Лекции ДМ и ОК 2014

Основные понятия и определения

Деталь ─ составная часть машины, изготовленная из однородного материала без приме­нения сборочных операций (пример: вал, втулка, шестерня).

Узел или сборочная единица – совокупность совместно работающих деталей, представляющих собой конструктивно обособленные единицы и объединенных общим назначением (редукторы, муфты, подшипники).

Конструирование (проектирование) – процесс разработки комплекса технической документации, необходимой для производства изделия.

Предмет изучения

• Среди большого разнообразия деталей и узлов машин выделяют такие, которые применяют почти во всех машинах (крепежные изделия, валы, зубчатые колеса, подшипники и т. д.). Их называют деталями и узлами общего назначения, именно они изучаются в рамках данного курса.

• Детали, применяемые в ограниченном числе машин, называют деталями специального назначения (шпиндели станков, поршни, лопатки турбин), их изучают в специальных курсах.

Структура курса

• Процесс разработки конструкции любой машины состоит из ряда последовательных этапов.

На основании технического задания выполняют расчет энергетических и кинематических параметров привода машины. Разрабатывают конструкции механических передач. Проектируют детали и узлы, несущие звенья механических передач, и соединения, обеспечивающие взаимосвязи деталей и узлов в машине.

• Указанная последовательность определяет следующий порядок изучения трех основных разделов курса.

1. Требования к машинам.

Критерии работоспособности деталей машин

2. Механические передачи.

3. Валы, оси, подшипники, муфты.

4. Соединения.

Этапы проектирования

1. Техническое задание – назначение технических характеристик и показателей качества, предъявляемых к изделию. 2. Техническое предложение – техническое и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки проекта на основе технического задания.

3. Эскизный проект ─ совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве, принципе действия, основных параметрах и габаритах.

4. Технический проект – совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающих полное представление об устройстве изделия, и исходные данные для разработки рабочей конструкторской документации.

5. Разработка технической документации включает чертежи узлов и деталей, спецификации, технические условия на изготовление, сборку, испытание изделия и т.д.

1. Техническое предложение

2. Проектирование и патентование

3. Изготовление первого образца

4. Проверка рынком и доводка изделия

5. Организация серийного производства

Основные требования к машинам

Машины должны быть:

• работоспособны,

• технологичны,

• экономичны,

• надежны,

• патентоспособны,

• обладать достаточным уровнем стандартизации,

• удобны в обслуживании и безопасны,

• эстетичны.

• Работоспособность - состояние изделия (машины, узла, детали), при котором оно способно выполнять заданные функции.

• Показателями технологичности являются: трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость всех этапов жизненного цикла изделия.

• При оценке экономичности изделия учитывают затраты на его проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Надежность ─ свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Надежность изделия обуславливается безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Основным показателем надежности машин и их деталей является вероятность P(t) безотказной работы в течение данного отрезка времени t или наработки. Ее можно оценить по формуле

где P(t) ─ вероятность безотказной работы до момента времени t;

N ─ число машин (деталей), подвергнутых испытанию;

n(t) ─ число машин, отказавших к моменту времени t.

Вероятность безотказной работы механической системы при последовательном соединенииmнезависимых элементов

Если предусмотрены резервирующие устройства, то

Р = 1 – (1– Р₁) (1– Р₂) (1– Р₃)... (1– Р_m).

Пример.

В автомобиле предусмотрено вместо одной шины две. Вероятность безотказной работы одной камеры Р₁= 0,9.

ОпределитьР₂– вероятность безотказной работы двух шин.

Решение

Р₂= 1 – (1– Р₁) (1– Р₁) = 1 – 0,1²= 0,99.

Отказ – событие, в результате которого нарушается работоспособность машины.

Зависимость числа отказов от времени эксплуатации

1-приработка; 2- рабочий период; 3 – период интенсивных отказов

Кроме P(t)для невосстанавливаемых изделий показателем безотказной работы является интенсивность отказов λ:

λ = Δn/( Δt ).

Здесь Δn – число отказавших изделий за время Δt.

Зависимость интенсивности отказов λ от времениэксплуатации

Для расчета надежности электромеханических систем в течение основного рабочего периода в широко используется хорошо согласующийся с опытными данными экспоненциальный закон распределения времени между отказами, который характеризуется постоянной интенсивностью отказов .

Интенсивность отказов элементов передач 10⁵ час^-1

Наименования	Средняя	Наибольшая	Наименьшая
Двигатели асинхронные Передачи механические: зубчатые одноступенчатые; червячные; зубчатые многоступенчатые; ременные; цепные. коробки передач. Корпуса редукторов Подшипники качения Подшипники скольжения Валы и оси Муфты	0,860 0,012 0,020 0,380 0,015 0,068 0,020 0,050 0,020 0,035 0,04	1,120 0,020 0,036 1,500 0,05 0,430 0,040 0,100 0,040 0,062 0,11	0,450 0,0012 0,011 0,014 0,008 0,005 0,010 0,002 0,001 0,015 0,008

Вероятность безотказной работы Р(t) в зависимости от времени и среднее время наработки на отказ t_m определяются по формулам

При последовательном соединении mнезависимых элементов вероятность безотказной работы механической системы равна:

.

где ─ интенсивность отказов всей системы..

Здесь k_λ – коэффициент условий эксплуатации.

Условия эксплуатации	kλ
Лабораторное помещение Стационарные наземные устройства На автомобилях На ж/д вагонах На самолетах	1 10 25 30 135

Условия, в которых проводятся испытания на надежность, существенно влияют на показатели надежности:

Факторы	Количество отказов %
Удары и вибрация Низкая температура Высокая температура Влажность Частые ускорения и торможения Прочее	29 24 22 16 4 5

Требования к надежностиотражаются в техническом задании

Для ЭВМ:

среднее время безотказной работы -100000 час.

Работа без кап. ремонтов -10000 час.

Число ошибок на 1 млн знаков -1.

Повышение надежности на стадии проектирования