakovou sílu. 6 proto abych rozdČlil sílu 3000N na 6x500N.Do kolonky Direction of force/mom zadám smČr pĤsobení síly, v tomto pĜípadČ FX. Do kolonky Force/moment value vyplním velikost síly pĤsobící v každém uzlu -500. Nyní jsou zadány všechny hodnoty potĜebné pro výpoþet. V záložce Solution-Solve-Current LS zahájím výpoþet. Solution is done. Výpoþet probČhl bez problémĤ a mĤžeme zobrazit výsledky. Funkce General Postproc-Read Results-First set naþte výsledky z posledního výpoþtu. Vykreslení deformace zobrazím pomocí funkce Plot-Results-Deformed Shape, zde si mĤžu vybrat pouze deformované tČleso, deformované + pĤvodní tČleso nebo deformované tČleso a Brno, 2009

33


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

hrany nedeformovaného tČlesa. Zvolil jsem prostĜední možnost deformované+pĤvodní tČleso. Výsledek je zobrazen na obr.38

Obr.38 1.verze modelu Toto Ĝešení neodpovídá namČĜeným deformacím. UpevnČní za díru je nevhodnou interpretací skuteþnosti. VhodnČjší Ĝešení je na obr.39 kde je úhelník upevnČn vazbou v bodČ který teoreticky odpovídá stĜedu kloubu a leží na ose mČĜícího zaĜízení. PĜedchozí model jsem doplnil o náhradu šroubovice tak aby bylo možné model upevnit vazbami v teoretickém stĜedu koule kloubu.

Obr.39 Toto Ĝešení je již blíže skuteþnosti, ale stále neodpovídá namČĜeným hodnotám. Proto jsem model dále upĜesĖoval a doplĖoval o další souþásti které ovlivĖují deformaci celého zaĜízení až jsem dospČl k modelu na obr.40. Vlevo na obrázku je model þásti hydraulického válce po místo kde je válec upnut na þepech v kterých se mĤže volnČ otáþet jak v horizontálním tak ve vertikálním smČru. V místech upevnČní hydraulického válce pĜes otoþné þepy ke stolu stroje jsem umístil vazby odebírající posuvy nahoĜe a dole v ose z, vpravo a vlevo v ose y. Vpravo na obrázku pak je upnutí za teoretický stĜed kloubu a jsou odebrány posuvy ve všech smČrech.

Brno, 2009

34


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr.40 Tento model již s dostateþnou pĜesností odpovídá namČĜeným hodnotám na konkrétním dílu. NapĜ. elasticita na þele úhelníku byla namČĜena 0,033 mm. Posunutí pĜi modelování bylo 0,016 ve smČru osy –x a 0,015 ve smČru osy x. Celková elasticita modelu je pak 0,031 mm. PĜi mČĜení pohybu úhelníku ve smČru osy y byla namČĜena hodnota 0,01mm. Na tomto modelu byla hodnota pĜi namáhání tahem –0,0054 mm a pĜi namáhání tlakem byla hodnota posunutí 0,0054. Po seþtení 0,0108mm. NamČĜené deformace pĜibližnČ odpovídají hodnotám deformací na modelu, proto mĤžeme tento model dále použít pro návrhy úprav mČĜícího zaĜízení. Tento model odpovídá mČĜení upnutí kloubu za tČlo (housing). NČkteré hodnoty se neshodují s mČĜení kloubĤ s upínacím závitem v housingu pĜi upnutí našroubováním na závit tyþe upnuté ve svČráku. PĜi mČĜení kloubu upevnČného za tyþku ve svČráku jsem stále nemohl dosáhnout dostateþné shody výsledkĤ modelování s mČĜením, proto jsme vytvoĜil náhradu kloubu a tuto vložil do modelu. Poté jsem model upevnil za plochu tyþky v Ĝezu tČsnČ u svČráku. Zbytek modelu zĤstal nezmČnČn. Nyní namČĜené hodnoty odpovídají s dostateþnou pĜesností hodnotám deformací z modelu. Na obr.41 je model zatížení kloubu DUMMI1 (obr.44) tlakem 3kN upnutého do svČráku podle obr.43 Na obr.42 je model zatížení kloubu DUMMI1 (obr.44) tahem 3kN upnutého do svČráku podle obr.43

Brno, 2009

35


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr.41 Model zatížení kloubu s tyþkou tlakem

