Министерство образования украины

ПРИАЗОВСЬКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ

Ефременко В.Г.

Конспект лекций по курсу

«основы повышения надежности и долговечности

деталей машин»

Мариуполь ПГТУ 2007

УДК 620.179.112. (075.8)

Конспект лекций по курсу «Основы повышения надежности и долговечности деталей машин» / В.Г. Ефременко. - Мариуполь: Приазовский государственный технический университет, 2007.

Одобрено кафедрой металловедения ПГТУ, протокол № 12 от 30 марта 2007 г.

Вводная лекция

Вопросы восстановления и защиты деталей машин и узлов механизмов от изнашивания и внезапного хрупкого разрушения, повышения их эксплуатационной надежности и долговечности имеют большую актуальность для современных металлургии и машиностроения, поэтому изучение основ трибологии является важным звеном в процессе подготовки специалистов по направлению «Металлургия». В своей практической деятельности металловеды и термисты часто сталкиваются с необходимостью установления причин ускоренного износа деталей и разрабатывают мероприятия по повышению срока их эксплуатации, например, разрабатывают новые высокоизносостойкие марки сплавов и новые технологии поверхностной или объемной упрочняющей обработки изделий. Таким образом, специалисты данного профиля должны владеть базовым комплексом знаний относительно природы трения, механизмов изнашивания и способов противодействия этому явлению.

По окончании изучения этой дисциаплины стцуденты должны знать: физико-механические свойства поверхности деталей, основные разновидности трения, сновыне механизмы изнашивания, при нципиальные подходы к выбору оптимальны материалов пары трения, основные группы материалов триботехнического назначения. Студенти должны уметь: оценивать механизм изнашивания по его внешним признакам, выбирать необходимый материал для конкретных условий эксплуатации и технологию его упрочнения, методы повышения надежности и долговечности деталей машин.

По мере развития техники и ускорения научно-технического прогресса все большую актуальность приобретает проблема повышения надежности и долговечности машин и механизмов. Аварии, приводящие к человеческим жертвам, катастрофы с непоправимыми экологическими последствиями вызываются не только неквалифицированными действиями обслуживающего персонала, но и недостаточной надежностью отдельных деталей или узлов механизмов. Убытки от изнашивания (простои, затраты на ремонт оборудования, изготовление запасных частей) в промышленно развитых странах ежегодно составляют сотни миллиардов долларов США. Например, затраты на ремонт и обслуживание агрегата в несколько раз превышают его стоимость: для самолетов - в 5 раз, автомобилей - в 6 раз, для станков - в 8 раз и т.д. Несмотря на значительные достижения науки в области повышения эксплуатационной надежности и долговечности деталей машин, уровень требований к конструкционным материалам непрерывно возрастает, что связано с расширением и усложнением условий эксплуатации металлоизделий.

К середине XX в. сформировалась новая техническая наука - трибоника (трибология), изучающая закономерности разрушения твердых тел при контактном взаимодействии (ударах, скольжении, качении). Трибоника подразделяется на несколько ветвей, которые рассматривают физические (трибофизика) и химические (трибохимия) процессы в поверхностных слоях при трении, методы испытаний на трение и изнашивание (трибометрия), а также технические аспекты применения достижений трибоники (триботехника). Основной целью трибоники является повышение надежности и долговечности разнообразных металлоизделий.

Надежность - сложное понятие, которое объединяет ряд свойств объекта, связанных с качеством выполнения им определенных функций в заданный отрезок времени. Это понятие стандартизировано, его терминология регламентируется ГОСТ 16503-70. Основными показателями надежности являются работоспособность и отказ. Работоспособность - состояние объекта, при котором он может выполнять заданные функции при установленных значениях параметров функционирования. Отказ - событие, в результате которого наступает потеря работоспособности. Потеря работоспособности может быть связана с потерей возможности функционирование объекта (разрушение объекта, разрыв функциональных связей) или с недопустимыми изменениями параметров функционирования (снижение производительности, коэффициента полезного действия, точности и т.д.). По возможности устранения отказа объекты подразделяются на восстанавливаемые и не восстанавливаемые.

Надежность характеризуется совокупностью свойств, к числу которых относятся: для восстанавливаемых объектов - безотказность и сохраняемость; для невосстанавливаемых объектов - безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность .

Безотказность - способность объекта сохранять работоспособность в период наработки, который определяется временем или объемом выполненной работы.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до состояния неустранимого отказа с перерывами, необходимыми для технического обслуживания и ремонта. Состояние неустранимого отказа может наступить вследствие физического износа, поломки или морального износа объекта (т.е., когда его ремонт и дальнейшая эксплуатация становятся экономически нецелесообразными). Долговечность деталей машин определяется прочностью, жесткостью и износостойкостью материала.

Сберегаемость - способность объекта сохранять эксплуатационные показатели на заданном уровне в течении заданного срока хранения, транспортирования и при использовании сразу же по окончании срока хранения.

Ремонтопригодность - свойство объекта, позволяющее предупреждать, предотвращать и устранять отказ и неисправность.

Перечисленные выше свойства характеризуются следующими основными показателями:

Свойство	Показатели
безотказность	 средняя наработка до первого отказа (или до отказа - для невосстанавливаемых изделий) - время (объем) безотказной работы
	 наработка на отказ - среднее время (объем) наработки между отказами
	 поток отказов - среднее количество отказов
	 интенсивность отказов - количество отказов в единицу времени
долговечность	 ресурс (полный и частичный) - наработка до предельного состояния (различают также ресурс до первого ремонта, межремонтный ресурс и т.п.). Может измеряться в различных единицах, например, в километрах пройденного пути или гектарах вспаханой почвы.
	 срок службы (полный и частичный) - календарная продолжительность эксплуатации до предельного состояния (указывается в технических условиях)
ремонто-	 среднее время восстановления
пригодность	 технико - экономические показатели ремонта (трудоемкость)
сберегаемость	 срок хранения
	 вероятность сохранения уровня безотказности

Отказы классифицируются по следующим признакам:

Признак деления	Отказ
 характер изменения параметра к моменту возникновения отказа  связь с другими отказами  возможность дальнейшего использования объекта после отказа  характер устранения отказа  наличие внешних проявлений  причина возникновения: а) при конструировании б) при изготовлении в) при эксплуатации  природа происхождения  время возникновения отказов	внезапный; постепенный независимый; зависимый полный; частичный; продолжительный с самостоятельным устранением; сбой явный; скрытый конструкционный технологический эксплуатационный естественный, искусственный при испытаниях; в течение приработки; в течение нормальной эксплуатации; в течение последнего периода эксплуатации

Взаимосвязь понятий, составляющих содержание понятия «надежность» показана на рисунке.