- •Основные понятия и определения
- •1. Классификация узлов и деталей
- •2. Механические свойства конструкционных материалов
- •Предельные состояния и критерии
- •4. Требования к деталям
- •4.1. Требования к деталям по критериям общей и метрологической работоспособности
- •Виды отказов объектов
- •Показатели надежности неремонтируемых объектов
- •Возможные модели процессов развития отказов
- •Лабораторные испытания на повреждающую нагрузку.
- •Назначение норм долговечности
- •5. Особенности деталей приборов
- •5. 1. Особенности деталей приборов
- •5.1. Валы, опоры и направляющие
- •1. Муфты приводов
- •1.1. Назначение муфт, применяемых в машинах
- •1.2. Муфты, постоянно соединяющие валы
- •1.3. Муфты сцепные управляемые
- •1.4. Муфты сцепные самоуправляемые
- •5.6. Корпусные детали
- •5.7. Детали вспомогательных устройств
- •5.8. Детали отсчетных и кодирующих устройств
- •5.9. Детали электрических контактов, разъемов и переключателей
- •6. Расчеты элементов механизмов на прочность,
- •Прочность Концепция комплексного расчета механизмов: от расчетной схемы - до вопросов прочности
- •Содержание
- •1.1 Основы концепции комплексного расчета
- •2. Исследование кривошипно-шатунного
- •2.2.2. Расчет с использованием понятий темы "Кинематика
- •2.2.3. Анализ полученных результатов.
- •2.3.2. Уравновешивание
- •2.4. Прочностной расчет элементов механизма.
- •2.4.1. Прочностной расчет кривошипного вала.
- •7. Механизмы: типовые конструкции и методы механической регулировки (на примере электромеханических приборов)
- •8. Взаимозаменяемость деталей и технические измерения (2 часа) [о.-л.3(с.195-204)]
- •8.1. Основы взаимозаменяемости и элементы теории точности детали приборов
- •8. Взаимозаменяемость деталей и узлов и технические измерения
- •8.1. Основы теории расчета допусков
- •8.2. Расчет производственных допусков в рэа
- •Методика
- •Содержание
- •1. Понятие о взаимозаменяемости и ее видах.
- •2. Функциональная взаимозаменяемость.
- •2.1. Исходные положения, используемые при конструировании изделий.
- •Влияние зазора (функциональный параметр) в сопряжении поршень-цилиндр на эксплуатационные показатели компрессора 2ав-8(31).
- •2.2. Исходные положения, используемые при производстве изделий.
- •2.2.1. Запасные части и контроль изделий в процессе эксплуатации.
- •Литература:
- •8. 4. Технические измерения
- •8.2. Технические измерения
- •9.1. Об основах конструирования приборов
- •9.2. Основы проектирования приборов
- •Основные виды зубчатых механизмов
- •Модули зубчатых и червячных колес
- •9.3. Качество и надежность
- •10. Технические измерения
- •Модель измерения
- •Основные постулаты метрологии
- •В качестве истинного значения при многократных измерениях параметра выступает
- •Качество измерений
- •Kосвенные измерения
- •9. Основы конструирования приборов
- •9.1. Этапы проектирования и принципы конструирования
- •9. 1.1. Этапы и конструирование
- •Стадии конструирования деталей, узлов и приборов
- •9.1.1. Конструирование современных электромеханических систем
- •3. Компьютеров
- •9.2. Создание и конструирование средств измерений - приборов
- •Алгоритм создания приборов
- •Гистограмма статической обработки материалов при конструировании приборов
- •9.6. Комплексные исследования эксплуатации приборов
- •Средние коэффициенты использования
- •Алгоритм
- •9.3. Создание конструкторской документации
- •9.5. Примеры приборов для конструирования
- •Параметрическая оптимизация им
- •Вероятный анализ с учётом допусков на параметры
- •Отсутствует страница 9.
- •Противодействующий момент – м
- •Измерительные приборы завода "Мегомметр". Трансформаторы тока т-0,66.
