ДГТУ
Кафедра ОКМ
Пример выполнения пояснительной записки для курсовых, расчетно-графических и контрольных работ
по теме
"Проектирование технических систем с заданным уровнем надежности"
по дисциплинам:
«Надежность технических систем»
«Основы работоспособности технических систем»
«Испытания с/х машин»
для дневной и заочной форм обучения специальностей:
190603, 260601, 190206 и других механических специальностей, для дневной и заочной форм обучения
Составители Маньшин Ю.П., Маньшина Е.Ю.
2013 г
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО |
|
|
|||||||||||||
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ |
|
|
|
||||||||||||
ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Кафедра «Основы конструирования машин» |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
УТВЕРЖДАЮ |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Зав. кафедрой ___________________ |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
«_______» ______________ 20 __г. |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
К расчетно-графической работе по дисциплине _________________ |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
_________________________________________________________________________________ |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
На тему: Проектирование редуктора с заданным уровнем |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
Надежности |
|
|
|
|
|
||||||
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Автор работы: : _______________________________________
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Специальность: _______________________________________ |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Группа:______________________________________________ |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Руководитель работы:__________________________________ |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Работа защищена__________________Оценка______________ |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Члены комиссии ____________________ |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
________________________ |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
________________________ |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
________________________ |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
г. Ростов-на-Дону |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
20 г |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Введение
Согласно ГОСТ 27.002-89 надежность это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. Обеспечения надежности начинается на этапе формирования функциональной модели, позволяющей разработать структурную схему надежности технического объекта для определения требуемых показателей надежности элементов, обеспечивающих заданный уровень надежности системы в целом. Достигнутый уровень надежности разработанного технического проекта может определяться проверочными расчетами и уточняется после эксплуатационных испытаний опытного образца.
Целью работы является отработка методов проектирования ТС, ее подсистем (П/С) и элементов (деталей) с заданным уровнем надежности . Для достижения этой цели студент выполняет задачи:
1. Определение требуемого уровня ВБР подсистем и выбранных элементов по условию заданной ВБР ТС.
2. Определение достигнутого уровня надежности элементов расчетным или экспериментально – расчетным методом.
3. Анализ соотношения достигнутого и требуемого уровней ВБР элементов.
4. Разработка мер по сближению достигнутого и требуемого уровней ВБР элементов.
5. Разработка выводов и рекомендаций по обеспечению заданной ВБР ТС.
Формы расчетов, эскизов и графиков ПЗ рекомендуются в пособии (1).
В примере приводятся расчеты по типовым заданиям, в которых технической системой являются редуктора цилиндрические и червячные, а элементами для разработки – детали (валы быстроходный или тихоходный) подшипники качения.
Задания содержат геометрические, кинематические, силовые параметры технических систем (ТС). Требуемый уровень надежности ТС задается основными параметрами надежности: вероятность безотказной работы P(t) (ВБР) и наработка ТС t час, на которую заданная ВБР должна быть обеспечена.
При выполнении оригинального задания по любой ТС план работы и алгоритмы расчетов по всем разделам не меняются. На всех этапах расчеты легко программируются в электронных таблицах EXEL, что значительно ускоряет расчеты и оформление.
Задание на графическую часть курсовой работы, РГР или контрольной работы заочников выдает преподаватель.
