Міністерство освіти і науки України

Дрогобицький державний педагогічний університет ім. І. Франка

Кафедра машинознавства і матеріалознавства

(назва кафедри)

Індивідуальне завдання по спеціальності

6.010104 Професійна освіта

(шифр і назва наукової спеціальності)

на тему

“Надійність приводів машин ”

Виконав Демків Григорій Васильович

П.І.П.

Науковий

керівник Яким Роман Степанович П.І.П.

Зараховано _____________________

підпис

Дрогобич

2013 рік

Зміст

1. Основні показники надійності приводів.

2. Загальні уявлення про розрахунок імовірності безвідмовної роботи привода.

3. Уявлення про збір та обробку даних по надійності приводів.

4. Уявлення про конструювання машин з врахуванням вимог надійності приводу.

Література

1. Основні показники надійності приводів

Рівень надійності приводів має важливе значення оскільки визначає ефектив­ність та економічність машин.

Кількісні показники надійності дозволяють обґрунтовано прогнозувати і оцінювати термін служби машин їх вузлів, деталей, встановлювати види і періо­дичність технічного обслуговування, планових ремонтів, номенклатуру запасних частин, порівнювати і оцінювати технічний рівень машин.

Надійність приводу – це його властивість зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих межах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування.

Надійність є комплексною властивістюприводу, що включає (ДСТУ 2860-94):

Безвідмовність приводу – це його властивість виконувати потрібні функції в певних умовах протягом заданого інтервалу часу чи наробітку.

Довговічність приводу – це його властивість виконувати потрібні функції до переходу у граничний стан при встановленій системі технічного обслуговування та ремонту.

Збережуваність приводу – це його властивість зберігати в заданих межах значення параметрів, що характеризують здатність об’єкта виконувати потрібні функції, під час і після зберігання та транспортування

Ремонтопридатність приводу – це його властивість бути пристосованим до підтримання та відновлення стану, в якому він здатний виконувати потрібні функції за допомогою технічного обслуговування та ремонту.

Привод може бути у справному чи несправному, або граничному стані, що визначає його працездатність.

Працездатність приводу – це його стан, який характеризується його здатністю виконувати усі потрібні функції.

Справність приводу – це його стан, за яким він здатний виконувати усі задані функції об’єкта. Це стан об'єкта, за якого він відповідає всім вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської (проектної) документації.

Несправність приводу – це його стан, за яким він нездатний виконувати хоч би одну із заданих функцій об’єкта.

Граничний стан приводу – це його стан, за якого подальша експлуатація приводу неприпустима або недоцільна, або відновлення його працездатного стану неможливе чи недоцільне.

Основним показником надійності (ДСТУ 3004-95, ДСТУ 2860-94) є ймовірність безвідмовної роботи Р у межах даного відрізку часу t чи необхідного наробітку. Крім імовірності Р для невідновних об’єктів показником безвідмовної роботи є інтенсивність відмов.

. (1)

Відмова – це подія, що полягає в порушенні працездатного стану приводу чи його деталей. Вона призводить до втрати (хоча би часткової) працездатності і пов'язана з порушенням лише основних параметрів об'єкта, що характеризують його нормальну роботу.

Для відновних об’єктів показником є середній наробіток Т₀ до відмови і параметр потоку відмов

. (2)

У формулах (1) і (2) п – число справно працюючих виробів до моменту часу t; – число відмовних виробів за інтервал часу .

Вибір критерію відмови здійснюється у такому порядку:

– встановлюється перелік параметрів і допустимі межі на зміни з врахуванням вимог споживача, умов експлуатації досягнутого рівня техніки;

– з врахуванням споживача і їх технічної виконуваності визначається перелік вимог, від яких залежить працездатність виробу;

– вибираються величини допусків для параметрів виробу, вихід за межі цих допусків означає відмову.

В якості критерію граничного стану приймаються:

Для деталей, що не ремонтуються – відмова; досягнення періоду експлуатації, який характеризується підвищенням інтенсивності відмов, достижение периода эксплуатации, характеризующегося повышением интенсивности отказов;

Для ремонтуючих виробів: досягнення такого періоду експлуатації, який характеризується зумовленим зниженням ефективності і порушенням вимог безпеки; досягнення періоду відмог, наслідком чого є економічна нецілеспрямованість ремонту; наступання періоду морального старіння.

