Детали машин





Работоспособность и надежность деталей, механизмов и машин



Понятие надежности машины

Работоспособность - состояние изделия, при котором в данный момент времени его основные параметры находятся в пределах, установленных требованиями нормативно-технической документации и необходимых для выполнения его функциональной задачи. Попросту говоря, работоспособность изделия – это его способность нормально выполнять заданные функции.

Работоспособность количественно оценивается следующими показателями:

  • Прочность - способность детали выдерживать заданные нагрузки в течение заданного срока без нарушения работоспособности.
  • Жесткость - способность детали выдерживать заданные нагрузки без изменения формы и размеров.
  • Износостойкость - способность детали сопротивляться изнашиванию.
  • Стойкость к специальным воздействиям - способность детали сохранять работоспособное состояние при проявлении специальных воздействий (теплостойкость, вибростойкость, радиационная стойкость, коррозионная стойкость и т.п.).

Неработоспособное состояние наступает вследствие отказа.
Отказ - событие, нарушающее работоспособность.
Отказы делятся на постепенные и внезапные; полные и частичные; устранимые и неустранимые.

Надежность – свойство изделия сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Надежность характеризуют состояниями и событиями.

Свойство надежности количественно оценивается следующими показателями: наработкой на отказ (среднее время работы изделия между двумя, соседними по времени отказами), коэффициентом готовности или коэффициентом технического использования (отношение времени работы изделия к сумме времен работы, обслуживания и ремонта в течение заданного срока эксплуатации), вероятностью безотказной работы и некоторыми другими.

надежность и безотказность деталей и узлов

Показатели качества изделия по надежности: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени.

Долговечность – свойство изделия длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при соблюдении норм эксплуатации. Под предельным понимают такое состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонта.

Понятия надежности во времени: наработка, ресурс и срок службы.

Наработка – продолжительность или объем работы изделия (в часах, километрах пробега, числах циклов нагружения).

Ресурс – суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние (в часах, километрах пробега и др.).

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние. Выражают обычно в годах. Срок службы включает наработку изделия и время простоев.

Основными показателями надежности являются:

  • по безотказности – вероятность безотказной работы и интенсивность отказов;
  • по долговечности – средний и гамма–процентный ресурс;
  • по ремонтопригодности – вероятность восстановления.

***



Надежность машин и теория вероятности

Под вероятностью P(t) безотказной работы понимают вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия.
Если за время
t наработки из числа N одинаковых изделий были изъяты из-за отказов n изделий, то вероятность безотказной работы изделия:

P(t) = (N – n)/N = 1 – n/N.

Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов:

P(t) = P1(t)×P2(t)×P3(t)×...×Pn(t).

Отсюда следует, что чем больше элементов в изделии, тем ниже его надежность.
Эксплуатация изделия с низким показателем P(t) может оказаться нецелесообразной.

Интенсивность отказов (t).
В разные периоды эксплуатации или испытаний изделий число отказов в единицу времени различно.
Интенсивностью отказов называют отношение числа п отказавших в единицу времени t изделий к числу изделий (N – n), исправно работающих в данный отрезок времени, при условии, что отказавшие изделия не восстанавливают и не заменяют новыми:

λ(t) = n/[(N – n)×t].

Вероятность безотказной работы можно оценить по интенсивности отказов:

P(t) = 1 – λ(t)×t.

Для деталей машин в качестве показателя долговечности используют средний ресурс (математическое ожидание ресурса в часах работы, километрах пробега, миллионах оборотов) или гамма–процентный ресурс (суммарная наработка, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью, выраженной в процентах).
Для изделий серийного и массового производства наиболее часто используют гамма–процентный ресурс: для подшипников качения, например, 90 %-ный ресурс.

Под вероятностью восстановления понимают вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния изделия не превысит заданное значение.

Основы надежности закладывает конструктор при проектировании изделия (точностью составления расчетной схемы). Определение показателей надежности выполняют методами теории вероятностей, их используют при выборе оптимальных вариантов конструкции.
Надежность зависит также от качества изготовления (неточности влияют на распределение нагрузок в зоне силового взаимодействия) и от соблюдения норм эксплуатации.

***

Критерии работоспособности деталей машин