Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Технология машиностроения"

д.т.н., профессор Моргунов А.П.

к.т.н., доцент Деркач В.В.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

по дисциплине

"Теория работоспособности и надежности изделий машиностроения"

Конспект лекций

Омск - 2015 г.

ВВЕДЕНИЕ. 2

РАЗДЕЛ №1 3

1. Краткая историческая справка. Основные понятия и определения по дисциплине «Теория надежности изделий в машиностроении». 3

1.1 Краткая историческая справка. 3

1.2 Основные понятия и определения. 3

РАЗДЕЛ №2 11

2. Математические основы расчета характеристик надежности и долговечности. 11

РАЗДЕЛ №3 19

3. Надежность технической системы 19

3.1. Надежность единичного элемента 19

3.2. Надежность элемента, работающего до первого отказа 21

3.3 Надежность технической системы 30

РАЗДЕЛ №4 33

5. Резервирование в технических системах 33

4.1. Резервирование без восстановления 34

Резервные 35

4.2. Некоторые принципиальные вопросы резервирования системы 41

4.3. Резервирование с восстановлением 42

4.4 Коэффициент готовности системы 49

РАЗДЕЛ №5 51

5. Основы технической диагностики 51

5.1. Основные направления технической диагностики 51

5.2. Постановка задач технической диагностики 54

5.3 Метод Байеса 56

РАЗДЕЛ №6 62

6. Старение технических устройств. 62

6.1 Физико-химическая механика старения технических устройств 62

6.2 Трение и износ элементов машин 64

6.3 Старение технических устройств в условиях воздействия внешней среды 69

РАЗДЕЛ №7 71

7. Испытание элементов машин, узлов и изделий в целом на надежность и долговечность. 71

7.1 Основы статистических испытаний элементов машин на надежность 71

7.2. Обработка результатов испытаний и оценка их доброкачественности 72

7.3. Организация и планирование испытаний на надежность 76

7.4. Методы форсирования испытаний 78

РАЗДЕЛ №8. 80

8. Технологические способы повышения надежности и долговечности машин. 80

8.1. Упрочнение деталей машин пластическим деформированием поверхностного слоя. 81

8.1.1. Физические основы упрочнения 81

8.1.2. Дробеструйная обработка деталей машин 86

8.1.3. Упрочнение центробежно-шариковым наклепом 89

8.1.4. Упрочнение обкаткой роликами и пружинящими шариками 90

8.1.5. Упрочнение чеканкой и точением 94

8.1.6. Упрочнение наклепом деталей машин, имеющих отверстие 95

8.2. Упрочнение термическими и химико-термическими способами 97

8.3. Нанесение покрытий на поверхности деталей машин. 101

РАЗДЕЛ №9. 103

9. Стабильность технологического и производственного процессов. 103

9.1. Оценка и управление точностью металлообрабатывающего технологического процесса. 104

9.2. Статистико-вероятностная оценка и обеспечение надежности выпускаемой продукции в различных условиях производства. 106

9.3. Организация статистического контроля и управления качеством изделий 108

9.3.1. Общие принципы организации статистического контроля 108

9.3.2. Сбор информации 109

9.3.3. Обработка статистической информации 110

9.3.4. Анализ результатов обработки 110

9.3.5. Выдача рекомендации и принятие мер по ликвидации нестабильности 110

9.4. Организация службы надежности на промышленном предприятии 111

Введение.

Современное машиностроение совершенствуется совместно с повышением требований к качеству, надежности и долговечности деталей машин. Наука о надежности и долговечности в период бурного развития техники требует комплексного подхода. В связи с внедрением высокоэффективных технологических процессов, систем автоматизированного проектирования и производства, сложных систем, обеспечивающих высокий уровень производительности труда, требования к надежности, долговечности и работоспособности постоянно возрастают. Высоконадежные машины, системы управления, технологические процессы позволяют сократить затраты на ремонт и эксплуатацию, обеспечить безопасность обслуживающего персонала и людей, пользующихся современной техникой.

