5. Унификация и стандартизация.

Увеличивающаяся номенклатура изделий машиностроения, увеличение числа нормируемых показателей приводит к увеличению числа видов испытаний.

Почти каждое крупное машиностроительное предприятие разрабатывает свои методы испытаний надежности изделий, проектирует и изготавливает оборудование для этой цели. Все это делается, так как если бы они на практике не встречались и не обменивались опытом.

В связи с этим, планировании и проведение, испытаний, анализ результатов проводишь на различных уровнях. По этим причинам период становления и развития испытаний на надёжность характеризуется безграничным разнообразием в области методов, режимов, объемов испытаний и анализом их результатов.

Основные направления стандартизации в настоящее время приблизительно определены к ним относятся:

1. Методы оценки свойств машиностроительных материалов.

2. Методы оценки эксплуатационной нагруженности деталей.

3. Планы контрольных испытаний изделий.

4. Критерий предельных состояний изделий при испытании.

5. Методы испытаний изделий обще-машиностроительного применения.

6. Методы испытаний изделий отраслевой назначения.

7. Типы и конструкции испытательного оборудования.

8. Типовые элементы стендов.

9. Приборы и аппаратура для оценки эксплуатационной нагруженности и оснащения испытательных установок.

Последние 2 направления привели не только к оптимизации конструкции, создали предпосылки для их серийного производства.

Стандартизация таких элементов как источники энергии, фундаментные плиты, редуктора, вибраторы и другие, оказались весьма эффективными.

Стандартизация этих элементов уменьшает их номенклатуру, обеспечивает из изготовление в нужном количестве и снижает их стоимость, однако, главным результатом стандартизаций является доступность элементов стендовых приборов, что создает возможность специализированных приборов и установок с широкими применением серийно изготовленных покупных изделий, намного ускоряет создание испытательных средств, повышает уровень из технической оснащенности.

Важнейшей частью работ является экспериментальная проверка и разработка стандарта, а также придание ему официального статуса. Для обеспечения сопоставимости результатов испытаний типовые методы д.б. неизменны на протяжении длительного времени, однако их периодический пересмотр является неизбежным, т.к. изменяются условия эксплуатации объекта испытаний, его конструкции требования к точности объекта измерений и др.

Унификация и стандартизация методов и испытательного оборудования ускоряет расширение базы промышленных предприятий, обеспечивает применение наиболее прогрессивных методов и оборудования, способствует дальнейшему прогрессу в машиностроении.

Режимы и методы испытаний

Практика выбора режимов.

Режимом испытаний назовём воздействие на объект следующих факторов определяющих механизм и интенсивность разрушения деталей:

• количество циклов нагружения;

• свойства и количество смазки;

• дисперсности абразивной среды и др.

Режимы и методы взаимосвязаны.

Режим – составная часть метода, метод – способ реализации режима, т.к. от режима зависит характер величина и частота воздействий, которые повреждают объекты испытаний, то измерение режима существенно влияет на длительность испытаний.

За последние 30 лет в технике испытаний произошли существенные изменения, обусловленные созданием оборудовании для исследования нагруженности конструкции в различных условиях которые позволили получить зависимость долговечности детали от условий. Все это отразимо на методах и режимах испытаний, в частности возникла тенденция к уточнению режимов и обоснованию его параметров.

Основной выбора режима испытаний является характеристика работы изделия в эксплуатации. При правильной организации конструкторских работ эти параметры должны входить в ТЗ на проектирование. Эти данные необходимы для выбора схемы конструкции, размеров, в расчетах элементов изделия, при разработке методов испытаний и оценки их результатов, основой всех этапов создания изделия является выбор режимов работы изделия в эксплуатации.

Наиболее распространённый случай эксплуатации

- переменный режим в изменяющихся условиях, характерный для большинства объектов крупносерийного и массового производства. В этом случае возможны следующие

Режимы испытаний:

А) При испытаниях воспроизводят вариант режима эксплуатации без всяких существенных изменений

Б) Воспроизводят вариант учащённого воздействия.

В) Преобразуют режим таким образом, чтобы исключить воздействия, существенно влияющие на износ изделия

Г) Применяют комбинированные режимы (сочетающие в себе несколько характерных для эксплуатации режимов)

Д) Проводят испытания при условном режиме, отличающемся от режима эксплуатации, но эквивалентным ему по разрушающему воздействию

Е) Применяют более тяжелый режим, чем встречается в эксплуатации

Вариант А применяют для изделий с массой наработкой до списания (Например, машина ВСО-25 для механизированной уборки в течение сезона работает всего 9 часов, а весь срок службы = 55 часов и выдерживает всего 50000 включений, для этой машины нет необходимости применять ускоренный режим испытаний).

Преимущество испытаний по варианту A: их результаты непосредственно характеризуют эксплуатационную надёжность, однако длительность испытаний ограничивает их применение.

