МОДУЛЬ 2 – Управление надёжностью машин
1.Понятие об управлении процессами. Структура и технология управления надёжностью машин
Обсудить со студентами: Как осуществляется управление на обыденном примере процессами ( скажем на примере приготовлении пищи)? Затем высветить слайды и прокомментировать их.
2.Анализ методов обеспечения надёжности при проектировании, производстве и ремонте
Принципиально обеспечение надежностиосуществляется в рамкахдвух основных направлений:
путем повышения надежности элементовна основе совершенствования процессов конструирования и технологии изготовления и ремонта;
путем создания высоконадежных технических системна основе существующей элементной базы.
В науке и технике реализуются обе группы методов, выбор наиболее рациональных из которых осуществляется исходя из конкретной ситуации.
Раскроем эти направления более детально.
2.1. Анализ методов обеспечения надёжности элементов
К конструктивным методам обеспечения надежности в рамках первого направленияследует отнести:
- выбор долговечных материалов и их рациональное сочетание в парах трения;
- обеспечение требуемой конфигурации (формы) деталей с целью придания им достаточной прочности, жесткости и устойчивости к вибрациям (галтели, канавки, надрезы- концентраторы напряжений);
- обеспечение надлежащей герметизации подвижных и неподвижных сопрягаемых деталей;
- создание эффективных устройств очистки воздуха, ТСМ;
- создание оптимальных условий работы пар трения (нагрузка, скорость), а, следовательно, надежных условий смазки трущихся поверхностей;
- обеспечение оптимальных температурных режимов работы деталей, сборочных единиц и агрегатов в целом и ряд других (отвод тепла; нанесение ТЗП, например ZrO2на днище поршня снижает интенсивность изнашивания верхнего поршневого кольца на 20...26%) и др.
К технологическим методам обеспечения надежности в рамках первого направленияотносятся:
- обеспечение необходимой точности изготовления деталей (уменьшение рассеивания действительных размеров в пределах установленного поля допуска.) Эту задачу можно решить селективной сборкой. Это позволяет уменьшить начальные зазоры в подвижных соединениях и более жестко регламентировать натяги в неподвижных соединениях и, как итог, повысить долговечность таких соединений и машины в целом.
- обеспечение оптимального качества рабочих поверхностей, а конкретно, их шероховатостей и формы;
При больших Ra, Rz
Неподвижные посадка:
ослабевает, т. к. при запрессовке срезаются микронеровности
Подвижные посадки:
площадь фактического контакта уменьшается, увеличивается давление, нарушается режим жидкостного трения и возникает опасность задиров.
При малых Ra, Rz.
Подвижные посадки:
на трущихся поверхностях не удерживается масляная пленка, возникает опасность задиров.
Поэтому должна обеспечиваться оптимальная шероховатость.
- повышение износостойкости, статической и циклической прочности деталей термической обработкой;
- использование методов упрочнения поверхностного слоя деталей:
Химико-термическая обработка (цементация, азотирование, цианирование).
Поверхностно-пластическое деформирование (обкатка шариками, роликами, дорнование, дробеструйная обработка, алмазное выглаживание, и т. д. ).
Нанесение износостойких покрытий (гальваническим способом, плазменным и газопламенным напылением, наплавкой твердосплавных материалов и др.).
Нетрадиционные, экзотические технологии ( обработка поверхностей лучом лазера, детонационное упрочнение, армирование деталей порошками спеченных твердых сплавов).
- другие методы повышения надежности (долговечности):
применение кованых заготовок;
изготовление зубчатых колес и шлицевых валов методом обкатывания;
проведение искусственного старения деталей из чугунов и алюминиевых сплавов (блоки и головки блоков цилиндров, корпуса задних мостов и коробок передач);
статическая и динамическая балансировки деталей и сборочных единиц;
повышение точности сборки и качества окраски агрегатов;
контроль качества и др;
Все перечисленные выше методы обеспечения надежности в той или иной мере изучены на различных кафедрах нашего ВУЗа.
Более подробно о них можно прочитать в ( 1, с. 742…752) и (4, с.249…271; 433…477), (5) и др. источниках.
Зададимся вопросом – можно ли в любой ситуации обеспечить уровень надежности, используя вышеперечисленные методы?
Увы, не всегда это возможно.
Например, состояние науки и техники таково, что вероятность безотказной работы некоторого элемента P(t)=0.99. Это достаточно высокий уровень. Предположим, что объект состоит изn=100 таких элементов, соединенных с точки зрения надежности последовательно (выход любого элемента приводит к выходу из строя всего объекта).
Чему равна вероятность безотказной работы такого объекта?
Каково условие работоспособности объекта?
Полагая, что отказы элементов – события независимые, вероятность безотказной работы объекта:
Такой уровень вероятности безотказной работы явно недостаточен.
Какой же выход?
Перейти к рассмотрению 2-го направления обеспечения требуемой надежности объектов.