Исследование модели интенсивности отказов пружин скручивания Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Исследование модели интенсивности отказов пружин

скручивания

Монахов М.А., Фокин В.М., Лушпа И.Л.

Кафедра Радиоэлектроники и телекоммуникаций, Московский институт электроники и математики национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Москва

Исследование осуществлено в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в 2013 году. Наряду с электрорадиоизделиями (ЭРИ) на безотказность радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) влияют механические элементы (МЭ). Поэтому при создании новой (4.12) версии программного комплекса (ПК) АСОНИКА-К в его базовую версию (систему АСОНИКА-К-СЧ) было решено ввести возможность расчета надежности РЭА с учетом МЭ. В данной работе приведены результаты анализа математической модели интенсивностей отказов группы «Пружины скручивания» представленной в американском стандарте NSWC-2011^10 [1].

Типовая пружина скручивания класса «Пружины» показана на рис. 1.

Рис. 1. Пружина скручивания

Интенсивность отказов такой пружины зависит от нагрузки, прикладываемой к пружине и релаксацией, обеспечиваемой материалом.

Математическая модель интенсивности отказов такой пружины, приведенная в стандарте NSWC-2011/LE10 [1], имеет вид:

^БР ~ ^БР, В Х СЕ Х Х СВС Х СИ Х СУ Х СЬ Х ССБ Х СК Х СМ

(1)

где: 9БРВ - базовая интенсивность отказов пружины; ^^ CL, CK, О^,

CR, CM - поправочные коэффициенты.

Значение коэффициента учитывающего величину модуля эластичности материала, рассчитывается по формуле:

где: GE - модуль эластичности материала пружины.

Значение коэффициента Со—, учитывающего величину диаметра нити, рассчитывается по формуле:

С _ ( чЗ

Сгж _ (0.085), (3)

где: - диаметр нити.

Значение коэффициента СоС, учитывающего величину диаметра витка, рассчитывается по формуле:

с _ (05?)'

срс ( п У ,

°с (4)

где: БС - средний диаметр пружины.

Значение коэффициента СМ, учитывающего количество активных витков, рассчитывается по формуле:

С _ (—)3

^ (N ,

"А (5)

где: Мд = количество активных витков.

Значение коэффициента Су, учитывающего сопротивляемость растяжению материала пружины, рассчитывается по формуле:

(6)

где: Т8 - предел прочности материала на разрыв.

Значение коэффициента Сь учитывающего воздействие закрутки пружины, рассчитывается по формуле:

с, _ (—)3 1 61.2 • (7)

где: 0 - угол закрутки пружины.

Значение коэффициента Ск, учитывающего воздействие сжатия пружины, рассчитывается по формулам:

С, _ )3 ^ _ ±-1+0615 г _ р

К 1.21У • у 4г - 4 г ' , Р • (8)

где: БС - диаметр витка; - диаметр нити.

Значение коэффициента С^, учитывающего воздействие частоты нагружения пружины, определяется как:

СЯ < 30 цикл/минута, СС8 = 0.1

30 <СЫ<300 цикл/минута, с =— (9)

300

СЯ > 300 цикл/минута, с = [

1 300

з

где: СЯ - частота нагружения пружины.

Значение коэффициента СЯ, учитывающего влияние коррозии, принимается равным 1,0 при наличии антикоррозийного покрытия, в противном случае значение

Си определяется исходя из коррозионной стоикости материала пружины к воздействию окружающей среды.

Значение коэффициента См, учитывающего качество производственного процесса, принимается равным 1,0 при наличии у производителя аттестованной системы менеджмента качества, в противном случае значение См принимается равным значению, предоставленному производителем.

Анализ моделей (1)-(9), в соответствии с принятой классификацией [4], позволил сформировать следующую классификацию параметров и коэффициентов модели интенсивности отказов для группы «Пружины сжатия», приведенную в табл. 1.

Таблица 1. Классификация параметров и коэффициентов

модели интенсивности отказов

Обозначение Наименование Значение Ед. измерения Примечание

1 2 3 4 5

Параметры ТУ

- Типономинал пружины - - ТУ на пружину

Dw Диаметр нити - in ТУ на пружину

Dc Диаметр витка пружины - in ТУ на пружину

Na Количество активных витков - - ТУ на пружину

L2 Длина пружины - in ТУ на пружину

Cr Коррозионное покрытие - - ТУ на пружину

Качество

Cm производственного процесса - - ТУ на пружину

- Марка материала пружины - - ТУ на пружину

Параметры режима применения

CR Частота нагружения cycles/min ТЗ на

пружины аппаратуру

0 Угол закрутки пружины - revolutions -

Эмпирические коэффициенты

bse, b Базовая интенсивность отказов пружины Из БД h-1 NSWC-2011/LE10

Ge Модуль эластичности Из БД lb/in2 ТУ на материал

Ts Предел прочности Из БД lb/in2 ТУ на материал

На основании данной таблицы ведется разработка базы данных для этого класса [5-7]. Пользователю необходимо будет выбрать типономинал пружины (номер ТУ), после чего определиться все параметры из ТУ, необходимые для расчета. После этого останется только ввести данные из ТЗ и характеристики режима применения. Если в БД нет необходимых данных, то пользователю будет выведено окно, в котором необходимо внести все данные «вручную».

Список литературы

1. Маркин, А.В. Методы оценки надёжности элементов механики и электромеханики электронных средств на ранних этапах проектирования. / А.В. Маркин, С.Н. Полесский, В.В. Жаднов. // Надёжность. - 2010. - № 2. - с. 63-70.

2. Полесский, С. Обеспечение надёжности НКРТС. / С.Н. Полесский, В.В. Жаднов. - LAMBERT Academic Publishing, 2011. - 280 с.

3. NSWC-2011/LE10. Handbook of Reliability prediction Procedures for Mechanical Equipment.

4. Zhadnov, V. Methods and means of the estimation of indicators of reliability of mechanical and electromechanical elements of devices and systems. / V. Zhadnov. // Reliability: Theory & Applications: e-journal. - 2011. - Vol. 2, No 4. - р. 94-102.

5. Монахов, М.А. Разработка базы данных по характеристикам надежности механических элементов. / М.А. Монахов. // Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России. V Всероссийские научные Зворыкинские чтения: сб. тез. докл. Всероссийской межвузовской научной конференции. Муром, 1 февр. 2013 г. - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2013. [Электронный ресурс]: 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

6. Монахов, М.А. Разработка баз данных для расчета интенсивности отказов механических элементов в системе АСОНИКА-К-СЧ. / М.А. Монахов. // Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции учащихся и студентов: в 2 ч. - Протвино: Управление образования и науки, 2013. - ч. 2.

7. Монахов, М.А. Разработка базы данных программного комплекса АСОНИКА-К для расчета надежности радиоэлектронной аппаратуры с учетом механических элементов. / М.А. Монахов. // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ. Тезисы докладов. - М.~: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013.