Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Полтавский национальный технический университет им. Ю. Кондратюка

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Якисть машин.doc

Скачиваний:

Добавлен:

05.03.2016

Размер:

2.24 Mб

Скачать

☆

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет

Імені Юрія Кондратюка

Кафедра конструкцій із металу, дерева та пластмас

^{Якість
машин}

навчальний посібник

Полтава 2004

Навчальний посібник із дисципліни "Якість машин" для студентів спеціальностей 6 090202 "Технологія машинобудування". 6.090214 "Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини та обладнання" „Автомобілі і трактори" (спеціалізація). 6 090200 "Автомобілі та автомобільне господарство", 6 090217 "Обладнання нафтових і газових промислів" - Полтава ПолтНТУ. 2004. - 66 с

Укладачі: Пічугін Сергій Федорович, д-р техн. наук, проф., Пашинський Віктор Антонович, д-р. техн. наук, проф., Чичулін Віктор Петрович, канд. техн. наук, доц.

Відповідальний за випуск - завідувач кафедри КМДіП Пічугін С.Ф докт. техн. наук, проф.

Затверджено радою університету протокол № 3 від 14.12.2000 р.

Редактор Н.В. Жигилій Коректор Н О Янкевич

ЗМІСТ

1. Вступ

2. Основні поняття теорії надійності. Показники надійності машин

2.1. Терміни і визначення

2.2 Класифікація відмов

2.3. Показники надійності

Основні положення теорії випадкових величин

2.4.1. Основні статистичні характеристики

2.5.Нормальний розподіл ВВ(закон Гауса)

2.6. Експоненційний закон надійності

2.7. Надійність технічних систем

3.Фізичні основи надійності машин

3.1. Аналіз причин руйнування.

3.2 Шшйність металічних виробів

4. ЗУкгіодиіхщмг5щуіз8бе!Шечкиняз!ШХ»стшюсп

4.1. йиитертяіспрдаквання

4.2 Характеристика поверхневого шару

Фізична природа спрацювання
Ожзушизяція процесу виникнення відмов пда спрацювання

5. Корозійні руйнування, Методи підвищ

5.1, Шли корозійних руйнувань

5.2 Мяоди оцінкикорсаай^ї стійкості

6. Видобування нвдіїпгостімшішіііхеж

6.1. Види випробувань.

Додаток

Список літератури

1. Курс "Якість машин" читається на електромеханічному і заочному факультетах.

Метою і завданням дисципліни є одержання теоретичних знань та практичних навичок, що дозволяють проектувати та експлуатувати машини та механізми різноманітного призначення з урахуванням вимог до їх надійності та якості.

У курсі вивчаються показники якості та надійності, фізика та моделі відмов, основні положення теорії надійності машин, методи планування режимів експлуатації, методи розрахунків зносостійкості та корозійної стійкості, шляхи підвищення якості машин.

Наведено визначення показників якості та надійності машин розрахунковим шляхом та на основі експериментальних досліджень. Вивчаються оцінка умов роботи та параметри режимів завантаженості машин за результатами експериментально - статистичних досліджень. Розглядаються порядок проведення випробувань.

Із метою поглиблення та закріплення теоретичних знань і вироблення практичних навичок оцінювання показників надійності машин передбачено виконання індивідуальних розрахункових завдань.

2. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТЕОРІЇ НАДІЙНОСТІ. ПОКАЗНИКИ НАДІЙНОСТІ

МАШИН

2.1. ТЕРМІНИ І ВИЗНАЧЕННЯ

Надійність об'єктів одна з основних властивостей якості машин. Відповідно до [1] під надійністю розуміють властивість об'єкта виконувати задані функції, зберігаючи у часі значення встановлених експлуатаційних показників у заданих межах, відповідних заданим режимам і та умовам використання, технічного обслуговування, ремонту, зберігання та транспортування.

Під експлуатаційними показниками мається на увазі продуктивність, швидкість та інші показники технічної характеристики машини.

Надійність є комплексною властивістю, яка залежно від призначення об'єкта й умов його експлуатації може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збережуваність нарізно або певне поєднання цих властивостей як для об'єкта, так і для його частин.

Безвідмовність - властивість об'єкта безперервно зберігати працездатність протягом деякого часу або деякого наробітку.

Наробіток - тривалість або обсяг роботи об'єкта. Наробіток об'єкта від початку експлуатації або її поновлення після середнього або капітального ремонту до настання граничного стану називають технічним ресурсом або просто ресурсом. На відміну від ресурсу під терміном служби розуміють календарну тривалість експлуатації об'єкта від її початку або поновлення після капітального ремонту до настання граничного стану.

