Расчет деталей газотурбинного двигателя

Важнейшим и обязательным требованием современного производства является систематическое повышение качества изделий при выполнении заданий по объему выпуска и высокой производительности труда. Качество изготовляемой продукции будет высоким при высоком качестве модели продукции и высоком качестве ее изготовления.

Качество изготовления продукции определяется совокупностью свойств процесса ее изготовления, соответствием этого процесса и его результатов установленным требованиям. Основными производственными факторами являются качество оборудования и инструмента, физико-химические, механические и другие свойства исходных материалов и заготовок, совершенство разработанного технологического процесса и качество выполнения обработки и контроля.

При управлении качеством продукции в производстве и оценке его стабильности используют статистические методы, установленные ГОСТ 15895—70 и 16949—71.

Выбор данной темы не случаен, ведь в машиностроении показатели качества изделий тесно связаны с точностью обработки деталей машин. Полученные при обработке размер, форма и взаимное расположение элементарных поверхностей определяют фактические зазоры и натяги в соединениях деталей машин, а, следовательно, технические параметры продукции, определяющие ее качество, например мощность, производительность и точность станков, надежность и экономические показатели производства и эксплуатации. С помощью показателя однородности продукции дается количественная характеристика рассеивания параметров или показателей качества продукции данного вида, т. е. оценивается точность. Отсюда очевидна взаимосвязь проблемы повышения качества продукции с задачей увеличения точности обработки деталей машин. Это и явилось одной из причин, побудившей нас обратиться к данной теме.

Актуальность темы заключается в том, что центральным вопросом при изготовлении газотурбинных двигателей (ГТД) является обеспечение заданной степени точности обработки. Точность можно обеспечить методом проходов и промеров (в единичном и мелкосерийном производстве). В серийном и массовом используется метод обработки на настроенном станке, что является на сегодняшний день актуальной задачей.

Главная целью нашей работы - определить закономерность распределения размеров партии деталей, обработанных на настроенном токарном станке.

Освоить методику статистического исследования точности обработки при обточке валиков на настроенном токарном станке

Основной задачей исследования было подтвердить совпадение распределения размеров с кривой Лапласа – Гаусса (Стьюдента).

В процессе исследования применялись экспериментальные методы. Обработка партии деталей на токарном станке с последующим измерением размеров с помощью микрометра (точностью 0,001 мм).

Собранный материал может быть использован на уроках физики, на курсах по машиностроению.

Исследование состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы.

Понятие о статистике

Слово «статистика» используется в нескольких значениях: прежде всего как синоним слова «данные». Именно в этом смысле можно сказать: «Статистика рождаемости и смертности в России» или «Статистика преступлений». Статистикой называется отрасль знаний, объединяющая принципы и методы работы с числовыми данными, характеризующими массовые явления. Статистикой называют также отрасль практической деятельности.

Статистика (нем. Statistik, от итал. stato, позднелат. status — государство), отрасль общественных наук (и соответствующие ей учебные дисциплины), в которой излагаются общие вопросы измерения и анализа массовых количественных отношений и взаимосвязей.

В естественных науках понятие статистика означает анализ массовых явлений, основанный на применении методов теории вероятностей.

Начало статистической практики относится примерно к тому времени, когда возникло государство. Имеются сведения об элементарном счёте населения и земель, проводившемся несколько тысячелетий назад. С образованием централизованных государств и особенно в эпоху капитализма объём применения статистики значительно расширился. Переписи населения начали проводиться регулярно. Возникали элементарные формы статистического учёта и в др. областях общественной жизни.