- •Измерительные приборы завода "Мегомметр". Омметр м41070/1.
- •Измерительные приборы завода "Мегомметр". Омметр щитовой м419 (замена омметра м143).
- •Измерительные приборы завода "Мегомметр". Микроомметр ф4104-м1 Исполнение прибора ф4104 – брызговлагозащищенное
- •Измерительные приборы завода "Мегомметр". Мегаомметры эс0202/1г, эс0202/2г
- •Назначение аппарата
- •Сущность метода работы аппарата атв - 1м
- •Технические данные и свойства аппарата
- •Конструкция атв - 1м
- •Расположение и назначение органов управления
- •9.6. Пример аспектов конструирования и модернизации приборов
- •9. Основы конструирования
- •9.6. Эксплуатация, ремонт и поверка сконструированных си
- •Список используемой литературы
- •Приложения узлы приборов – примеры выполнения сборочных чертежей
Возможные модели процессов развития отказов
Отказ объекта возникает при выходе определяющего параметра из границ рабочей области. Если отказы происходят за счет плавных изменений свойств объектов, то эти отказы называют параметрическими или постепенными. Надежность в отношении параметрических отказов называют параметрической надежностью. При ее оценке используют общепринятые в теории надежности показатели.
Для инженерного исследования надежности объектов, по данным о приближении к отказам необходимо составить физические модели процессов развития отказов.
Особенности случайных процессов старения, изнашивания, разрегулирования
Каждый объект (техническое устройство) можно характеризовать определяющим параметром, который служит мерой качества этого объекта. Определяющий параметр объекта, случайно изменяясь в процессе работы или хранения, может достигнуть критического значения, при котором состояние объекта считается неудовлетворительным (происходит отказ объекта).
Критическое значение определяющего параметра будем часто называть границей рабочей области (поля допуска) или просто границей.
В каждом объекте из множества одинаковых процессы изменения свойств протекают различно. Для наугад выбранного объекта процесс изменения его определяющего параметра можно рассматривать как случайную функцию времени или наработки.
При изнашивании наряду с постепенными отказами наблюдается некоторое количество грубых внезапных отказов объектов. Возможны два подхода к исследованию внезапных отказов.
Можно считать, что при грубых отказах происходит резкое, практически мгновенное изменение определяющих параметров.
Возможен и другой подход к рассмотрению грубых (внезапных) отказов. Грубый отказ элемента обычно является следствием накопления необратимых изменений материалов. Иначе говоря, возникновение этого отказа является следствием монотонного случайного процесса изменения какого-то параметра элемента. Отличие от постепенного отказа состоит в том, что не контролируется изменяющийся параметр, при достижении которым критического значения (границы) наступает внезапный отказ элемента, обычно связанный с его механическим повреждением.
Реализации случайного процесса изменения параметра.
/ — при внезапном отказе; 2 — при постепенном отказе элемента.
Наглядный пример этого положения — обрывы термопар на самолетах. Этот отказ считался типичным внезапным, пока не была выявлена связь прочности термопар с ее электрическим сопротивлением. В процессе эксплуатации электрическое сопротивление R термопары случайным образом растет из-за воздействия на металл выхлопных газов, вибрации и т. д. Временное сопротивление сначала уменьшается линейно. При некоторых условиях R достигает критического значения (границы), прочность термопары резко падает и происходит обрыв.
Можно привести и другие примеры возникновения внезапного отказа при достижении определяющим параметром критического значения. Например, при увеличении (или уменьшении) до определенной величины люфта в некоторых кинематических устройствах могут происходить внезапные отказы: открывания замков, заедания и т. д.
В ряде случаев критические значения параметра (границу рабочей области) придется рассматривать как систему случайных величин или векторный случайный процесс.
