WikiSort.ru - Не сортированное

Работоспособность — это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданную функцию с параметрами, установленными требованиями технической документации. Отказ — это нарушение работоспособности. Свойство элемента или системы непрерывно сохранять работоспособность при определённых условиях эксплуатации (до первого отказа) называется безотказностью. Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Работоспособность — потенциальная возможность индивида выполнять целесообразную деятельность на заданном уровне эффективности в течение определенного времени. Работоспособность зависит от внешних условий деятельности и психофизиологических ресурсов индивида.

Критерии работоспособности

Прочность – способность детали сопротивляться разрушению или пластическому деформированию под действием приложенных нагрузок. Прочность является главным критерием работоспособности, так как непрочные детали не могут работать.

Общие методы расчетов на прочность, приведенные в разделе 2 «Основы прочностной надежности», были подробно рассмотрены применительно к конкретным деталям и носят форму инженерных расчетов.

Разрушение частей машины приводит не только к отказу всей механической системы, но и к несчастным случаям. Расчеты на прочность ведут: по допускаемым напряжениям: s £ [s], t £ [t]; по коэффициентам запаса  прочности:  s ³ [s];   по  вероятности   безотказной  работы:  Р(t) ³ [P(t)].

В большинстве случаев нарушением прочности считают возникновение в детали напряжения, равного предельному (s_пред., t_пред.). Для обеспечения достаточной прочности (запас прочности) необходимо выполнение следующих условий:  s £ [s]=(s_пред /[s]);  t £ [t]=(t_пред /[s]); s ³ [s].

В зависимости от свойств материала и характера нагружения в качестве предельного напряжения принимают предел текучести, предел прочности (при расчете на статическую прочность) или предел выносливости при соответствующем цикле изменения напряжений (при расчете на усталостную прочность – выносливость). При проектировании следует учитывать, что сопротивление усталости значительно понижается при наличии концентраторов напряжений, связанных с конструктивной формой деталей (галтели, канавки, отверстия и т.п.) или с дефектами производства (царапины, трещины и пр.).

В ряде случаев детали работают под нагрузками, вызывающими в поверхностных слоях переменные контактные напряжения s_н, приводящие к усталостному выкрашиванию контактирующих поверхностей. Расчет в этом случае производят из условия выносливости рабочих поверхностей.

Допускаемый коэффициент запаса [s] устанавливают на основе дифференциального метода как произведение частных коэффициентов: [s]=s₁s₂s₃, отражающих: s₁ – достоверность формул и расчетных нагрузок; s₂ – однородность механических свойств материалов; s₃ – специфические требования безопасности.

Допускаемый коэффициент запаса [s] по отношению к пределу текучести  при расчете деталей из пластичных материалов под действием постоянных напряжений назначают минимальным при достаточно точных расчетах ([s]=1,3 … 1,5). Коэффициент запаса по отношению к временному сопротивлению  при расчете деталей из хрупких материалов, даже при постоянных напряжениях, назначают достаточно большим ([s] ³ 3). Это связано с опасностью разрушения, даже при однократном превышении максимальным напряжением предела прочности. Коэффициент запаса по пределу выносливости ;  назначают относительно небольшим

([s] =1,5 … 2,5), так как единичные перегрузки не приводят к разрушению.

Для конструкций, разрушение которых особенно опасно для жизни людей и окружающей среды (грузоподъемные механизмы, паровые котлы и т.п.), коэффициенты запаса прочности, а также методы расчета, проектирования и эксплуатации регламентированы нормами Госгортехнадзора.

Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах, допустимых в конкретных условиях работы (например, качество зацепления зубчатых колес и условия работы подшипников ухудшаются при больших прогибах валов). Значение расчетов на жесткость возрастает в связи с тем, что совершенствование конструкционных материалов происходит главным образом в направлении повышения их прочностных характеристик ( и ), а модули упругости Е(характеристика жесткости) повышаются при этом незначительно или даже сохраняются постоянными. Нормы жесткости устанавливают на основе практики эксплуатации и расчетов. Встречаются случаи, когда размеры, полученные из условия прочности, оказываются недостаточными по жесткости.

Расчеты на жесткость более трудоемки, чем расчеты на прочность. Поэтому, в ряде случаев ограничиваются лишь последними, но принимают  заведомо повышенные коэффициенты запаса прочности, чтобы таким косвенным способом обеспечить должную жесткость.

В некоторых случаях приходится учитывать перемещения, обусловленные не только общими, но и контактными деформациями, т.е. выполнять расчеты на контактную жесткость.

