Функционально-стоимостной анализ муфты рабочей

Функционально-стоимостной анализ муфты рабочей

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Летательные аппараты и автоматические установки»

Семестровая работа

на тему:

«Функционально-стоимостной анализ муфты рабочей»

.

Челябинск 2010

Содержание

Введение

1. Структурно-функциональный анализ

1.1 Компонентный анализ

1.2 Структурный анализ

1.2.1 Анализ связей

1.2.2 Вредные взаимодействия

1.2.3 Ключевые нежелательные эффекты

1.3 Функциональный анализ

2. Функционально-идеальное моделирование (свертывание) объекта

Список литературы

Введение

Системой называется некоторое множество взаимосвязанных элементов, обладающее свойствами, не сводящимся к свойствам отдельных элементов. Элементы, составляющие систему, называются подсистемами. Каждая система входит в некоторую надсистему. Техническая система (ТС) может состоять из элементов, каким-либо образом размещенных и связанных между собой в пространстве (устройств или веществ), либо из элементов, связанных между собой во времени (технологий, операций, процессов, способов).

Любая ТС создается для выполнения некоторого комплекса полезных функций, достижения определенных целей. Среди них можно выделить основные, для выполнения которых и создается система; второстепенные, отражающие побочные цели создателей системы; вспомогательные, обеспечивающие выполнение основных.

Любую систему можно рассматривать как некий передаточный механизм, реализующий определенную связь между ее входом и выходом. Связь эта осуществляется с помощью функциональных звеньев - преобразователей, превращающих действие (состояние) на входе в действие (состояние) на выходе.

За реализацию полезных функций ТС необходимо расплачиваться. Факторы расплаты включают различные затраты на создание, эксплуатацию и утилизацию системы, всё, чем общество должно расплатиться за получение данной функции, в том числе и все создаваемые системой вредные функции.

Технические системы развиваются. Развитие - это "процесс перехода из одного состояния в другое, более совершенное, переход от старого к новому качественного состояния, от простого к сложному, от низшего к высшему".

В теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) развитие технической системы понимается как процесс увеличения степени идеальности (И), которая определяется как отношение суммы выполняемых системой полезных функций (Фп) к сумме факторов расплаты (Фр):

Данная формула отражает тенденции развития лишь качественным образом, так как очень сложно оценить в одних количественных единицах разные функции и факторы.

Увеличить степень идеальности можно несколькими способами:

(полезные функции постоянны), (затраты убывают);

,;

,;

,;

,.

Идеальный конечный результат - элементы системы должны: а) сами устранять нежелательный эффект; б) не препятствуя выполнению главной функции; в) не увеличивая затрат на ее выполнение; г) не внося новых нежелательных элементов.

В данной курсовой работе рассмотрим техническую систему - муфта рабочая.

1. Структурно-функциональный анализ

Принцип действия

Муфта рабочая (рисунок 1.1) передает крутящий момент электродвигателя выходному валу привода при поданном на ее обмотки напряжении и отключает выходной вал привода от электродвигателя для его остановки при снятии напряжения.

Крутящий момент от электродвигателя передается на венец шестерни 4 и ротор 3. При отсутствии напряжения на обмотке муфты рабочей якорь 6 отжат от ротора 3 пружинами 8. Диск 9, насаженный на шлицы выходного вала привода, освобожден от контакта с якорем 6. Выходной вал привода не вращается.

При подаче напряжения на обмотку рабочей муфты якорь 6 притягивается к ротору 3 и прижимает диск 9. Вращение от венца шестерни 4 и якоря 6 передается на диск 9 и выходной вал привода.

Рисунок 1.1 - Муфта рабочая

.1 Компонентный анализ

Цель: выбрать уровень дальнейшего анализа системы и раскрыть состав всех элементов выбранного уровня.

Компонентная модель отражает состав объекта и иерархию его элементов. Данные для создания модели содержатся в документации на объект. Компонентная модель строится по верхнему иерархическому уровню. К компонентам системы пристраиваются компоненты надсистемы, с которыми объект взаимодействует.

Систему можно представить в виде компоновочной схемы (рисунок 1.2). На первом уровне схема представляет собой прямоугольник, в который вписано название системы - муфта рабочая; на втором - прямоугольники, каждый из которых является функционально завершенным и самостоятельным элементом системы, а их совокупность и составляют всю систему [1].

Рисунок 1.2 - Компонентная модель

Уровень анализа выбирается из условия, что на нем должно быть не менее 5 элементов системы, если на уровне 2 элементов меньше 5-ти, то не стоит вводить несуществующие элементы в систему, а следует раскрыть следующий уровень схемы, поэтому анализировать будем уровень 3.

