Одобрено

Утверждено

на заседании кафедры

механического оборудования

заводов чёрной металлургии.

Протокол №1 от 31. 08. 10 г.

Одобрено

методической комиссией

механико-машиностроительного факультета.

Протокол № 1 от 03.09.10 г.

Мариуполь ПГТУ 2010

УДК 669.02/09 (076.5)

Методические указания к самостоятельной работе и контрольные задания по дисциплине «Надежность металлургических машин» (для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 6.050503) / Сост. А.В.Ширяев, Е.А.Лоза. - Мариуполь: ПГТУ, 2010. -14 с.

Содержит методические указания к самостоятельной работе студентов по учебной дисциплине " Надежность металлургических машин", рекомендации по выполнению контрольных заданий по этой дисциплине.

Составитель:

к.т.н., доцент А.В. Ширяев

к.т.н., доцент Е.А. Лоза

Ответственный за выпуск:

д.т.н., проф. А.А. Ищенко

.
ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина " Надежность металлургических машин" является одной из основных специальных дисциплин при подготовке бакалавра в области металлургии.

Целью изучения дисциплины является обеспечение знаниями о надежности и долговечности машин и их элементов, основных направлений расчета надежности и путей ее повышения.

В результате изучения дисциплины будущий бакалавр должен знать:

- основы теории надежности;

- основы определения и расчета надежности металлургических машин;

- математический аппарат для обработки данных о надежности и долговечности;

- методы повышения надежности и долговечности;

у м е т ь:

- организовывать и осуществлять сбор данных об эксплуатационной надежности металлургических машин;

- производить статистическую обработку полученных данных о надежности и анализировать полученные результаты;

- выбирать методы повышения надежности и долговечности на стадии проектирования и изготовления.

Методические указания содержат два задания, после выполнения которых студент должен самостоятельно усвоить теоретические вопросы надежности и научиться применять эти знания для практических расчетов показателей надежности и долговечности.

1. ПЕРВАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Цель контрольной работы – самостоятельное изучение теоретического курса дисциплины «Надежность металлургических машин».

Задачи выполнения второй контрольной работы:

В результате выполнения контрольной работы будущий специалист должен знать:

- основы теории надежности;

- порядок определения основных показателей надежности;

- основные расчетные зависимости этих показателей;

- закономерности изменения основных показателей надежности;

уметь:

- методы выбора материалов и способы повышения надежности деталей.

1.1. Рекомендации по выполнению первой контрольной работы

Контрольная работа выполняется либо на стандартных листах формата А4, либо в тетради. Указанные в задании вопросы прорабатываются по литературным источникам и представляется в виде конспекта, содержащего изложение проработанного материала в краткой форме. Для пояснения изложенного приводятся рисунки, таблицы и т.д.

Оформление расчетов, рисунков и таблиц выполняется строго по правилам ЕСКД.

В тексте приводятся ссылки на литературу с указанием страниц, откуда взяты данные.

Ксерокопии и компьютерные распечатки в отчете по работе - не допускаются.

Ниже приведено содержание контрольной работы. В скобках после названия темы, которую необходимо раскрыть, приведен приблизительный объем конспектируемого вопроса.

Общий объем работы – примерно 35-40 страниц формата А5 (тетрадь).

1.2. Содержание первой контрольной работы

1.2.1. Понятия и определения теории надежности (2 с.):

- Надежность.

- Изделие, элемент, система.

- Работоспособность, исправность, неисправность, отказ.

- Безотказность, долговечность.

- Ремонтопригодность, сохраняемость, срок службы.

- Резервирование.

Литература: [1, с.7-10], [3, с.129-130], [5, с. 16-28]

1.2.2. Показатели надежности с приведением теоретических и эмпирических формул (5 с.):

- Вероятность безотказной работы.

-Средняя наработка до отказа.

- Наработка на отказ.

- Интенсивность отказов и характерный график ее изменения [4, с.634-635].

- Коэффициенты готовности и технического использования.

Литература: [1, с.10-16], [3, с.145 -150], [4, с.632-634], [5, с.19-28]

1.2.3. Основное уравнение надежности (1 с.).

Литература: [4, с.634], [3, с.148]

1.2.4. Обзор законов надежности (2 с.): экспоненциальный, Вейбулла и нормальный.

Литература: [1, с.29-35], [3, с. 150-155], [4, с.635-638], [5, с.125-127]

1.2.5. Надежность системы элементов с параллельным и последовательным соединением элементов (определение, характеристика, схемы, формулы вероятности безотказной работы) (3 с.).

Литература: [1, с.63-65], [4, с.638-639], [5, с.182-186]

1.2.6. Виды разрушений и износа деталей, их характеристика. (2 с.).