Довговічність - властивість об'єкта зберігати працездатність до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування і ремонту.

Під граничним станом розуміють стан об'єкта, при якому його подальша експлуатація повинна бути припинена через незмінюване порушення вимог безпеки, або незмінюваного розкиду заданих параметрів за встановлені межі, або незмінюваного зниження ефективності експлуатації нижче допустимої, або необхідність проведення капітального ремонту.

Ремонтопридатність - властивість об'єкта, що складається: в придатності до попередження і виявлення причин виникнення його відмов, пошкоджень і усуненню їх наслідків шляхом проведення ремонтів і технічного обслуговування.

Поняття відмови є одним з основних у теорії надійності.

Відмова - подія, що полягає у порушенні працездатності об'єкта (колапс).

Збережуваність - властивість об'єкта безперервно зберігати справний і працездатний стан під час і після зберігання та транспортування.

Усі об'єкти поділяють на ті, що ремонтуються, і ті що не ремонтуються.

Об'єкт, що ремонтується - об'єкт, справність і працездатність якого при відмові або пошкодженні підлягає відновленню.

До об'єктів, що ремонтуються потрібно віднести більшість вузлів машин, двигун, трансмісію, робоче обладнання, ходову частину тощо, а також машину в цілому.

Об'єкт, що не ремонтується - об'єкт, справність і працездатність якого при виникненні відмови або пошкодження не підлягає відновленню.

До об'єктів, що не ремонтуються, можна віднести ряд елементів, а також деякі вузли, наприклад: деякі елементи систем автоматики і електроприводу, ремені, сальники, манжети, накладки й інші елементи, які у разі виходу з ладу підлягають заміні, а не відновленню.

Вузлами, що не ремонтуються, є базові металоконструкції. До таких вузлів належать і ті метало конструкції, які можуть бути відремонтовані, але поява відмов їх носить випадковий характер (віднови робочих органів, ходового механізму).

До об'єктів, що не ремонтуються, можна віднести також інші вузли і навіть машину в цілому, якщо розглядається їх працездатність протягом періоду часу меншого, ніж час, що планується між відповідними ремонтами.

Залежно від постановки задач об'єкти умовно поділяють на системи і елементи. Система - це пристрій, що має самостійне конструктивне і експлуатаційне призначення і що складається з сполучених ніж собою елементів. Як система може бути розглянутий комплекс машин, машина, а також її окремі вузли і їх комбінації.

Під елементом розуміють конструктивно самостійну частину системи, що має певне призначення, що виконує необхідні функції і що враховується при розрахунку надійності як окрема самостійна одиниця, що має свій кількісний показник надійності. Як елемент системи можна розглядати елемент машини, вузол, групу вузлів і навіть окрему машину.

Показник надійності - це кількісна характеристика одного або декількох властивостей, що складають надійність об'єкта. Показники надійності бувають одиничні і комплексні. Одиничний показник - показник надійності, що відноситься до однієї з властивостей, що складають надійність об'єкта. Комплексний показник - показник надійності, що належать до декількох властивостей, що складають надійність об'єкта.

2.2. КЛАСИФІКАЦІЯ ВІДМОВ

Відмова - подія, після якої об'єкт перестає виконувати, частково або повністю свої функції. Відмови, характерні для машин, ножна класифікувати за рядом ознак (табл. 2.1).

Класифікація відмов

Таблиця 2.1

Ознака класифікації	Вид віднови	Пояснення
Характер втрати працездатності	Катастрофічна	Наслідки випадку ведуть до повної втрати працездатності
	Параметрична (поступова)	Наслідки поступової зміни параметрів об'єкту
	Раптова	Зміна параметрів миттєво
	Деградаційна	Результат накопичення пошкоджень
Причина	Конструктивна	Наслідки помилок при проектуванні
виникнення	Виробнича		Наслідки дефектів, порушень технології виробництва
	Експлуатаційна		Наслідки порушень правил та умов експлуатації
Ступінь	Повна	Повна втрата працездатності об'єкта
впливу на працездатність	Часткова		Часткова втрата працездатності об'єкта
Взаємо-	Залежна		Обумовлена іншими відмовами
зв'язок відмов	Незалежна		Незалежний від інших відмов
Зовнішні прояви	Явна		Виявляється візуально чи штатними методами контролю
	Прихована		Виявляється тільки при ТО
Походження	Природна		Передбачувана відмова
	Штучна		Непередбачувана відмова

2.3. ПОКАЗНИКИ НАДІЙНОСТІ

У [1] встановлено для застосування одиничні і комплексні показники надійності (рис. 2.2). Усього стандартом установлено для застосування 34 показника надійності.