Ускорение испытаний в данном случае достигается за счет их организации.

В варианте Б режим испытаний отличен от эксплуатационного режима с увеличением частоты эксплуатационных воздействий.

Применяется когда из переменных эксплуатационных нагрузок возможно выделение типичного цикла, часто встречающегося в эксплуатации и оказывающего значительное разрушающее воздействие на изделие.

В варианте В из спектра эксплуатационных нагрузок, положенного в основу программы испытаний, предварительно исключают нагрузки, оказывающие ограниченно повреждающее воздействие. Применительно и автомобильным конструкциям известно, что даже если исключить лишь нагружения, амплитуда которых не превышает 10% от максимальной величины, зарегистрированных в дорожных условиях эксплуатации, то это позволяет сэкономить до 30% времени испытаний.

Операция усечения спектра нагрузок выполняется по-разному в зависимости от особенностей изделия. Так, при испытании автомобилей на усталость, обычно исключают нагрузки, которые вызывают напряжение в элементах на превышающее 0,5-0,7 предела выносливости

Вариант Г позволяет в одном комплексе испытаний Воспроизвести широкий диапазон условий использования изделия. Типичный пример: пробег автомобиля по нескольким трекам полигона каждый из которых соответствует определённому типу дорог. Положительная особенность вариантов Б,В,Г состоит в том, что при обоснованном выборе режима испытаний коэффициент ускорения м.б. с приемлемой точностью определён расчётом по результатам испытаний и сравнительно легко определить эксплуатационный ресурс.

Вариант Д включает многочисленные случаи применения условного или чаще всего схематизированного режима испытаний, например, распространено программирование режима при котором выбранная часть спектра эксплуатационных нагрузок воспроизводится в виде циклов с рядом ступеней нагружения, но эквивалентных по повреждающему воздействию.

В Варианте Е создают условия более тяжелые, чем в любых, даже самых экстремальных условиях эксплуатации. Здесь задача испытателя заключается в определении границ допустимого увеличения нагрузок и ужесточения других параметров режима. При решении этой задачи для конкретных изделий необходимо проведение предварительных специальных исследований. Коэффициенты ускорений испытаний при этом определяются экспериментально, однако вариант Е следует применять с особой осторожностью и с особой тщательностью проводить анализ результатов, т.к. могут появиться отказы изделия нехарактерные для условий эксплуатации. Испытания по варианту Е рекомендуется проводить для сравнительной оценки конструкции.

Пример: сравнительные испытания шин в барабанном стенде проводят в значительно более тяжелых условиях, чем эксплуатационные.

Например: отсутствие охлаждения при движении автомобиля повышенное давление воздухи, приводящее к уменьшению поверхности контакта шины с опорной поверхностью, высокие скорости и режим: 140 км/ч – 10 мин;

150 км/ч – 10 мин; 160 км/ч -10 мин; 170 км/ч – 20 мин; 180 -10 мин;

190 -10 мин; 200 км/ч до разрушения шины.

Для ускорения испытаний прибегают к различным приёмам: применение низкосортных масел, вместо предусмотренных по инструкции, введение абразива в зону трения. Методика, применяемая на ГАЗ для испытания карбюраторных двигателей позволяет за 100 часов получить износ деталей двигателя как после 70-80 тыс. км пробега. Однако, если улучшить герметизацию двигателя, то характер износа и его интенсивность изменяются. И этот метод испытаний будет уже не приемлем. Исходя из многообразия повреждающих факторов, следует, что для ускорения испытаний следует группировать факторы и для каждого фактора выбирать свой режим испытаний.

Для машин, эксплуатируемых в различных условиях необходимо выяснять условия, характерные для большинства машин парка и наиболее тяжелые условия обязательно должны присутствовать в условиях.

Необходимо принимать во внимание то, что со временем режимы испытаний должны пересматриваться, т.к. изменяется сеть автодорог, увеличивается интенсивность движения, парк тракторов пополняется мощными колесными тракторами, на смену похоти приходит лущение полей - т.е. меняются условия.

Выделение цикла работы.

При выборе режима испытаний м.д. использовано понятие о типичных циклах работы изделия многократно повторяющихся в процессе эксплуатации типичные циклы подразделяются три группы применительно к различным видами изделий и их элементам.

1. К первой группе относятся циклы работы изделий, которыми в эксплуатации свойственно циклическое срабатывание в сравнительно узком диапазоне нагрузок. Это: замки дверей, стеклоподъемники, топливные насосы, переключатели и проч.

2. Ко второй группе относятся циклы работы изделий, которым свойственно циклическое срабатывание с преобладанием переменных сопротивлений. Это – пусковые двигатели, стартеры, амортизаторы тормоза, узлы гидравлических систем и другие.

