Основні поняття та визначення надійності автомобілів

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання розрахунково-графічної роботи

з дисципліни „Надійність автомобілів” для студентів спеціальності 7.090258

“Автомобілі та автомобільне господарство”

всіх форм навчання

 

 

Затверджено

на засіданні кафедри АТЕ

Протокол № від 2010 р.

 

Черкаси 2011

 

Укладач: І.А. Шльончак

 

Відповідальний редактор:

 

Рецензент: Пилипенко О.М.

 

Завідувач кафедри: д.т.н., професор Пилипенко О.М.

 

 

Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни „Надійність автомобілів” для студентів спеціальності 7.090258 “Автомобілі та автомобільне господарство” всіх форм навчання / І.А. Шльончак, – Черкаси: РВВ ЧДТУ, 2010, - 51 с.

© Шльончак І.А. 2010

© ЧДТУ, 2010

 

 

Зміст
Вступ
Основні поняття та визначення надійності автомобілів
1. Визначення ремонтних затрат (рангів затрат)
2. Складання структурної схеми надійності та структурно-логічної формули
3. Визначення вимог до ресурсних показників складальних одиниць
4. Розрахунок імовірності неруйнування підшипників кочення
5. Розрахунок імовірності неруйнування валів та осей за критерієм міцності від втомленості за умов стаціонарного режиму навантаження
6. Розрахунок показників надійності невідновленої системи із постійними в часі інтенсивностями відмов елементів
7. Розрахунок характеристик невідновлюваних та відновлюваних автодеталей.
8. Розрахунок імовірності неруйнування клинових пасів
Література

 

 

ВСТУП

Наука про надійність техніки в цілому вивчає закономірності зміни показників працездатності об’єктів з часом, а також фізичну природу відмов і на цій основі розробляє методи, що забезпечують потрібну довговічність та безвідмовність роботи об’єктів з найменшими витратами часу і коштів.

Вирішення проблеми надійності – це значний резерв підвищення ефективності виробництва. Кожна вимушена зупинка автомобіля внаслідок пошкодження окремих елементів або зниження технічних характеристик нижче допустимого рівня, як правило, спричиняє великі матеріальні збитки, а іноді може мати катастрофічні наслідки.

Особливістю проблеми надійності є її зв'язок з усіма етапами проектування, виготовлення та використання автомобіля, починаючи з моменту, коли формується ідея та обґрунтовується створення нового автомобіля, до прийняття рішення про її списання.

Отже, проблема надійності комплексна, потребує вирішення у сферах виробництва й експлуатації автомобіля, акумулює та синтезує все те, що сприяє підвищенню працездатності окремих елементів та їхніх складових частин, віддзеркалює досягнення в галузі проектування, технології виготовлення та експлуатації.

Розрахунково-графічна робота передбачає виконання студентами практичних робіт, спрямованих на визначення показників надійності найбільш важливих вузлів та деталей автомобіля.

Основні поняття та визначення надійності автомобілів

Надійність – властивість об'єкта виконувати задані функції, зберігаючи в часі й у заданих межах значення встановлених експлуатаційних показників.

Об'єкт – технічний виріб визначеного цільового призначення, розглянутий у періоди проектування, виробництва, іспитів і експлуатації. Об'єктами можуть бути різні системи і їхні елементи.

Елемент – найпростіша складова частина виробу, у задачах надійності та діагностики може складатися з багатьох деталей.

Система – сукупність спільно діючих елементів, призначена для самостійного виконання заданих функцій.

Поняття елемента і системи трансформуються в залежності від поставленої задачі. Наприклад, автомобіль, при встановленні його власної надійності розглядається як система, що складається з окремих елементів – механізмів, деталей і т.п., а при вивченні надійності автотранспортного парку в цілому – як елемент.

Надійність об'єкта характеризується наступними основними станами і подіями.

Справність – стан об'єкта, при якому він відповідає усім вимогам, установленим нормативно-технічною документацією (НТД).

Працездатність – стан об'єкта, при якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення основних параметрів, установлених НТД.

Основні параметри характеризують функціонування об'єкта при виконанні поставлених задач.