Литература: [1, с.237-242], [2, с.28-33], [3, с. 115-122], [5, с.235-239]

1.2.7. Виды трения (2 с.).

Литература: [2, с.44-46], [5, с.247-250]

1.2.8. Методы диагностики отказов и обнаружения дефектов в деталях (3 с.):

-акустический,

- люминисцентный,

- магнито-порошковый,

- ультразвуковой.

Литература: [1, с.242-247], [2, с.87-92]

1.2.9.. Выбор материалов для изготовления деталей (2 с.):

- стали и чугуны,

- термопласты и реактопласты,

- каменное литье.

Литература: [2, с.95-142], [1, с.249-251]

1.2.10. Технологические методы повышения надежности деталей и машин (сущность, достигаемые результаты) (4 с.):

- поверхностная закалка газовым пламенем,

- токами высокой частоты,

- объемная закалка (простой, прерывистый, ступенчатый и др. способы).

Литература: [1, с.251-252], [2, с.150-185]

1.2.11. Химико-термическая обработка материалов деталей (3 с.) (характеристика, технология, применяемые материалы, упрочняемые металлы, преимущества, недостатки): цементация,

- азотирование,

- нитроцементация,

- цианирование.

Литература: [1, с.258-260], [2, с.196-221]

1.2.12. Диффузионная металлизация (2 с.) (характеристика, технология, применяемые материалы, упрочняемые металлы, преимущества, недостатки):

- алитирование,

- борирование,

- хромирование,

- силицирование,

- сульфидирование. Литература: [2, с.225-240]

1.2.13. Упрочнение деталей методом поверхностно-пластического деформирования (ППД) (3 с.) (характеристика, технология, упрочняемые металлы, преимущества, недостатки):

- упрочнение роликом и шариком,

- чеканка,

- центробежно-шариковый наклеп,

- дробеструйный наклеп.

Литература: [2, с.245-252], [1, с.260-261], [4, с.645-650]

1.2.14. Упрочнение поверхности покрытиями (2 с.): виды покрытий, материалы, назначение, характеристика.

Литература: [2, с.391-394]

1.2.15. Повышение долговечности деталей наплавкой металла (способы, характеристика, применяемые материалы, преимущества, недостатки) (2 с.).

Литература: [1, с.253-257], [2, с.420-425]

2. ВТОРАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Цель контрольной работы – закрепить знания, полученные студентами при изучении теоретического курса дисциплины «Надежность металлургических машин» и получить практические знания в области расчетов надежности металлургического оборудования.

Задачи выполнения второй контрольной работы

В результате выполнения контрольной работы будущий специалист должен знать,

- порядок определения основных показателей надежности;

- основные расчетные зависимости этих показателей;

- закономерности изменения основных показателей надежности;

уметь:

- выполнять расчеты эмпирических аналогов показателей надежности;

- анализировать и делать выводы по расчетам и графикам изменения этих показателей.

2.1. Рекомендации по выполнению второй контрольной работы

Перед выполнением работы необходимо изучить теоретическую часть вопроса, а затем произвести необходимые вычисления.

В отчете приводится:

теоретическая часть, содержащая определения и описание теоретических формул для определения показателей надежности;

исходные данные (в виде таблицы, или в тексте);

расчетная часть по пунктам (определение показателя, расчетная формула с расшифровкой, обязательно числовые расчеты);

результаты расчетов в виде сводных таблиц;

графики по результатам расчетов;

выводы по полученным результатам;

литература.

Контрольная работа выполняется либо на стандартных листах формата А4, либо в тетради. Оформление расчетов, рисунков и таблиц выполняется строго по правилам ЕСКД.

В тексте приводятся ссылки на литературу с указанием страниц, откуда взяты данные.

Ксерокопии и компьютерные распечатки в отчете по работе - не допускаются.

2.2. Содержание второй контрольной работы:

1)Теоретическая часть

Теоретическая часть содержит определения и теоретические формулы вероятности безотказной работы Р(t), вероятности отказов F(t), частоты отказов f(t), интенсивности отказов l (t), средней наработки на отказ и среднего времени безотказной работы для последнего интервала [1-4].

2)Расчетная часть

2.1) Определить эмпирическую вероятность безотказной работы невосстанавливаемых изделий (табл. 3) в конце каждого интервала времени (в данный момент времени):

P_N0(t) = [N₀-n(t)]/ N₀,

где N₀ –число изделий, запускаемых в работу, n(t) – число изделий, вышедших из строя к моменту времени t.

2.2) Вычислить эмпирическую вероятность отказов в конце каждого интервала времени:

F(t) = 1- P_N0(t)

2.3) Вычислить эмпирическую частоту отказов для каждого интервала времени:

f(Dt) = Dn (Dt)/(N₀ ´ Dt),

где Dn (Dt) - число изделий, вышедших из строя за интервал времени Dt =t _i – t _i-1.