Чтобы правильно выбрать определяющий параметр, по которому можно судить о приближении грубого отказа объекта, часто нужно проявить значительную изобретательность. Однако, только зная эти определяющие параметры и исследовав зависимость значений выбранного параметра от характеристик прочности, можно правильно организовать профилактические осмотры для предсказания моментов времени появления отказов. Большую долю неконтролируемых внезапных отказов в какой-то мере можно рассматривать как показатель низкого научного уровня эксплуатации и конструирования.
Таким образом, любой отказ объекта связан со случайным процессом (в общем случае векторным) изменения определяющего параметра и происходит при достижении этим параметром критических значений (границы рабочей области).
Рассмотрим основные особенности случайных процессов изменения определяющих параметров объектов.
1. Случайные процессы изменения параметров элементов обычно можно считать нормально распределенными. Это подтверждается многолетним опытом исследований в теории точности.
2. Рассматриваемые случайные процессы являются суммой двух случайных процессов:
а) Кратковременные обратимые изменения параметров происходят из-за колебаний внешних условий. Возможность возникновения обратимых изменений параметров элементов стараются предусмотреть при конструировании систем. Поэтому отказы из-за таких изменений параметров элементов возникают сравнительно редко.
б) Долговременные необратимые изменения параметров происходят в результате изнашивания, старения или разрегулирования. Эти нестационарные случайные процессы изменения параметра (назовем их процессами изнашивания) являются основной причиной отказов элементов.
3. Для случайных процессов изнашивания типичны весьма жесткие связи между значениями параметра элемента в последовательные моменты времени. На вид реализации случайного процесса изнашивания оказывают большое влияние физико-химическая структура вещества (например, реализации процессов старения пластмасс — экспоненты) и технология изготовления элемента. Каждый тип элемента имеет свою типичную кривую износа; однотипные элементы дают близкие по форме кривые износа, но с различными параметрами.
Определение типичных кривых износа различных деталей и материалов является целью многих экспериментальных исследований. К настоящему времени накоплен гигантский экспериментальный материал о форме кривых износа.
Типичная реализация процесса износа
Рис.
4. Изменение определяющего параметра элемента в зависимости от времени или наработки можно разбить на три периода.
Период / — приработка элемента. Под действием внешних нагрузок в элементе происходят изменения, в результате которых он как бы приспосабливается к конкретным условиям эксплуатации. К концу периода приработки скорость изменения параметра становится постоянной. Обычно в процессе приработки происходит уменьшение скорости изменения параметра. Значительно реже встречаются случаи, когда в процессе приработки скорость изменения параметра возрастает, пока не достигнет стационарного значения. Иногда приработка осуществляется на заводе, изготовляющем элементы или состоящие из этих элементов системы. Тогда элементы имеют постоянную скорость изменения параметра с начала эксплуатации.
Период // — основной период работы элемента. В этом периоде достигнутая к концу приработки скорость изменения параметра сохраняется примерно постоянной.
Период /// — «старость» элемента. Возможности существования элемента исчерпываются. Скорость изменения параметра катастрофически растет. Обычно элементы стараются проектировать и изготовлять с таким расчетом, чтобы при эксплуатации третий период не достигался.
Отношение скоростей изменения параметра в периоды приработки и основной работы может в некоторой мере служить показателем технической культуры производства элементов или материалов, из которых изготовлены эти элементы. При хорошо организованном процессе производства скорости износа в периоды приработки и основной работы отличаются мало.
5. Параметры элементов могут быть измерены лишь в редкие моменты времени их эксплуатации. Очень важно заранее из экспериментов и накопленного опыта определить вид реализаций процессов изменения параметров элемента. При этом по измерениям параметров элементов в процессе их эксплуатации будут вычисляться характеристики немногих случайных параметров процессов изменения параметра.
Некоторые опасные нагрузки и способы их уменьшения.
а) Факторы, влияющие на надежность объектов при их эксплуатации
Технические объекты в процессе эксплуатации испытывают различные вредные внешние воздействия. Эти вредные воздействия могут быть субъективными или объективными.