2. Загальні уявлення про розрахунок імовірності безвідмовної роботи привода

Вихід з ладу механічних систем відбувається або із-за поступової зміни робочого параметра, або в результаті випадкової відмови.

Оцінюючи імовірність безвідмовної роботи і складаючи структурну схему для розрахунку надійності приводу машини, потрібно враховувати складові розподілення імовірності безвідмовної роботи для двох типів відмов:

де , – відповідно імовірності безвідмовної роботи при поступових і раптових відмовах.

Для деяких систем в період макси­мум не спостерігається (пунктирна крива на рис. 1). Інтервал часу , протягом якого інтенсивність відмов практично постійна, є основним робочим періодом.

В третій фазі інтенсивність відмов швидко зростає внаслідок зносу окремих елементів. На початку періоду вся система або окремі її елементи повинні бути замінені новими, або направлені на ремонт.

При виконанні практичних розрахунків надійності приводу використовується експоненціальний закон розподілу часу між відмовами.

При цьому імовірність безвідмовної роботи Р і середній час наробітку на відмову Т₀ визначаються по формулам:

, (3)

Приводи складаються з простих елементів (двигунів, передавальних механізмів, муфт, тощо), які з’єднуються між собою для передачі енергії послідовним, паралельним чи змішаним способами. Дослідні значення інтенсивності відмов (для довірчої ймовірності р =0, 95) деяких елементів приводів подано в табл. 1.

Так як більшість кількісних показників надійності отримують в лабораторних умовах, то для наближення до реальних умов роботи в розрахунок вводять поправний коефіцієнт орієнтовні значення якого приведені в табл. 2.

Імовірність безвідмовної роботи всієї системи при послідовному з’єднанні п незалежних елементів

, (4)

або для експотенціального закону

, (5)

де – інтенсивність відмов всієї системи;

– інтенсивність відмов елемента.

Якщо у приводі є резервні вузли і деталі, то ймовірність безвідмовної роботи таких деталей визначиться за формулою

, (6)

де – число паралельно з’єднаних эелементів.

Напрклад, якщо в машині передбачені два незалежні приводи до робочого органу, кожний з яких має , то імовірність безвідмовної роботи всієї системи є рівна .

3. Уявлення про збір та обробку даних по надійності приводів

Спеціально поставлені певні випробування і збір статистичних даних в процесі експлуатації – це основні шляхи оцінки і контролю надійності машин. Умови, в яких проводяться випробування на надійність, відіграють значну роль при визначенні показників надійності. Вплив зовнішніх факторів на появу відмов представлено в табл. 3, звідки випливає, що при проведенні випробувань необхідно можливо більш точніше відтворити умови вібрації, ударні навантаження, температурний режим і характеристики вологи.

Табл. 3. Вплив зовнішніх умов на появу відмов

Плани випробувань злежать від інформації, яка є, про відмови і про технічні можливості випрбування.

План № 1 випрбувань по визначенню імовірності безвідмовної роботи Р застосовують при відсутності апріорної інформації про закони розподілення. У випробуваннях проводиться N дослідів, кожний з яких полягає у дослідженні одного виду приводу у встановлених умовах експлуатації до кінця заданого часу , або до виникнення відмови.

Рівень р довірчої імовірності приймається рівним 0, 8-0, 9, коли неочікуваний вихід з ладу виробу (машини) не тягне за собою тяжких наслідків (людські жертви, великі матеріальні втрати);

Мінімальне число N об’єктів випробувань при невідомому законі розподілу визначають по формулі

. (7)

При цьому задаються чи встановлюють у нормативній документації мінімальну величину імовірності безвідмовної роботи Р протягом заданого наробітку . Мінімальне число об’єктів випробовування може призначатись згідно табл. 4.

Дослідження для визначення кількості відмов проводяться або паралельно, або послідовно. По закінченні N дослідів фіксується загальне число відмов .

Оцінка імовірності Р визначається з формули

, (8)

З довірчою імовірністю р оцінка імовірності безвідмовної роботи знаходиться в інтервалі , де нижня і верхня межі залежать від вибраного значення р і приймаються по табл. 5.