Поняття справність ширше, ніж поняття працездатність. Працездатний об'єкт повинен задовольняти лише тим вимоги НТД, виконання яких забезпечує нормальне застосування об'єкта по призначенню. Таким чином, якщо об'єкт непрацездатний, то це свідчить про його несправності. З іншого боку, якщо об'єкт несправний, те це не означає, що він непрацездатний.

Граничний стан – стан об'єкта, при якому його застосування за призначенням неприпустимо або недоцільно.

Застосування (використання) об'єкта по призначенню припиняється в наступних випадках:

· при неприпустимому порушенні безпеки;

· при неприпустимому відхиленні величин заданих параметрів;

· при неприпустимому збільшенні експлуатаційних витрат.

Для деяких об'єктів граничний стан є останнім у його функціонуванні, тобто об'єкт знімається з експлуатації, для інших – визначеною фазою в експлуатаційному графіку, що вимагає проведення ремонтно-відновлювальних робіт.

У зв'язку з цим, об'єкти можуть бути:

невідновлювані, для яких працездатність у випадку виникнення відмови, не підлягає відновленню;

відновлювані, працездатність яких може бути відновлена, у тому числі і шляхом заміни.

До числа невідновлюваних об'єктів можна віднести, наприклад: підшипники кочення, напівпровідникові вироби, зубчасті колеса і т.п. Об'єкти, що складаються з багатьох елементів, наприклад, верстат, автомобіль, електронна апаратура, є відновлюваними, оскільки їхні відмови зв'язані з ушкодженнями одного або декількох елементів, що можуть бути замінені.

У ряді випадків той самий об'єкт у залежності від особливостей, етапів експлуатації або призначення може вважатися відновлюваним або невідновлюваним.

Відмова – подія, що полягає в порушенні працездатного стану об'єкта.

Критерій відмови – відмітна ознака або сукупність ознак, згідно яких установлюється факт виникнення відмови.

 

Приклад розрахунку.

Завдання: провести розрахунок вимог до напрацювання складальних одиниць та встановити періодичність планово-попередніх ремонтів (ППР). Скласти структурно-логічну формулу для наступної структурної схеми:

 

 

Рис. 3.1 Структурна схема надійності виробу

 

Вихідні дані:

1. Нехай машина, що складається з 10-ти складальних одиниць має такі ранги затрат:

 

 

	1,3	1,1	0,9	0,6	0,5	0,45	0,4	0,2	0,1	0,07

 

2. Гамма-відсотковий ресурс год., де - ймовірність забезпечення напрацювання до першого капітального ремонту.

3. Співвідношення характеристик планово-попереднього ремонту (поточного) до капітального .

4. Фактори, що визначають вид розподілу ресурсу машини та вузлів:

- рівень технології виготовлення: високий;

- умови експлуатації: стабільний;

- режим навантаження: середній;

- домінуючий характер руйнування: зношування.

Послідовність розрахунку:

1. Згідно з умовами взаємодії визначальних факторів знаходимо шифр для визначення виду розподілу ресурсу машин з табл. 3.2. Результати наведено в таблиці 3.3.

 

Таблиця 3.3

 

Фактори, що визначають вид розподілу ресурсу машин і вузлів

Особливі технологічні умови	Характеристика	Шифр
Рівень технології виготовлення	Високий
Умови експлуатації	Стабільні
Режим навантаження	Середні навантаження
Домінуючий характер руйнування	Зношування

 

Згідно заданих факторів маємо такий шифр – 1121

 

2. Згідно із визначеним шифром з табл. 3.3 визначаємо вид розподілу ресурсу та його коефіцієнт варіації.

 

Таблиця 3.4

 

Коефіцієнти варіації розподілів ресурсів

 

Цифрові коди визначальних факторів	Вид розподілу	Границя зміни коеф. варіації
Процес руйнування	Умови експлуатації	Рівень технології	Ступінь навантаження
				Н	0,2

 

Шифру 1121 відповідає нормальний розподіл з коефіцієнтом варіації ν=0,2.

 

3. Визначаємо середній ресурс машини до капітального ремонту:

,

де - коефіцієнт, що визначається за номограмою (рис. 3.1).

