МУ 3118 надежность

3118

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра транспортных средств и техносферной безопасности

Надежность механических систем

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ для студентов направлений 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства»

А.А. ЗЮЗИН, Б.Н. КАЗЬМИН

Липецк Липецкий государственный технический университет

2015

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра транспортных средств и техносферной безопасности

Надежность механических систем

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ для студентов направления 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства»

А.А. ЗЮЗИН, Б.Н. КАЗЬМИН

Липецк Липецкий государственный технический университет

2015

УДК 621.0 (07) З.381

Рецензент – канд. техн. наук, доц. И.С. Константинова

Зюзин, А. А.

З-381 Надежность механических систем [Текст]: методические указания к вы-

полнению лабораторных работ для студентов направления 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства»/ А.А. Зюзин, Б.Н. Казьмин. – Липецк:

Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2015. – 43 с.

Методические указания содержат четыре лабораторных работы, каждая из которых касается одного или нескольких вопросов программы курса «Надеж-

ность механических систем»

Ил. 6, Табл. 7.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2015

Лабораторная работа № 1

Исследование причин потери работоспособности сборочных единиц

идеталей машины

1.Методические предпосылки исследования

Анализ конструктивных схем современных сложных механических си-

стем показывает, что они как объект исследования надежности представляют сложные последовательно-параллельные и параллельно-последовательные структуры. С точки зрения теории систем необходимо определить, «простой» или «сложной» системой является объект. Ответ на этот вопрос определяет методологию исследования надежности объекта.

Под системой в теории надежности понимается совокупность элементов

(или подсистем), объединенных функционально в соответствии с заданным алгоритмом взаимодействия при выполнении определенной задачи в процессе применения по назначению. В теории систем считается, что система является сложной, если она состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодей-

ствующих между собой элементов (подсистем) и способна выполнять слож-

ную функцию. Деление систем на простые и сложные возникло из-за появле-

ния систем, имеющих в своем составе совокупность подсистем с наличием функционального назначения. Простая система может находиться только в двух состояниях: состоянии работоспособности (исправном) и в состоянии отказа. При отказе элемента простая система либо полностью прекращает вы-

полнение своей функции, либо продолжает ее выполнение в параметрическом отказе, либо переходит на резервный элемент. Сложная система при отказе отдельных элементов и даже целых подсистем не всегда теряет работоспо-

собность, зачастую только снижаются характеристики ее эффективности. Это свойство сложных систем обусловлено их функциональной избыточностью,

и, в свою очередь, затрудняет формулировку понятия «отказ» системы. Отказ сложной системы целесообразно определять как событие, обусловленное вы-

ходом характеристик эффективности за установленный допустимый предел.

Величину этого предела обычно связывают частичным или полным невыпол-

нением системой своих функций.

При анализе причин потери работоспособности сложных систем состав-

ляются структурные схемы. Различают структурные схемы надежности си-

стемы, состоящие из n параллельно соединенных элементов (подсистем) (см.

рис. 1.1, а), из n последовательно соединенных (см. рис. 1.1, б) и смешанных

(комплексных) схем сложных технических (механических) систем.

а

б

Рис. 1.1. Структурные схемы сложных механических систем:

а – параллельной; б – последовательной

При анализе показателей надежности любой машины, в том числе авто-

мобиля или трактора, принят функциональный подход, при котором машину рассматривают состоящей из отдельных функциональных сборочных единиц,

каждая из которых выполняет вполне определенные функции. Всякая сбо-

рочная единица состоит из отдельных сопряжений. Неисправность сопряже-

ния проявляется в нарушении посадки (заданных зазоров и натягов). Всякое нарушение посадки обусловлено изменениями размеров, формы и параметров

качества в сопрягаемых поверхностях. Известно также влияние параметров точности и качества основных поверхностей деталей машин на их эксплуата-

ционные показатели. Отклонения формы и взаимного расположения основ-

ных поверхностей деталей машин уменьшают фактическую площадь контак-

та сопряжений. Шероховатость оказывает значительное влияние на износо-

стойкость, усталостную прочность, коррозионную стойкость и другие экс-

плуатационные показатели деталей. Таким образом, любая рассматриваемая неисправность в машине является следствием изменений, происшедших в па-

раметрах точности и качества сопрягаемых поверхностей. Так как влияние этих изменений на работу всей машины легко проследить, то в основу изуче-

ния надежности всей машины должен быть положен анализ неисправностей отдельных типовых сопряжений. Надежность всей машины не может быть выше самого малонадежного ее звена.

Установлено, что до 80% случаев потери работоспособности машин происходят вследствие износа.

Принято классифицировать износ на механический, молекулярно-

механический и коррозионно-механический. К механическому изнашиванию относят абразивное, эрозионное (гидроабразивное и газообразивное), кавита-

ционное, пластическое деформирование и др.

К другим видам разрушений и повреждений деталей и сопряжений отно-

сят усталостное, коррозионное, термоусталостное, деформации в процессе хранения и эксплуатации из-за внутренних напряжений, ползучесть металлов,

химические повреждения, нарушение регулировок механизмов.