Obr.42 Model zatížení kloubu s tyþkou tahem

Obr.43 MČĜení elasticity zavaĜeného kloubu s tyþkou obr.44 ZavaĜený kloub DUMMI1

Brno, 2009

36


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr.45 Stávající úhelník

Obr.46 úhelník s pĜídavkem materiálu +10mm z obou stran

Obr.47 úhelník s pĜídavkem materiálu ve spodní þásti Na obr. 45 až 47 jsou znázornČny ve stejném mČĜítku deformace stávajícího úhelníku (obr.45). PĜiblížení místa pro pĜipevnČní snímaþe k teoretickému stĜedu koule (místo Brno, 2009

37


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

upevnČní modelu) pĜi pĤsobení síly 3kN je 0,017mm. Uhelník na který je pĜidán materiál – 10mm z obou stran (obr.46). PĜiblížení místa pro pĜipevnČní snímaþe k teoretickému stĜedu koule (místo upevnČní modelu) pĜi pĤsobení síly 3kN je 0,014mm. A úhelníku s pĜidaným materiálem na spodní stranČ +20mm (obr.47). PĜiblížení místa pro pĜipevnČní snímaþe k teoretickému stĜedu koule (místo upevnČní modelu) pĜi pĤsobení síly 3kN je 0,008mm. MČĜením a modelováním jednotlivých þástí mČĜícího zaĜízení jsme zjistili, že nejvČtší vliv na mČĜení má deformace úhelníku. Proto jsme navrhli 2 typy tužších úhelníkĤ. Tyto úpravy by pomohly ke zvýšení pĜesnosti mČĜení, ale nebyl by vliv deformace úhelníku zcela odstranČn. Z þasových dĤvodĤ nebyl tužší úhelník vyroben, aby byla ovČĜena velikost deformace. Tužší úhelník nebyl vyroben také z dĤvodu hmotnostního. PĜi dynamických mČĜeních má setrvaþná síla velký vliv na mČĜení a proto není vhodné zvyšovat hmotnost mČĜícího celku. Dalším z dĤvodĤ proþ nebyl tento úhelník vyroben je rozmČrový, pro mČĜení rozmanitých tvarĤ a typĤ kloubĤ je zapotĜebí dostatek místa okolo kloubu pro umístČní snímaþe i samotného kloubu. NapĜ. pĜi mČĜení spodních ramen s kulovými klouby, které mohou být velmi rozmČrné. Z tČchto dĤvodĤ, jsme hledali jiné Ĝešení jak zlepšit opakovatelnost a reprodukovatelnost mČĜení. Jednou z možností bylo upravit systém upínání kloubĤ. Stávající zpĤsob upnutí byl pĜes upínací tyþku upnutou ve svČráku na které byl namontován kloub se závitem v housingu. Dle obr.43. Nový zpĤsob mČĜení byl navrhnut stažením podložkou ke stolu stroje. Toto mČĜení bylo navrhnuto, pĜedevším proto aby byl odstranČn vliv prĤhybu tČla kloubu s upínacím závitem pĜi upnutí za tento závit do svČráku. Tento prĤhyb výraznČ ovlivĖoval mČĜení jak je vidČt na modelu (obr. 41 a 42). JeštČ výraznČji je mČĜení ovlivnČno u kloubĤ, které nemají tČlo kloubu s upínacím závitem kloubu rovnou, ale tvarovanou podle potĜeb jednotlivých výrobcĤ automobilĤ. Zde vznikají i boþní síly a takové výsledky mČĜení jsou pĜi stávajícím upnutí na stroji Herion zcela zkreslená. Proto návrh upnutí pomocí speciálního pĜípravku. PĜi tomto upnutí je deformace pĜi každém mČĜení stejná a lze ji pĜedvídat. PĜi mČĜení nemá vliv na deformaci úhelníku tvar a velikost kloubu, tuto deformaci ovlivĖuje pouze velikost zatČžovací síly. Další možností úpravy stávajícího systému mČĜení je zmČna umístČní snímaþe mezi svČrák a kužel mČĜeného kloubu, tím by byl vylouþen vliv deformace úhelníku.

