Контрольные вопросы
1. Назовите основную задачу разработки требований к надёжности элементов механических систем.
2. Перечислите исходные данные для разработки требований к показателям надёжности элементов машин.
3. Что представляет собой поток отказов элемента?
4. Что такое ведущая функции потока отказов элемента?
5. Как определяется средняя наработка элемента до отказа?
6. Что такое интенсивность потоков отказов и как она определяется?
7. Как связаны между собой интенсивность потоков отказов и средняя наработка элемента до отказа?
8. Что такое поток отказов элемента с конечным временем его восстановления?
9. Что такое коэффициент готовности элемента и как он определяется?
10. Чему равна вероятность безотказной работы системы при последовательном соединении её элементов?
11. Чему равно число отказов системы до момента времени t с последовательным соединением элементов?
12. Как распределяется наработка до отказа механической системы между её элементами?
13. Как распределяется интенсивность отказов механической системы между её элементами?
14. Как распределяется среднее время восстановления механической системы между её элементами?
15. Как распределяется коэффициент готовности механической системы между её элементами?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
ИСПЫТАНИЕ И РАСЧЕТ РЕСУРСА ЭЛЕМЕНТОВ
МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПО КРИТЕРИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
6.1. Цель работы
Цель работы – освоение методики испытаний и расчета ресурса элементов механических систем по критерию долговечности.
6.2. Теоретические сведения
Ресурс – это суммарная наработка элемента от начала его эксплуатации или её возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
Предельное состояние элемента – это состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
Наработка – чистое время работы элемента или объем произведённой им продукции.
В результате действия переменных напряжений в элементах деталей машин со временем могут происходить необратимые явления, связанные с накоплением повреждений. Накопление повреждений приводит детали к предельному состоянию, которое может характеризоваться или их разрушением, или появлением трещин недопустимых размеров.
Процесс накопления повреждений в детали под действием переменных напряжений называют усталостью. Свойство материала детали сопротивляться усталости называют выносливостью.
Одной из основных особенностей напряженного состояния для большинства деталей строительных, дорожных и подъёмно-транспортных машин является сочетание постоянных и переменных составляющих напряжений (рис. 6.1 и 6.2).
Основными
характеристиками рассматриваемых видов
напряженного состояния деталей являются:
– максимальные
и минимальные напряжения цикла нагружения;
–
среднее
(постоянная составляющая) напряжение
цикла;
– амплитуда
(переменная составляющая) цикла
напряжений;
– период
одного цикла нагружения;
– коэффициент
асимметрии цикла напряжений.
(6.1)
Рис. 6.1. Параметры изменения напряженного состояния детали
Рис. 6.2. Режимы нагружения деталей
Сопротивление
циклическим нагрузкам существенным
образом зависит от коэффициента
асимметрии цикла r.
Центральное место занимает симметричный
цикл нагружения, когда r=-1,
,
В условиях симметричного цикла наблюдается наибольшее накопление повреждений в материале детали.
В качестве основных характеристик сопротивления усталости принимают кривые усталости (рис. 6.3), параметры которых определяют экспериментальным, расчетным или расчетно-экспериментальным методом.
Рис. 6.3.
Кривые усталости материала детали: а –
в координатах N
–
;
б – в координатах lg N – lg ; I – область, соответствующая пределу выносливости детали; II – область, соответствующая ограниченной выносливости детали
Кривая усталости (см. рис. 6.3, а) описывается выражением
(6.2)
где N
– число циклов перемен напряжений,
которое деталь выдерживает до разрушения
при заданном напряжении
;
– предел выносливости детали (максимальное
напряжение цикла, действие которого
при весьма большом, практически
неограниченном числе циклов нагружения
не вызывает разрушения детали); N0
– усталостная
долговечность (число циклов перемен
напряжений, которое выдерживает деталь
до разрушения при определенном напряжении
);
C
и
m
– эмпирические
коэффициенты. Для металлов величина N0
колеблется
в пределах от 106
до 25
107
циклов, а показатель m
изменяется в пределах от 3 до 20.
Кривая усталости (см. рис. 6.3, б) описывается выражением
(6.3)
У этой кривой четко фиксируется перелом с координатами lg и lg N0, а показатель m пропорционален котангенсу угла φ.
Ориентировочные значения показателей N0 и m приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Значения показателей N0 и m
Элементы конструкций, подлежащие расчёту |
N0 |
m |
1. Детали машин, испытывающие напряжения, пропорциональное нагрузкам (на изгиб, сжатие, кручение) |
10 106 |
8 – 9 |
2. Валы, работающие на кручении |
(5–10) 106 |
3,5 – 6 |
3. Зубчатые колёса, ходовые колёса, катки при расчёте на контактную прочность |
10 106 |
3 |
4. Металлоконструкции листовые сварные |
2 106 |
6 |
5. Металлоконструкции решетчатые сварные |
5 106 |
3 - 4 |