При великій кількості випробувань (30-40) на основі інтегральної теореми Муавра - Лапласа

; (9)

; (10)

значення коефіцієнта с прймають в залежності від вибраного рівня довірчої імовірності р:

Міра точності отриманих результатів – відносна довірча помилка оцінки імовірності безвідмовної роботи:

(11)

План № 2 випробувань використовують при експоненціальному законі розподілу ймовірностей. Так як в цьому випадку параметри і Р зв’язані залежностями (3), то достатньо отримати оцінку любого покажчика із цих трьох. Як відомо, вказані параметри використовуються до відновлюваних виробів, а при повному відновлені властивостей виробу після відмови – і до відновлюваних.

Для безпосереднього наробітку випробовують N видів виробів до відмови; відновлювані вироби у випадку відмови після ремонту можуть знов вмикатися у випробування; підраховується загальний наробіток всіх випробовуваних видіві загальна кількість відмов .

Єфективна оцінка наробітки на відмову Т₀

. (12)

Верхня і нижня межі довірчого інтервалу для експоненціального розподілення

, (13)

где и – квантилі розподілення , які відповідають рівням імовірностей р і (1 – р) при кількості х і , рівноу 2; значення квантилів знаходять по табл. 6 розподілення .

При обробці статистичних даних, отриманих у випробуваннях, здійснюється перевірка однорідності результатів. Для вирішення питання про те, враховувати чи ні стрімко виділяючі дані, існує декілька критеріїв. Найчастіше використовують критерій Романовського.

4. Уявлення про конструювання машин з врахуванням вимог надійності приводу.

Відмови виникають як наслідок конструктивних недоліків, помилок при виробництві виробу через неправильне обслуговування. Як видно з табл. 7, при експлуатації важливу роль у виникненні відмов відіграють конструктивні недоліки, тому оптимізацію властивостей надійності машини особливо важливо виконати на етапі проектування.

В процесі конструювання підвищення надійності досягається шляхом створення надійних елементів на основі використання нових сучасних матеріалів, застосування методів зміцнення поверхонь і т.п.; максимальним використанням стандартних деталей і складальних одиниць; створення добри умов роботи елементів.

Оцінка надійності машини виконується по очікуваній величині ймовірності безвідмовної роботи як одної з головних кількісних характеристик надійності порівняно з такою ж оцінкою існуючої конструкції. Поставлене питання вирішується як при відсутності статистичних даних про відмови робочих елементів, так і при наявності обмеженої інформації про інтенсивність зносу спряжених деталей.

Оцінка очікуваної величини ймовірності безвідмовної роботи (при відсутності статистичних даних).

Всеі деталі, які входять в складову складальну одиницю об’єкта, класифікуються на дві групи по степені відповідальності. До першої відносяться такі елементи, відмова яких визиває відмову складальної одиниці або об’єкта в цілому. До другої групи відносяться всі решту деталей.

Поділу на вказані групи по степені відповідальності належать також з’єднання і функціональні робочі середовища. Підфункціональними робочими середовищами розуміють, наприклад, масло в гідравлічному демпфері, паливо в баці для двигуна і т.п., порушення фізико-механічних характеристик яких виводить об’єкт зі строю

Гадаємо, що всі деталі, які входять в перщу групу, рівно надійні, тобто мають деякий мінімальний однаковий рівень інтенсивності відмов, наприклад, 10^-6 відмови в день (грік, місяць або іншу розмірність, яка відповідає фактичному наробітку об’єкту). Те саме приймаємо для деталей другої групи, але інтенсивність відмов останніх повинна бути вище, наприклад 10^-5.

Для оцінки величини ймовірності безвідмовної роботи проектуючої конструкції і існуючого варіанту зазвичай приймається експоненціальний закон розподілення:

, (14)

де и – відповідно ймовірності безвідмовної роботи відомої і проетуючої механічної системи як функції часу;

і – сумарні ймовірності безвідмовної роботи відповідно деталей першої і другої групу відомій системі; и – те ж саме, в проекуючій системі; і – відповідно коефіцієнти, які враховують конструктивні та експлуатаційні параметри відомої і проектуючої систем.