Перечисленные выше причины вызывают постепенное или резкое ухуд-

шение технического состояния отдельных элементов и машины в целом. Этот сложный физический процесс ухудшения технического состояния машин происходит неизбежно и непрерывно во времени.

В результате отдельные детали и другие составные элементы исчерпы-

вают свой ресурс, вследствие чего возникает отказ и машина теряет работо-

способность. Конструктивные особенности машины, нестабильность точно-

сти и качества изготовления, разнообразие условий ее эксплуатации обуслов-

ливают значительный разброс ресурсов отдельных элементов. Поэтому отка-

зы тракторов и сельскохозяйственных машин возникают сравнительно часто,

а закономерности их появления подчиняются законам теории вероятности.

Все встречающиеся в работающих механизмах и сопряжениях дефекты и износы могут быть подразделены на две основные группы:

а) износы и дефекты, обычно медленно нарастающие и являющиеся следствием длительной работы сил трения, воздействия высоких температур и других факторов при нормальных условиях эксплуатации, т.е. когда соблю-

даются все требуемые для данного механизма правила ухода за ним. Так как эти износы относятся к явлениям нормальным, определенным самой кон-

струкцией машины, их можно называть естественными износами;

б) износы и дефекты, нарастающие быстро и наблюдаемые иногда даже после непродолжительной работы механизма. Они являются, главным обра-

зом, результатом неправильного ухода за данным механизмом (недостаточ-

ность смазки, ее загрязненность и др.) и в сравнительно редких случаях ре-

зультатом дефектов производства. Типичное для данной группы дефектов интенсивное нарастание носит характер аварии, а поэтому эти изно-

сы и дефекты можно назвать аварийными.

Такое деление дефектов и износов целесообразно, т.к. оно помогает в решении основной задачи профилактики неисправностей: поддерживать экс-

плуатируемые машины в таком состоянии, чтобы они подвергались только естественному износу. Аварийные дефекты и износы не должны иметь места.

Для выявления фактических причин потери работоспособности деталей необходимо наметить методику для исследования параметров точности, ше-

роховатости и физико-механического состояния поверхностного слоя участ-

ка, получившего повреждения, а также методы и средства для контроля этих параметров. Следует иметь в виду, что качество конструктивных элементов

детали принято характеризовать шероховатостью, волнистостью и физико-

механическим состоянием поверхностного слоя. Физико-механическое со-

стояние поверхностного слоя характеризуется микротвердостью, структур-

ными и фазовыми превращениями, величиной, знаком и глубиной распро-

странения остаточных напряжений, деформацией кристаллической решетки металла.

2. Цель работы Целью работы является составление методики исследований и установ-

ление фактических причин потери работоспособности трактора в целом и его составных функциональных сборочных единиц и деталей; разработка кон-

структивных, технологических и эксплуатационных мероприятий по повыше-

нию надежности.

3. Материальное обеспечение Сборочные чертежи. Рабочие чертежи данных деталей. Измерительные

средства для оценки точности и качества основных поверхностей. Эталоны шероховатости. Лупы простые и бинокулярные.

4. Содержание работы Работа заключается в анализе фактического технического состояния сбо-

рочных единиц и деталей машины, получивших неисправности и дефекты в процессе эксплуатации и хранения, определении характера повреждения и износа, в оценке точности и качества основных поверхностей и поверхност-

ных слоев, заполнении карт донесения, составлении выводов и разработке ре-

комендаций по повышению работоспособности. При выполнении работы ис-

следуются такие объекты, как сборочные единицы и детали трактора, повы-

шение работоспособности которых является наиболее актуальным для кон-

кретного этапа развития тракторостроения.

5.Последовательность выполнения исследовательской части работы

1)Ознакомиться с техническим состоянием представленных сборочных

единиц и деталей трактора, характером износа и повреждения (коррозия, сет-

ка микротрещин, риски и т.д.).

2) Ознакомиться с рабочими чертежами данных деталей (нормами точно-

сти и качества, техническими условиями на изготовление).

3) Ознакомиться со сборочными чертежами и изучить служебное значе-

ние и условия эксплуатации деталей.

4) Выделить доминирующие факторы, влияющие на техническое состоя-

ние каждой из представленных деталей.

5) Наметить для исследования параметры точности и качества поверхно-

стей деталей, получивших дефекты и неисправности.

6)Составить методику для оценки каждого из намеченных параметров точности и качества поверхностей деталей.

7)Определить необходимый набор измерительных средств для оценки исследуемых параметров точности, качества и дефектов.

8)Провести оценку фактической точности размеров, формы, взаимного расположения, параметров шероховатости, микротвердости, дефектов иссле-

дуемых поверхностей.

9) Результаты исследований занести в отчет, заполнить формы 1, 2 и кар-

ту донесения – форма 3 (см. справочный материал).

10)Сделать выводы и разработать рекомендации.

11)Оформить отчет.

6. Указания по технике безопасности При выполнении лабораторной работы соблюдать инструкции по техни-

ке безопасности, действующие в лаборатории кафедры автомобилей и трак-

торов.

7.Форма заполнения отчета

1)Наименование объекта исследования.

2)Методика исследования причин отказов.

3)Заполнение формы 1,2 и карты донесения – форма 3, ( см. справочный