Иванов А.С. - Конструируем машины Часть 1 (1053457), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Чтобы убедиться в невозможности этих видов отказов, проводят испытания. Для получения практической уверенности в невозможности определеного вида отказа следует убедиться в наличии необходимого запаса работоспособности по определяющему ее параметру. Запас требуется тем больший, чем значительнее разброс параметров, влияющих на работоспособность конструкции. Прочность детали, как ранее уже говорилось, есть ее способность выдерживать определенную нагрузку, не разрушаясь. Прочность детали (рис. 8.11) характеризует соотношение плот- 275 ностей распределения несущей способности А и нагрузки Г Заштрихованная площадь под пересечением кривых отражает вероятность отказа. Запас прочности "ср~~ср где йср, Р,'р — средние значения параметров я и Р.
ЛФ ср Рвс.8.11. Соотношение плотностей распределения несушей способности (1) и нагрузки (4 О разбросе параметров можно судить по ширине петель кривых плотностей распределения, Чем уже петли, тем требуется меньший запас прочности Ю для обеспечения надежности летали. В случае нормальных распределений несущей способности и нагрузки со средними значениями Я,р, Г р и средними квадратическими отклонениями Ял, Я~ вероятность безотказной работы детали будет соответствовать квантили д Р р- -— ф — г ~~'Н1+Ц. (8.20) Если возможный отказ связан с выработкой ресурса (усталостное повреждение, предельный износ детали, повреждение изоляции и др.), то запас прочности по определяющему работоспособность параметру (механическому напряжению, размеру детали, сопротивлению изоляции и др.) можно подтвердить через запас по ресурсу.
На рис. 8.12 несущую способность детали характеризует зависимость 1, являющаяся наклонной ветвью кривой Велера о~г = солж, Нагружает деталь действующее детерминированное напряжение о (2). Вероятность отказа отражают' заштри- 276 хованные площадки под кривыми 3,4 плотностей распределения предела выносливости и логарифма ресурса. Ее также характеризуют коэффициенты безопасности по напряжениям Я„= о 1 /о и по ресурсу Я = Г /С В авиации принято назначать ресурс серийному и 1 самолету втрое ниже налета лидерного его экземпляра, эксплуатируемого летчика- а ми-испытателями. Такой и же подход в значительной степени правомерен и к Щг другим машинам: ресурс г~г машины можно считать обоснованным, если при Рвс.
8.12. Изменение во времени испытаниях образцов полу- соотношенил пведела выносливости а! и действующего напряжения (с) ной запас по ресурсу. Если же отказ не связан с выработкой ресурса (заклинивание из-за температурных деформаций, хрупкое разрушение детали при минусовой температуре и др.), то для выявления запаса по определяющему работоспособность параметру (температуре и др.) необходимо проводить испытания единичных образцов в форсированном по этому параметру режиме. Для повышения надежности машин наряду с введением запасов в конструкцию наименее надежные детали, сопряжения и узлы можно резервировать. Так, в четырехмоторном самолете двигатели следует считать резервированными: самолет будет продолжать горизонтальный полет при отказе даже двух двигателей, расположенных с разных сторон фюзеляжа.
В автомобилях высокой проходимости тормозная система имеет повышенную надежность в результате параллельной работы трех тормозогс ножного, ручного и дополнительного. Повышает надежность' приспособленность конструкции к раннему обнаружению дефектов с помощью диагностики. Для этого предусматривают специальные окна и люки для осмотра 277 Р ~0 = Рт~"(0. ол Рве. 8.13. Результаты испытаний электродвигателей (1) и обмоток (2) в координатах нормальной вероятностной бумаги: 1 — аткаты подшипников; и и 1И— отквэы обмоток о,з 278 279 жизненно важных деталей, ставят измерительные приборы, выводя информацию на приборную доску; встраивают сигнализацию, извещающую о целостности элементов.
Например, для прогнозирования состояния шин авиационных колес используют термоиндикаторные краски, которые наносят на реборду колеса. При превышении предельно допустимой для шин температуры 160-170 оС цвет краски изменяется, что свидетельствует о необходимости замены шины. 8.2.б.