Статистика как наука появилась значительно позднее. Её истоки находятся в политической арифметике, созданной в конце 17 в. благодаря трудам англичан У. Петти, который был, по определению К. Маркса, «... в некотором роде изобретателем статистики...» и Дж. Граунта, впервые заметившего закономерности в движении населения. В то время Статистика ещё не отделилась от политической экономии и др. социально-экономических дисциплин. Другой исторической дисциплиной, предшествовавшей современной статистики, было государствоведение, которое начало формироваться одновременно с политической арифметикой в трудах немецкого учёного Г. Конринга и получило особое развитие в Германии в 18 в., а позднее в России. В государствоведении статистика рассматривалась как одно целое вместе с географией, этнографией, юридическими сведениями и т.д. К середине 19 в. бельгийский статистик Л. А. Ж. Кетле и его последователи доказали наличие закономерностей в статистических рядах. Кетле принадлежит заслуга систематического использования математических методов в обработке статистических данных.

Во 2-й половине 19 в. и начале 20 в. происходило интенсивное развитие статистики. Этому способствовало проведение различного рода периодических переписей и обследований, которые собирали богатейший материал о каждом объекте обследования (предприятие, хозяйство, отдельных человек). В это же время совершенствовались органы государственной статистики, в первую очередь те, которые осуществляли переписи. Формировалась специальная научная дисциплина — математическая статистика, являющаяся частью математики.

В условиях государственно-монополистического капитализма технические средства и возможности статистики, в особенности экономические, продолжают совершенствоваться. Этому способствует потребность монополий в тщательном анализе экономической конъюнктуры, а также необходимость государственного регулирования некоторых экономических пропорций. Вместе с тем обостряются противоречия буржуазной статистики — между обилием и богатым содержанием собираемого статистического материала, с одной стороны, и применяемыми методами их обработки — с другой. Характерная черта буржуазной статистики — апологетизм: стремление затушевать социальные противоречия капитализма и приукрасить образ жизни трудящихся.

Техническая база современной статистики — сеть вычислительных центров, информационно-вычислительных и машинно-счётных станций государственной статистики. Быстрое развитие кибернетики и применение электронно-вычислительной техники оказывают всё возрастающее влияние на организацию статистики и методы статистического анализа. Создание автоматизированной системы государственной статистики (АСГС) не только увеличит объём статистической информации, оперативность её подготовки и представления в государственные органы, но и позволит значительно усилить познавательные функции статистики, многократно увеличить и углубить её аналитические возможности. Первая очередь АСГС вступила в строй в 9-й пятилетке (1971—1975).

Важное теоретическое и практическое значение статистики, широкое использование её в различных областях жизни и во многих научных дисциплинах вытекает из особенностей её как науки и метода. По определению В. И. Ленина, асоциально-экономическая статистика — одно из самых могущественных орудий социального познания..». Познание качественных законов развития явлений невозможно без анализа их количественной стороны. Специфика и сила статистики заключаются, в частности, в том, что количественные отношения объективной действительности она рассматривает в неразрывной связи с качественными особенностями явлений и процессов. Благодаря статистики единство качественной и количественной стороны анализа проявляется с наибольшей силой.

Точное описание и измерение общественных закономерностей — одна из важных, но не единственная функция статистики. Статистическая методология позволяет исследовать совокупность факторов, изобразить процесс в целом, учесть тенденции развития и разнообразие форм явлений — это особенно ценил В. И. Ленин. Она помогает также открывать и анализировать причинные зависимости и закономерности явлений. При этом статистика имеет дело с такими закономерностями, которые свойственны массе явлений (объектов), различающихся между собой множеством индивидуальных признаков. Для статистики важное значение имеет больших чисел закон, в соответствии с которым в массе явлений взаимопогашаются случайные отклонения от основной линии развития.

Для выполнения указанных функций в распоряжении статистики имеются такие средства, как массовое статистическое наблюдение, система показателей, всесторонне характеризующих явление, объект и совокупность в целом (включая и систему показателей народного хозяйства), сводные, групповые и комбинационные таблицы, представляющие результаты статистических группировок, обобщающие показатели (средние, индексы и т.д.), обобщающие методы анализа народно-хозяйственных процессов в целом.

