Решение дифференциальных уравнений Примеры решения типовых задач Курс практики по математике Инженерная графика Машиностроительное черчение История дизайна Архитектура ПК Лабораторные работы Курс лекций по физике теплоэнергетика
Теория механизмов и машин Методы изготовления зубчатых колес Конические зубчатые передачи Трение в кинематических парах Коэффициент полезного действия (КПД) Повышение надежности машин

Теория машин и механизмов

Надежность и качество машин

Повышение надежности машин –– одна из важных задач. Надежность машин необходима для повышения уровня автоматизации, уменьшения огромных затрат на ремонт и убытков от простоя машин, обеспечения безопасности людей. Вследствие своего влияния на характер и безопасность труда надежность машин имеет большое социальное значение. Наука о надежности, выросшая из проблемы надежности подшипников качения, в дальнейшем развивалась главным образом в применении к радиоэлектронным системам и в направлении математической теории.

Большое рассеяние долговечности деталей машин требует перехода в машиностроении от расчетов с помощью коэффициентов безопасности (коэффициентов незнания) к расчетам по заданной вероятности безотказной работы, т. е. на новый технический уровень.

Новые возможности для решения задач надежности представляют ЭВМ.

Основные определения и понятия

Надежность (общая) –– это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации.

Первостепенное значение надежности в технике связано с тем, что уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизации производства, интенсификации рабочих процессов и транспорта, экономии материалов и энергии. Partse.RU: запчасти на Toyota Supra. Доставка в регионы!

 Смазывание зубчатых и червячных зацеплений и подшипников уменьшает потери на трение, предотвращает повышенный износ и нагрев деталей, а также предохраняет детали от коррозии. Снижение потерь на трение обеспечивает повышение КПД редуктора.

Быстрое развитие науки о надежности в период научно-технической революции связано: а) с автоматизацией, многократным усложнением машин и их соединением в крупные комплексы; б) с задачами безлюдной технологии; в) с непрерывным форсированием машин, уменьшением их металлоёмкости, повышением их силовой, тепловой, электрической напряженности.

Теория надежности является комплексной дисциплиной и состоит из таких разделов, как математическая теория надежности, надежность по отдельным физическим критериям отказов ("физика отказов"), расчет и прогнозирование надежности, мероприятия по повышению надежности, контроль надежности (испытания, статистический контроль, организация наблюдений) и техническая диагностика, теория восстановления, экономика надежности.

В теории надежности рассматриваются следующие обобщенные объекты:

изделие –– единица продукции, выпускаемая данным предприятием, цехом и т. д., например: подшипник, ремень, станок, автомобиль;

элемент –– простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей;

система –– совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.

Понятия элемента и системы трансформируются в зависимости от поставленной задачи. Машина, например, при установлении её собственной надежности рассматривается как система, состоящая из отдельных элементов –– механизмов, деталей и т. д., а при изучении надежности автоматической линии –– как элемент.

Изделия делят на невосстанавливаемые, которые не могут быть восстановлены потребителем и подлежат замене, например, электрические и электронные лампы, подшипники качения и т.д., восстанавливаемые, которые могут быть восстановлены потребителем, например, станок, автомобиль, радиоприёмник.

Рассмотрим свойства изделий в аспекте проблемы надежности.

Надежность изделий обусловливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Таким образом, надежность характеризуется свойствами, которые проявляются в эксплуатации и позволяют судить о том, насколько изделие оправдает надежды его изготовителей и потребителей.

Безотказность (или надежность в узком смысле слова) –– свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени или наработки. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей или с перерывом в работе большего комплекса машин, с остановкой автоматизированного производства или с браком дорогого изделия.

Долговечность –– свойство изделия длительно сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия характеризуется невозможностью его дальнейшей эксплуатации, снижением эффективности или безопасности. Для невосстанавливаемых изделий понятия долговечности и безотказности практически совпадают.

Ремонтопригодность –– приспособленность изделия к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонтов. С усложнением систем все труднее становится находить причины отказов и отказавшие элементы. Так, в сложных электрогидравлических системах станков поиск причин отказа может занимать более 50% общего времени восстановления работоспособности. Поэтому облегчение поиска отказавших элементов закладывается в конструкцию новых сложных автоматических систем. Важность ремонтопригодности машин определяется огромными затратами на ремонт машин в народном хозяйстве.

Сохраняемость –– свойство объекта сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности после хранения и транспортирования. Практическая роль этого свойства особенно велика для приборов. Так, по американским источникам во время второй мировой войны около 50% радиоэлектронного оборудования для военных нужд и запасных частей к нему вышло из строя в процессе хранения.

Показатели надежности

Показатели надежности различаются в соответствии с компонентами надежности на показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

По восстанавливаемости изделий они делятся на показатели для восстанавливаемых и невосстанавливаемых изделий.

Применяют показатели, характеризующие отдельные свойства, и комплексные показатели.

Применяют относительные показатели, характеризующие общий уровень надежности, и абсолютные или числовые показатели, характеризующие отдельные типоразмеры машин.

Надежность изделий в зависимости от их вида может оцениваться частью или всеми показателями надежности.

Показатели безотказности. Вероятность безотказной работы –– вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет.

