10.Надежность деталей машин и механизмов. Основные понятия теории надежности

Надежность (общая) – свойство изделий выполнять в течение заданного времени или заданной наработки свои функции, сохраняя в заданных пределах эксплуатационные показатели. Надежность изделия обусловливается долговечностью, безотказностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью их. Надежность деталей машин в значительной степени зависит от запасов по основным критериям работоспособности и определяется качеством их изготовления.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до определенного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. Основным показателем безотказности является вероятность безотказной работы в течение заданного времени или заданной наработки.

Утрату работоспособности называют отказом. Отказы по своей природе могут быть связаны с разрушением деталей или с нарушением технического ухода за машиной (засорение трубопроводов, ослабление соединений, нарушение регулировки и т.п.). Отказы бывают полные и частичные; внезапные и постепенные; опасные для жизни человека, тяжелые и легкие.

Причинами отказов могут быть:

1. конструктивные ошибки и недоработки, снижающие надежность изделия (недостаточная прочность деталей, плохая защита от влаги, пыли, неучтенные механические и температурные деформации);

2. производственные дефекты (раковины, трещины, включения примесей, пониженные физико-механические характеристики материала);

3. неправильная эксплуатация изделия;

4. плохой ремонт и повреждения;

5. естественный износ, старение, потеря усталостной прочности детали.

Одним из путей повышения надежности деталей и механизмов является разработка такой конструкции, которая исключала бы появление таких отказов. Повышение надежности возможно также за счет резервирования и восстановления. Резервирование – применение дублирующих средств или возможностей с целью сохранения работоспособности. Восстановление - устранение отказов в изделии во время эксплуатации путем ремонта или замены вышедшей из строя детали.

Ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей с помощью обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.

Для конкретных объектов и условий их эксплуатации эти свойства имеют различную относительную значимость. Так, для некоторых неремонтируемых объектов (самолетные электродвигатели, стрелочные приборы, турбины турбореактивных двигателей) основным свойством в полете является их безотказность. Для ремонтируемых объектов одним из важнейших свойств является ремонтопригодность. Параметрами, характеризующими способность выполнять требуемые функции, являются кинематические и динамические характеристики, показатели точности функционирования, скорости и т.д. С течением времени значения этих параметров могут изменяться. При изменениях, превышающих допустимые пределы, происходит переход в неработоспособное состояние. Количественно надежность объекта оценивается с помощью показателей, которые выбирают и определяют с учетом его особенностей, режимов и условий его эксплуатации и последствий отказов. Значения этих показателей определяют для заданных режимов и условий применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.

При оценке надежности механизмов наиболее часто определяют наработку, технический ресурс, срок службы. Наработка – продолжительность или объем работы объекта. Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации или после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние. Срок службы – календарная продолжительность работы объекта от начала эксплуатации или после ремонта до перехода в предельное состояние. При этом под предельным понимают такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению, а также и восстановление, недопустимо или нецелесообразно.

Для оценки надежности могут использоваться такие характеристики, как P(t) – вероятность безотказной работы в течение заданного отрезка времени t; (t) – интенсивность отказов; T_ср – среднее время безотказной работы.

Вероятность безотказной работы P(t) есть вероятность того, что в заданном интервале времени не возникает отказа объекта или что его параметры не будут выходить за границы заданных допусков (при заданных условиях эксплуатации), 0 P(t) 1 ; P(0)=1 ; P()=0.

Вероятность безотказной работы изделия (точечная оценка) испытаний некоторого числа изделий в течение заданного промежутка времени можно определить по формуле:

P(t)=N(t)/N₀=(N₀-n(t))/N₀,

где N₀ – общее число испытанных изделий; N(t) и n(t) – число изделий, исправно работавших и вышедших из строя за время испытаний.

Интенсивность отказов (t) – условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.

Интенсивность отказов за время испытаний t можно примерно оценить по формуле:

(t)=n(t)/(N(t)t).

Средним временем безотказной работы называется величина, равная площади, ограниченной кривой надежности и осями координат:

.