Анализ потенциальных дефектов и их последствий по результатам испытаний вязкостных муфт
Автор: Батищева Оксана Михайловна, Папшев Валерий Александрович, Карпов Павел Евгеньевич
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Актуальные проблемы машиностроения
Статья в выпуске: 1-2 т.16, 2014 года.
Бесплатный доступ
Приведены результаты эксперимента и основанного на них анализа конструкции муфты привода вентилятора. Выделены направления деятельности по предупреждению дефектов.
Муфта привода, испытания, анализ, дефект
Короткий адрес: https://sciup.org/148202744
IDR: 148202744
Текст научной статьи Анализ потенциальных дефектов и их последствий по результатам испытаний вязкостных муфт
Карпов Павел Евгеньевич, аспирант испытаний может прерваться в любой момент испытаний – по факту непопадания контролируемых параметров в заданные допуски. При этом муфта, снятая с испытаний по какой-либо причине, направляется специалистам сборочного цеха для конкретизации причин отказа и выполнения дополнительной регулировки. Таким образом, в общем случае можно выделить 2 этапа проверки собранных муфт:
-
- первичные испытания – проверяются все объекты; в случае обнаружения несоответствий муфты отправляются на доработку;
-
- вторичные (окончательные) испытания – проверке подвергаются доработанные муфты; в случае обнаружения несоответствий муфта отправляется в брак.
В целях получения информации о причинах эксплуатационных отказов муфт привода вентилятора был выполнен следующий эксперимент. Рабочие условия, имитирующие подкапотное пространство автомобиля семейства УАЗ, воспроизводились на специализированной испытательной установке, в камере которой задавалась соответствующая температура. Контролю подлежали следующие выходные параметры испытуемой муфты:
-
- обороты холостого хода при температуре в камере T=20°С;
-
- обороты холостого хода при температуре в камере T=60°С;
-
- обороты рабочего хода при температуре в камере T=68°С;
-
- обороты рабочего хода при температуре в камере T=47°С;
-
- включение муфты при температуре в камере T=68°С;
-
- выключение муфты при снижении температуры до 60°С и ниже.
Технические требования к контролируемым параметрам муфты приведены в табл. 1.
Таблица 1. Технические требования к контролируемым параметрам муфты
Температура |
Обороты холостого хода, об/мин |
Обороты рабочего хода, об/мин |
20 С |
≤1500 |
— |
60 С |
≤1500 |
– |
(68±2)°C (включение муфты) |
— |
2700÷3000 |
(40÷60) C (выключение муфты) |
— |
≤1500 |
Для проведения эксперимента было отобрано случайным образом 411 муфт. Результаты испытаний представлены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты испытаний муфт
Общее количество муфт |
Число муфт, прошедших испытания |
Число муфт, не прошедших испытания |
|
первичные испытания |
411 |
223 |
188 |
вторичные испытания |
188 |
153 |
35 |
Анализ данных эксперимента позволил систематизировать причины отказов муфт при испытаниях (табл. 3). В целях снижения брака и уменьшения объема приемо-сдаточных испытаний было принято решение о необходимости системного анализа конструкции муфты привода вентилятора. В качестве метода был выбран анализ FMEA (Failure Mode end Effects Analysis), который используется на многих предприятиях как составная часть системы менеджмента качества с целью анализа и доработки конструкции, производственного процесса, технологического оборудования и других объектов для предупреждения и (или) ослабления тяжести последствий дефектов и достижения требуемых характеристик безопасности, экологичности, эффективности и надежности [1].
Таблица 3. Причины отказа муфт при испытаниях
Наименование |
Кол-во |
превышение оборотов холостого хода муфты |
142 |
муфта не перекачивает жидкость |
67 |
муфта не отключается |
23 |
муфта не включается |
9 |
зажат ролик |
6 |
зажат вал |
3 |
малые обороты холостого хода |
1 |
высокие обороты холостого хода |
1 |

Рис. 1. Структурная блок-схема сборки муфты привода вентилятора
На этапе сбора и подготовки исходной информации была разработана [2] структурная блок-схема сборки муфты привода вентилятора (рис. 1). Элементы муфты, включенные в анализ
FMEA, выделены на рис. 1 жирными линиями. Муфта относится к сборочным единицам средней сложности. В нее входят 14 деталей и одно изделие (подшипник). Базовой деталью является крышка муфты. Входящие детали и подузлы присоединяются к ней с использованием шести методов соединений. Наиболее важными функциональными элементами муфты являются крышка муфты в сборе и корпус в сборе. Корпус в сборе служит для размещения подшипника и ведущего диска с валом и образует с крышкой в сборе рабочую камеру муфты. Основные требования: плавность вращения ведущего диска с валом в корпусе, прочность, точность, герметичность. Крышка муфты в сборе образует резервную камеру. Обеспечивает регулировку перепуска рабочей жидкости из резервной камеры при изменении температуры окружающей среды. Основные требования: герметичность, прочность, точность, открытие и закрытие отверстий ∅3,5.
