Пособие надежность. Ч1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А. А. Зюзин, Б. Н. Казьмин

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ МАШИН

Часть I. Механическая обработка, контроль, сборка Учебное пособие

Липецк 2009

УДК 669.017 З.381

Зюзин, А.А. Технологическое обеспечение надежности деталей и сборочных единиц машин [Текст]: учебное пособие в 2-х ч. Ч. 1. Механическая обработка, контроль, сборка / А. А. Зюзин, Б. Н. Казьмин. – Липецк: ЛГТУ, 2009. – 245 с.

В учебном пособии приведены сведения о причинах потери работоспособности машин, факторах, определяющих надежность их деталей и сборочных единиц на этапах изготовления, статистические данные о спектрах макрогеометрии основных сопрягаемых поверхностей деталей. Рассмотрены прогрессивные технологические методы механической обработки, обеспечивающие повышение точности и качества поверхностей и поверхностных слоев деталей машин.

Табл. 12. Ил. 110. Библиограф: 14 назв.

Рецензенты: кафедра «Автомобили» Южно-Уральского государственного университета, зав. каф. д.т.н., проф. А. Ф. Дубровский;

М. В. Ляшенко, д.т.н., проф. ВолгГТУ.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ЛГТУ.

© Липецкий государственный технический университет, 2009

4

ВВЕДЕНИЕ

Комплексным показателем качества машин является их надежность. Повышение надежности – одна из важнейших проблем современности, охватывающая широкий круг вопросов. Эта проблема возникает всегда, когда требуется обеспечить высокую эффективность работы технических систем, гарантированные сроки службы, безопасность обслуживания, и является большим резервом снижения их материалоемкости за счет сокращения расхода материалов на запасные части и ремонт.

Важность проблемы повышения надежности в широком смысле этого понятия непрерывно возрастает в связи с интенсификацией условий эксплуатации деталей и сборочных единиц различных машин. Повышаются скорости эксплуатации, режимы силового и температурного нагружения деталей и сборочных единиц многих машин различного назначения. Это вызывает применение большого количества новых конструкционных материалов, высокоэффективных технологических методов изготовления и сборки деталей и машин, достоверных методов производственного контроля и других мероприятий по повышению надежности.

Проблема обеспечения и повышения надёжности деталей и сборочных единиц изделий является одной из важнейших для всех отраслей машиностроения. Одним из основных условий, которому должны удовлетворять машины, является их безотказная работа с необходимой надёжностью в соответствии с техническими условиями эксплуатации в течение заданного периода времени. Потери из-за недостаточной надёжности выпускаемых машин очень велики. В настоящее время промышленность даже передовых стран несёт огромные потери из-за недостаточной надёжности и долговечности выпускаемых машин. Так, за весь период эксплуатации затраты на ремонт и техническое обслуживание машин в связи с их износом в несколько раз превышают стоимость новой машины, например, для автомобилей и тракторов – до 6...8 раз, для самолетов – до 5 раз,

5

для металлорежущих станков – до 8...15 раз и т. д. Из-за естественного процесса коррозии ежегодно теряется до 10 % всего объема выплавляемого металла. По подсчетам специалистов в промышленности затраты только на капитальный ремонт эксплуатируемых машин, механизмов и других технических средств составляет 11…12 % всей стоимости продукции машиностроения. На все виды ремонта парка производственного оборудования ежегодно расходуется около 25 % капитальных вложений. В машиностроении и металлообработке на ремонтных работах занято более 20 % всех рабочих и примерно треть металлорежущих станков. Общее количество проката черных металлов, расходуемое на ремонт машин и оборудования, составляет более 15 % годовой потребности в нем всего машиностроения и металлообработки, а в некоторых отраслях эта величина доходит до 50 %. Но могут быть и такие последствия низкой надежности изделий, которые нельзя оценить никакими экономическими показателями. Это гибель людей в результате авиационных, железнодорожных, строительных и других катастроф, отказы в работоспособности военной техники в ответственные моменты. Вот почему каждая машина, особенно серийного и массового производства, должна иметь высокую надежность.

