Критерии работоспособности

Успешная работа деталей и машин заключается в обеспечении работоспособности и надёжности.

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ деталей и машин определяется, как свойство выполнять свои функции с заданными показателями и характеризуется следующими критериями:

ПРОЧНОСТЬ – способность детали сопротивляться разрушению или необратимому изменению формы (деформации), под действием приложенных к ней нагрузок;

Условие прочности выражают неравенством

или ,

где , – расчетные нормальные и касательные напряжения в опасном сечении детали; – допускаемые напряжения. Кроме обычных видов разрушения деталей (поломок), наблюдаются случаи, когда под действием нагрузок, прижимающих две детали одну к другой, возникают местные напряжения и деформации. Разрушения деталей в этом случае вызывают контактные напряжения. Тогда производят расчет по условию контактной прочности:

, или ≤ , где – расчетная величина контактных напряжений (формула Герца); q – нагрузка на единицу длины контакта; Е_пр– приведенный модуль упругости; – приведенный радиус кривизны; – допускаемое контактное напряжение. Эта формула получена для случая контакта под нагрузкой двух круговых цилиндров бесконечно большой длины, материалы которых имеют коэффициент Пуассона = 0,3.

ЖЁСТКОСТЬ – способность детали сопротивляться любой деформации;

Для некоторых деталей жесткость – основной критерий при определении их размеров. Например, размеры длинных валов точных зубчатых передач определяются расчетом на жесткость, так как значительный их прогиб во время работы изменит межосевое расстояние передачи и нарушит правильность зацепления. Нормы жесткости устанавливают на основе обобщения опыта эксплуатации машин. Эти нормы приводятся в справочной литературе.

УСТОЙЧИВОСТЬ – способность детали сохранять свою форму в пределах упругой деформации;

ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять первоначальную форму своей поверхности, сопротивляясь износу в течение заданного срока службы;

Она зависит от свойств выбранного материала, термообработки и чистоты поверхностей, от величины давлений или контактных напряжений, от скорости скольжения и условий смазки, от режима работы и т. д. Износ уменьшает прочность деталей, изменяет характер соединения (при работе шум). В большинстве случаев расчеты деталей на износостойкость ведутся по допускаемым давлениям р,установленным практикой (расчет передачи винт–гайка и др.). Применение в конструкциях уплотняющих устройств защищает детали от попадания пыли, увеличивая их износостойкость.

ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ – способность конструкции сохранять свои свойства при действии высоких температур и работать пределах заданных температур в течение заданного срока службы.;

Перегрев деталей во время работы – явление вредное и опасное, так как при этом снижаются их прочность и жесткость, ухудшаются свойства смазки, а уменьшение зазоров в подвижных соединениях приводит к заклиниванию и поломке. Для обеспечения нормального теплового режима работы конструкции производят тепловые расчеты (расчеты червячных передач, подшипники скольжения и др.) и при необходимости вносят конструктивные изменения.

ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ – способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонансов, и без недопустимых колебаний.

Соблюдение указанных критериев работоспособности обеспечивает надежность конструкции в течение заданного срока службы. Развитие современного машиностроения связано с применением множества взаимодействующих узлов и автоматических устройств, поэтому отказ в работе хотя бы одной детали или соединения приводит к нарушению работы всей конструкции. Надежность зависит от качества изготовления конструкции и от соблюдения норм эксплуатации.

НАДЁЖНОСТЬ определяется как свойство детали и машины выполнять свои функции, сохраняя заданные показатели в течение заданного времени и, по существу, выражает собой перспективы сохранения работоспособности.

В процессе работы детали и машины подвергаются не только расчётным нагрузкам, которые конструктор ожидает и учитывает, но и попадают во внештатные ситуации, которые очень трудно предусмотреть, как, например, удары, вибрация, загрязнение, экстремальные природные условия и т.п. При этом возникает отказ – утрата работоспособности вследствие разрушения деталей или нарушения их правильного взаимодействия. Отказы бывают полные и частичные; внезапные (поломки) и постепенные (износ, коррозия); опасные для жизни; тяжёлые и лёгкие; устранимые и неустранимые; приработочные (возникают в начале эксплуатации) и связанные с наличием дефектных деталей; отказы по причине износа, усталости и старения материалов. Надёжной можно считать машину, имеющую следующие свойства:

БЕЗОТКАЗНОСТЬ– способность сохранять свои эксплуатационные показатели в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.

ОТКАЗ - утрата работоспособности изделий (полная или частичная, внезапная или постепенная).

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ– способность сохранять заданные показатели до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и технического обслуживания.

РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ– приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей посредством техобслуживания и ремонта.

СОХРАНЯЕМОСТЬ– способность сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.

Надёжность трудно рассчитать количественно, она обычно оценивается как вероятность безотказной работы на основании статистики эксплуатации группы идентичных машин.

При всей значимости всех описанных критериев, нетрудно заметить, что ПРОЧНОСТЬ ЯВЛЯЕТСЯ ВАЖНЕЙШИМ КРИТЕРИЕМ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И НАДЁЖНОСТИ. Невыполнение условия прочности автоматически делает бессмысленными все другие требования и критерии качества машин. Действительно, немногого стоит технологичная, жёсткая, износостойкая, теплостойкая, виброустойчивая, дешевая в эксплуатации, ремонтопригодная конструкция самого передового дизайна, если она сломалась при первой же нагрузке!