Використання всього переліку показників надійності утруднює процес оцінки і забезпечення надійності об'єктів. Тому із загального переліку показників потрібно вибрати мінімально необхідне число показників, які досить повно характеризують надійність машин.

Імовірність безвідмовної роботи - ймовірність того, що в межах заданого напрацювання не виникає відмова об'єкта.

Імовірність безвідмовної роботи об'єкта в інтервалі часу від 0 до і₀визначається з виразу

(2,1)

де Р(tо) імовірність того, що об'єкт пропрацює безвідмовно протягом заданого часу роботи t, почавши працювати в момент часу t =0, або ймовірність того, що час роботи об'єкта до відмови виявиться більшим від заданого часу роботи ;- випадковий час роботи (наробіток) об'єкта до відмови;- функція щільностіймовірності випадкової величини ;- функція розподілу випадкової

величини.

Імовірність відмови об'єкта в інтервалі часу від 0 до tо

(2,2)

де - імовірність того, що об'єкт відмовить протягом заданого часу роботи tо, почавши працювати в початковий момент часу і = 0, або ймовірність того, що випадковий час роботи об'єкта до відмови виявиться меншим від заданого часу роботи t₀.

Рис.2.1. Імовірність безвідмовної роботи P(t), імовірність відмови Q(t)

Якщо наробіток об'єкта до відмови підлягає експоненційному закону з щільністю, товизначиться з формули

(2,3)

де- інтенсивність відмов.

Якщо наробіток до відмови підлягає нормальному закону з параметрамиі

,то

, (2,4)

де - нормована функція нормального

розподілу; х - математичне очікування; х - середнє квадратичне відхилення,

Імовірність безвідмовної роботи об'єкта в інтервалі часу від t до t + tо дорівнює

, (2,5)

де- імовірність того, що об'єкт проробить безвідмовно протягомзаданого часу роботи tо, що починається з моменту часу t, або умовна ймовірність того, що випадковий час роботи об'єкта до відмови виявиться більшим t + tо при умові, що об'єкт вже напрацював безвідмовно до моменту часу t.

Якщо Uі розподілене за експоненціальним законом, то з формули (2.5) можна знайти, що

(2,6)

У тих випадках, коли немає необхідності підкреслювати, що ймовірність безвідмовної роботи визначається для інтервалу від 0 до tо , Цей показник позначається Р(t).

Інтенсивність відмов - умовна щільність імовірності виникнення відмови об'єкта, що не відновлюється, яка визначається для моменту часу, котрий розглядається при умові, що до цього моменту відмова не виникла Інтенсивність відмови обчислюється за формулою

(2,7)

Для експоненційного закону розподілу наробітку до відмови інтенсивність відмови

Рис.2.3. Інтенсивність відмов X(t), I - період припрацювання, II - період нормальної експлуатації, III - період інтенсивного зношування ( старіння)

Із формули (2.8) виходить, що в цьому випадку X є постійною величиною і не залежить від часу, що характерно для періоду (II) нормальної експлуатації (рис.2.3), Для періоду приробки (І) (наприклад пари тертя та ін.) характерно поступове зниження інтенсивності відмов, а для III періоду навпаки зростання інтенсивності відмов обумовлене накопиченням пошкоджень, старінням, зношуванням деталей тощо.

Для нормального закону розподілу наробітку до відмови інтенсивність відмови залежить від t і монотонно збільшується із збільшенням t.

Середній наробіток до відмови - математичне очікування напрацювання об'єкта до першої відмови:

(2,9)

Якщо θ₁ розподілене експоненціальному закону, то

(2,10)

Для нормального закону розподілу наробітку до відмови з виразу (2.9) отримаємо

(2,11)

Рис.24. Середній наробіток до відмови

Вважається, що , тобто випадкова величина t приймає тільки позитивні значення.

Наробіток до відмови належить до загальних понять; передбачається, що дане поняття може використовуватися як показник надійності одиничного виробу, як індивідуальна норма надійності, вона характеризує той мінімальний наробіток, до закінчення якого для виробів, спроектованих, виготовлених і що експлуатуються відповідно до вимог норм, відмови недопустимі. Якщо ж у межах даного наробітку відмови відбуваються, то це розглядається як порушення вимог норм із рівня безвідмовності. До таких порушень належать і відмови через приховані дефекти, які відбуваються протягом гарантійних термінів, Наробіток до відмови визначається техніко-економічними розрахунками і, як правило, повинен визначатися з виразу (2.12), де повиннавибиратися з практично достовірною ймовірністю.