Субъективные воздействия происходят из-за неправильных действий людей. Любое, даже полностью автоматизированное устройство требует периодического осмотра и ремонта, т. е. подвергается воздействию людей. При этом возможны приводящие к отказам неправильные действия людей, обусловленные недостатком знаний, опыта, небрежностью, а также плохой организацией работы. Например, к отказу технического объекта могут привести неправильная регулировка, нарушение правил включения и выключения, нарушения порядка, методики и объема профилактических работ и т. д.
Наряду с отрицательными субъективными факторами могут действовать и положительные, например деятельность изобретателей и рационализаторов.
Объективные воздействия можно разделить на две группы:
1) общие воздействия, которым подвергаются в той или иной мере все объекты данного типа;
2) частные воздействия, которым могут подвергаться отдельные конкретные образцы.
Как общие, так и частные воздействия могут быть постоянными или переменными.
К объективным воздействиям относятся
а) специальные условия работы;
б) климатические воздействия;
в) биологические воздействия.
Специальные условия работы определяются назначением и типом технического объекта. Примеры специальных условий работы: тяжелый температурный режим, тяжелый ударно-вибрационный режим, агрессивная химическая среда, ядерная радиация и т. д.
Рис.
Надежность всех объектов сильно зависит от температурного режима их работы. Особенно вредно сочетание тяжелого температурного режима с ударами и вибрациями.
Иногда резкое увеличение интенсивности отказов вызывается сочетанием двух внешних воздействий, каждое из которых по отдельности оказывает сравнительно небольшое влияние на надежность технического объекта.
б) Тепловые режимы и пути их облегчения
Тепло к техническому объекту может поступать двумя путями:
1) извне — от внешних по отношению к рассматриваемому устройству источников тепла;
2) изнутри — за счет внутренних источников тепла, например при трении механических деталей или из-за нагревания элементов электронных схем (электронные лампы, резисторы и т. д.).
Значение внешнего нагрева может быть сведено к минимуму. В большинстве случаев тепло, нарушающее правильное действие аппаратуры, выделяется внутренними источниками за счет рассеяния мощности в термически активных элементах. Увеличение сложности и стремление к уменьшению размеров технических устройств ведет к концентрации высоких температур.
Большое значение имеет применение стойких к высоким температурам элементов. Однако возможности использования таких элементов ограничены. Все элементы становятся ненадежными или отказывают при некоторой чрезмерной температуре, и возникает вопрос о том, как понизить их температуру. Очевидно, что этот вопрос должен решаться в трех направлениях:
сведение к минимуму выделения тепла;
защита наиболее чувствительных элементов;
эффективное удаление выделяемого тепла.
Сведение к минимуму выделения тепла в электронной аппаратуре означает одновременно повышение электрической эффективности схемы, так как энергия, рассеиваемая внутри аппаратуры в виде тепла, расходуется без пользы.
Защита наиболее чувствительных элементов состоит в предельном уменьшении возможностей теплообмена между активными элементами, рассеивающими тепло при работе, и термически пассивными элементами, которые тепла не рассеивают, но обычно чувствительны к температуре. Изоляция термически пассивных элементов от активных может быть осуществлена несколькими способами.
1) Пассивные элементы размещаются возможно дальше от активных. В идеальном случае активные элементы помещаются в один индивидуальный блок, а пассивные— в другой, находящийся на некотором расстоянии от первого. В электронных устройствах практическое решение вопроса обычно заключается в том, что активные элементы монтируются сверху шасси, а пассивные — внизу, на щитке субшасси.
2) Между термически активными и пассивными элементами помещаются экраны и перегородки.
3) При наличии локализованного рассеяния тепла в определенном месте иногда может быть применена непосредственная теплопередача от активных элементов за пределы корпуса с помощью термических отводов. Они могут быть весьма разнообразными, начиная с простых медных массивных полос и кончая усовершенствованными трубками с охлаждающей жидкостью.
4) Охлаждающий воздух или жидкость направляется сначала через более холодные пассивные элементы, а затем через более нагретые активные.
Удаление выделяемого тепла совершается тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением (лучеиспусканием, радиацией).