Brno, 2009

38


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr.48 ukázka upínání kloubu pomocí speciálního pĜípravku Použitím speciálního pĜípravku (obr.48) Jsou spojeny oba návrhy úprav mČĜení na stroji Herion. Použití speciálního pĜípravku umožnilo snadnou zmČnu místa upnutí snímaþe. Malou nevýhodou mČĜení pomocí speciálního pĜípravku je vČtší množství pĜípravkĤ. Ke každému typu kloubu musí být vyroben pĜípravek podle tvaru kloubu. U staršího zpĤsobu mČĜení se dal jeden pĜípravek použít pro mČĜení více typĤ kloubĤ se stejným pĜipevĖovacím závitem. NejvČtší zmČnou, která pĜispívá ke zpĜesnČní výsledĤ tohoto mČĜení je zpĤsob upevnČní snímaþe. PĜi tČchto mČĜeních je snímaþ pĜipevnČn k pĜípravku, kterým je tČlo kloubu pĜipevnČno ke stolu stroje. Hrot snímaþe, mČĜí pohyb na kuželu kloubu tČsnČ nad tČlem kloubu. Tímto umístČním snímaþe je témČĜ vylouþen vliv prĤhybu úhelníku. PĜi prĤhybu úhelníku se naklápí kužel kloubu a tím dochází k nepĜesnostem pĜi mČĜení radiální elasticity. Vliv naklopení kloubu je minimalizován tím, že je snímaþ umístČn co nejblíže ke stĜedu otáþení kloubu (ke kouli kloubu).

Brno, 2009

39


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

4. ANALÝZA OPAKOVATELNOSTI A REPRODUKOVATELNOSTI MċěENÍ Analýza opakovatelnosti a reprodukovatelnosti mČĜení byla provedena na stroji Herion Radial Elasticity Tester. Testovanou souþástí byl kloub NCV3 OBJ. Provedeme R&R studii pro 6 výrobkĤ, 3 operátory a 3 pokusy (tĜi rĤzní operátoĜi mČĜí 6 stejných výrobkĤ, které reprezentují mČĜící proces, celý pokus opakujeme 3-krát. Tab.6 vstupní data pro gage R&R, vlevo upnutí kloubu do pĜípravku, vpravo upnutí kloubu do svČráku þíslo dílu CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069

Brno, 2009

operátor elasticita[mm] Cermak 0,044 Cermak 0,052 Cermak 0,093 Cermak 0,103 Cermak 0,068 Cermak 0,078 Karpiskova 0,045 Karpiskova 0,051 Karpiskova 0,098 Karpiskova 0,099 Karpiskova 0,065 Karpiskova 0,074 Kvasnicka 0,047 Kvasnicka 0,053 Kvasnicka 0,101 Kvasnicka 0,103 Kvasnicka 0,06 Kvasnicka 0,075 Cermak 0,043 Cermak 0,049 Cermak 0,096 Cermak 0,097 Cermak 0,062 Cermak 0,075 Kvasnicka 0,046 Kvasnicka 0,054 Kvasnicka 0,101 Kvasnicka 0,097 Kvasnicka 0,059

þíslo dílu CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069

operátor elasticita[mm] Cermak 0,087 Cermak 0,096 Cermak 0,139 Cermak 0,139 Cermak 0,101 Cermak 0,115 Kvasnicka 0,092 Kvasnicka 0,102 Kvasnicka 0,143 Kvasnicka 0,148 Kvasnicka 0,107 Kvasnicka 0,119 Cermak 0,087 Cermak 0,096 Cermak 0,14 Cermak 0,145 Cermak 0,107 Cermak 0,115 Karpiskova 0,09 Karpiskova 0,095 Karpiskova 0,139 Karpiskova 0,141 Karpiskova 0,101 Karpiskova 0,116 Karpiskova 0,089 Karpiskova 0,095 Karpiskova 0,14 Karpiskova 0,14 Karpiskova 0,102

40


þíslo dílu CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072

DIPLOMOVÁ PRÁCE

operátor elasticita[mm] Kvasnicka 0,073 Cermak 0,045 Cermak 0,052 Cermak 0,097 Cermak 0,096 Cermak 0,06 Cermak 0,074 Karpiskova 0,043 Karpiskova 0,05 Karpiskova 0,097 Karpiskova 0,092 Karpiskova 0,063 Karpiskova 0,073 Karpiskova 0,042 Karpiskova 0,049 Karpiskova 0,093 Karpiskova 0,092 Karpiskova 0,061 Karpiskova 0,071 Kvasnicka 0,043 Kvasnicka 0,05 Kvasnicka 0,095 Kvasnicka 0,094 Kvasnicka 0,057 Kvasnicka 0,069

þíslo dílu CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072 CD2411080034 CD2411080054 CD2411080058 CD2411080060 CD2411080069 CD2411080072

ZdenČk Koneþný

operátor elasticita[mm] Karpiskova 0,116 Karpiskova 0,088 Karpiskova 0,096 Karpiskova 0,14 Karpiskova 0,141 Karpiskova 0,105 Karpiskova 0,116 Cermak 0,094 Cermak 0,099 Cermak 0,141 Cermak 0,144 Cermak 0,106 Cermak 0,12 Kvasnicka 0,098 Kvasnicka 0,097 Kvasnicka 0,143 Kvasnicka 0,145 Kvasnicka 0,111 Kvasnicka 0,119 Kvasnicka 0,091 Kvasnicka 0,096 Kvasnicka 0,141 Kvasnicka 0,143 Kvasnicka 0,105 Kvasnicka 0,118

Data z tabulky 6 jsou vyhodnocena pomocí statistického softwaru minitab.