Своеобразное положение статистики в системе наук определяет её органическая связь с научными дисциплинами, изучающими основные закономерности и качественные особенности в той или иной области явлений. С одной стороны, советская статистика опирается на положения исторического материализма и марксистско-ленинской политической экономии при анализе статистических закономерностей; с другой — имеет дело с количественной стороной явлений, тесно связана с математикой.

Современная статистика представляет собой не одну научную дисциплину, а серию отраслевых С. и комплексных разделов. В соответствии с принятой в СССР классификацией наук различают следующие составные части статистики: общая теория статистики, в которой излагаются её общие принципы и методы; экономическая статистика, изучающая систему показателей народного хозяйства, его структуру, пропорции, взаимосвязи отраслей и элементов общественного воспроизводства; отраслевая статистика — промышленная, с.-х., строительства, транспорта, связи, демографическая, труда и др., задачей которых является изучение системы показателей, анализ социально-экономических процессов соответствующих отраслей народного хозяйства или сторон общественной жизни. Формируется социальная статистика (в узком смысле слова), в которой изучается система показателей, характеризующих образ жизни и различные аспекты социальных отношений.

Понятие точности

Точность в машиностроении степень соответствия изготовляемых изделий (деталей, узлов, машин, приборов) заранее установленным параметрам, задаваемым чертежом, техническими условиями, стандартами. На всех этапах технологического процесса изготовления деталей и сборки узлов и машин неизбежны погрешности, поэтому достижение абсолютной точности невозможно. На практике для определения точности пользуются классами точности, которые устанавливаются на отдельные параметры деталей и на изделия в целом. В зависимости от предъявляемых к машине (прибору) требований, а также условий работы деталей в узле и узлов в машине назначают точность изготовления деталей. Различают: точность формы (степень соответствия поверхностей детали определённым геометрическим телам); точность размеров детали; точность взаимного расположения поверхностей детали. Точность детали определяется отклонениями от заданных форм и размеров. Погрешности формы деталей в виде тел вращения выражаются в овальности, огранке, бочкообразности и седлообразности, конусности, изогнутости. Для деталей, имеющих плоские поверхности, отклонениями формы являются непрямолинейность и неплоскостность, о которых можно судить по выпуклости или вогнутости поверхностей. Погрешности размеров деталей регламентируются предельными отклонениями в соответствии с системой допусков. Отклонения взаимного расположения поверхностей характеризуются непараллельностью и неперпендикулярностью осей и плоскостей, несимметричностью поверхностей и т.п. Точность деталей машин определяет технологию их изготовления, сборки, а также влияет на выбор измерительных средств.

Под точностью обработки понимают степень соответствия действительных, полученных после обработки геометрических параметров деталей, заданным геометрическим параметром.

К понятию «геометрические параметры» относятся размеры, форма и взаимное расположение и поверхностей деталей.

В данной работе рассматривается точность размера – диаметра валика после обточки.

Определение точности обработки является сложной задачей. Для ее решения применяют расчетно-аналитический метод и статистический метод.

Расчетно-аналитический метод базируется на исследовании факторов, вызывающих первичные погрешности обработки. Достоинством этого метода является то, что можно выявить факторы, вызывающие первичные погрешности, и наметить пути их уменьшения.

Статистический метод позволяет оценить действие в данной операции сразу всей совокупности факторов. При этом нет необходимости проводить эксперименты по выявлению влияния отдельных факторов на точность обработки; достаточно на основе непосредственного наблюдения на производстве по данному геометрическому параметру измерить партию деталей.

Каждый из этих методов имеет свою область применения, и они не исключают, а, наоборот, дополняют друг друга.

Основные элементарные погрешности обработки

При обработке детали кроме необходимого для формирования поверхности движения инструмента происходят относительные смещения детали (заготовки) и инструмента. В результате элементарная обработанная поверхность будет иметь размер, форму и расположение, отличные от заданных.