Маючи та ν=0,2, з номограми отримуємо .

Тоді:

год.

4. Відповідно до структурної схеми складаємо структурно-логічну формулу. Відомо, що для машини в цілому . Для того, щоб виконати задану умову, потрібно задатися значеннями ймовірностей безвідмовної роботи для кожної складальної одиниці так, аби . Імовірність складальних одиниць, що мають істотно малі ранги ( «а), які стоять під стрілкою, в розрахунковій формулі не враховують. Оскільки за умовою , тоді:

«

з чого випливає, що та (табл. 4) є істотно малими рангами – а від так не будуть враховуватись в формулі.

Ймовірності безвідмовної роботи кожної складальної одиниці автомобіля є: , тоді на підставі структурної схеми машини структурно-логічна формула ймовірності забезпечення гама-відсоткового ресурсу матиме вигляд:

- задана умова не виконується, тому потрібно збільшити прийняті значення ймовірностей для одного або декількох послідовних елементів схеми.

Далі приймаю й знову проводимо розрахунок:

- отже, висунута вимога за величиною задовольняє поставлену умову.

 

5. Згідно з шифром характеру роботи складальних одиниць (видається викладачем згідно індивідуального завдання) визначаємо вид розподілу ресурсу та коефіцієнти варіації для кожного вузла, значення яких зводимо до таблиці 3.5.

Таблиця 3.5

№
Шифр
Вид розподілу	Н	Н	Н	В	В	В	В	В	В	В
ν	0,1	0,2	0,2	0,3	0,4	0,4	0,5	0,2	0,3	0,35

 

6. Приймаємо (згідно завдання), що найменш довговічним вузлом є складальна одиниця 8, ранг якої . Тривалість роботи до заміни складальної одиниці 8 згідно завдання 2000 годин. Визначаємо періодичність виконання планово-попереджувальних ремонтів , які виконуватимуться в 1-му ремонтному циклі.

.

 

Розрахунки зводимо в таблицю 3.6.

Таблиця 3.6

 

Вид ремонту	Тп1	Тп2	Тп3	Тп4	Тп5	Тк1
Періодичність, годин

7. Згідно з умовою та на підставі встановлених законів розподілу та коефіцієнту варіації визначаємо коефіцієнт для кожної складальної одиниці, середній та гама-відсотковий ресурс складальних одиниць: .

Розрахунки та вихідні дані зводимо до таблиці 3.7

Таблиця 3.7

№ п\п	Вихідні дані	Напрацювання автомобіля до заміни вузлів	Умови заміни вузлів за середнім напрацюванням
Рі	Вид розподілу	Vi	Кγі	Rі	, годин	, годин
	0,96	Н	0,1	1,0	1,3			Робота до списання
	0,96	Н	0,2	1,2	1,1			Те саме
	0,96	Н	0,2	1,2	0,9			Те саме
	0,9	В	0,3	1,4	0,6		1428,5	Замінюється при всіх видах ремонту
	0,9	В	0,4	1,4	0,5		1428,5	Те саме
	0,8	В	0,4	1,4	0,45		1428,5	Те саме
	0,8	В	0,5	1,4	0,4		1428,5	Те саме
	0,8	В	0,2	1,2	0,2		1666,6	Те саме
	0,8	В	0,3	1,4	0,1		1428,5	Те саме
	0,8	В	0,35	1,4	0,07		1428,5	Те саме

 

Всі вузли, що мають значення , котрі перевищують значення першого капітального ремонту, працюють до списання. Напрацювання вузлів, значення яких не перевищують значення капітального ремонту, складають стільки ж скільки , але із урахуванням кількості ППР у першому ремонтному циклі.

 

Висновок: визначено періодичність виконання планових ремонтів складальних одиниць автомобіля та їх середній ресурс, на підставі встановлених законів розподілу та коефіцієнту варіації розраховано середній та гама-відсотковий ресурс для кожної складальної одиниці.

Приклад розрахунку

Завдання: перевірити відповідність підшипника за даними умовами навантаження та роботи.

