Надёжность и долговечность деталей машин

Надёжность – свойство выполнять свои функции, сохраняя свои характеристики. Она определяется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность – свойства изделий сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.

Долговечность – свойства изделий длительно сохранять работоспособность.

Ремонтопригодность – способность изделия к обнаружению и устранению отказов.

Сохраняемость – свойства изделия сохранять эксплуатационные показатели при хранении и транспортировке.

Имеем N₀ изделий для испытаний в течение t часов. Пусть N_от – количество изделий, отказавших при испытании, а N_р – количество работающих изделий, тогда относительное число отказов

Если N₀ велико, то Q(t) – вероятность отказов.

Количественная характеристика надёжности – вероятность безотказной работы P(t):

Если машина состоит из большого числа узлов, соединенных последовательно (рис.1.2), а отказ одного приведёт к отказу машины, то по теореме умножений вероятностей вероятность безотказной работы есть произведение вероятностей безотказной работы отдельных элементов:

Рис.1.2

Пусть система состоит из параллельно соединённых деталей (рис.1.3). Вероятность безотказной работы такой системы можно записать в виде

.

Таким образом, надёжность сложной системы всегда меньше надёжности самого ненадёжного элемента. Чем больше элементов имеет система, тем меньше её надёжность.

Важной характеристикой является интенсивность отказов:

Рис.1.3 ,

где t_ср – средняя наработка на один отказ.

Рис.1.4

Рис. 1.5

В период нормальной эксплуатации машины (область II рис.1.4) отказы от износа (область III) ещё не проявляются и надёжность характеризуется внезапными отказами. Они носят случайный характер и определяются выражением, уменьшаясь с наработкой по экспоненциальному закону (рис.1.5).

Основные пути повышения надёжности машин:

1. Улучшение конструкции изделия.

2. Повышение качества производства.

3. Обоснованное уменьшение напряжённости детали.

4. Правильный выбор системы смазки.

5. Резервирование:

а) постоянно параллельное (рис.1.6);

если

б) резервирование замещением.

Если надёжность переключения 100%, то

Рис.1.6

.

Резервирование применяется тогда, когда исчерпаны все другие средства, существенно повышает надежность системы, но усложняет её.

Лекция №2 Выбор допускаемых напряжений при статических и переменных нагрузках

В

Рис. 2.1

се основные расчёты делятся на проектировочные и проверочные. Например, для стержня (рис. 2.1)

- проектировочный расчет;

- проверочный расчет.

Допускаемые напряжения – это максимальные значения рабочих напряжений, которые могут быть допущены при условии обеспечения надёжности детали в процессе её работы:

где – предельное нормальное (касательное) напряжение детали, S – коэффициент безопасности.

Предельные напряжения – это такие напряжения, при действии которых деталь выходит из строя:

Рис. 2.2

где k– коэффициент концентрации напряжения;

 _limD– предельное напряжение лабораторного образца;

_ - масштабный фактор;

k_П - коэффициент качества поверхности;

k_р – коэффициент режима;

- коэффициент концентрации напряжения.

Фактические напряжения _max в зоне концентрации у дна выточки (рис. 2.2) будут значительно больше, чем где h и  - ширина и толщина пластины.

С увеличением абсолютных размеров сечений детали в большей степени проявляется негативное влияние неоднородности механических свойств металла и структурных дефектов, способствующих развитию усталостных трещин. Наряду с этим увеличение размеров сечения снижает градиент напряжений и положительный эффект возможного упрочняющего воздействия от обработки. Поэтому с увеличением абсолютных размеров сечения деталей происходит снижение их прочности и механических характеристик, получаемых при статических и усталостных испытаниях, учитываемое коэффициентами влияния абсолютных размеров – масштабными факторами

где _-1d (_-1d) – предел выносливости образца диаметра d;

_-1 (_-1) – предел выносливости пробного образца d = 7…10 мм.

При статических нагрузках состояние рабочих поверхностей оказывает незначительное влияние на их прочность. При циклических нагрузках разрушение деталей связано с развитием усталостных трещин, возникающих обычно в поверхностном слое. Развитию усталостных трещин способствуют возникшие на поверхности в результате механической обработки микронеровности, являющиеся также концентраторами напряжений. Влияние их учитывается коэффициентами качества поверхности

где _-1 и _-1 – предел выносливости полированных образцов;

_-1d и _-1d – предел выносливости образцов с заданной обработкой.