Техническое задание |
|
|
|
|
||
Спроектировать деталь, входящую в качестве элемента в ТС |
||||||
«Редуктор цилиндрический двухступенчатый типа Ц2У» с заданным |
||||||
уровнем надежности |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Задание |
5 |
Вариант |
7 |
|
|
|
Параметры |
|
|
|
|
|
|
Наработка ТС t, час |
7000 |
|
|
|
||
ВБР ТС Р(t) |
|
0,89 |
|
|
|
|
Деталь: вал |
|
Б |
|
|
|
|
Передаточное число ред. U |
12,5 |
|
|
|
||
Частота вращен. nБ, об/мин |
1500 |
|
|
|
||
Момент на тих.валу ТТ , Нм |
4000 |
|
|
|
||
Радиал.нагрузка на вал RБ,Н |
3000 |
|
|
|
||
Радиал.нагрузка на вал RТ, Н |
16000 |
|
|
|
||
Диаметр конца вала dБ , мм |
40 |
|
|
|
||
Длина конца вала lБ , мм |
115 |
|
|
|
||
Диаметр конца вала dТ , мм |
90 |
|
|
|
||
Длина конца вала lТ , мм |
125 |
|
|
|
||
Межосевые awБ , мм |
160 |
|
|
|
||
расстояния awТ , мм |
250 |
|
|
|
||
Размеры редуктора: С , мм |
290 |
|
|
|
||
L , мм |
225 |
|
|
|
||
В , мм |
300 |
|
|
|
||
H , мм |
530 |
|
|
|
||
h , мм |
265 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рис. 1. Габаритный чертеж и компоновка передач двухступенчатого |
|
|
||||||||||
цилиндрического редуктора типа Ц2У по ГОСТ 20758-75. |
|
|
|
|||||||||
Содержание |
|
|
|
|
|
|||||
1. Определение требуемого уровня ВБР подсистем и выбранных |
|
|
||||||||
1.1. Структурная схема ТС |
|
|
|
|
|
|
||||
1.2 Характеристики надежности заданной технической системы |
|
|
||||||||
1.3. Интенсивности отказов и ВБР подсистем и элементов |
|
|
|
|||||||
2. Определение достигнутого уровня надежности элементов |
|
|
||||||||
расчетным или расчетно - экспериментальным методами. |
|
|
|
|||||||
2.1. Определение размеров передач, валов и нагрузок в зацеплении |
|
|
||||||||
2.2. Расчет вала по номинальному крутящему моменту и связанному с ним изгибу. |
|
|||||||||
2.3. Выбор опасных сечений . |
|
|
|
|
|
|
||||
2.4. Уточнение напряжений в опасных сечениях |
|
|
|
|
||||||
2.5. Пределы выносливости детали в опасных сечениях |
|
|
|
|||||||
2.6. Параметры динамических нагрузок и напряжений |
|
|
|
|||||||
2.7. Средний ресурс детали |
|
|
|
|
|
|
||||
2.8. Функция распределения ресурса (вероятности неразрушения) |
|
|
||||||||
3. Анализ соотношения достигнутого и требуемого уровней ВБР элементов. |
|
|||||||||
4. Разработка мер по сближению достигнутого и требуемого уровней ВБР элементов. |
||||||||||
4.1. Снижение изгибающего момента на левой опоре. |
|
|
|
|
||||||
4.2. Повышение предела выносливости путем выбора нового материала: |
|
|
||||||||
4.3. Повышение диаметра . |
|
|
|
|
|
|
|
|||
4.4. Подбор подшипников качения. |
|
|
|
|
|
|
||||
5. Разработка выводов и рекомендаций по конструктивному |
|
|
|
|||||||
исполнению выбранных элементов. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Определение требуемого уровня вбр подсистем и выбранных
элементов по условию заданной ВБР ТС.