ВНИМАНИЕ! Пример обозначений в этой формуле и далее. Пусть интервал времени от 60-ти до 80-ти часов работы, величина интервала –Dt=20 ч., пусть Dn = 7, N₀ =20, тогда записывать расчетную формулу следует:

f(60-80) = Dn (60-80)/(N₀ ´ Dt) = 7/(20 ´ 20) = 0, 0175 1/ч

2.4) Вычислить эмпирическую интенсивность отказов для каждого интервала времени:

l(Dt) = Dn(Dt)/(N ´ Dt),

где N – среднее число исправных изделий, работавших в интервале времени Dt,

N = (N _i-1 + N_i)/2, N _i-1 и N_i – число исправных изделий в начале и конце интервала.

2.5) Рассчитать вероятность безотказной работы для каждого интервала Dt, задаваясь основным уравнением теории надежности, считая, что интенсивность отказов (рассчитанная в п. 2.4) на этом интервале постоянна - l = const:

Р(Dt) = е ^-l·Dt

2.6) Полученные данные занести в табл. 1 и табл.2.

2.7) Рассчитать среднюю наработку на отказ всех изделий:

t _н.д. = (S t_i)/n,

где t_i – время работы до отказа i-го изделия, рассчитывается как произведение количества изделий, вышедших из строя ко времени t, на это время.

2.8) Рассчитать среднее время безотказной работы Тср за весь период работы:

Тср = 1/ l_ср, где l_ср – средняя интенсивность отказов за все периоды работы

l_ср = (Sl_i)/ m, l_i – интенсивность отказов в каждом интервале времени, m – количество интервалов.

2.9) По результатам расчетов построить отдельные графики функций от времени, причем значения величин, рассчитанных для интервалов, помещать в середины интервалов:

F(t), f(Dt), l(Dt), совместный график Р(Dt) и P_N0(t).

2.10) По графикам F(t), f(Dt), l(Dt), Р(Dt) и P_N0(t).и сравнению значений t _н.д. и Тср сделать

выводы о том, какой период работы изделий (приработочный, основной, износовый), какая из функций Р(Dt) и P_N0(t) точнее описывает теоретическую вероятность безотказной работы P(t), какой показатель лучше для расчета среднего срока службы изделия.

3)Таблицы для записи результатов расчета

Таблица 1.- Результаты расчета P_N0(t), F(t)

Таблица 2.- Результаты расчета P_N0(t), F(t)

3. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

1. Надежность.

2. Изделие, элемент, система.

3. Работоспособность, исправность, неисправность, отказ.

4. Безотказность, долговечность.

5.Ремонтопригодность, сохраняемость, срок службы.

6. Избыточность, резервирование.

7.Вероятность безотказности, наработка на отказ.

8. Интенсивность отказов.

9.Коэффициент готовности Кг, коэффициент технического использования.

10.Основное уравнение теории надежности.

11.Экспоненциальный закон надежности.

12. Нормальный закон надежности.

13. Распределение Вейбулла.

14. Безотказность системы с последовательными элементами.

15.Безотказность системы с параллельными элементами.

16. Критерии соответствия эмпирических законов распределения.

17. Виды разрушений и износа деталей.

18. Сухое, полусухое, граничное, полужидкостное трение.

19. Виды жидкостного трения.

20. Методы диагностики повреждений деталей.

21. Стали, чугуны.

22.Термопласты и реактопласты.

23. Каменное литье.

24.Поверхностная закалка газовым пламенем.

25. Поверхностная закалка ТВЧ.

26. Объемная закалка.

27.Изотермическая закалка, закалка с подстуживанием, закалка с самоотпуском.

28. Цементация, алитирование, цианирование, цементация.

29. Способы поверхностного пластического деформирования и их сущность.

30. Покрытия.

31. Наплавка.

4. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Плахтин В.Д. Надежность, ремонт и монтаж металлургических машин. Учебник для вузов.-М.: Металлургия, 1983.-415 с.

2. Повышение надежности металлургического оборудования: Справочник/ В.М.Гребеник и др.-М.: Металлургия, 1988. – 688 с.

3. Седуш В.Я. Надежность, ремонт и монтаж металлургических машин. Учебник для вузов.-К.-Донецк.: Выща шк, 1983.-228 с

4. Расчет на прочность деталей машин; Справочник./ И.А.Биргер, Б.Ф.Шорр, Г.Б.Иосилевич – М.: Машиностроение, 1979.-702 с.

5. Проников А.С. Надежность машин.- М.: Машиностроение, 1978. – 592 с.

Приложение 1. Варианты исходных данных для расчета второй контрольной работы

Таблица 3. – Исходные данные

Таблица 3 (продолжение)

ПДТУ, вул Університетська, 7

з. 129 т 50