Устойчивость – свойство изделия сохранять первоначальную форму равновесия. Устойчивость является критерием работоспособности длинных и тонких стержней, работающих на сжатие, а также тонких пластин, подверженных сжатию силами, лежащими в их плоскости, и оболочек, испытывающих внешнее давление или осевое сжатие. Потеря деталями устойчивости характеризуется тем, что они, находясь под нагрузкой после дополнительного деформирования на малую величину в пределах упругости, не возвращаются в первоначальное состояние. Потеря устойчивости происходит при достижении нагрузки F так называемого критического значения F_кр, при котором происходит резкое качественное изменение характера деформации. Устойчивость будет обеспечена, если F £ F_кр.

При расчете на устойчивость назначают повышенные коэффициенты безопасности, что связано с условностью расчетов, основанных на предположении центрального действия нагрузки, а при наличии смещения точки приложения силы относительно центра тяжести сечения значение критической силы резко падает.

Теплостойкость – способность детали работать при высоких температурах. Нагрев деталей вызывается рабочим процессом машин и трением в кинематических парах и может вызвать вредные последствия: понижение прочностных характеристик материала и появление ползучести (рост деформации под нагрузкой с повышением температуры); изменение физических свойств трущихся поверхностей; ухудшение показателей точности; уменьшение защищающей способности масляных пленок, а следовательно, и увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях, которое может привести к заклиниванию и заеданию.

Чтобы не допустить вредных последствий перегрева на работу машин, выполняют тепловые расчеты и, при необходимости, вносят соответствующие конструктивные изменения, например принудительное охлаждение, увеличение поверхности теплоотдачи и др.

Износостойкость – свойство деталей сопротивляться изнашиванию, т. е. процессу постепенного изменения размеров и формы деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в кинематических парах, что, в свою очередь, приводит к нарушению точности, появлению дополнительных динамических нагрузок, уменьшению поперечного сечения и, следовательно, к уменьшению прочности, к снижению КПД, возрастанию шума. При современном уровне техники 85...90 % машин выходят из строя в результате изнашивания, что вызывает резкое удорожание эксплуатации в связи с необходимостью периодической проверки их состояния и ремонта. Для многих типов машин затраты на ремонты и техническое обслуживание в связи с изнашиванием значительно превосходят стоимость новой машины.

Расчет деталей на износостойкость заключается либо в определении условий, обеспечивающих жидкостное трение (режима работы, когда соприкасающиеся поверхности разделены достаточным слоем смазки), либо в обеспечении достаточной долговечности их путём назначения для трущихся поверхностей соответствующих допускаемых давлений.

Виброустойчивость – способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний. Последствия, вызываемые вибрацией, были рассмотрены в подразделе 1.5.

Основными направлениями работ, обеспечивающими вибропрочность и виброустойчивость, являются: устранение источников колебаний (балансировка вращающихся масс и уравновешивание механизмов); создание конструкций такой жесткости, при которой будет отсутствовать опасность возникновения резонанса колебаний, и разработка эффективных средств виброзащиты человека – оператора, управляющего высокоскоростными транспортными средствами, технологическими машинами и машинами вибрационного действия, в которых резонансные и вибрационные эффекты позволяют высокоэкономично увеличить производительность труда.

Надежность, как критерий работоспособности, оценивают вероятностью P(t) сохранения работоспособности в течение заданного срока службы (коэффициент надежности): P(t)=1-n(t)/n, где n(t) – число деталей, отказавших к моменту времени t или концу наработки; n – число деталей, подвергнутым испытаниям.

Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы его составляющих.

Надежность изделия может быть достигнута выполнением ряда требований на всех этапах проектирования, изготовления и эксплуатации. К их числу относятся следующие:

·     схема изделия должна быть выбрана таким образом, чтобы число её элементов, по возможности, было минимальным;

·     надежность каждого элемента должна быть достаточно высокой;

·     расчеты должны наиболее точно отражать действительные условия работы, а качество изготовления соответствовать намеченному;

·     широкое использование унифицированных и стандартизованных элементов;

·     защита от внешних воздействий: вибрации, высоких температур, окислительных сред, пыли и т.п. и эффективная система смазки;

·     расширение допускаемых пределов для параметров, определяющих работоспособность изделий (например, введение упругих муфт, установка предохранительных устройств);

·     конструкция изделий должна обеспечивать легкую доступность к узлам и деталям для осмотра и замены (ремонтопригодность);

·     применение в некоторых случаях параллельного соединения элементов и резервирования.

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного или нескольких участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел. Эта отметка установлена 30 апреля 2016 года.

Ссылки

• ГОСТ 27.002—89 (На викитеке)
• Работоспособное состояние по ГОСТ 27.002-89
• Надёжность
• Как повысить работоспособность
• Работоспособность и надежность технологических систем (Статьи, публикации, книги, лекции для студентов)