1.1. Структурная схема тс
ТС ► |
Редуктор двухступенчатый цилиндрический |
||||
Подсистемы 1уровня ►
|
1 П / с преобраз движен. ▼ |
2 П / с поддерж валов и зацепл. |
3 П / с защиты смазки
|
|
|
Подсистемы 2 уровня п/с1 ►
|
_1.1 Вал быстроход СБ▼ |
_1.2 Вал промежут СБ |
_1.3 Вал тихоходн СБ▼ |
|
|
3 уровень ► Элементы п/с 1.3
|
1;3;1 Вал Шестерня |
1;3;2 Подшипник Левой опоры. |
1;3;3 Подшипн правой опоры |
1;3;4 Шпонка |
|
СБ - сборочная единица
1.2 Характеристики надежности заданной технической системы
Выбор класса надежности таб.2.1 и значения вероятности безотказной работы для
заданной технической системы
Классы надежности изделий Таблица 1.1
Кл. над |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
P(t) |
≤ 0,9 |
≥ 0,9 |
≥ 0,99 |
≥ 0,999 |
≥ 0,9999 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Класс недостаточности 0 Рассчитать интенсивность отказов λ ТС по формуле λ = - ln Р(t) / t ( 2.6, 1), где заданная наработка t = 7000 час заданная ВБР системы Р(t) = 0,89
λ = - ln 0,89 / 7000 = 1,66E-05 отк/час |
||||||||
Исходя из характера работы ТС задать коэффициенты использования Кгод , Ксут ,
относительную продолжительность включения ПВ и рассчитать годовую наработку tгод
по формуле tгод = 365 Кгод24 Ксут ПВ, час ( 2.5, 1):
Принимается: Кгод = 0,7 (круглогодичная работа),
Ксут = 0,6 (для односменного режима работы),
ПВ = 1 (непрерывная работа в течении смены)
tгод= 365 х 0,7 х 24 х 0,6 х 1 = 3679,2 час
Рассчитать число отказов за календарный год эксплуатации nгод по
формуле nгод = λ tгод отказов/год, (2.4, 1):
nгод = 1,66E-05 х 3679,2 = 0,06125 отк/год
Средняя наработка на отказ в часах To =1/λ = 1 / 1,66E-05 = 60068 час
Средняя наработка на отказ в годах Toг = 1 / nгод = 1 / 0,06125 = 16,33 год
Проведенные и последующие расчеты по тому же алгоритму сведены в таб. 1.2
Выбрать значения Р(t) на 0,05 больше и на 0,05 меньше заданной
и рассчитать параметры λ и nгод для этих значений Р(t).
Из сравнения полученных значений nгод сделать вывод о приемлемости заданной Р(t)
или выбрать другое значение Р(t).
Таблица 1.2
Анализ и оценка параметров надежности ТС .
Класс |
ВБР |
Заданная |
Коэфф |
Коэфф |
Относит |
Годовая |
Интенсив |
|
|||
надеж |
|
наработка |
использ |
использ |
продолж |
наработка |
отказов |
|
|||
ности |
|
|
в год |
в сутки |
включен |
|
|
|
|||
* |
Р(t)* |
t час* |
К*год |
К*сут |
ПВ* |
tгод час |
λ 1/час |
|
|||
0 |
0,84 |
7000 |
0,7 |
0,6 |
1 |
3679,2 |
2,49E-05 |
|
|||
0 |
0,89 |
7000 |
0,7 |
0,6 |
1 |
3679,2 |
1,66E-05 |
◄выбор варианта |
|||
1 |
0,94 |
7000 |
0,7 |
0,6 |
1 |
3679,2 |
8,84E-06 |
|
|||
* - метка исходных данных, выбираемых студентом |
|
|
|
||||||||
Оценки параметров надежности ТС (продолжение таб. 1.2) |
|
||||||||
Ср.число |
Ср.нараб. |
Ср.нараб. |
|
|
|
|
|
|
|
отказов |
на отказ |
на отказ |
|
|
|
|
|
|
|
в год |
в часах |
в годах |
|
|
|
|
|
|
|
nгод 1/год |
To, час |
Тог, год |
|
|
|
|
|
|
|
0,09164 |
40848 |
10,912 |
|
|
|
|
|
||
0,06125 |
60668 |
16,326 |
◄выбор варианта |
|
|
|
|
|
|
0,0325 |
113131 |
30,749 |
|
|
|
|
|
|
|
По параметру средней наработки на 1 отказ 18 лет заданный вариант приемлем и
выбирается как основой для дальнейших расчетов (отмечен в таб. 1.2)