УМКД Надежность. Надежность УМКД 2017 (1). Учебнометодический комплекс дисциплины Надежность технологических машин
 Скачать 1.75 Mb.
|
|
1.Источники и причины изменения начальных параметров машины. Те изменения, которые происходят с течением времени в любой машине и приводят к потере ее работоспособности, связаны с внешними и внутренними воздействиями, которым она подвергается. В процессе эксплуатации на машину действуют все виды энергии, что может привести к изменению параметров отдельных элементов, механизмов и машины в целом. При этом имеется три основных источника воздействий: -действие энергии окружающей среды, включая человека, исполняющего функции оператора или ремонтника; -внутренние источники энергии, связанные как с рабочими процессами, протекающими в машине, так и с работой отдельных механизмов машины; -потенциальная энергия, которая накоплена в материалах и деталях машины в процессе их изготовления (внутренние напряжения в отливке, монтажные напряжения). При работе машины наблюдается следующие основные виды энергии, влияющие на ее работоспособность. Механическая энергия, которая не только передается по всем звеньям машин в процессе работы, но и воздействует на нее в виде статистических или динамических нагрузок от взаимодействия с внешней средой. Тепловая энергия действует на машину и ее части при колебаниях температуры окружающей среды, при осуществлении рабочего процесса (особенно сильные тепловые воздействия имеют место при работе двигателей и ряда технологических машин), при работе приводных механизмов, электротехнических и гидравлических устройств. Химическая энергия также оказываете влияние на работу машины. Даже воздух, который содержит влагу и агрессивные составляющие, может вызвать коррозию отдельных узлов машины. Ядерная (атомная) энергия, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер, может воздействовать на материалы (особенно в космосе), изменяя их свойства. Электромагнитная энергия в виде радиоволн (электромагнитных колебаний) пронизывает все пространство вокруг машины и может оказать влияние на работу электронной аппаратуры. Биологические факторы также могут влиять на работоспособность машины. Например, в тропических странах имеются микроорганизмы, которые не только разрушают некоторые виды пластмасс, но даже могут воздействовать на металл. Таким образом, все виды энергии действует на машину и ее механизмы, вызывают в ней целый ряд нежелательных процессов. 2. Процессы, снижающие работоспособность изделия. Различные виды энергии, действуя на машину, вызывают в ее узлах и деталях процессы, снижающие начальные параметры изделия. Эти процессы связаны, как правило, со сложными физико-химическими явлениями и приводят к деформации, износу, поломке, коррозии и другим видам повреждений. Это свою очередь, влечет за собой изменение выходных параметров изделия, что может привести к отказу. Эти взаимосвязи упрощенно можно выразить следующей схемой:
Повреждение материала изделия – это отклонение его контролируемых свойств от начальных, оно связано с выходными параметрами изделия определенной зависимостью. Не всякое повреждение влияет на выходные параметры изделия. Также и определенная степень этого повреждения может не повлиять на показатели работоспособности. Следует отметить, что в литературе по надежности машин часто пользуются понятием дефекта, т.е. такого состояния изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации, однако остается работоспособным. При этом дефект рассматривается как возможная причина отказа. Нам представляется, что понятие дефекта следует относить только к результату технологического процесса, а понятие повреждения – к результату воздействий на машину при ее эксплуатации. В виду, что часть процессов, происходящих в машине и влияющих на ее технические характеристики, являются обратимыми. Обратимые процессы временно изменяют параметры деталей, узлов и всей системы в некоторых пределах, без тенденции прогрессивного ухудшения. Необратимые процессы приводят к прогрессивному ухудшению технических характеристик машины с течением времени. 3. Классификация процессов, действующих на машину по скорости их протекания. Для оценки надежности изделия необходимо оценить скорость протекания процессов, снижающих его работоспособность. Быстро протекающие процессы имеют периодичность изменения, измеряемую обычно долями секунды. Быстропротекающие процессы возникают в результате сложных физических взаимодействий, которые имеют место при работе машины. Процессы средней скорости связаны с периодом непрерывной работы машины. Их длительность измеряется обычно в минутах или часах. Они приводят к монотонному изменению начальных параметров машины. Процессы средней скорости (например, тепловые деформации)Ю, как правило, характеризуется случайными величинами и функциями, что связано с многообразием параметров, определяющих протекание данного процесса. Медленные процессы протекают за время работы машины между периодическими осмотрами или ремонтами. Они длятся дни и месяцы. Эти процессы также влияют на точность, мощность, КПД и другие параметры машин, но изменения их происходят очень медленно. Обычные методы борьбы с медленными процессами – ремонт и профилактические мероприятия, которые проводятся через определенные промежутки времени. Следует подчеркнуть, что медленные процессы как и процессы средней скорости являются случайными функциями. 