Показатели ремонтопригодности и сохраняемости

 

 

Электрическая схема	Структурная схема надежности  при отказе типа
	обрыв	замыкание

 

Рис. 5. Электрические  и структурные схемы соединения коммутационных элементов при различных  видах отказов

 

            В целом анализ структурной  надежности ТС, как правило, включает  следующие операции:

1. Анализируются  устройства и выполняемые системой  и ее составными частями функции  , а также взаимосвязь составных  частей.

2. Формируется  содержание понятия “безотказной  работы” для данной конкретной  системы.

3. Определяются  возможные отказы составных частей  и системы, их причины и возможные  последствия.

4. Оценивается  влияние отказов составных частей  системы на ее работоспособность.

5. Система  разделяется на элементы, показатели  надежности которых известны.

6. Составляется  структурно - логическая схема надежности  технической системы, которая  является моделью ее безотказной  работы.

7. Составляются  расчётные зависимости для определения  показателей надёжности ТС с  использованием данных по надежности  её элементов и с учётом  структурной схемы.

          В зависимости от поставленной  задачи на основании результатов  расчета характеристик надежности  ТС делаются выводы и принимаются  решения о необходимости изменения  или доработки элементной базы, резервировании отдельных элементов  или узлов, об установлении  определенного режима профилактического  обслуживания, о номенклатуре и  количестве запасных элементов  для ремонта и т.д..

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  3. Теория  подобия  усталостного  разрушения 

Серенсена - Кагаева

 

Профессором Когаевым В.П. и академиком Серенсеном С.В. разработана теория подобия  усталостного разрушения, которая позволяет  расчетным методом определить совместное влияние концентрации напряжений и  масштабного эффекта, как отношение  предела выносливости лабораторного  образца Ơ_-1 к пределу выносливости детали Ơ_-1д при симметричном цикле изменения напряжений из следующего уравнения:

 

 

где    ά_σ    - теоретический коэффициент концентрации для первого главного напряжения в зоне концентрации рассчитываемой детали;

L – часть периметра опасного поперечного сечения детали, в котором действуют максимальные напряжения;

G – относительный максимальный градиент первого главного напряжения в зоне концентрации детали;

l_q L / G  - параметр подобия детали;

u_σ - справочная характеристика материала детали, ориентировочные значения которой приведены ниже для некоторых сплавов:

U_O  = 0,1-0,18 – для углеродистых сталей;

U_O  = 0,04-0,12 – для легированных сталей;

U_O  = 0,09-0,2  - для алюминиевых сплавов.

 

На поверхности детали почти всегда имеются риски от обработки резцом, мелкие царапины, следы коррозии и т. д., которые  являются концентраторами напряжений. Дефекты поверхности приводят к  снижению сопротивления усталости  детали. Опытами установлено, что  предел выносливости образцов с полированной поверхностью выше, чем у шлифованных, а у шлифованных выше, чем у  обработанных резцом, и т. д.

Влияние чистоты поверхности  на предел выносливости оценивается  коэффициентом K_F, равным отношению предела выносливости образца с заданной обработкой поверхности к пределу выносливости такого же образца, но с тщательно шлифованной поверхностью:

.

На рис. 17.15 приведена зависимость  коэффициента K_F от предела прочности материала для различных видов обработки поверхности.

Необходимо отметить, что  применение некоторых технологических  методов упрочнения поверхности  детали при правильном их выполнении приводит к значительному повышению  ее сопротивления усталости. К таким  методам относятся:

1. наклеп поверхностного слоя путем обдувки дробью, накатки роликом и т. п.;
2. цементация, азотирование и цианирование поверхностного слоя;
3. закалка токами высокой частоты.

Влияние технологических  факторов на усталостную прочность  оценивается коэффициентом поверхностного упрочнения K_V.

Положительное влияние технологической  обработки поверхностного

слоя детали связано, в  первую очередь, с созданием в  этом слое остаточных сжимающих напряжений, наличие которых затрудняет развитие усталостных трещин. В результате сопротивление усталости детали повышается.