Смещения отсчитывают от определенной базы — так называемой поверхности отсчета — в установленном направлении. Обычно систему отсчета связывают с номинальной обрабатываемой поверхностью. Для удобства за поверхность отсчета можно принимать и поверхность, эквидистантно расположенную относительно номинальной. Например, при анализе погрешностей обработки поверхностей вращения в ряде случаев за поверхность отсчета принимают идеально расположенную ось детали.

Применяют два варианта определения ошибок. По первому варианту ошибка равна модулю радиус-вектора, связывающего точки на реальном и заданном контурах, полученных в один и тот же момент времени. Такое соответствие называют кинематическим или синхронным. При втором варианте ошибка по модулю равна радиусу наименьшей из сфер с центром в точке на реальном профиле, имеющей, по крайней мере, одну общую точку с заданной поверхностью и не пересекающейся с ней. Данная система выбора соответственных точек называется естественной. Ошибку или отклонение в естественной системе называют действующей ошибкой.

Появление дополнительных смещений элементов технологической системы станок — приспособление — инструмент—деталь (далее СПИД) связано с действием на систему различных тепловых, силовых и иных факторов. Элементарные погрешности обработки характеризуют смещения одного или нескольких элементов системы СПИД под влиянием одного или нескольких факторов.

Расчет точности обработки

Заданные размеры могут быть выдержаны при настройке инструмента двумя способами: индивидуальным, при котором каждую деталь обрабатывают после новой настройки (сюда относят способ настройки путем пробных проходов и промеров); партионным, его называют также способом автоматического получения размеров, при котором заданную партию деталей обрабатывают с одной настройки; сюда относят обработку мерным инструментом (сверлами, зенкерами, развертками, протяжками), обработку деталей на предварительно настроенных токарных, фрезерных и других станках.

Аналогично способам настройки инструмента при механической обработке различают два способа получения заготовок: индивидуальный, когда точность заготовок зависит от произвольного сочетания условий изготовления каждой отдельной заготовки, например для отливок — от плотности и точности форм, для поковок, выполненных методом свободной ковки — от условий ковки; автоматический, когда точность заготовок определяется ошибками регулирования, настройки соответствующего оборудования, точностью изготовления инструмента, влиянием нарастающего износа инструмента (литье под давлением, получение заготовок штамповкой в штампах).

Способ получения заготовок и способ настройки тесно связаны между собой. Заготовки, полученные индивидуальным способом, обычно устанавливают на станках с помощью выверки, а положение инструмента регулируют способом индивидуальной настройки.

Более точные заготовки, полученные вторым способом, обычно устанавливают в приспособлениях без выверки, а обрабатывают способом партионной настройки.

При расчетах суммарной и элементарных погрешностей эти особенности получения размеров обязательно учитывают.

Таким образом, улучшение основных параметров двигателя летательного аппарата, его надежность, ресурс работы, а также экономичность тесно связаны с качеством изготовления деталей. Высокая точность при тонкостенности (ажурности) деталей, исключительно высокие требования к качеству поверхности и физико-механическим свойствам материала, широкое использование жаропрочных и легких сплавов, применение новейших методов производства заготовок и деталей – характерные особенности современного авиационного двигателестроения.

Даже при сравнительно малых масштабах производства для получения заготовок применяют такие виды обработки давлением, как горячая штамповка, прессование, волочение, чеканка и т.п., могущие обеспечить определенное расположение волокон и заданную степень деформации в заготовке. Многие детали изготовляются различными методами точного литья. Высокие требования к качеству материала заставляют применять особые виды контроля, основанные на использовании изотопов и ультразвука.

Для обеспечения требуемой точности обработки при проектировании технологических процессов особое внимание уделяют выбору баз, а также способам установки деталей. С этой же целью поверхности деталей нередко обрабатывают по нескольку раз. Выбирая методы обработки, в особенности на финишных операциях, учитывают возможность появления наклепа и остаточных напряжений, которые могут заметно влиять на эксплуатационные характеристики деталей