Стоимость ремонта и обслуживания большинства машин в несколько раз выше стоимости изготовления новых машин. Поэтому длительность безотказной работы технического устройства должна быть такой, чтобы затраты на эксплуатацию по крайней мере не превышали затрат на изготовление. В лучшем случае техническое устройство должно находится в работе до предельного состояния без капитального ремонта, когда дальнейшая эксплуатация его не целесообразна по экономическим соображениям. С этой точки зрения проблема надежности должна решаться исходя из требований определения предельного состояния. В связи с этим вопросы технической диагностики следует рассматривать как неотъемлемую часть в совокупности с другими задачами, решаемыми при определении характеристик надежности и долговечности. При таком подходе к изучению науки о надежности перечислим основные направления, рассматриваемые в данном учебном пособии.

1. Изучение основных понятий надежности, причин и условий долговечного стабильного и безотказного функционирования машин и механизмов, приборов, технологических процессов и т.д.

2. Изучение методик расчета технических устройств, систем на надежность и долговечность, и соответствующих рекомендаций, позволяющих обеспечить безотказную работу рассматриваемого объекта в течение заданного периода времени.

3. Изучение методик ускоренных и длительных испытаний технических устройств, проводимых с целью определения характеристик надежности и долговечности.

4. Изучение основ, структуры, постановки задач технической диагностики, статистических методов распознавания состояния технической системы.

5. Изучение методов и средств контроля надежности и долговечности в процессе изготовления и эксплуатации технических устройств.

6. Изучение основных технологических методов обеспечения надежности и долговечности технических устройств.

Заканчивая введение, мы надеемся, что все вышеизложенное убедительно свидетельствует в пользу становящейся науки о надежности и долговечности, заинтересует читателей и привлечет их к серьезному изучению последующего материала.

Раздел №1

1. Краткая историческая справка. Основные понятия и определения по дисциплине «Теория надежности изделий в машиностроении».

1.1 Краткая историческая справка.

По сути дела наука о надежности и долговечности еще не имеет истории. Ее история только начинается. Настоящее развитие науки о надежности и долговечности началось уже в пятидесятые годы 20 века в связи с бурным развитием радиоэлектроники, ядерной физики, реактивной авиации и космической техники. Для этих отраслей надежность изготовляемых устройств имеет решающее значение.

Наиболее дальновидные ученые предвидели значение проблем надежности и долговечности. Так, основоположником учения о качестве поверхности является проф. Чебышев В. Л., установивший еще в 1880 году зависимость качества поверхности детали от метода обработки.

В 30-х годах по инициативе выдающегося советского ученого академика Чаплыгина С. А. была создана комиссия при АН СССР по изучению надежности и долговечности машин (1934 г.).

Но технический уровень развития промышленности Советского Союза в то время и ее оснащенность машинами были таковы, что наука о надежности и долговечности не получила поддержки, и комиссия АН СССР прекратила свое существование в 1939 году. Однако она успела провести несколько конференций и совещаний (в 1934 и 1939 гг.), что привлекло к этой проблеме ряд ученых.

В течение 10 лет (1942 - 1952 гг.) господствовало мнение, что исследования надежности и долговечности не могут вылиться в форму стройной теории и служить для прогнозирования надежности. С 1953 года вновь усилился интерес к вопросам надежности и появились ряд работ в этой области. Однако полное признание наука о надежности и долговечности получила в конце 50-х начале 60-х годов.

Особенно много для пропаганды надежности и долговечности сделал академик Берг А. И.. Большой вклад в разработку многих вопросов сделали академик АН УССР профессор Гнеденко Б. В., профессор д. т. н. Проников А. С, Дьяченко П. Е., академик Кузнецов В. Д., академик Серенсен С. В. и др. В настоящее время по отдельным разделам и проблемам надежности и долговечности имеются значительные исследования, как зарубежные, так и отечественные. Подавляющее большинство крупных заводов имеют специальные службы — отделы и бюро надежности и долговечности.