Материал: Детали машин и основы конструирования. Учебное пособие. Нилов В.А., Рукин Ю.Б

Основные понятия и термины надежности стандартизованы. Надежность характеризуется следующими основными состояниями и событиями (Надежность в технике. Термины.

ГОСТ 13377-75).

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции (с параметрами, установленными техническими требованиями).

Неисправность – состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Отказы делят на внезапные (поломки от перегрузок, заедания), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения, перегорание ламп, короткие замыкания из-за старения изоляции) и постепенные (износ, старение, коррозия, замыкание). Внезапные отказы вследствие своей неожиданности более опасны, чем постепенные.

Отказы могут быть связаны с разрушением деталей или их поверхностей (поломки, выкрашивание, износ, коррозия, старение) или не связаны с разрушением (засорение клапанов подачи топлива, смазки, ослабление соединений).

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.

Надежность изделий обуславливается следующими свойствами: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодно-

20

стью и сохраняемостью. Все эти свойства проявляются в процессе эксплуатации изделия и позволяют судить о том, насколько оно оправдывает надежды потребителей.

Безотказность (надежность в узком смысле) – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени без вынужденных перерывов. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей или с остановкой автоматизированного производства.

Долговечность – 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.).

Внастоящее 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 путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Вконструкцию многих современных машин закладывают систему диагностики неисправностей, иначе машина неконкурентоспособна. Колоссальное внимание вопросам ремонтопригодности уделял в свое время авиаконструктор Ильюшин.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять обусловленные эксплутационные показатели в течение и после срока хранения и транспортировки. 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).

21

Рис. 3.1 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.)

3.2. Показатели надежности. Диаграмма развития отказов

Для оценки надежности используют характеристики. Вероятность безотказной работы (Р(t)) – вероятность то-

го, что в пределах заданной наработки отказ не возникает, т.е. 0 ≤ Р(t) ≤ 1,0.

Вероятность безотказной работы (при испытаниях) можно определить:

где N0 – общее число испытанных изделий;

N(t) – число исправно отработавших изделий;

n(t) – число вышедших из строя изделий за период испытаний.

Интенсивность отказов λ(t) – это отношение среднего числа отказавших в единицу времени объектов к числу объектов, оставшихся работоспособными:

22

Этот показатель более чувствителен, чем вероятность безотказной работы, особенно для изделий высокой надежности.

Технический ресурс (ресурс) – наработка изделия с начала эксплуатации до предельного состояния. Ресурс обычно выражается в часах.

Гамма-процентный ресурс – это ресурс, который имеют или превышают в среднем обусловленное число (γ) процентов изделий. Он характеризует долговечность изделий при заданной вероятности.

Так для подшипников качения наиболее часто используют 90% ресурс, для весьма ответственных подшипников γ ресурс выбирают в размере 95% и выше.

При количественной оценке надежности используют различные законы распределения частоты отказов, например, экспоненциальный, Вейбулла, нормальный.

Для экспоненциального закона распределения

λ(t) = λ0 = conct

P(t) = exp(-x),

где х = λt.

Рис. 3.2 Законы распределения:

а – экспоненциальный, б – Вейбулла

23

Этот закон справедлив для описания потока отказов с интенсивностью, когда время появления отказа не связано с предыдущей наработкой изделия. Этому закону подчиняются отказы по причинам усталостного разрушения.

Распределение Вейбулла используют для статистических моделей надежности в первый период эксплуатации, когда возможны приработочные отказы:

Р(t) et m .

Нормальный закон распределения применяют, когда отказы обусловлены главным образом износом детали.

Рис. 3.3 Нормальный закон распределения

Выбор вероятностной модели может быть произведен только на основании статистического анализа эксплуатации изделий или их испытаний и не может быть обоснован математическими выкладками.

В целом, за время нормальной эксплуатации изделия интенсивность отказов не остается постоянной, а изменяется

(рис. 3.4).

Рис. 3.4 Зависимость интенсивности отказов от времени наработки

24