Metrologija 17. okt., 2016

• tolerance• tolerance izdelave

• funkcija toleranc

• vzroki napak pri izdelavi

• obvladovanje toleranc

• obdelava do ustrezanja

• razvrščanje

• ISO sistem

• mikrokrmilniki• deklarativno proti imperativnemu

• zaporedno izvajanje programa

• deklaracija spremenljivk

• struktura programa /Arduino/

andrej.lebar@fs.uni-lj.si

STANDARDNO OZNAČEVANJE TOLERANC

V idealnih okoliščinah bi pravo razmerje med elementi mehanskega sklopadosegli 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 njihovoimensko mero razumeti ne kot točno mero, pač pa kot mero znotraj nekegaintervala, ki ga določa razred natančnosti, s katero je kladica izdelana.

IDEALIZIRANE OKOLIŠČINE

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

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

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.

• kakšni so stroški vzdrževanja

• kakšen je vpliv velikosti tržišča

• ali sta funkciji proizvodnje in montaže prepleteni?

Od česa je odvisno kako bomo dosegli tolerance?

VZROKE ZA NASTANEK ODSTOPKOV PRI IZDELAVI IŠČEMO PRI

obdelovanec

obdelava

okolica

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

nehomogenost materiala

deformacije obdelovancev

krajevno različna porazdelitev temperatur pri procesu

obdelave

pojav notranjih napetosti po obdelovalnem procesu

sprememba trdote pri toplotni obdelavi

krajevna in/ali časovna temperaturna nihanja, ki vplivajo nadeformacijo 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?

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/

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 standarduISO

obdelava do ustrezanja

razvrščanje v skupine dimenzijskopodobnih 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.

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

Dda

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

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)

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 %

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

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

Splošne smernice za izbiro tolerančne stopnje glede

na kakovost izdelave strojnega dela

International Tolerance Grade of an industrial process

defined in ISO 286

Opis toleranc dolžinskih mer po

tolerančnem sistemu ISO

a) dopustna odstopanja dejanske mere

b) dopustni odstopki mere

Srečko Glodež: Tehnično risanje, TZS, 2005

območja imenskih mer

http://fs-server.uni-mb.si/si/inst/iko/lsek/Gradivo/TD_ura_12_14_TOLERANCE%20IN%20UJEMI_lecture.pdf

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 čepom25 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.

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

http://www.masswerk.at/keypunch/

mikroprocesor mikrokrmilnik

05 VDC

struktura računalnika / computer architecture

Stanja, ki jih CPU zavzame v enem ukaznem ciklu

programiranje je podajanje znanja na imperativen način z receptom povemo kako priti do rezultata

clear all

x = 3;

g = 0.1; oc(1) = g;

for i = 2: 10

gn = (g + (x/g))/2;

g = gn;

oc(i) = g;

end

R = sqrt(x);

plot(oc-R,'.-'); grid on

prikaz delovanja računalnika

P.C: program counter je register, v katerem je naslov spominskega elementa /kazalec/, na katerem je trenutni ukaz; ukaz se prebere v dekoder ukazov, v P.C. pa se prenese kazalec na naslednji ukaz. ALU: Aritmetično Logična Enota (Unit)

Strojna koda

Strojna koda (machine code ali machine language) je množica ukazov, ki jih centralna procesna enota zna izvajatiKateri so ti ukazi in kako so shranjeni v ukaznem spominu? npr. set, load, copy, read, write, add, subtract, conjunction, disjunction, negation (bitwise), compare, jump, branch

int x;int y;float z;void setup() {

// put your setup code here, to run once:Serial.begin(9600);x = 1;y = x/2;z = (float) x / 2.0;

Serial.println(x);Serial.println(y);Serial.println(z);

}

void loop() {// put your main code here, to run repeatedly:

}

struktura programadeklaracija globalne spremenljivke

viri: http://firmwareninja.blogspot.si/http://watson.latech.edu/book/index.html

C Programminghttp://www.richardclegg.org/previous/ccourse/