Основы теории конструирования машин.

Конструирование это творческий процесс, в результате которого из различных бесполезных деталей получается полезная машина или механизм необходимый людям.

К какой же конструкции машины необходимо стремиться? В связи с этим интересны требования высказанные конструктором самолетов Яковлевым.

Машина должна соответствовать пяти принципам- быть полезной, прочной, простой, понятной, приятной. И в хорошей конструкции всегда можно найти в той или иной мере выражение отмеченных принципов. В самолете, Эйфелевой, телевизионной Останкинской башне можно обнаружить привлекательность пол форме, рациональность геометрических соотношений в сочетании с законами сопромата т .п.

Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин – прочность, жесткость, износостойкость, коррозийная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

Прочность способность детали сопротивляться разрушению или возникновению недопустимых пластических деформаций. Прочность бывает статическая и усталостная.

Жесткость – способность детали сохранять форму и размеры под нагрузкой.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию.

Изнашивание – процесс постепенного изменения размеров детали в результате трения.

Коррозионная стойкость – способность сопротивляться влиянию коррозии.

Коррозия – процесс постоянного разрушения поверхностных слоев материала в результате окисления.

Теплостойкость – способность детали работать в диапазоне заданных температур в течение заданного срока службы.

Виброустойчивость – способность детали не разрушаться при работе в определенном диапазоне вибрации.

Кроме того конструкция деталей должна допускать изготовление их из недорогих материалов, отвечать принципам унификации и взаимозаменяемости.

Все основные требования в конечном счете можно свести к двум требования_ машина должна быть надежной и экономичной.

Под надежностью понимают свойство деталей машины выполнять функции сохраняя свои эксплутационные характеристики во времени. Различают три периода от которых зависит надежность: конструирование, изготовление, эксплуатация машины.

Недостаточно продуманная на этапе проектирования конструкция не может быть надежной при её использовании.

Не обеспечение при изготовлении машины требований конструктора приведет к снижению надежности машины.

Можно хорошо сконструированную и хорошо изготовленную машину сделать малонадежной если не соблюдать заложенные конструктором требования по правилам эксплуатации, обслуживанию и т.п.

Надежность включает понятия:

-безотказность;

-ремонтопригодность;

-долговечность.

Безотказность- свойство машины сохранять работоспособность в течении определенного времени. Основным показателем является –вероятность безотказной работы. Количественная оценка базируется на статистических данных, которые собираются в период экспериментальной отработки и эксплуатации машины. Вероятность всегда меньше единицы. В соответствии с положениями теории о вероятности проявления нескольких независимых событий надежность сложного изделия равна произведению надежности отдельных элементов. Из этого можно сделать вывод:

- надежность сложной машины всегда будет меньше надежности самой надежной детали входящей в конструкцию машины;

- чем больше деталей, тем меньше надежность.

Так, если машина состоит из 100 сборочных единиц, надежность каждой из которых составляет 0,99 , то надежность машины F(t)= 0,99¹⁰⁰

Отказом, в общем виде, это нарушение работоспособности машины. Отказы следует отличать от неисправности, когда не обеспечивается хотя бы один показатель машины, но сохраняется её основная функция (автомобиль гремит, но везет). При этом необходимо иметь ввиду, что редкие отказы машины еще не показатель высокой надежности, так как в конечном виде не страшен сам отказ, а страшны его последствия (Чернобыль, падение самолета и т.п.)

В теории надежности используются в связи с отказами два понятия: функциональная и параметрическая надежность.

Функциональная - это когда машина продолжает выполнять свои основные функции (спущенное колесо, пробит бензобак и т.п.)

Параметрическая – когда в результате отказа машина не выполняет определенных параметров, которые необходимы для её полноценного функционирования.

Ремонтопригодность - характеризуется вероятностью восстановления работоспособности машины в заданное время и средним временем восстановления.

Чаще всего не страшен сам по себе отказ, как важно его быстрое устранение.

Требование повышения ремонтопригодности машины диктуется в любой отрасли промышленности, но в некоторых стоит на первом месте, потому что задержка в устранении отказа ведет к потере качества, а иногда и к аварии.

T_p= T₁ + T₂ ,

T₁-время поиска отказа; T₂-время устранения отказа.

Для практики важно уменьшение обеих составляющих. Но часто время восстановления занимает в несколько десятков раз меньше, чем поиск, для которого требуется высокая квалификация и приборы. Для сокращения времени поиска необходимы схемы поиска неисправности, диагностики.

Сокращение времени восстановления достигается блочным ремонтом, резервированием, взаимозаменяемостью и т.п.

Долговечность-свойство машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. состояния при котором дальнейшая эксплуатация невозможна. Количественно показателем надежности является ресурс или срок службы.

Обработка большой статистики надежности различных объектов выявили для всех систем единую качественную зависимость вероятности отказов от времени эксплуатации.

Выделяются три стадии рис.

0-t₁- приработка (обкатка)

0-t_2,t₃…. – время эксплуатации до планово-предупредительного ремонта

t_п – полный износ

Из рассмотренного выше можно сформулировать кратко требование к идеальной машине.

Машина должна в целом быть равнопрочной, равнонадежной, иметь ресурс, совпадающий с моральным ресурсом, когда машину не экономично ремонтировать и восстанавливать, а дешевле отправить в металлолом.