Надежность машин
Надежность— свойство изделия сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Надежность характеризуется работоспособностью и отказом.
Работоспособность— состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции.
Отказ— событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.
Показателями качества изделия по надежности являются безотказность, долговечность и ремонтопригодность.
Безотказность— свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени.
Долговечность— свойство изделия длительно сохранять работоспособность при соблюдении норм эксплуатации до наступления предельного состояния. Под предельным понимают такое состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.
Ремонтопригодность— свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонта.
Ресурс— суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние. Ресурс выражают в единицах времени работы (в часах) или длины пути (в километрах).
Срок службы— календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние. Выражается обычно в годах. Срок службы включает наработку изделия и время простоев.
Основными показателями надежности являются:
по безотказности — вероятность безотказной работы и интенсивность отказов;
по долговечности — средний и гамма-процентный ресурс;
по ремонтопригодности — вероятность восстановления.
Под вероятностью безотказной работы P(t) понимают вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия.
Если за время t наработки из числа N одинаковых изделий были изъяты из-за отказов п изделий, то вероятность безотказной работы изделия
P(t) = (N- n)/N= 1 - n/N.
Пример 1.1.Если по результатам испытания в одинаковых условиях партии изделий, состоящих из N= 1000 шт., после наработки 5000 ч вышли из строя w=100 изделий, то вероятность безотказной работы этих изделий
P(5000) = 1 - n/N= 1 - 100/1000 = 0,9.
Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов:
p(t) = p](t)P2(t) ... Pn(t)
Если Pl(t) = P2(t) = ... = Pn(t), то P(t) = Pn(t). Отсюда следует, что чем больше элементов имеет изделие, тем ниже его надежность.
Интенсивность отказовλ (t). Вразные периоды эксплуатации или испытаний изделий число отказов в единицу времени различно. Интенсивность отказов — отношение числа п отказавших в единицу времени t изделий к числу изделий (N-n), исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие изделия не восстанавливают и не заменяют новыми:
λ(t)=n/[(N-n)t].
Средние значения интенсивностей отказов составляют: для подшипников качения — X(t) = 1,5 • 10-6 1/ч; для ременных передач —
X(t) = 15 • 10-6 1/ч.
Вероятность безотказной работы можно оценить по интенсивности отказов
p(f)~l-λ(t)-t.
Для деталей машин в качестве показателя долговечности используют или средний ресурс(математическое ожидание ресурса, выраженное в часах работы, километрах пробега, миллионах оборотов), или гамма-процентный ресурс(суммарная наработка, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью у, выраженной в процентах). Для изделий серийного и массового производства наиболее часто используют гамма-процентный ресурс: для подшипников качения, например, 90%-ный ресурс.
Под вероятностью восстановленияпонимают вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния изделия не превысит заданное значение.
Основы надежности закладывает конструктор при проектировании изделия (в частности, точностью составления расчетной схемы). Определение показателей надежности выполняют методами теории вероятностей, их используют при выборе оптимальных вариантов конструкции. Надежность зависит также от качества изготовления (неточности влияют на распределение нагрузок в зоне силового взаимодействия) и от соблюдения норм эксплуатации.
В технике имеются высоконадежные устройства, например, в железнодорожном транспорте, авиации, космонавтике и др.