- відсотковий наробіток до відмови t, - наробіток до відмови, який забезпечується імовірністю - відсотків. Даний показник визначається з виразу

(2,12)

За імовірністю - відсоткового наробітку проектування машин розподіляється за класами табл. 2.2.

Таблиця 2.2

Класи надійності

<0.9

>0.9

>0.99

0.999

>0.9999

>0.99999

Показники довговічності. Показники довговічності характеризують ресурс об'єкта, або термін служби. До основних показників довговічності належать - відсотковий ресурс, середній ресурс, - відсотковий термін служби і середній термін служби, призначений ресурс, установлений ресурс, ресурс. Призначений ресурс, установлений ресурс, ресурс належать до індивідуальних показників довговічності.

- відсотковий ресурс - наробіток, протягом якого об'єкт не досягне граничного стану із заданою ймовірністю - (у відсотках).

Середній ресурс - математичне очікування ресурсу. Прийнято розрізнювати середній ресурс між середніми (капітальними) ремонтами, середній ресурс до списання, середній ресурс до середнього (капітального) ремонту.

- відсотковий термін служби - календарна тривалість експлуатації, протягом якої об'єкт не досягне граничного стану із заданою імовірністю (У відсотках).

Середній термін служби - математичне очікування терміну служби. Прийнято розрізнювати середній термін служби між середніми (капітальними) ремонтами, до середнього (капітального) ремонту, до списання.

2.4. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТЕОРІЇ ВИПАДКОВИХ ВЕЛИЧИН

Випадкова величина - величина , котра в результаті неодноразового дослідження (випробування, експерименту) може набувати того чи іншого значення, невідомо наперед, якого саме. Наприклад: геометричні розміри, характеристики міцності матеріалів, навантаження на будь-які елементи, дані випробувань механічних елементів тощо.

Уведемо позначення:

- випадкова величина (BB), х- її можливе значення; Р(х) - імовірність події чи BB є чисельна міра об'єктивної можливості події (BB).

Закон розподілення - будь-яке правило (таблиця, функція), котре дозволяє находити ймовірності подій пов'язаних із BB.

X₁	X₂	Х₃		Xn	Значення параметрів BB
Pl	P₂	Р₃		Pn	Імовірності або частоти BB

Для повної групи подій BB

Функція розподілення - F(x) - описує закон розподілення BB з точки зору ймовірності (рис.2.1)

Густина (щільність)розподілення BB - f (х) - похідна її функції розподілення в точці X

(2,13)

Імовірність того, що BB потрапить у визначені границі

(2,14)

У загальному випадку - площа під кривою f(x) (рис.2.5).

2.4.1. ОСНОВНІ СТАТИСТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Таблиця 2.3

№	Величини, що не перериваються	Дискретні величини
1	Математичне очікування ( середнє значення) - центр ваги площі, обмеженої кривою розподілу		(2.15)

2	Дисперсія - математичне очікування квадрату відхилення BB від , характеристика розсіювання(момент інерції відносно)		(2.16)

3	Середнє квадратичне відхилення (стандарт) - характеристика розсіювання в одиницях BB		(2.17)
4	Початкові моменти (умовні) порядку s		(2.18)

5	Центральні моменти порядку s		(2.19)

Продовження таблиці 2.3

6	Коефіцієнт варіації - характеризує ступінь випадковості	(2.20)
7	Асиметрія - визначає похилення розподілу BB	(2.21)
8	Ексцес - характеризує крутість щільності розподілу	(2.22

2.5. НОРМАЛЬНИЙ РОЗПОДІЛ BB (ЗАКОН ГАУСА)

BB розподілена за нормальним законом, якщо щільність має вигляд .

Рис. 2.5. Густина (щільність) розподілень близьких до нормального

Крива має симетричний пагорбоподібний вигляд (рис.2.5). Розподіляється від до +з асиметрією і ексцесомA_x=E_x=0 (для дослідного нормального розподілу близькими до 0), характеризується двома параметрами . При відхиленнях дослідних розподілень від нормального (табличного) для від'ємного ексцесу вниз, для від'ємної асиметрії вправо від нормального і навпаки.