Остаточные напряжения сжатия при таком широко распространенном в настоящее время способе  повышения сопротивления усталости  детали, как наклеп ее поверхности, вызывается большим пластическим деформированием  поверхностного слоя при обдувке  стальной дробью или прокатке роликами. Толщина поверхностного слоя при  этом уменьшается, а его продольные размеры увеличиваются, вызывая  упругое растяжение материала внутренней части детали. Внутренние волокна  после окончания процесса наклепа  стремятся уменьшить свои размеры  до исходных и вызывают сжатие пластически  деформированных волокон поверхностного слоя. Кроме того, пластическое деформирование вызывает повышение упругих свойств  материала и, что очень существенно, сглаживает различного рода царапины, задиры на поверхности детали, являющиеся концентраторами напряжений. Все  эти факторы и являются главной  причиной повышения сопротивления  усталости при наклепе поверхностного слоя детали. Однако надо иметь в  виду, что слишком интенсивный  наклеп способствует появлению в  поверхностных слоях детали микротрещин, которые могут снизить ее усталостную  прочность.

При закалке токами высокой  частоты и азотировании также  создаются значительные сжимающие  напряжения в поверхностном слое детали.

В то же время такие часто  применяемые покрытия стальных деталей, как никелирование и хромирование, заметно снижают предел выносливости детали, хотя и не влияют на их статическую  прочность, причем снижение сопротивления  усталости тем больше, чем толще  слой хрома или никеля. Объясняется  это значительными остаточными  растягивающими напряжениями в поверхностном  слое при хромировании и никелировании. Аналогичное явление имеет место  и при покрытии поверхности стальной детали слоем меди.

 

Все металлы, находясь в контакте с газообразной или жидкой средой, подвергаются коррозии. На поверхности  детали появляются язвинки коррозии, являющиеся причиной высокой концентрации напряжения. Особенно интенсивно развивается  коррозия при действии растягивающих  напряжений. Другой вид коррозии - коррозия под напряжением проявляется  в виде межкристаллических и внутрикристаллических  трещин почти без всяких признаков  образования продуктов коррозии.

При переменных нагрузках  коррозия существенно снижает сопротивление  усталости, особенно легких сплавов.

В сталях снижение предела  выносливости от коррозии тем больше, чем более высокопрочна сталь.

При наличии коррозионной среды на сопротивление усталости  оказывает влияние и время  испытания; разрушающее число циклов уменьшается при уменьшении частоты  изменения напряжений, а кривая усталости  даже у черных металлов не имеет  горизонтальной асимптоты. Количественные характеристики снижения выносливости зависят от агрессивности внешней  среды. Например, морская вода больше снижает долговечность, чем пресная, и т. п.

Влияние коррозионной среды  учитывается в расчетах коэффициентом

,

где в числителе стоит  предел выносливости при наличии  агрессивной среды. Значения коэффициента β приводятся в справочной литературе.

Средством борьбы с влиянием внешней среды являются различного рода антикоррозионные покрытия.

 

 

 

 

Заключение

 

Поскольку уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники  по основным направлениям, мы должны стремиться достичь высокой надежности технических  средств, применяемых в технологическом  процессе.

Но невозможно достичь высокой надежности и  долговечности с непрогрессивным  рабочим процессом и несовершенной  схемой или несовершенными механизмами.

Поэтому первым направлением повышения надежности является обеспечение необходимого технического уровня изделий.

Кроме этого, следует применять агрегаты с  высокой надежностью и долговечностью, которые обеспечиваются самой природой, т.е. быстроходных агрегатов без  механических передач; деталей, работающих при напряжениях ниже пределов выносливости, и др.

Необходимо  отметить, что переход на изготовление систем по строго регламентированной технологии заключает в себе резерв повышения надежности.

Этап  конструирования системы является очень важным, поскольку на нем  закладывается уровень надежности систем безопасности. При конструировании  и проектировании следует ориентироваться  на простые структуры, имеющие наименьшее количество элементов, поскольку сокращение количества элементов является существенной мерой повышения надежности. Но уменьшение количества элементов не следует  противопоставлять резервированию как эффективному способу повышения  надежности, но приводящему, на первый взгляд, к завышенному количеству элементов конструкции. Очевидно, что  следует принимать компромиссное  решение между необходимостью сокращения количества элементов и применением  резервирования наименее надежных элементов.

 

Список  использованных источников

1. Половко   А.М., Гуров А.И. «Основы теории  надежности», 2006.

2. Черкассов  Г.И. «Надежность программно-аппаратных  комплексов», 2005.

3. Надежность систем энергетики: Сборник рекомендуемых терминов / Отв. ред. Н.И. Воропай. – М.: ИАЦ «Энергия», 2007.

4. ГОСТ 27.001 –2009 Надежность в технике. Системы управления надежностью.