Основы теории надежности

       Дефекты эксплуатации могут быть субъективного  и объективного характера. К первым относятся нарушения правил эксплуатации и неправильное техническое обслуживание объекта. Ко вторым – наличие перегрузок и непредвиденных нагрузок из-за нарушений в энергоснабжении, стихийных явлений  природы, попадания в машину посторонних предметов и т.д.

       Изделия, сконструированные, изготовленные и эксплуатируемые в соответствии с установленными требованиями НТД отказывают только из-за физико-химических процессов разрушения. Причинами отказов в этих случаях являются процессы, протекающие внутри детали, на поверхности детали, в сопряжениях, а также в электрических цепях.

      Утрата  работоспособности может происходить  постепенно или мгновенно, в зависимости от вызвавших ее причин. Наиболее общими причинами достижения предельных состояний деталей являются: - износ; статические нагрузки; усталость материала; старение; ползучесть материала; хрупкость; заклинивание.

     В интегральной форме детали машин  должны обладать комплексом свойств, чтобы  оптимально сопротивляться внешним  воздействиям.

     Способность деталей сопротивляться единичным перегрузкам называется прочностью.

     Способность деталей сопротивляться усталостным  разрушениям называется выносливостью.

     Способность деталей сопротивляться изнашиванию  их поверхности называется износостойкостью.

     Изменения, которые происходят в машине и приводят к потере работоспособности, связаны с внешними и внутренними воздействиями. Практически все они носят энергетическую природу, и их можно подразделить на следующие виды воздействия:

• действие энергии окружающей среды;
• внутренние источники энергии, связанные с рабочими процессами в машине, а также взаимодействием деталей друг с другом;
• потенциальная энергия, накопленная в деталях машин в процессе их изготовления (остаточные внутренние напряжения в отливках, в посадках и т.д.) и в результате эксплуатации. В процессе эксплуатации на машину воздействуют следующие виды энергии.

     Механическая  энергия. Она не только передается по всем звеньям (динамические нагрузки), но и проявляется в статических нагрузках. Силы, возникающие в машине, определяются характером рабочего процесса и конструкцией машины и являются систематическими, но при определенных условиях они могут носить случайный характер (например, при непредвиденных перегрузках). Другая часть усилий накапливается в деталях машин в виде остаточных деформаций и сохраняется постоянно. Во времени действие механической энергии может происходить кратковременно (пиковые нагрузки, заклинивание и т.п.) или длительно (весь период эксплуатации).

     Тепловая  энергия. Воздействует на машину и ее элементы при изменении температуры окружающей среды или в рабочих зонах машины при осуществлении технологического процесса, а также при преобразовании части механической энергии в тепловую. Особенностью проявления этого вида энергии является инерционность.

     Химическая  энергия. Проявляется в виде коррозии поверхности деталей и является следствием контакта поверхности деталей как с агрессивными рабочими компонентами, так и с окружающей средой. Этот вид энергии очень инерционен.

     Биологическая энергия. Проявляется в воздействии микроорганизмов на материалы конструкции, которые могут служить пищей и средой обитания для них. Особенно активно проявляется в тропических зонах в условиях высоких температур и влажности.

     Различные виды энергии суммарно воздействуют на конструкционные материалы и приводят к изменению первоначальных характеристик материалов, параметров машин. В связи с различиями по скорости проявления энергий изменение состояния элементов машин также может происходить с различной скоростью, а следовательно, с различной скоростью проявляются и отказы в системе.

     Длительность  быстропротекающих процессов исчисляется  долями секунд. Внешне они проявляются в виде вибраций, заеданий, ударов, нарушении целостности детали.

     Процессы  средней продолжительности протекают  в течение минут, часов (например, проявление тепловой энергии).

     Медленные процессы протекают в машинах  за недели, месяцы, годы. Как правило, результаты этих процессов накапливаются за межремонтный период (коррозия, износ, наклеп, загрязнения и т.п.).

     Физическая  природа отказов должна рассматриваться с учетом не только вида объекта, материалов, режима нагружения, но и факторов внешней среды, которые формируют то или иное негативное воздействие на изделие и вызывают соответствующий физико-химический процесс разрушения.

     Влияние факторов среды на надежность деталей машин дано на рис.1.

     Отказы  деталей по критериям  прочности

     Прочность – свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки.

     В большинстве случаев разрушение деталей сопровождается изменением их формы – деформированием. Деформация называется упругой, если после снятия нагрузки деталь полностью восстанавливает свою форму и размеры. Необратимые деформации, которые остаются после снятия нагрузки называются остаточными, или пластическими.

     Важнейшие прочностные и деформационные характеристики материалов приводятся в ГОСТах на материалы и в официальных справочниках.

     Так, например, на диаграмме растяжения для конструкционной стали в  координатах 

     s - напряжение, Н/м² --- e - относительное удлинение, % (рис.2)

     нанесены  точки, определяющие основные механические характеристики материала.

 

     

     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     

     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     s_П – предел пропорциональности, наибольшее напряжение до которого сохраняется пропорциональность между напряжениями и деформациями (Закон Гука)

 
 

 

     

     Рекомендуемая литература