в) Ударно-вибрационные режимы транспортируемой аппаратуры
К динамическим нагрузкам относятся:
1) сильные удары в начале или в конце движения объекта: при маневрировании железнодорожных вагонов происходят удары с ускорением; значительные перегрузки испытывает аппаратура, установленная на автомобилях, при резком торможении;
2) умеренные или сильные периодические удары в процессе движения объекта, возникающие, например, при движении автомобилей по плохой дороге, в железнодорожных вагонах с плохой амортизацией.
3) вибрация в определенном диапазоне частот,
Измерения вибраций показывают, что они имеют составляющие с различными частотами, комбинированные произвольно. Такую вибрацию называют случайной и рассматривают как стационарный случайный процесс. Основной характеристикой случайной вибрации является спектральная характеристика.
Защита аппаратуры от динамических воздействий осуществляется с помощью амортизаторов. Различают жесткие (противоударные) и мягкие (противовибрационные) амортизаторы.
В противоударных амортизаторах применяются работающие на сжатие упругие материалы (резина). Противоударные амортизаторы рассчитываются так, чтобы собственная частота объектов с этими амортизаторами была выше частоты возбуждающих колебаний. Опыт показывает, что применения только противоударных амортизаторов недостаточно для защиты от динамических воздействий. Вместе с тем устройства небольшой массы способны выдерживать значительные нагрузки без применения противоударных амортизаторов.
В противовибрационных амортизаторах упругий материал обычно работает на сдвиг. Собственная частота устройства с такими амортизаторами должна быть ниже частоты возбуждающих колебаний.
Тяжелый ударно-вибрационный режим работы объектов особенно вреден при наличии вращающихся деталей. В объектах с вращающимися деталями очень часто отказывают подшипники. Повреждения небольших шариковых и роликовых подшипников обычно возникают из-за действия ударной нагрузки, а не из-за усталости металла. Кратковременные ударные нагрузки особенно часто повреждают подшипник, когда он неподвижен или вращается медленно.
Пути повышения надёжности
Проведение мероприятий по созданию или подбору элементов, созданию благоприятных режимов работы, принятию мер по облегчению ремонта и т. д. Обычно оказываются более надежными те элементы, которые не имеют перемещающихся деталей, накаливаемых нитей и тонких обмоток.
Вновь создаваемые элементы обычно не сразу завоевывают признание. И лишь после того, как выявлены все свойства новых приборов, опробована работа в тяжелых условиях, эти приборы могут найти применение. Надежность элемента зависит от его конструкции, способа изготовления и условий применения.
При облегчении электрических, тепловых и вибрационных режимов работы элементов интенсивности их отказов значительно уменьшаются.
Необходимо обеспечить защиту от ударов и вибраций. Правильная амортизация аппаратуры часто является основным фактором, определяющим ее надежность.
При оценке условий работы элементов особое внимание нужно обращать на переходные процессы, возникающие при включении и выключении, а также при других изменениях режима работы аппаратуры. Испытываемые элементом при переходных процессах перегрузки могут быть одной из причин пониженной надежности аппаратуры.
Учет старения необходим и для кратковременно работающих объектов, так как они могут применяться после долгого периода складского хранения. При этом целесообразно так подобрать номинальные значения параметров элементов, чтобы обеспечить максимальную параметрическую надежность системы.
Время устранения отказа можно уменьшить путем построения систем по блочно-узловому способу.
Вся система разбивается на отдельные функционально-законченные блоки и субпанели, которые в электронных системах соединяются между собой кабелями, а в механических системах связываются кинематически. Субпанели в свою очередь разбиваются на функционально законченные узлы, выполняемые в виде легкосъемных конструкций. При таком построении систем весь ремонт состоит в замене вышедших из строя блоков или узлов, что значительно ускоряет процесс ввода объектов в строй. Восстановление отказавших блоков производится в специальных ремонтных мастерских.