Муфта в сборе передает вращение вентилятору при повышении температуры окружающей среды, а при снижении температуры отключает вращение вентилятора. Основные требования: плавность вращения, режимы работы (скорость вращения, величины температур включения и выключения), герметичность, прочность. В целях выявления потенциальных дефектов муфты, а также их последствий выполнен анализ:
-
- перечня возможных отказов системы охлаждения двигателя автомобилей, в которые входит муфта;
-
- сборочных чертежей и чертежей входящих деталей;
-
- описания их функций;
-
- результатов приемо-сдаточных испытаний изготовленных изделий.
В таблицах 4-6 приведены потенциальные дефекты и их причины, выявленные в ходе анализа FMEA. Для дальнейшей обработки информации в таблицах использована сквозная нумерация потенциальных причин возможных дефектов. Все потенциальные дефекты ранжировались по значимости в соответствии с последствиями, причинами и предусмотренными контрольными мероприятиями относительно вероятности возникновения, влияния на потребителя и возможности обнаружения путем расчета приоритетного числа рисков (ПЧР).
Таблица 4. Корпус в сборе
Вид возможного дефекта |
Потенциальные причины возможного дефекта |
Последствия |
Размер зазора между плоскостью ведущего диска и плоскостью заплечиков корпуса, а так же биение плоскости ведущего диска не соответствуют требованиям |
|
Муфта не достигает максимальной скорости вращения. Большая вариация скорости вращения при работе муфты |
Заедание подшипника (повышенное сопротивление вращению подшипника) |
|
Скорость вращения муфты на холостом ходу значительно выше допустимой При снижении температуры окружающего воздуха муфта не выключается |
Таблица 5. Крышка муфты в сборе
Вид возможного дефекта |
Потенциальные причины возможного дефекта |
Последствия |
Неплотное прилегание лепесткового клапана к плоскости крышки резервной камеры |
7. Перекос лепесткового клапана при соединении крышки резервной камеры с крышкой муфты |
При снижении температуры муфта не выключается из-за постоянного поступления жидкости в рабочую камеру |
Неравномерность вращения валика терморегулятора |
|
|
Нестабильность работы терморегулятора |
10. Не выдержана геометрия терморегулятора |
Таблица 6. Муфта в сборе
Вид возможного дефекта |
Потенциальные причины возможного дефекта |
Последствия |
Не выдержаны размер и равномерность зазора между ведущим диском и крышкой резервной камеры |
11. Перекос крышки муфты в сборе |
Муфта не достигает максимальной скорости вращения Большая вариация скорости вращения при работе муфты |
12. Нестабильное (неконтролируемое) усилие завальцовки корпуса в сборе при его сборке с крышкой муфты в сборе |
Численные значения показателей значимости дефекта, его возникновения и обнаружения определялись для каждой причины дефекта с помощью типовых десятибалльных шкал для FMEA-конструкции [1]. Результаты обработки информации обобщены в диаграмме (рис. 2), позволяющей ранжировать причины дефектов по показателю приоритетного числа рисков. При ПЧР>125 требуется разработать рекомендации по устранению причины дефекта.

Рис. 2. Диаграмма риска причин потенциальных дефектов
Установлены наиболее значимые причины, устранение которых приведет к созданию безрисковой конструкции муфты привода вентилятора:
-
- нестабильное (неконтролируемое) усилие за-вальцовки корпуса в сборе при его соединением с муфтой в сборе (причина № 12);
-
- перекос крышки муфты в сборе при запрессовке (причина № 11);
-
- неоднородность и несоответствие механических характеристик материала ведущего диска (причина № 3);
-
- не выдержана геометрия терморегулятора (причина № 10).
В качестве возможных действий по снижению риска дефектообразования было предложено следующее:
-
- пересмотр конструкции муфты с учетом требований по технологичности;
-
- пересмотр технологии окончательной сборки муфты.
Выводы: системный анализ конструкции муфты привода вентилятора автомобилей семейства УАЗ, основанный на результатах испытаний репрезентативной выборки объектов, дал возможность определить направления деятельности по предупреждению дефектов, что, в свою очередь, позволит уменьшить объем приемосдаточных испытаний и сократить брак.
Список литературы Анализ потенциальных дефектов и их последствий по результатам испытаний вязкостных муфт
- Юнак, Г.Л. Исследование и применение FMEA конструкции, технологии и оборудования на ОАО «АВТОВАЗ»: Метод. материалы/Г.Л. Юнак, В.Е. Годлевский, Г.В. Иванов, И.В. Лощилина -Самара, ЗАО «Академический инжиниринговый центр», 2005. 176 с.
- Кулаков, Г.А. FMEA-анализ конструкции муфты привода вентилятора автомобилей семейства УАЗ/Г.А. Кулаков, А.П. Сидорчук, И.И. Усольцева, П.Е. Карпов//Актуальные проблемы автотранспортного комплекса: межвуз. сб. науч. статей. -Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. С. 18-24.