Значення ймовірностей обчислюються по формулам:

;

;

де – інтенсивність відмов по даній групі деталей, яка віднесена до відповідної системи; ( – число деталей першої групи у відомій механічній системі, – прийнята розрахункова інтенсивність відмов деталей першої групи).

Якщо відомі інтенсивності відмов , по окремим категоріям деталей в групі, то

Аналогічно обчислюються значення і . Коефіцієнти і обчислюються на основі

де – коефіцієнт, який враховує параметри конструкції механічної системи; – коефіцієнт, який враховує зношення системи і можливість її ремонту; – коефіцієнт, який враховує умови експлуатації.

Значення коефіцієнтів

;

;

,

де m – количество стандартних деталей в системі;

– кількість деталей першої групи деталей;

l – число деталей першої групи, яке може бути замінене в системі без спеціального демонтажу;

z – число деталей або складальних одиниць, які мають резервування або запобіжні пристрої;

– кількість пар з’єднань типу зварювання, різьби;

N – общее число деталей первой группы;

– кількість елементів, які не є парами тертя;

S – загальна кількість пар тертя в системі;

– кількість пар тертя кочення;

– кількість всіх деталей, які не ремонтуються на підприємстві, а заменяючих новими, які мають ГОСТ на серйозне виготовлення;

r – загальна кількість змащуючи, але негерметизованих складальних одиниць або елементів;

– кількість основних параметрів, які можуть бути легко відрегульовані в прцесі експлуатації системи;

– загальна кількість основних параметрів;

с – кількість складальних одиниць, які підлягають періодичному змащенню;

– загальна кількість зміщуваних вузлів;

E – експлуатаційний режим роботи; 0, 5 – тяжкий, 0, 75 – середній, 0, 1 – легкий;

Г – гарантійна довговічность, визначена як відношення числа років безремонтної роботи об’єкта до загального числа років міжремонтного циклу.

В цьому випадку, якщо < при вибраному , розроблюваний варіант конструктивного виконання краще, ніж попередній, оскільки буде мати більшу надійність. Приклад розрахунку показаний в табл. 8.

Оцінка очікуваної ймовірності безвідмовної роботи по статистичним даним.

Для можливості оперативного і достатньо точного прогнозування надійності і довговічності механічних систем необхідно здійснювати постійну систематизацію статистичних даних.

Для нормального закону розподілення вихід розміру деталі за односторонній допуск визначається густиною розподілу ймовірності часу роботи до відмови

де т – математичне очікування зношування як функція часу , тобто рівняння зносу деталі, яке відповідає середньому очікуваному зношуванню;

– середнє квадратичне відхилення (розсіювання середньої величини зносу);

с – граничний допуск на зношування, встановлений конструктором для правил ремонту деталей і системи в цілому.

Граничний допуск с необхідно визначати з врахуванням початкового допуску на виготовлення деталі.

Розрахунок ймовірності безвідмовної роботи проводиться по формулі

(17)

Із графиіа следує, що деталь 2 виходить із ладу до першого профілактичного ремонту . Деталі груп 1 і 3 вкладаються в назначені періоди.

Деталь 4 має значний запас по наробітку і т. д.

Із аналізу графіка видно, чи правильно призначені технологічні методи і режими обробки деталей при виготовленні, а також, чи буде забезпечуватися гарантійний наробіток пар тертя протягом експлуатації.

Література

1. Надійність техніки. Терміни та визначення: ДСТУ 2860-94. [Чинний від 1996–01–01]. – К.: Держстандарт України, 1996. – 92 с. (Державний стандарт України).

2. Надежность техники: Методы оценки показателей надежности по эксперимен­тальным данным: ДСТУ 3004-95. [введен от 1996-01-01]. – К.: Госстандарт Украины, 1996. – 124 с. (Государственный стандарт Украины).

3. Приводы машин: справочник / [В.В.Длоугий, Т.И.Муха, А.П.Цупиков, Б.В.Януш], под общ. ред. В.В.Длоугого. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1982. – 383 с.

4. Решетов Д. Н. Надежность машин / Д. Н. Решетов, А. С. Иванов, В. З. Фадеев; под ред. Д.Н.Решетова. – М.: Высшая школа, 1988. – 238с.

5. Надежность и долговечность машин / [Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Бершадский Л.И., Караулов А.К.] – К.: Техніка, 1975. – 408с.