Осуществление блочно-узловых конструкций тесно связано с унификацией элементов и систем, которая производится на основе отбора наиболее надежных вариантов. При этом не только повышается надежность объектов, но и снижается их стоимость и упрощается изготовление. В ряде случаев удается создать очень сложные системы из элементов двух-трех типов.
Для облегчения ремонта отделенных от основной системы неисправных блоков также крайне необходима унификация блоков, деталей, напряжений и частот питания, разъемов и т. д. Унификация облегчает снабжение запасными частями и снижает стоимость эксплуатации и средних или капитальных ремонтов.
Отказы в основном являются следствием наличия «слабых» элементов. мероприятия по повышению надежности:
1) совершенствование технологии производства;
2) автоматизация производства;
3) технологические (тренировочные) прогоны;
4) статистическое регулирование качества.
Все эти группы мероприятий взаимно связаны между собой.
Совершенствование технологии производства является одной из сторон общего прогресса науки и техники. В большинстве отраслей промышленности технический прогресс является сравнительно медленным, постепенным процессом. Все мероприятия в этой области опираются не только на последние достижения науки, но и в значительной мере на накопленный опыт.
Борьба за совершенствование технологии производства может быть успешной только в том случае, если она охватывает все стадии производственного процесса.
Автоматизация производства обеспечивает высокую надежность работы.
Технологические (тренировочные) прогоны проводятся с целью выявления скрытых производственных дефектов и причин их возникновения. Кроме тренировочных прогонов в условиях, близких к эксплуатационным, могут применяться ускоренные прогоны с тяжелыми условиями работы. В последнем случае усложняется вопрос о выборе режима и длительности прогона, которые должны быть такими, чтобы полностью удалить «слабые» элементы и вместе с тем не ухудшать качество «нормальных» элементов. Такая жесткая тренировка применяется редко.
Выявлено, что в начальный период эксплуатации, характеризуемый повышенным числом отказов, (период приработки), в основном отказывают механические и электромеханические узлы, проявляются дефекты монтажа, сборки, регулировки. Введение тренировочных прогонов в технологический процесс
Причины, влияющие на надежность, разбиваются на группы. Одна из них — группа случайных причин — считается недоступной воздействию человека вследствие многочисленных причин и ничтожности каждой из них.
Помимо случайных причин, которые всегда существуют в любом производстве, иногда могут появляться «определимые причины», которые могут быть устранены путем сознательного вмешательства в технологический процесс.
При построении схем причинно-следственных связей результат, называемый характеристикой, изображается центральной стрелкой схемы. Явления, прямо или косвенно влияющие на характеристику, называют факторами и изображают в виде стрелок, направленных острием на центральную линию (стрелку).
Для выявления факторов записывают мнения 5—10 сотрудников, занимающих различное служебное положение и имеющих различные интересы. При этом, как и при любой форме экспертной оценки, желательно избегать излишних вопросов и критики. Затем все записанные факторы классифицируют. Выделяют главные факторы («отцы»), которые делятся на все более конкретные («сыновья», «внуки», «правнуки» и т. д.). Деление продолжается до тех пор, пока не будет ясно, какие меры нужно принять для изменения исследуемой характеристики.
Чтобы установить подчиненность факторов, вначале обсуждают те из них, которые существенно влияют на характеристику. Такие факторы в перечне обводят красным кружком. Затем из выделенных факторов опять выделяют важнейшие и обводят их двойным кружком и т.д.
Правильность выявления важнейших факторов, влияющих на характеристику, целесообразно проверить экспериментально.
При построении графика расположение стрелок, углы их наклона и другие формальные признаки значения не имеют. Важна лишь подчиненность факторов. Желательно возможно более подробное деление факторов, чтобы схема имела вид ветвистого дерева.
В специальной таблице или тетради, прилагаемой к схеме, записывают дополнительные сведения: уровень важности фактора, как контролировать данный фактор, имеются ли нормы для значений факторов, как влияет фактор на характеристику.
После анализа факторов составляют перечень мероприятий в отношении наиболее важных из них.