Brno, 2009

41


DIPLOMOVÁ PRÁCE Gage name: Date of study: Reported by: Tolerance: Misc:

OBJ NCV3 old fixt.system Components of Variation Percent

JP 0,18

By Part_1 %Contribution %Study Var %Tolerance

0,14 0,13 0,12 0,11

50

0,10 0,09

0 Gage R&R

Repeat

Reprod

Part_1

Part-to-Part

1

2

3

R Chart by Operator 0,010

Sample Range

DTC-1864-09

0,15

100

Cermak

Karpiskova

4

5

6

By Operator

Kvasnicka

0,15

UCL=0,009296

0,14 0,13 0,12 0,11

0,005 R=0,003611

0,10 0,000

LCL=0

0,09

0

OperatorCermak

Xbar Chart by Operator 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08

Cermak

Karpiskova

Karpiskova

Kvasnicka

Operator*Part_1 Interaction

Operator

0,15

Kvasnicka

Cermak Karpiskov Kvasnicka

0,14 UCL=0,1192 Mean=0,1155 LCL=0,1118

Average

Sample Mean

ZdenČk Koneþný

0,13 0,12 0,11 0,10 0,09

0

Part_1

1

2

3

4

5

6

Gage R&R

Source

VarComp

%Contribution (of VarComp)

Total Gage R&R Repeatability Reproducibility Operator Part-To-Part Total Variation

8,05E-06 4,56E-06 3,49E-06 3,49E-06 4,91E-04 4,99E-04

1,61 0,91 0,70 0,70 98,39 100,00

Source

StdDev (SD)

Study Var (5,15*SD)

%Study Var (%SV)

%Tolerance (SV/Toler)

Total Gage R&R Repeatability Reproducibility Operator Part-To-Part Total Variation

2,84E-03 2,14E-03 1,87E-03 1,87E-03 2,22E-02 2,23E-02

0,014614 0,011003 0,009619 0,009619 0,114160 0,115092

12,70 9,56 8,36 8,36 99,19 100,00

8,12 6,11 5,34 5,34 63,42 63,94

Number of Distinct Categories = 11

Z výsledkĤ je jasné, že nejvČtší význam má faktor vzorek.

Brno, 2009

42


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Pokud je R&R% <10% je systém mČĜení pĜípustný vzhledem k procesu (toleranþnímu rozpČtí) Pokud leží R&R% (P/T) mezi 10 a 30% je systém mČĜení podmínČnČ pĜípustný vzhledem k procesu (toleranþnímu rozpČtí). Je-li R&R% (P/T) vČtší než 30% není systém mČĜení pĜípustný vzhledem k procesu (toleranþnímu rozpČtí) V tomto pĜípadČ je výsledek P/T 8,12% což znamená, že systém mČĜení je pĜípustný vzhledem k toleranþnímu rozpČtí. R&R% je 12,7% a leží v intervalu od 10 do 30% což znamená že systém mČĜení je podmínČnČ pĜípustný ke sledování procesu. Hodnota leží tČsnČ nad hranicí 10%. Poþet rozdílných kategorií výsledkĤ, které systém mČĜení rozeznal v procesu je 11. Tyto výsledky opakovatelnosti a reprodukovatelnosti jsou pozitivní. To neznamená, že namČĜená hodnota elasticity je správná. Pouze to ukazuje na skuteþnost, že na mČĜení nemá vliv mČĜící zaĜízení ani operátor. Jak jsme si Ĝekli dĜíve, zaĜízení se deformuje pĜi každém mČĜení stejnČ, velikost deformace jednotlivých upínacích pĜípravkĤ a tím i celého stroje ovlivĖuje pouze zatČžovací síla.

