Решение задач по специальности «Параллельное соединение элементов» для ВГЛТУ (vgltu.ru)

3 1 ВОПРОСЫ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОМУ КУРСУ 1.1. Теоретический вопрос 9 по разделу 5 Система параллельно соединенных элементов, ее свойства. Параллельным называется соединение элементов в системе, при котором отказ системы наступает при отказе всех элементов. Для параллельного соединения элементов (рисунок 1.1.1, а) полная группа событий выражается уравнением: Откуда получаем формулу для вероятности безотказной работы системы из параллельно соединенных элементов: Зависимость вероятности безотказной работы системы P сист от вероятностей безотказной работы элементов P эл при параллельном соединении элементов приведена на рисунке 1.1.2. Как показано на рис. 1.1.2, при параллельном соединении элементов повышается безотказность системы. При параллельном соединении сохраняется работоспособность системы при отказе отдельных элементов.

1 Концентрация напряжений.

В местах, где имеются резкие изменения размеров, отверстия, резьба, острые углы, возникают большие местные напряжения (концентрация напряжений). В этих местах возникают усталостные трещины, трещины разрастаются, и это приводит к разрушению детали. Местные напряжения значительно выше номинальных напряжений, возникающих в гладких деталях. Влияние концентрации напряжений учитывается коэффициентом Кσ — эффективный коэффициент концентрации напряжений, зависит от формы поверхности.

2 Размеры детали.

В деталях больших размеров возможны внутренняя неоднородность, инородные включения, незаметные микротрещины. Влияние размеров учитывается масштабным фактором Kd — масштабный коэффициент, коэффициент влияния абсолютных размеров.

3 Характер обработки поверхности.

