Основные понятия о надежности деталей машин
Учебные вопросы:
Надежность. Понятия и определения
Показатели надежности. Диаграмма развития отказов
Общие направления повышения надежности
Надежность. Понятия и определения
Повышение надежности машин – одна из важнейших народнохозяйственных задач. Высокая надежность машин необходима для повышения уровня автоматизации, уменьшения огромных затрат на ремонт и убытков от простоев машин, для обеспечения безопасности людей.
В настоящее время в машиностроении необходимо значительно повысить надежность выпускаемой техники.
Определение надежности:
Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации.
Первостепенное значение надежности в технике связано с тем, что она в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизация производства, интенсификация рабочих процессов и транспорта, экономия материалов и энергии.
Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов, аппаратов и приборов. Так, автоматизированный прокатный комплекс насчитывает более миллиона деталей. Современные системы радиоуправления ракетами имеют десятки миллионов элементов и т.д. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования приводит к остановке всей системы. Например, в 1965 году в США произошла крупнейшая авария в системе энергоснабжения, оставившая огромную часть территории страны с населением в 40 млн. человек в течение 14 часов без электроэнергии. Причиной аварии был выход из строя одного реле на распределительном щите Ниагарской ГЭС.
Последствия низкой надежности в строительстве просто ужасны (землетрясение в Армении в декабре 1988 года). Сравнить с последствиями землетрясения в Калифорнии в США (1989 г.).
Недостаточная надежность оборудования приводит к огромным затратам на ремонт, к простою оборудования, к авариям, связанным с большими экономическими потерями, разрушениями и человеческими жертвами.
На восстановление работоспособности отдельных групп машин ежегодно требуется средств больше стоимости выпускаемой ими продукции.
В теории надежности рассматриваются следующие обобщенные объекты:
Изделие – единица продукции, выпускаемая данным предприятием, цехом и т.д. Например, станок, подшипник, ремень.
Элемент – простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия.
Система – совокупность совместно действующих элементов с целью выполнения заданных функций.
Основные понятия и термины надежности стандартизованы. Надежность характеризуется следующими основными состояниями и событиями (Надежность в технике. Термины. ГОСТ 13377-75).
Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции (с параметрами, установленными техническими требованиями).
Неисправность – состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.
Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.
Отказы делят на внезапные (поломки от перегрузок, заедания), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения, перегорание ламп, короткие замыкания из-за старения изоляции) и постепенные (износ, старение, коррозия, замыкание). Внезапные отказы вследствие своей неожиданности более опасны, чем постепенные.
Отказы могут быть связаны с разрушением деталей или их поверхностей (поломки, выкрашивание, износ, коррозия, старение) или не связаны с разрушением (засорение клапанов подачи топлива, смазки, ослабление соединений).
В соответствии с этим отказы устраняют: заменой деталей, регулировкой или очисткой.
Причинами отказов могут быть:
- конструктивные ошибки и недостатки (недостаточная прочность, неучтенные температурные и механические деформации, плохая защита от влаги и пыли и т.п.);
- производственные дефекты (раковины, трещины, включения примесей в металле);
- неправильная эксплуатация изделия (отсутствие регулировки подшипников, систематические перегрузки и т.п.);
- естественный износ, старение, потеря усталостной прочности детали.
Надежность изделий обуславливается следующими свойствами: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Все эти свойства проявляются в процессе эксплуатации изделия и позволяют судить о том, насколько оно оправдывает надежды потребителей.
Безотказность (надежность в узком смысле) – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени без вынужденных перерывов. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей или с остановкой автоматизированного производства.
Долговечность – свойство изделия длительно сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. «Предельное состояние» характеризуется невозможностью его дальнейшей эксплуатации, снижением эффективности или безопасности (выбраковка каната, min ремонтный размер шеек коленвала и т.д.).
В настоящее время делаются попытки нахождения оптимальной долговечности, т.е. такой, при которой себестоимость продукции изделия минимальна.
Долговечность, соответствующую минимуму себестоимости продукции, предлагают считать оптимальной. Однако, в ряде случаев подобная трактовка слишком упрощена.
Ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
В конструкцию многих современных машин закладывают систему диагностики неисправностей, иначе машина неконкурентоспособна. Колоссальное внимание вопросам ремонтопригодности уделял в свое время авиаконструктор Ильюшин.
Сохраняемость – свойство изделия сохранять обусловленные эксплутационные показатели в течение и после срока хранения и транспортировки. Практическая роль этого свойства особенно велика для военной техники и приборов. По данным США около 50% радиолокационного оборудования для армии вышло из строя за время хранения (период II мировой войны).
Рис. 3.10 Оптимальная долговечность деталей: 1 – постоянные затраты, которые не зависят от срока эксплуатации (энергия, материалы, зарплата); 2 – амортизационные расходы, обратно пропорциональные времени эксплуатации; 3 – годовые эксплутационные расходы (ремонт, т.о. и т.д.)