Описание элементов

корпус: удерживать детали;

катушка: индуцировать электродвижущую силу;

ротор: передавать вращение от шестерни 4 к диску 9;

шестерня: передавать вращение от вала электродвигателя к ротору;

винт: крепить шестерню и якорь 6 к ротору, направлять пружину 8;

якорь: поджимать диск к ротору;

набор регулировочных шайб: регулировать зазор между ротором и якорем, регулировать отжимную силу пружины;

пружина: отжимать якорь от ротора при отсутствии напряжения на обмотке катушки;

диск: передавать вращение от ротора выходному валу привода;

кольцо пружинное: стопорить подшипник 12 от осевых перемещений, фиксировать ротор относительно корпуса;

подшипник: центрировать ротор относительно корпуса;

подшипник: центрировать ротор относительно корпуса;

винт: крепить катушку к корпусу;

винт: крепить шестерню к ротору.

Надсистема

Вал-шестерня электродвигателя, рассчитанного на частоту вращения , при этом предается момент ;

Выходной вал привода диаметром , конец вала имеет шлицы для входа в диск;

Питание катушки осуществляется постоянным током .

.2 Структурный анализ

Цель: выявить все недостатки (существующие и которые могут появиться в системе) и наметить оптимальный путь их устранения, подготовить информацию для функционального анализа системы.

Существующие между элементами связи удобнее представить в матрице связей (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Матрица связей

Структурная схема (рисунок 1.3) выполнена на базе компонентной схемы и дополнена компонентами окружающей среды (надсистемы), с которыми взаимодействует система в процессе функционирования, и связями элементов.

Рисунок 1.3 - Структурная модель

Анализ связей

Цель: выявить все вредные и полезные действия связей, проявляющиеся в пространстве и во времени.

Все связи описываются в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Описание связей структурной схемы

Вредные взаимодействия

Вредные взаимодействия и описание нежелательных эффектов представлены в таблице 1.3.

На рисунке 1.4 представлена причинно-следственная сеть нежелательных эффектов.

Рисунок 1.4 - Причинно-следственная сеть нежелательных эффектов

Ключевые нежелательные эффекты

По рисунку 1.4 выделим ключевые нежелательные эффекты:

1) НЭ30 → НЭ31 → НЭ16

) НЭ14 → НЭ15 → НЭ16

) НЭ11 → НЭ12 → НЭ 3

) НЭ 1 → НЭ 2 → НЭ 3

) НЭ 18 → НЭ 19 → НЭ 6

) НЭ 1→ НЭ20 → НЭ 4 → НЭ 5→ НЭ 6

) НЭ10 → НЭ 4 → НЭ 5 → НЭ 6

) НЭ 7 → НЭ 8 → НЭ 9 → НЭ 6

) НЭ34 → НЭ35 → НЭ 9 → НЭ 6

Рассмотрим по порядку каждую цепочку:

) Устранив НЭ 30 (Смятие диска) не проявятся НЭ 31 (Перекос диска) и НЭ 16 (Муфта передает крутящий момент, когда он должен отсутствовать);

) Устранив НЭ 14 (Изгиб винта) не проявятся НЭ 15 (Перекос якоря) и НЭ 16 (Муфта передает крутящий момент, когда он должен отсутствовать);

) Устранив НЭ 11 (Смятие резьбы винта) не проявятся НЭ 12 (Износ винта) и НЭ 3 (Муфта не передает крутящий момент);

) Устранив НЭ 1 (Перегрев катушки) не проявятся НЭ 2 (Сгорит обмотка) и НЭ 3 (Муфта не передает крутящий момент);

) Устранив НЭ 18 (Срыв резьбы катушки) не проявятся НЭ 19 (Нет фиксации катушки в корпусе) и НЭ 6 (Муфта передает крутящий момент с перебоями);

) Устранив НЭ 1 (Перегрев катушки) не проявятся НЭ20 (Вытекание смазки из подшипников), НЭ 4 (Ухудшение работы подшипника), НЭ 5 (Преждевременный износ подшипника) и НЭ 6 (Муфта передает крутящий момент с перебоями);

) Устранив НЭ 10 (Смятие подшипника) не проявятся НЭ 4 (Ухудшение работы подшипника), НЭ 5 (Преждевременный износ подшипника) и НЭ 6 (Муфта передает крутящий момент с перебоями);

) Устранив НЭ 7 (Смятие корпуса) не проявятся НЭ 8 (Люфт подшипник-корпус), НЭ 9 (Перекос ротора) и НЭ 6 (Муфта передает крутящий момент с перебоями);

) Устранив НЭ 34 (Смятие кольца) не проявятся НЭ 35 (Нет фиксации подшипника на роторе), НЭ 9 (Перекос ротора) и НЭ 6 (Муфта передает крутящий момент с перебоями);

.3 Функциональный анализ

Цель: выявить существующую технологию (процесс) достижения результата деятельности системы и оценить вклад каждого элемента системы в общую функциональность.

В таблице 1.4 приведено описание функций, выполняемых элементами системы.