4. Допустимые и недопустимые виды повреждений деталей и сопряжений. Различные вредные процессы, воздействующие на машину, приводят к повреждению ее деталей, что, в свою очередь, может явиться причиной отказа. Виды повреждений деталей машины и соответственно отказы можно разбить на две группы: допустимые (по характеру, а не по величине повреждения), возникающие при нормальных условиях эксплуатации, и недопустимые, которые носят аварийный ввергаться как тело детали, так и ее поверхность, находящаяся во взаимодействии (контакте) с поверхностью сопряженной детали. К допустимым повреждениям относятся коробление (остаточные деформации) детали, в некоторых случаях поломка в результате усталости, некоторые виды износа, усталость поверхностных слоев. Как правило, недопустимы поломки деталей в результате недостаточной статической, динамической или усталостной прочности, тепловые трещины в результате нагрева детали, в ряде случаев коррозия. Все недопустимые повреждения и причины их возникновения должны быть устранены темы или иными методами. Допустимые повреждения, как правило, не могут быть полностью устранены; можно лишь замедлить их проявление, например, путем уменьшения скорости изнашивания. 5. О параметрической надежности машин. Ряд процессов в машине может привести к отказам, которые связаны не с выходом из строя отдельных деталей и сопряжений, а с ухудшением характеристик машины и выходом их за допустимые пределы. Параметры, характеризующие качественные показатели машины, специфичны для данного типа машины и определяется ее функциональным назначением. В современных машинах надежность их работы определяется в первую очередь изменением выходных параметров под действием различных процессов старения. В этом случае говорят о параметрической надежности изделии. Параметрическая изделия – основной объект рассмотрения теории и практики, поскольку она определяет состояния отдельных механизмов и машины целом. В сложных системах и машинах требования к выходным параметрам устанавливаются как для машин целом, так для отдельных ее элементов, узлов и агрегатов. При этом значения выходных параметров машин зависят от параметров, характеризующих состояние ее отдельных элементов и узлов, и от роли, которую они играют в обеспечении требуемых показателей качества машина в целом. Параметрический отказ элемента или части машины означает отказ функционирования для всей машины или сложны системы машин. /Л.3, Л.5/ Контрольные вопросы: Три основных источника воздействий машину в процессе эксплуатации. Основные виды энергии, влияющие на работоспособность машины. Процессы приводящие к деформации, износу, поломке, коррозии и другим видам повреждении. Оценки быстропротекающих процессов, процессов средней скорости и медленных процессов. Лекция 4. Тема: Классификация отказов 1. Постепенные (износные) и внезапные отказы. 2. Отказы функционирования и параметрические отказы. 3. Фактические и потенциальные отказы. 4. Допустимые и недопустимые отказы. 5. Допустимая вероятность безотказной работы, как мера для оценки последствий отказа. 1. Постепенные (износные) и внезапные отказы. Основным признаком, определяющим различные виды отказов, служит характер возникновения и протекания процессов, приводящих к отказу. Существуют следующие основные виды отказов (рис.2).  Рисунок 2. Схема возникновения основных видов отказов а – постепенный (износный); б – внезапный; в – сложный. Постепенные (износные) отказы (рис.2а) возникают в результате протекания того или иного процесса старения, ухудшающего начальные параметры изделия. Основным признаком постепенного отказа является то, что вероятность его возникновения F(t) в течение заданного периода времени от t1 до t2 зависит от длительности предыдущей работы изделия t1. Чем больше эксплуатировалось изделие, тем выше вероятность возникновения отказа, т.е. F2 (∆t)> F1 (∆t), если t2>t1, гдеF(∆t) – вероятность отказа за период отt до (t+ ∆t). К этому виду относится большинство отказов машины. Они связаны с процессами износа, коррозии, усталости и ползучести материалов. Внезапные отказы (рис.2б) возникают в результате сочетания неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, превышающих возможности изделия к их восприятию. Отказ возникает через некоторый промежуток времени Тв, который является случайной величиной. Основным признаком внезапного отказа является независимость вероятности его возникновения F(t) в течение заданного периода времени от t1 до t2 от длительности предыдущей работы изделия t1. Выход из строя при этом происходит, как правило, внезапно, без предшествующих симптомов разрушения. Вероятность отказа покрышки из-за износа протектора у старой покрышки во много раз больше, чем у новой. В противоположность этому прокол – внезапный отказ – не связан с длительностью работы покрышки до данного события. Вероятность его возникновения зависит от состояния дороги и одинакова как для новых покрышек, так и для находившихся в эксплуатации.  Рисунок 3. Возникновение задиров на трудящихся поверхностях 1 и 2: из-за попадания абразива 3 или проявления дефекта отлива 4. В качестве примера на рис.6 показана пара трения 1-2, где нарушение работоспособности сопряжения происходит в результате задира поверхностей трения, что является следствием двух причин. Во-первых, повреждение поверхности может произойти из-за попадания извне абразивной частицы 3 и, во-вторых, - из-за проявления скрытого дефекта отливки – раковины 4, которая может отказаться на поверхности трения по мере износа направляющей. Наступление любого отказа зависит от скорости процесса повреждения  где U – степень повреждения, и от времени начала возникновения этого процесса Тв .