Средняя наработка до отказа –– математическое ожидание наработки до отказа невосстанавливаемого изделия. Под наработкой понимают продолжительность или объем выполненной работы объекта.

Средняя наработка на отказ –– отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Интенсивность отказов –– показатель надежности невосстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказавших в единицу времени (или наработки в других единицах) объектов к числу объектов, оставшихся работоспособными. Этот показатель более чувствителен, чем вероятность безотказной работы, особенно для изделий высокой надежности.

Параметр потока отказов –– показатель надежности восстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольную малую его наработку к значению этой наработки (соответствует интенсивности отказов для неремонтируемых изделий, но включает повторные отказы).

Показатели долговечности. Технический ресурс (сокращенно ресурс) –– наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до предельного состояния. Ресурс выражается в единицах времени работы (обычно в часах), длины пути (в километрах) и в единицах выпуска продукции. Для невосстанавливаемых изделий понятия технического ресурса и наработки до отказа совпадают.

Срок службы –– календарная наработка до предельного состояния. Выражается обычно в годах.

Для деталей машин в качестве критерия долговечности используется технический ресурс.

Для машин, эксплуатируемых в разных условиях и имеющих более точный показатель, чем календарный срок службы  (в частности, для транспортных машин –– пробег, для двигателей –– моточасы), также используется технический ресурс. Для других машин используется срок службы.

Показатели долговечности разделяются на гамма-процентные, средние до текущего (или капитального) ремонта, полные, средние до списания. Гамма-процентные показатели –– это показатели, которые имеют или превышают в среднем обусловленное число (g) процентов изделий данного типа. Они характеризуют долговечность изделий при заданной вероятности сохранения работоспособности.

Гамма-процентный ресурс является, в частности, основным расчетным показателем подшипников качения, подлежащим распространению на другие детали. К существенным достоинствам этого показателя относятся возможность его определения до завершения испытания всех образцов, хорошая количественная характеристика случаев ранних разрушений и др. Для изделий серийного и массового производства, в частности для подшипников качения, наиболее часто используют 90%-ный ресурс. Для подшипников весьма ответственных изделий g-ресурс выбирают в размере 95% и выше. Если отказ опасен для жизни людей, g-ресурс приближают к 100%. Для ответственных агрегатов тракторов принят 80%-ный ресурс.

Показатели ремонтопригодности и сохраняемости. Среднее время восстановления работоспособного состояния.

Составление кинематических схем и структурный анализ механизмов Для кинематического и динамического исследования механизма пользуются его кинематической схемой, под которой понимают такое изображение всего механизма в целом и отдельных его частей, которое отчетливо показывает, из каких звеньев и кинематических пар состоит данный механизм.

Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма Цель работы - кинематическое исследование кривошипно-ползунного механизма, включающее определение величины перемещения, скорости и ускорения ползуна в зависимости от угла поворота кривошипа. Кривошипно-ползунный (кривошипно-шатунный) механизм- четырехзвенник с тремя вращательными и одной поступательной кинематическими парами. Он предназначен для преобразования вращательного движения кривошипа 1 в поступательное движение ползуна 3

Кинематический анализ кулачковых механизмов Цель работы - кинематическое исследование кулачкового механизма, включающее в себя определение закона движения толкателя, который выражается графиками перемещения, скорости и ускорения толкателя в зависимости от угла   или времени t поворота кулачка.

При одном и том же напряжении запас энергии тем больше, чем меньше модуль Е. Резина имеет малый модуль Е и является одним из самых энергоёмких материалов. Ее используют в амортизирующих устройствах для смягчения динамических воздействий.

При одноосном напряжённом состоянии удельная потенциальная энергия деформации определяется по формуле (3.13), при трёхосном напряженном состоянии энергия будет равна сумме энергий вдоль каждой из главных осей:

;

Подставив значения ,  и  из обобщённого закона Гука и преобразовав, получим:

  (3.14)

При действии шарового тензора тело меняет размеры, но форму сохраняет, при действии девиатора — сохраняет объём, но меняет форму. Поэтому энергию деформации можно разделить на энергию изменения объёма и изменения формы:

.

Энергия деформации для трёхосного напряженного состояния:

.

В случае, если , то и

Из обобщенного закона Гука:

получим:

  (3.15)

По этой формуле находят удельную потенциальную энергию изменения объема.

Для нахождения энергии изменения формы нужно от общей энергии деформации отнять энергию на изменение объема.

еф = е – е0

Подставив значения е и е0 из формул (3.14) и (3.15), после преобразований получим:

,  (3.16)

т. е. энергия изменения формы зависит только от τ0.

В теле до приложения нагрузки нет внутренних (начальных) усилий (силы упругости). Принцип независимости действия сил: результат воздействия на тело системы сил равен сумме результатов воздействия тех же сил, прилагаемых к телу последовательно и в любом порядке. Принцип Сен-Венана: в точках тела, достаточно удаленных от мест приложения нагрузок, внутренние силы весьма мало зависят от конкретного способа приложения этих нагрузок (принцип позволяет заменять систему статически эквивалентной системой для упрощения расчета). Классификация внешних сил


Расчет напряжений и перемещений при сложной деформации