Дано: ПК 226 – підшипник кочення кульковий радіальний однорядний, з наступними умовами навантаження та роботи:

1. Радіальне навантаження на підшипник

2. Осьове навантаження на підшипник

3. Частота обертання внутрішнього кільця підшипника

4. Робота при короткочасному перенавантаженні до 150%;

5. Робоча температура підшипника t ≤ 125° C;

6. Гама-відсотковий ресурс підшипника (при ).

Розрахунки:

1. Визначаємо умовне навантаження на підшипник:

,

де A = 300 кГ− осьове навантаження на підшипник;

R = 1000 кГ − радіальне навантаження на підшипник;

− коефіцієнт впливу радіального та осьового навантаження підшипника;

− коефіцієнт обертання кільця підшипника;

− коефіцієнт характеру навантаження підшипника;

− температурний коефіцієнт.

Отже,

2. Розрахуємо гама-відсотковий ресурс підшипника при :

де С = 182000 Н − коефіцієнт працездатності (вибирається згідно заданого типу підшипника);

− показник степеня;

3. Визначаємо коефіцієнт :

4. Визначаємо ймовірність неруйнування підшипника при заданих умовах експлуатації (знаходиться згідно та γ з рисунка 4):

 

 

Висновок: порівнюючи із заданою ймовірністю неруйнування підшипника маємо . Тобто, даний підшипник при зазначених умовах в заданому режимі навантаження і робочій температурі відповідає вимогам заданого ресурсу, який може бути забезпечений з ймовірністю 98% замість 90% за завданням.

 

 

Приклад розрахунку

Завдання. Розрахувати ймовірність неруйнування валу за критерієм міцності від втомленості. Вал має: шпонковий паз. Згинальний момент Мзг=10 Нм. Кількість циклів навантаження вала до руйнування

Матеріал: Сталь 45. Гамма відсотковий-ресурс вала год, при γ=90%.

Ескіз вала:

Конструктивні розміри вала:

мм, d=100 мм, b=10 мм.

Послідовність розрахунку

 

1. Визначаємо нижню межу границю витривалості матеріалу вала при згинанні

Н

де, σв – межа міцності відповідного матеріалу (вибирається залежно від матеріалу вала) σв=61 кг=610 Н.

2. Розраховуємо сталу В:

3. Обчислюємо сталу А при згинанні:

АL_σ=10*В=1.35

4. Знаходимо Теоретичний коефіцієнт концентрації напружень α G залежно від співвідношення r/d.

α_σ=r/d=0.0125

5. Визначаємо периметр малого уступу вала L:

L=π*d=3.14*100=314

6. Розраховуємо відносний градієнт напруження σ:

σ=(2/d)+3=3.02H

7. Визначаємо середню границю витривалості G-1q при згинанні:

σ_-1q =

8. Визначаємо коефіцієнт допустимого переміщення границі витривалості К=1.13, залежно від кількості циклів до руйнування Nц за таблицею 14.10 [1 ст. 238].

9.Розраховуємо умовний коефіцієнт запасу вала nз.

nз = =0,13

де, σ_amax = 100000— значення амплітуди навантаження

σ_amax=M_зг/W_зг=100000 МПа

М_зг = 10 Н*м – згинальний момент;

W_зг = =0,0001 — момент опору перерізу вала при згинанні.

 

10. Обчислюємо сумарний коефіцієнт варіації :

де, мм

11. Визначаїмо кванти нормального розподілу Uq:

2.9

де, Vσ_a =0,3 – коефіцієнт варіації.

12. Знаходимо значення імовірності не руйнування місця концентрації [1, ст.374].

=93%

13. Перевіряємо виконання умови:

≥ γ=93%

Висновок: Умова про не руйнування вала при згинанні на заданих умовах навантаження виконується.

В разі, коли умова не виконується, необхідно виконати наступне:

1- Перевірити кількість циклів . Може їх потрібно зменшити коректуємо 0.

2- Збільшити коефіцієнт α σ (для цього потрібно збільшити конструктивні розміри d, r, b) або зменшити.

3. Взяти більш міцний матеріал з більшим значенням σв.

 

Приклад розрахунку.