Таблица 1.4 - Описание функций, выполняемых элементами системы

Результаты ранжирования функций представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - Функции системы - элементы системы

Гл - главная функция системы;

В1 - вспомогательная функция 1 ранга;

В2 - вспомогательная функция 2 ранга и.т.д.

Причинно-следственная сеть функций представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Причинно-следственная сеть функций

Таблица 1.6 Диагностическая таблица значимости элементов

Определение нежелательных эффектов по результатам функционального анализа

Сформулируем нежелательные эффекты с точки зрения функционального анализа по следующим критериям:

по числу функций, выполняемых одним элементом;

с точки зрения технологии изготовления;

с точки зрения затрат на производство данного элемента;

с точки зрения эксплуатации.

. элементы, выполняющие только одну функцию в системе:

корпус 1;

шестерня 4;

набор регулировочных шайб 7;

кольцо пружинное 10;

винт 13;

винт 14.

. элементы, изготовление которых представляет сложность:

корпус 1;

катушка 2;

якорь 6;

диск 9.

. элементы, наиболее затратные:

корпус 1;

катушка 2;

ротор 3;

якорь 6 .

. элементы, эксплуатация которых затруднительна:

пружина 8;

кольцо пружинное 10;

катушка 2.

муфта функциональный стоимостный

2. Функционально-идеальное моделирование (свертывание) объекта

Целью функционально-идеального моделирования (свертывания) объекта является ликвидация всех элементов-носителей ненужных, вспомогательных и по возможности основных функций.

При этом вспомогательные функции свернутых элементов ликвидируются (переводятся в ненужные). Основные функции свернутых элементов передаются другим элементам, обеспечивающим главную функцию объекта.

Свертывание осуществляется, если:

а) нет объекта функции;

б) функцию этого элемента выполняет сам объект функции.

в) функцию элемента выполняют оставшиеся элементы технической системы или элементы надсистемы.

. Якорь - диск (поджать диск к ротору)

а) нет объекта функции. Якорь можно не делать, если нет диска.

б) функцию этого элемента выполняет сам объект функции. Диск сам поджимается к ротору (посредством магнитного поля).

в) функцию элемента выполняют оставшиеся элементы технической системы или элементы надсистемы. Ротор поджимается к диску.

Наиболее предпочтительным вариантом с точки зрения повышения идеальности системы является вариант б) диск сам себя поджимает. Вариант а) Не подходит, так как в этом случае изменяется принцип работы муфты, в) Не рационально ротором поджимать диск.

Рис.2.1 - Свертывание связи якорь-диск (диск сам поджимается к ротору).

. Диск - ротор (предать вращающий момент от ротора выходному валу привода)

а) нет объекта функции. Диск можно не делать, если нет ротора.

б) функцию этого элемента выполняет сам объект функции. Ротор сам передает вращение валу без диска.

в) функцию элемента выполняют оставшиеся элементы технической системы или элементы надсистемы. Якорь передает вращающий момент от ротора валу привода.

Наиболее предпочтительным вариантом с точки зрения повышения идеальности системы является вариант в) якорь сам передает вращающий момент на вал привода. Варианты а), б) не подходят, так как изменяется принцип работы муфты.

Рис.2.2 - Свертывание связи диск-ротор (якорь передаёт крутящий момент).

. подшипник - ротор (создать опору ротору)

а) нет объекта функции. Подшипник можно не делать, если нет ротора.

б) функцию этого элемента выполняет сам объект функции. На роторе выполнены проточки под шарики подшипника, что упрощает конструкцию подшипника.

в) функцию элемента выполняют оставшиеся элементы технической системы или элементы надсистемы. Сам корпус муфты рабочей является опорой или подшипником скольжения.

Не один из вариантов не подходит т.к. а) невозможно представить себе такую систему, б) не будет обеспечена правильная постановка ротора, в) большей износ деталей и сложнее изготовить.

. катушка - якорь (поджать якорь)

а) нет объекта функции. Катушку можно не делать, если не нужно создавать электромагнитное поле для поджатия якоря.

б) функцию этого элемента выполняет сам объект функции. Якорь сам себя поджимает.

в) функцию элемента выполняют оставшиеся элементы технической системы или элементы надсистемы. Ток подводим не к катушке, а к ротору (обмотка выполняется на якоре).

Не один из вариантов не подходит т.к., а) изменяется тип муфты, б) муфту нужно делать механической, а следовательно изменится принцип работы, в) в данном случая для подачи напряжения на ротор придется устанавливать щетки, которые быстро изнашиваются и сокращают период эксплуатации муфты без тех. обслуживания

Список литературы

Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. - Новосибирск: Наука, 1986. - 209 с.

Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. - М.: Сов. радио, 1979. - 184 с.

Альтшуллер Г. С., Злотин Б. Л., Зусман А. В., Филатов В. И. Поиск новых идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач). - Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989. - 381 с.