Для техники, используемой в сельскохозяйственном производстве, характерно значительное рассеивание значений показателей надежности. Это зависит от многих факторов: начального состояния рабочих поверхностей и поверхностных слоев сопрягаемых деталей (шероховатости, микротвердости, характера, уровня и глубины залегания внутренних остаточных напряжений, величина начального зазора и т. д.); почвенно-климатических условий (пылезасоренность и температура окружающего воздуха, рельеф и конфигурация полей и т. д.); качества эксплуатации и технического обслуживания и др. Большое рассеивание показателей надежности и долговечности деталей и сопряжений машин требует перехода в машиностроении от рас-

6

четов с помощью коэффициентов безопасности («коэффициентов незнания») к расчетам по заданной вероятности безотказной работы, т. е. на новый технический уровень.

При изготовлении современных машин все шире применяют новые, обычно труднообрабатываемые конструкционные материалы. С усложнением конструкций и увеличением нагрузок на детали проблема точности и качества их изготовления и обеспечение высокой надежности выпускаемых машин стала одной из основных в технологии машиностроения. Все это потребовало более глубокого изучения и совершенствования существующих, а также разработки новых высокоэффективных методов и процессов обработки. Появились новые виды конструкционных инструментальных материалов, освоен выпуск и находят всё большее применение синтетические сверхтвердые материалы (алмазы, эльбор, гексанит и др.), большое развитие получили методы отделоч- но-упрочняющей обработки. Наибольшими возможностями в отношении повышения точности и качества изготовления деталей обладают новые способы окончательной и доводочной обработки. Большинство из них связано с применением синтетических алмазов и кубического нитрида бора (эльбора). Алмазные и эльборовые круги отличаются высокой размерной стойкостью и обеспечивают в 1,5…2,5 раза более высокую производительность, чем инструмент из обычных абразивных материалов. В настоящее время все большее применение получают резцы, оснащенные сверхтвердыми поликристаллами кубического нитрида бора. Особо эффективны они при обработке стальных деталей, закаленных на твердость HRC 50…60. До появления таких резцов стали указанной твердости лезвийным инструментом вообще не обрабатывались. Высокая размерная стойкость кристаллов кубического нитрида бора позволяет при точении получать точность, доступную лишь шлифованию. Возрастает роль в обеспечении высокой точности и твердосплавного инструмента, особенно размерного. Промышленностью освоен выпуск большой номенклатуры монолитного твердосплавного инструмента для обработки отверстий и резьб, всё

7

шире применяются твердосплавные выглаживающие прошивки и протяжки, сборные червячные фрезы и шевера.

Достигнутые успехи в обработке металлов резанием, а также методами поверхностного пластического деформирования, термической, химикотермической обработки и др. способствуют повышению надежности отдельных деталей, сборочных единиц и машин в целом.

8

ГЛАВА I. ОБЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАШИН

1. Стандартизованные понятия, термины и определения

Терминология по надежности в технике распространяется на любые технические объекты – изделия, сооружения и системы, а также их подсистемы, рассматриваемые с точки зрения надежности на этапах проектирования, производства, испытаний, эксплуатации и ремонта. В качестве подсистем могут рассматриваться сборочные единицы, детали, компоненты или элементы. При необходимости в понятие «объект» могут быть включены информация и ее носители, а также человеческий фактор (например, при рассмотрении надежности системы «машина-оператор»). Понятие «эксплуатация» включает в себя, помимо применения по назначению, техническое обслуживание, ремонт, хранение и транспортирование.

Термин «объект» может относиться к конкретному объекту, и к одному из представителей, в частности, к наугад выбранному представителю из серии, партии или статистической выборки однотипных объектов. На стадии разработки термин«объект» применяетсякнаугадвыбранномупредставителюизгенеральной совокупности объектов.

Границ понятия «надежность» не изменяет следующее определение: надежность – свойство объекта сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Это определение применяют тогда, когда параметрическое описание нецелесообразно (например, для простейших объектов, работоспособность которых характеризуется по типу «да-нет») или невозможно (например, для систем «машина-оператор», т. е. таких систем, не все свойства которых могут быть характеризованы количественно).

К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относят кинематические и динамические параметры, показатели конструкционной прочности, показатели точности функционирования, произ- 9