Условия нормальной работы деталей и машин

Успешная работа деталей и машин заключается в обеспечении надёжности и работоспособности при заданных нагрузках.

НАДЁЖНОСТЬЮ по ГОСТ 27.002–89 называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность - общая и чрезвычайно актуальная сегодня проблема машиностроения. Она закладывается на всех этапах разработки, изготовления и эксплуатации машины. Ошибки при проектировании, погрешность в производстве, небрежность при упаковке и транспортировке, отступление от правил эксплуатации изделия отрицательно сказываются на его надежности. Теория надежности базируется на элементах теории вероятности, теории случайных процессов, теории массового обслуживания и на математической статистике.

Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов, аппаратов и приборов. Так, автоматизированный прокатный комплекс насчитывает более миллиона деталей. Современные системы радиоуправления ракетами имеют десятки миллионов элементов и т.д. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования приводит к остановке всей системы. Например, в 1965 году в США произошла крупнейшая авария в системе энергоснабжения, оставившая огромную часть территории страны с населением в 40 млн. человек в течение 14 часов без электроэнергии. Причиной аварии был выход из строя одного реле на распределительном щите Ниагарской ГЭС.

Последствия низкой надежности в строительстве просто ужасны (землетрясение в Армении в декабре 1988 года). Сравнить с последствиями землетрясения в Калифорнии в США (1989 г.).

Недостаточная надежность оборудования приводит к огромным затратам на ремонт, к простою оборудования, к авариям, связанным с большими экономическими потерями, разрушениями и человеческими жертвами.

На восстановление работоспособности отдельных групп машин ежегодно требуется средств больше стоимости выпускаемой ими продукции.

Различают три периода, от которых зависит надежность: проектирование, производство, эксплуатация. При проектировании, закладывается фундамент надежности. При производстве обеспечиваются все средства повышения надежности, заложенные конструктором. Отклонения от конструкторской документации нарушают надежность. При эксплуатации изделия его надежность реализуется. Такие понятия надежности, как безотказность и долговечность проявляются в процессе работы машины и зависят от методов и условий её эксплуатации, системы ремонта, технического обслуживания.

Основными путями повышения надежности на стадии проектирования изделия, имеющими важное значение при изучении и реализации курса "Детали машин" являются следующие: следует стремиться проектировать по возможности простые изделия с меньшим числом деталей, предусматривать предохранительные устройства, широко использовать стандартные узлы и детали.

Надежность состоит из сочетаний следующих частных свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

БЕЗОТКАЗНОСТЬ (надежность в узком смысле)– способность сохранять свои эксплуатационные показатели в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей или с остановкой автоматизированного производства.

ОТКАЗ – явление, связанное с частичной или полной утратой работоспособности изделия. По своей природе отказы бывают: полные и частичные; внезапные (например, поломка) и постепенные (изнашивание, коррозия); опасные для жизни человека; тяжелые и легкие, устранимые и неустранимые. В зависимости от причин возник­новения отказы подразделяются на конструкционные, производственные и эксплуатационные. На стадии конструирования они обуславливаются ошибками конструктора, несовер­шенством принятых методов расчета и конструирования. При изготов­лении — нарушением принятой технологии, а также ее несовершен­ством. В эксплуатации — нарушением правил эксплуатации, внешним воздействием, несвойственным нормальным условиям эксплуатации.

В соответствии с этим отказы устраняют: заменой деталей, регулировкой или очисткой.

Причинами отказов могут быть:

- конструктивные ошибки и недостатки (недостаточная прочность, неучтенные температурные и механические деформации, плохая защита от влаги и пыли и т.п.);

- производственные дефекты (раковины, трещины, включения примесей в металле);

- неправильная эксплуатация изделия (отсутствие регулировки подшипников, систематические перегрузки и т.п.);

- естественный износ, старение, потеря усталостной прочности детали.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ (РЕСУРС)– свойство изделия длительно сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. «Предельное состояние» характеризуется невозможностью его дальнейшей эксплуатации, снижением эффективности или безопасности (выбраковка каната, min ремонтный размер шеек коленвала и т.д.).

В настоящее время делаются попытки нахождения оптимальной долговечности, т.е. такой, при которой себестоимость продукции изделия минимальна.

Долговечность, соответствующую минимуму себестоимости продукции, предлагают считать оптимальной. Однако, в ряде случаев подобная трактовка слишком упрощена.

РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ– приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей посредством техобслуживания и ремонта. В конструкцию многих современных машин закладывают систему диагностики неисправностей, иначе машина неконкурентоспособна. Колоссальное внимание вопросам ремонтопригодности уделял в свое время авиаконструктор Ильюшин.

СОХРАНЯЕМОСТЬ– способность сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования. Практическая роль этого свойства особенно велика для военной техники и приборов. По данным США около 50% радиолокационного оборудования для армии вышло из строя за время хранения (период II мировой войны).

Каждое из частных свойств количественно оценивается показателями надежности. Одним из основных показателей надежности является вероятность безотказной работы в течение заданного периода времени.

Рис.4. Оптимальная долговечность деталей: 1 – постоянные затраты, которые не зависят от срока эксплуатации (энергия, материалы, зарплата);

2 – амортизационные расходы, обратно пропорциональные времени эксплуатации; 3 – годовые эксплутационные расходы (ремонт, т.о. и т.д.)