3. К третьей группе относятся циклы нагружения изделий, которые подвергаются действию переменных нагрузок, разнообразных по характеру и изменяющихся в более широком диапазоне. И тем не менее в ряде случаев оказывается возможным выделение типичного цикла ,часто повторяющегося и оказывающего превалирующее разрушающее действие. Это – детали рулевого управления, балки мостов, диски колёс.

При выборе режима ускоренных испытаний для изделий первой группы 1 рекомендуется воспроизводить для них обычные условия эксплуатации.

Режимы ускоренных испытаний изделий 2 группы выбирают на основе статической оценки нагруженности на протяжении различных циклов и частоты появления этих циклов с той или иной интенсивностью. Эти данные позволяют выбрать для испытаний типичный цикл.

Ускорение испытаний в этом случае м.б. достигнуто за счет применения одного из более тяжёлых вариантов эксплуатационного нагружения или значительным угощением числа циклов в единицу времени в сравнение с частотой нагружения в эксплуатации.

Например, тормоза и фрикционные накладки испытывают на стендах инерционного типа с применением выбранного цикла разгон. Торможение, осуществляет его 2-3 раза в минуту.

Для изделий 3-й группы задача определения режимы испытаний сводится и определению либо стабильной нагрузки, либо закона изменения нагрузок за время типичного цикла.

При наличии стенда испытаний элементов машин, испытания можно упростить путём простого воспроизводства типовых циклов.

Например, при испытании кузовов, несущих систем, механизмов опрокидывания, воспроизводят установленное число циклов загрузки, падающим из ковша эскалатора заданной высоты и последующей разгрузки.

Наиболее тяжёлые условия возникают при взлете и посадке самолета: в этом случае сокращение испытаний достигается усечением части спектра, соответствующего длительному полёту после набора высоты и учащением цикла работы.

Для уяснения понятия типичный цикл работы и применительно к третьей группе приведём следующий пример:

с/х трактор за срок службы переезжает через определённую неровность заданной высоты и формы. Рассматривая переезд через препятствие и поворот как два типичных цикла, можно выбрать некоторую стабильную характеристику напряженности рамы, и воспроизвести ее при испытаниях в виде искусственной неровности и поворота.

Приведенные примеры иллюстрируют целесообразность использования типичных циклов нагружения при выборе режимов и методов испытаний на надёжность изделий машиностроения.

Ограничение Форсированных режимов испытаний.

Повышение интенсивности воздействия режимов испытания на изделие максимально сокращает их длительность, однако чрезмерная интенсификация режимов может привести к искажению результатов испытаний.

С увеличением нагрузок на агрегаты ресурсе его деталей обычно изменяется в различной степени что может исказить равнопрочность агрегата. В таком случае возможен отказ деталей обычно безупречно работающих в рядовой эксплуатации, и заставление конструкторов разрабатывать мероприятие по их упрочнению. Так, например, увеличение нагрузок приводит к изменению натягов в прессовых соединениях и их прочности. Результаты таких испытаний не будут согласовываться с результатами эксплуатации, а результат увеличения деформации, имеющий место при формированных испытаниях может, в частности, привести к изменению условий контакта деталей. При больших нагрузках и при сравнительно малой жесткости пятно контакта в зубчатом соединении может сместиться на кромку зуба, что приведёт к их ускоренному разрушению. При изменении условий трения за пределами некоторых значений вид изнашивания меняется скачкообразно и интенсивность накапливания повреждения резко изменяется, изменяется состояние поверхности трения. При увеличении температуры в контакте изменяется вязкость масла и масло теряет возможность разделять сопряжённые поверхности.

Приведённые примеры свидетельствуют о многообразии процессов разрушения и необходимости учитывать специфические особенности режимов испытаний.

Режимы и методы формированных испытаний следует выбирать так, чтобы критическая нагрузка не была достигнута и качественная картина разрушения изделия оставалась неизменной как в эксплуатации.

Виды повреждения элементов машины и факторы, их вызывающие.

Виды повреждений и факторы их вызывающие необходимо изучать для того, чтобы при планировании испытаний правильно воздействовать на испытуемую конструкцию, получая аналогичные с эксплуатационными повреждения. А значит получать достоверную оценку надежности объекта испытаний. Предельное состояние и отказы элементов машины в эксплуатации в большинстве случаев возникают в результате износа, приводящего к нарушению размера и формы деталей, их правильного взаимного положение, к образованию недопустимых по величине зазоров, снижения прочности, а также в результате усталости материала, приводящей к выкрашиванию рабочих поверхностей, а также к появлению глубоких трещин или нарушению целостности деталей. Помимо износа и усталости материала машины, машина разрушается из-за недостаточной статической прочности при перегрузках, из-за деформаций в результате действия высоких температур, влияния агрессивной среды, старение резано-технических изделий, которых в конструкции машин становится все больше и больше.

Сложность учёта всех этих видов повреждений усугубляется совместным действием этих разнородных факторов. Рассмотрим в отдельности эти виды повреждений и факторы их вызывающие.