Поверхность может быть шероховатой, покрытой следами от резца, т. е. ослабленной, а может быть усиленной специальными методами упрочнения: азотированием, поверхностной закалкой, цементацией. При отсутствии специального упрочнения поверхностный коэффициент меняется от 0,6 до 1 При специальной обработке он может быть больше единицы: поверхность оказывается прочнее сердцевины. КF — коэффициент влияния шероховатости; Ку — коэффициент влияния упрочнения, Ку = 1,1 – 2,8. Одновременный учет действия всех факторов, понижающих предел выносливости, можно провести с помощью коэффициента: 1.3. Теоретический вопрос 14 по разделу 7 Трибологические отказы Трибология – это наука, изучающая процессы изнашивания с учетом свойств материалов и смазки. Трибологическая надежность – свойство изделия сохранять значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции, при функционировании в условиях трения и износа. Показатели трибологической надежности в большинстве случаев могут быть выражены через скорость и интенсивность изнашивания. По статистике отказы из-за изнашивания составляют 50…80 % всех эксплуатационных отказов машин. Изнашивание – это процесс отделения материала с поверхности твердого тела под действием силы трения. Износ — результат процесса изнашивания, выраженный в установленных единицах измерения (например, микрометрах). При достижении износа предельно допустимых значений происходит отказ изделия. Скорость изнашивания – отношение величины износа к интервалу времени, в течение которого он возник. Интенсивность изнашивания – отношение величины износа к пути, на котором происходило изнашивание или к объему выполненной работы. Классификация видов изнашивания деталей автомобилей приведена на рис. 1.3.1. Молекулярно-механическое изнашивание происходит в результате молекулярного взаимодействия трущихся поверхностей. Имеет место при недостатке смазки, больших давлениях, температурах и скоростях скольжения. Схватывание – временное микросваривание участков трущихся поверхностей. Впоследствии при сохранении силового воздействия схватывание разъединяется. Агдезия – сначала происходит процесс схватывания, затем схватывание разъединяется с втиранием одного материала в поверхность другого. При более жестких условиях трения разъединения не происходит и детали заклинивает (шейки коленвала, зеркала цилиндров). Коррозионно-механическое изнашивание – механическое изнашивание, усиленное явлением коррозии. Окислительное изнашивание происходит под воздействием агрессивных сред, в результате чего на поверхности образуются оксиды металлов (подробнее рассмотрено ниже). Износостойкость оксидов существенно ниже износостойкости основных металлов и оксидная пленка истирается. После выработки оксиды вновь образуются и далее истираются. Цикл неоднократно повторяется, в результате чего поверхность изнашивается (шарнирные соединения). Феттинг-коррозионное изнашивание характерно для поверхностей, подверженных, кроме окисления, вибрациям с высокой частотой и малыми амплитудами. При этом частицы оксидов не только истираются, но и осыпаются. Продукты окисления являются и абразивами (соединения корпусных деталей двигателя, картера сцепления). Эрозийное изнашивание – вырывание частиц с поверхностей деталей, обдуваемых газами с высокой температурой и скоростью (камеры сгорания, выпускные клапаны). Подвид – электроэрозийное изнашивание: вырывание частиц под действием дуги электрического тока (контакты системы зажигания). Кавитационное изнашивание происходит при омывании твердого тела жидкостью за счет локального изменения давлений и температур (лопасти водяного насоса). Часто различные виды изнашивания проявляются комплексно: на зеркале цилиндра в различной степени проявляются почти все виды изнашиваний. 1.4. Теоретический вопрос 2 по разделу 8 Обеспечение надежности при разработке машин Общий порядок разработки изделий машиностроения регламентирован комплексом стандартов по порядку разработки и постановки на производство. Однако вопросы отработки на надежность имеют ряд особенностей, которые специфичны для отдельных видов техники и выходят за рамки целей данной общетехнической системы стандартов. Стадия научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ является основным этапом отработки изделий. На этом этапе должно обеспечиваться и подтверждаться соответствие достигнутого уровня надежности станка (разрабатываемого или модернизируемого) нормативным требованиям. На этом этапе выявляются основные слабые элементы конструкции, устанавливаются причины отказов. Проводимые здесь же мероприятия по повышению надежности должны учитывать и быть взаимосвязаны как с технологией изготовления деталей и узлов, так и со стратегией технического обслуживания и ремонта оборудования. Рассмотрим типовую последовательность проведения мероприятий по отработке оборудования на надежность на различных стадиях. На предпроектной стадии этапы отработки на надежность включают: 1) анализ технических требований и условий к станку; 2) анализ информации об уровне надежности отечественных и зарубежных аналогов; 3) предварительный выбор состава и определение показателей надежности составных частей; 4) оценку ожидаемого уровня надежности опытного образца. На стадии эскизного проекта выполняют: 1) анализ требований к надежности станка и его узлов, заложенных в техническом задании; 2) выбор схемных и конструктивных решений, обеспечивающих выполнение заданных требований по надежности; 3) разработку математических моделей расчета надежности; 4) распределение требований к надежности составных частей; 5) оценку влияния внешних воздействующих факторов на надежность; 6) составление перечня возможных видов отказов и выявление «слабых» мест; 7) составление перечня критериев отказов и предельных состояний; 8) разработку мероприятий по предупреждению отказов и защите от их последействий; 9) планирование экспериментальной отработки изделий; 10) разработку программ и проведение испытаний макета станка или его основных узлов; 11) предварительный расчет надежности; 12) предварительное установление стратегий технического обслуживания, ремонта. На стадии разработки рабочей документации выполняют: 1) анализ технологии изготовления и технологичности опытного образца; 2) уточнение перечня комплектующих изделий и материалов, лимитирующих надежность станка; 3) контроль полноты реализации конструктивных методов обеспечения надежности; 4) разработку программ и методик испытаний станка на надежность; 5) разработку испытательных стендов и нагрузочно-имитирующих устройств; 7) уточнение правил эксплуатации; 8) разработку ремонтной и эксплуатационной документации; 9) анализ результатов предварительных испытаний опытного образца (опытной партии); 10) оценку соответствия надежности опытного образца станка нормативным требованиям; 11) оценку надежности составных частей и комплектующих; 12) выявление причин неисправностей и отказов; 13) корректировку конструкторской документации по результатам испытаний опытного образца. Рекомендации по повышению надежности автомобиля: 1) Повысить надежность выявленной наименее надежной составной части автомобиля – переднего моста можно следующими путями: — при проектировании автомобиля – повысить значения вероятностей безотказной работы составляющих элементов переднего моста №11 … 70 и 20 за счет совершенствования конструкций деталей и узлов, использования современных конструкционных материалов и технологий производства машин; — при производстве автомобиля – повысить качество операций изготовления, сборки, регулировки, обкатки и контроля деталей и узлов переднего моста на заводе-изготовителе; — при эксплуатации автомобиля – своевременно и качественно выполнять регламентные работы по техническому обслуживанию и ремонту деталей и узлов переднего моста автомобиля, повысить квалификацию обслуживающего персонала. 2) Повысить надежность выявленного наименее надежного элемента наименее надежной составной части автомобиля – шины колеса можно следующими путями: — осуществлять систематический контроль и диагностику состояния, как самих шин, так и деталей и механизмов колес, влияющих на техническое состояние шин; — осуществлять систематический контроль и диагностику состояния камер с вентилями, ободных лент и элементов покрышек: каркаса, бортов с сердечниками, подушечного слоя (брекера) и протектора с боковинами; — комплектовать автомобиль шинами с учетом типажа подвижного состава, дорожных и климатических условий; — не допускать установку на передние колеса покрышки после ремонта и покрышки с износом рисунка протектора, превышающего предельно допустимый; — не допускать эксплуатацию шин: с пониженным или повышенным против нормы давлением воздуха в камере, с превышением максимально допустимых нагрузок, с нарушенной балансировкой колес, при перегреве камеры, с нарушением правил и рекомендаций использования шин при низких температурх. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Яхьяев Н. Я. Основы теории надежности и диагностики [Текст] : доп. УМО по образованию в обл. трансп. машин и трансп.-технол. комплексов в качестве учеб. для студентов высш. учеб. заведений / Н. Я. Яхьяев, А. В. Кораблин. – М. : Академия, 2009 — 256 с. 2 Щурин К. В. Основы теории надежности мобильных машин [Текст] : рек. УМО по образованию в обл. лесн. дела в качестве учеб. пособия для студентов вузов / К. В. Щурин; МГУЛ. – М. : МГУЛ, 2004 – 216 с. 3 Питухин А. В. Надежность лесозаготовительных машин и оборудования [Текст] : доп. УМО по унив. политехн. образованию в качестве учеб. пособия для студентов вузов / А. В. Питухин, В. Н. Шиловский, В. М. Костюкевич. – СПб.; М.; Краснодар : Лань, 2010 – 288 с. – Электронная версия в ЭБС «Лань».