Завдання: визначити ймовірність безвідмовної роботи, щільність ймовірності відмови та ймовірність появи відмови.

Вихідні дані: структурно-логічна схема

 

Рис. 6.1 Структурно-логічна схема

Розрахунки:

1. Розраховуємо інтенсивність відмов елементів системи за час t:

год^-1 (відмов/годину),

де

N = 9 - кількість відмов (згідно варіанту);

і − порядковий номер елементу (1...6);

Тоді:

2. Розраховуємо час роботи системи t:

год.

3. Складаємо структурно-логічну формулу ймовірності безвідмовної роботи системи:

Так як має місце нормальний закон розподілу (згідно варіанту), то ;

; ;

; ;

; .

4. Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи:

5. Вираз для визначення щільності ймовірності відмов:

; ; ;

; ; .

 

6. Визначаємо ймовірність появи відмов:

 

Висновок: визначено ймовірність безвідмовної роботи, щільність ймовірності відмови та ймовірність появи відмови для заданої структурно-логічної схеми.

 

7. Визначення середнього напрацювання до відмови

Приклад розрахунку

Завдання 1. Протягом деякого періоду часу проводилось спостереження за роботою одного автомобіля.

За весь період спостереження зареєстровано 15 відмов. До початку спостереження автомобіль пропрацював 26280 год, до кінця спостереження напрацювання автомобіля склало 131400 год. Визначити середнє значення напрацювання до відмови tср.

Розрахунок:

1. Визначаємо напрацювання автомобіля за період, що спостерігається:

t = t2 – t1 =131400-26280 = 105120 год

2. Визначаємо середнє напрацювання на відмову:

год.

Висновок: Середнє напрацювання на відмову склало tср = 7008 год.

 

Завдання 2. Проводилось спостереження за роботою трьох однакових автомобілів. За період спостереження було зафіксовано по 1-му автомобілі 6 відмов, по 2-му – 11, по 3-му – 8. Напрацювання 1-го автомобіля – 181 год, 2-го – 329 год, 3-го – 245 год. Визначити середнє напрацювання автомобілів на відмову.

Послідовність розрахунку:

1. Сумарне напрацювання всіх автомобілів:

год.

2. Сумарна кількість відмов:

відмов.

3. Середнє напрацювання на відмову:

год.

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання розрахунково-графічної роботи

з дисципліни „Надійність автомобілів” для студентів спеціальності 7.090258

“Автомобілі та автомобільне господарство”

всіх форм навчання

 

 

Затверджено

на засіданні кафедри АТЕ

Протокол № від 2010 р.

 

Черкаси 2011

 

Укладач: І.А. Шльончак

 

Відповідальний редактор:

 

Рецензент: Пилипенко О.М.

 

Завідувач кафедри: д.т.н., професор Пилипенко О.М.

 

 

Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни „Надійність автомобілів” для студентів спеціальності 7.090258 “Автомобілі та автомобільне господарство” всіх форм навчання / І.А. Шльончак, – Черкаси: РВВ ЧДТУ, 2010, - 51 с.

© Шльончак І.А. 2010

© ЧДТУ, 2010

 

 

Зміст
Вступ
Основні поняття та визначення надійності автомобілів
1. Визначення ремонтних затрат (рангів затрат)
2. Складання структурної схеми надійності та структурно-логічної формули
3. Визначення вимог до ресурсних показників складальних одиниць
4. Розрахунок імовірності неруйнування підшипників кочення
5. Розрахунок імовірності неруйнування валів та осей за критерієм міцності від втомленості за умов стаціонарного режиму навантаження
6. Розрахунок показників надійності невідновленої системи із постійними в часі інтенсивностями відмов елементів
7. Розрахунок характеристик невідновлюваних та відновлюваних автодеталей.
8. Розрахунок імовірності неруйнування клинових пасів
Література

 

 

ВСТУП

Наука про надійність техніки в цілому вивчає закономірності зміни показників працездатності об’єктів з часом, а також фізичну природу відмов і на цій основі розробляє методи, що забезпечують потрібну довговічність та безвідмовність роботи об’єктів з найменшими витратами часу і коштів.