Вероктвость безотказвой работы последовательвой свстемы К числу важнейших общих зависимостей в теории надежности относится зависимость, связывающая вероятности безотказной работы системы Р (г) и составляющих ее элементов 1 ), 2(), ...,„(г), где 1...тп — число элементов в системе. Если отказ любого из элементов влечет отказ системы, то считается, что система состоит из последовательно соединенных элементов. При независимости отказов элементов друг от друга где и — число. последовательно соединенных элементов.
При Р1(г) = Р2(г) = ... = Р„,(1) 8.2.7. Метод обеспечеввя задквкых показателей пкхажиости ва стадвв вспыткввв ппмтвых образцов С цел~ю сокращения длительности этапа доводки машины по надежности стремятся уже на стадии испытаний опытных образцов оценить степень соответствия машины требованиям к вероятности безотказной работы в течение назначенного ресурса (ракета, самолет, подшипник качения) либо к средней наработке на отказ (станок, робот, прокатный стан) и, если обнаруживается несоответствие, то предложить необходимые мероприятия по обеспечению выполнения этих требований, Для этого нами (см.
список литературы) был предложен расчетно-эксверимевтальиый метод оценки надежности машин. Суть метода заключается в сокращении необходимого обьема испытаний (произведение числа испытываемых образцов на среднюю длительность испытаний) за счет использования разносторонней информации о надежности входящих в нее деталей и сопряжений. В промышленности часто использовался способ сокращения объема испытаний за счет увеличения их длительности с последующим пересчетом оценки надежности с времени испытаний на назначенный ресурс, пользуясь общими сведениями о функции распределения наработки до отказа изделия в целом. Такой способ неточен.
Поясним это утверждение рассмотрением результатов испытаний, взятых из практики. Заданный ресурс электродвигателя т составляет 400 ч. Испытано 48 двигателей до отказа половины из них. При этом оказалось, что 23 отказа вызвано старением смазки в полшипниках, один отказ возник из-за пробоя изоляции обмотки. Результаты испытаний представлены в координатах нормальной вероятностной бумаги (рис.
8.13): по оси абсцисс отложено время наработки до отказа 1,, а по оси ординат — квантиль нормального распределения и 1 Расположение эксперименталь- Р ных точек позволяет провести прямую 1 и получить для заланного ресурса оценку вероятности безотказной работы, равную Табшца а4 П име ы объектов Объекты иижеиие точности Снижение К Снижение п изводительи Повышенный шум и виб ция Повышенные расходм иа зкспл атацию Все машины Пластические деформации 1искривлеиие, выпокха, осадка, обмятие Летали, работающие с большой начальной затяжкой, подвержеииыс весовым нагрузкам или внутреннему давлению устал ости ые трещины, усгалостиые вык вшивания Валы, пружины, зубья колес, рамы транспортных и кузнечно-прессовых машин детали Ползучесть, релаксация напряжениЯ Хрупкие разрушения детали из хрупких материалов или работавшие при ударных нагрузках, детали с большими остаточными напряжениями или работагошие при низких темпе Нарушения прочности или ил отпоет« соединений 280 281 0,9, ,99, полагая, что надежность электродвигателя лимитиру тся смазкой подшипников.
Последующее изучение статистических данных об отказах электродвигателей в эксплуатации показало, что вероятность их безотказной работы существенно ниже полученной оценки. Для выяснения причин этого явления были проведены испытания до отказа 21 обмотки электродвигателей. Результаты испытаний представлены на том же рисунке прямой 2.
Значение ее ординаты при г = 400 ч дает оценку вероятности безотказной работы 0,96. Следовательно, вероятность безотказной работы двигателя не может превысить этой величины, и в течение заданного ресурса отказы обмоток должны превалировать над отказами подшипников. Можно было бЫ показать, что применение логарифмически нормального или иного распределения для описания функции надежности наработки до отказа машины не устранило бы ошибочного вывода, что надежность электродвигателя определяется подшипниковым узлом. Ошибка объясняется тем, что одним распределением трудно описать наработки до отказов, вызванных разными физическими явлениями.
Основное внимание было уделено отказу, определяющему средний ресурс двигателя, а возможность остальных видов отказов полагалась практически исключенной. Расчетно-экспериментальный метод включает в себя: н выявление возможных видов отказа машины; ° с учетом заложенных в конструкцию запасов оценку расчетным или экспериментальным путем по каждому виду отказа либо вероятности отсутствия отказа, либо средней наработки на отказ; ° объединение оценок в оценку надежности машины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