Для постепенного отказа Тв = 0, т.е. при эксплуатации изделия, процесс начинается сразу, даже если он вначале практически не проявляется, а скорость процесса является функцией времени γ (t). Для внезапного отказа время возникновения его Тв является случайной величиной и подчиняется некоторому закону распределения f(Тв), не зависящему от состояния изделия. Процесс протекает весьма быстро (γ→∞) и поэтому функция f(Тв) определяет вероятность безотказной работы. Может быть и третий вид отказов, который включает особенности двух предыдущих, который будем называть сложным отказом. Здесь время возникновения отказа – случайная величина, не зависящая от состояния изделия, а скорость процесса потери работоспособности изделия γ (t) зависит от его сопротивляемости. 2. Отказы функционирования и параметрические отказы. Последствия отказов весьма разнообразны. Их можно разделить на параметрические и отказы функционирования. Отказ функционирования приводит к тому, что изделие не может выполнять своих функций. Часто отказ функционирования связан с поломками или заклиниванием отдельных элементов изделия. Параметрический отказ приводит к выходу параметров изделия за допустимые пределы. Изделие становится неработоспособным с точки зрения требований, установленных техническими нормативами. Для современных машин и изделий наиболее характерны параметрические отказы. В сложных машинах и системах параметрические отказы элементов могут привести к отказу функционирования. Следует подчеркнуть, что отказы функционирования и параметрические отказы могут быть как постепенными, так и внезапными. 3. Фактические и потенциальные отказы. При эксплуатации любого изделия может наступить его первый, а затем и последующие отказы. Если эти отказы предотвращаются заблаговременным выполнением ремонта и регулировок, то критерием близости отказа является степень повреждения изделия, а отказ воспринимается как потенциально возможное событие. Такие отказы будем называть потенциальными. Для изготовителей и эксплуатационников характерно постоянное стремление к недопущению отказов при работе машины. Это достигается правильной организацией системы ремонта и технического обслуживания, применением обоснованной системы управления качеством и надежностью при производстве изделий и строгого выполнения правил эксплуатации, тем не менее, уровень его надежности не будет удовлетворять разработчиков и потребителей. Поэтому когда речь идет об отказах изделия, этой основной категории теории надежности, то имеются в виду в основном потенциально возможные, а не только фактические отказы. 4. Допустимые и недопустимые отказы. В соответствии с разделением повреждений на допустимые и недопустимые аналогичное понятие следует применять и к отказам. Допустимые отказы связаны с процессами старения, которые приводят к постепенному ухудшению выходных параметров изделия. Сюда же следует отнести внезапные отказы, которые вызваны неблагоприятным сочетанием факторов, если последние находятся в пределах, указанных в ТУ на эксплуатацию. Недопустимые отказы связаны с нарушением следующих условий производства и эксплуатации: Нарушения технических условий при изготовлении и сборке изделий; Нарушения правил и условий эксплуатации и ремонта – превышение режимов работы машины выше допустимых, нарушение правил ремонта, ошибки людей управляющих машиной и т.п. – скрытые причины, неучтенные в технических условиях и нормативах параметры. 5. Допустимая вероятность безотказной работы, как мера для оценки последствий отказа. Стремление к недопущению отказа при эксплуатации машины связано с боязнью последствий отказа, которые, как было сказано выше, могут быть самыми разнообразными – от незначительного материального ущерба до катастрофических. В соответствии с этим часто применяются различные классификации отказов, где они делятся на полные и частичные, устойчивые (окончательные) и перемежающиеся, зависимые и независимые и т.д. Все особенности отказа и его последствий достаточно характеризовать допустимой вероятностью безотказной работы, которая аккумулирует в себе и численно оценивает опасность последствий отказа. Для выявления наиболее опасных категорий в ряде случаев применяются специальные методы анализа и учета возникающих отказов. Особенно важно оценивать параметрические отказы, так как здесь возможен широкий диапазон последствий – от незначительного влияния отказа на работоспособность изделия до катастрофических последствий. Тщательный анализ и выявление всех основных видов отказов – предпосылка для успешного решения задач, связанных с повышением надежности изделия /Л.2, Л.3/. Контрольные вопросы: Возникновение отказов деталей машин. Основные виды отказов Основные недопустимые отказы Вероятность безотказной работы. Лекция 5. Тема: Математическая модель надежности изделия 1. Представление о состоянии изделия, как о траектории случайного процесса в фазовом пространстве. 2. Анализ области работоспособности изделия. 3. О формализации процесса потери работоспособности. 4. Взаимодействие машины со средой, как система автоматического регулирования. |