Вирішення проблеми надійності – це значний резерв підвищення ефективності виробництва. Кожна вимушена зупинка автомобіля внаслідок пошкодження окремих елементів або зниження технічних характеристик нижче допустимого рівня, як правило, спричиняє великі матеріальні збитки, а іноді може мати катастрофічні наслідки.

Особливістю проблеми надійності є її зв'язок з усіма етапами проектування, виготовлення та використання автомобіля, починаючи з моменту, коли формується ідея та обґрунтовується створення нового автомобіля, до прийняття рішення про її списання.

Отже, проблема надійності комплексна, потребує вирішення у сферах виробництва й експлуатації автомобіля, акумулює та синтезує все те, що сприяє підвищенню працездатності окремих елементів та їхніх складових частин, віддзеркалює досягнення в галузі проектування, технології виготовлення та експлуатації.

Розрахунково-графічна робота передбачає виконання студентами практичних робіт, спрямованих на визначення показників надійності найбільш важливих вузлів та деталей автомобіля.

Основні поняття та визначення надійності автомобілів

Надійність – властивість об'єкта виконувати задані функції, зберігаючи в часі й у заданих межах значення встановлених експлуатаційних показників.

Об'єкт – технічний виріб визначеного цільового призначення, розглянутий у періоди проектування, виробництва, іспитів і експлуатації. Об'єктами можуть бути різні системи і їхні елементи.

Елемент – найпростіша складова частина виробу, у задачах надійності та діагностики може складатися з багатьох деталей.

Система – сукупність спільно діючих елементів, призначена для самостійного виконання заданих функцій.

Поняття елемента і системи трансформуються в залежності від поставленої задачі. Наприклад, автомобіль, при встановленні його власної надійності розглядається як система, що складається з окремих елементів – механізмів, деталей і т.п., а при вивченні надійності автотранспортного парку в цілому – як елемент.

Надійність об'єкта характеризується наступними основними станами і подіями.

Справність – стан об'єкта, при якому він відповідає усім вимогам, установленим нормативно-технічною документацією (НТД).

Працездатність – стан об'єкта, при якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення основних параметрів, установлених НТД.

Основні параметри характеризують функціонування об'єкта при виконанні поставлених задач.

Поняття справність ширше, ніж поняття працездатність. Працездатний об'єкт повинен задовольняти лише тим вимоги НТД, виконання яких забезпечує нормальне застосування об'єкта по призначенню. Таким чином, якщо об'єкт непрацездатний, то це свідчить про його несправності. З іншого боку, якщо об'єкт несправний, те це не означає, що він непрацездатний.

Граничний стан – стан об'єкта, при якому його застосування за призначенням неприпустимо або недоцільно.

Застосування (використання) об'єкта по призначенню припиняється в наступних випадках:

· при неприпустимому порушенні безпеки;

· при неприпустимому відхиленні величин заданих параметрів;

· при неприпустимому збільшенні експлуатаційних витрат.

Для деяких об'єктів граничний стан є останнім у його функціонуванні, тобто об'єкт знімається з експлуатації, для інших – визначеною фазою в експлуатаційному графіку, що вимагає проведення ремонтно-відновлювальних робіт.

У зв'язку з цим, об'єкти можуть бути:

невідновлювані, для яких працездатність у випадку виникнення відмови, не підлягає відновленню;

відновлювані, працездатність яких може бути відновлена, у тому числі і шляхом заміни.

До числа невідновлюваних об'єктів можна віднести, наприклад: підшипники кочення, напівпровідникові вироби, зубчасті колеса і т.п. Об'єкти, що складаються з багатьох елементів, наприклад, верстат, автомобіль, електронна апаратура, є відновлюваними, оскільки їхні відмови зв'язані з ушкодженнями одного або декількох елементів, що можуть бути замінені.

У ряді випадків той самий об'єкт у залежності від особливостей, етапів експлуатації або призначення може вважатися відновлюваним або невідновлюваним.

Відмова – подія, що полягає в порушенні працездатного стану об'єкта.

Критерій відмови – відмітна ознака або сукупність ознак, згідно яких установлюється факт виникнення відмови.