Obr.49 upnutí pomocí pĜípravku Brno, 2009

43


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Obr.50 UmístČní snímaþe v pĜípravku

Brno, 2009

44


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ER Canone

ZdenČk Koneþný

NCV3 OBJ DTC-1410-09

Gage R&R Source

VarComp

%Contribution (of VarComp)

Total Gage R&R Repeatability Reproducibility Operator Operator*Parts No. Part-To-Part Total Variation

8,53E-06 7,26E-06 1,27E-06 0,00E+00 1,27E-06 5,08E-04 5,17E-04

1,65 1,41 0,25 0,00 0,25 98,35 100,00

Source

StdDev (SD)

Study Var (5,15*SD)

%Study Var (%SV)

%Tolerance (SV/Toler)

Total Gage R&R Repeatability Reproducibility Operator Operator*Parts No. Part-To-Part Total Variation

2,92E-03 2,69E-03 1,13E-03 0,00E+00 1,13E-03 2,25E-02 2,27E-02

0,015043 0,013876 0,005810 0,000000 0,005810 0,116078 0,117049

12,85 11,85 4,96 0,00 4,96 99,17 100,00

8,36 7,71 3,23 0,00 3,23 64,49 65,03

Number of Distinct Categories = 11

Brno, 2009

45


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

V tomto pĜípadČ je výsledek P/T 8,36% což znamená, že systém mČĜení je pĜípustný vzhledem k toleranþnímu rozpČtí. R&R% je 12,85% a leží v intervalu od 10 do 30% což znamená že systém mČĜení je podmínČnČ pĜípustný ke sledování procesu. Hodnota leží tČsnČ nad hranicí 10%. Poþet rozdílných kategorií výsledkĤ, které systém mČĜení rozeznal v procesu je také 11. Analýza opakovatelnosti a reprodukovatelnosti mČĜení obČma zpĤsoby jak upnutím souþásti pomocí závitu v tČle kloubu do svČráku tak upnutím kloubu do speciálního pĜípravku vyšla velmi podobnČ, tzn. že na mČĜení nemá vliv operátor ani mČĜící zaĜízení a namČĜené hodnoty nejsou ovlivnČny vnČjšími vlivy. Rozdíl namČĜených hodnot je patrný z tab.6. I když opakovatelnost a reprodukovatelnost vyšla témČĜ stejná, namČĜené hodnoty leží úplnČ jinde. Rozdíl namČĜených hodnot starým a novým zpĤsobem je zhruba 0,04mm. Nižší hodnoty byly namČĜeny novým zpĤsobem upnutí. To je dáno tím, že v namČĜené elasticitČ není zahrnuta deformace tČla kloubu (nový zpĤsob upnutí) ani deformace úhelníku (nové umístČní snímaþe).

5. ZÁVċR I když vyšla analýza opakovatelnosti a reprodukovatelnosti podobnČ pĜi mČĜení novým i starým zpĤsobem došlo k výraznému zpĜesnČní výsledkĤ mČĜení radiální elasticity tím, že byl vylouþen vliv deformace housingu pĜi upnutí za závit do svČráku. Nezanedbatelný vliv deformace úhelníku byl þásteþnČ odstranČn umístČním snímaþe na upínací pĜípravek. ýásteþnČ proto, že prĤhyb úhelníku naklápí kloub a tím zkresluje výsledky namČĜené elasticity, ale protože je kloub upevnČn ke stolu nedochází k prĤhybu housingu a tím k vychýlení kloubu z osy mČĜení a prĤhyb úhelníku je menší. Také umístČní snímaþe na kužel tČsnČ nad tČlo kloubu eliminuje vliv naklopení. Na krátkém rameni je namČĜená hodnota vlivem naklopení kloubu minimální.

Obr.51 MČĜení novým zpĤsobem pomocí speciálního pĜípravku pro upnutí kloubu, snímaþ upevnČn v pĜípravku

Brno, 2009

46


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

Dalšího zlepšení opakovatelnosti a reprodukovatelnosti mČĜení lze dosáhnout stanovením konstant pro mČĜení jednotlivých typĤ kloubĤ. Tyto konstanty by upravovaly namČĜenou hodnotu elasticity a tím vylouþily z výsledku chybu zpĤsobenou deformací jednotlivých komponent a pĜedevším naklopení kloubu, ale to je téma na další diplomovou práci.

Brno, 2009

47


DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZdenČk Koneþný

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJģ [1] JANÍýEK, P., ONDRÁýEK, E., VRBKA, J. Pružnost a pevnost I, VUT Brno, 1992. [2] Pro/Engineer WildFire 3.0 Resource Center [online], Parametric Technology Corporation, 2008, poslední revize 12.10.2008. [3] Release 11.0 Documentation for ANSYS, ANSYS Inc., USA 2008. [4] Minitab User´s Guide 2: Data Analysis and Quality tools. USA, 2000. [5] BEDNÁě, J. MSA – Analýza systému mČĜení, ýVUT Praha, 2007 [6] TRW Automotive CZ. 2009 [cit.2009-05-15]. Dostupné z:

Brno, 2009

48

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Recommend Documents