Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 145
Скачиваний: 3
М. А. Елизаветин
ПОВЫШЕНИЕ
НАДЕЖНОСТИ
МАШИН
(Техно л о ги чески е основы
повы ш ения надеж ности машин
ИЗДАНИЕ 2-ОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
МОСКВА • «МАШИНОСТРОЕНИЕ» • 1973
fc.0 1
УДК 621.002.235.62—192
Елизаветин М. А. Повышение надежности машин. Изд. 2-е переработ. и доп. М., «Машиностроение», 1973, 430 с.
В книге рассмотрены технологические основы на дежности машин и методы оценки ее в процессе про ектирования и производства. Приведены данные по обеспечению надежности при разработке, проектиро вании и производстве машин. Показано влияние ма
териалов, |
способов и режимов формообразования, |
а также |
методов упрочнения рабочих поверхностен |
деталей на эксплуатационные свойства и надежность машин. Изложены основные методы обеспечения на дежности при сборке, испытании и эксплуатации ма шин. Даны новые материалы по методам упрочнения деталей.
Книга предназначена для инженерно-технических работников машиностроительных заводов, конструк торских бюро и научно-исследовательских институтов.
Табл. 30, ил. 135, список лит. 117 назв.
Рецензент д-р техн. наук проф. Ф. В. СЕДЫКИН
3133—082
82—БЗ—25—72
038(01)—73
©Издательство «Машиностроение», 1968 г.
©Издательство «Машиностроение», 1973 г. с изменениями.
ВВЕДЕНИЕ
В пятилетием плане |
развития |
народного |
хозяйства СССР |
|||||
на 1971 —1975 гг. |
предусматривается |
всемерное |
улучшение |
|||||
качества |
продукции |
во |
всех |
отраслях |
народного |
хозяйства. |
||
Качество |
изделий — это |
совокупность |
свойств, определяющих |
|||||
степень пригодности |
изделий |
для |
наиболее |
экономичной экс |
плуатации по прямому назначению. Чем больше их эксплуата ционная полезность, тем выше степень удовлетворения потреб ностей общества при данном объеме производства продукции, при данных затратах живого и овеществленного труда на это производство. В программе КПСС сказано, что систематическое повышение качества продукции является обязательным требо ванием развития экономики. Качество продукции советских предприятий должно постоянно повышаться. Для этого необхо димо применять широкую систему мероприятий, включая обще ственный контроль, повышать роль показателей качества про дукции в планировании, в оценке работы предприятий, в социа листическом соревновании.
Для гарантии определенного качества изделий и стимулиро вания производства изделий высокого качества в нашей стране введена государственная аттестация качества продукции. Для обозначения аттестованной продукции введен Государственный знак качества. Знак качества присваивается такой продукции, показатели качества которой превышают требования, установ ленные стандартами, и соответствуют высшим показателям качества, достигнутым в отечественной и зарубежной промыш ленности. Обязательным условием аттестации является стабиль ность качества продукции, обеспечиваемая строгим соблюде
нием технологической дисциплины и высокой культурой произ водства [18].
Одним из основных показателей, характеризующих качество современных изделий, является надежность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого проме жутка времени или требуемой наработки. Надежность есть комплексный показатель, который обусловливается безотказно стью, ремонтопригодностью, сохраняемостью и долговечностью.
Наука о надежности изучает изменение показателей работо способности изделий с течением времени и на основании этого
разрабатывает методы, обеспечивающие повышение надежности и долговечности с наименьшей затратой времени и средств.
Задачи повышения надежности изделий машиностроения являются весьма сложным комплексом различных проблем. Этот комплекс включает проблемы создания исходных мате риалов, обладающих необходимыми физико-механическими свойствами при условии их высокой стабильности; проблемы, связанные с дальнейшим совершенствованием методов разра ботки конструкций изделий и с технологическими факторами изготовления, сборки, контроля и регулировки изделий.
При производстве современных машин бывает недостаточно
обеспечить |
согласно поставленным |
требованиям |
минимальную |
||||
удельную |
металлоемкость |
и трудоемкость изготовления |
или |
||||
максимальную |
надежность. |
Такое |
решение часто |
приводит |
|||
к созданию неоправданно облегченных конструкций |
из |
мате |
|||||
риалов, не обеспечивающих |
надежную работу |
изделий, или |
|||||
к предъявлению |
чрезмерно жестких требований |
к материалам, |
технологии изготовления и сборке изделий. Поэтому при созда нии машин с высокими технико-экономическими показателями важно установление не максимальных или минимальных, а оптимальных требований, достаточных для того, чтобы была обеспечена возможность экономически выгодного и целесооб
разного их использования.
Правильно сконструированные машины и оборудование оказываются ненадежными, если они недоброкачественно изго товлены. Как показывают многочисленные исследования, этот фактор в настоящее время является решающим, так как 60— 70% отказов в работе машин возникает по вине заводов-изго- товителей. Поэтому наряду с работами по созданию наиболее эффективных конструкций машин требуется резкое улучшение технологии их изготовления. Эта задача должна решаться ком плексно по всему производственному циклу.
При изготовлении литых, кованых и других видов заготовок требуется дальнейшее исследование факторов, влияющих на получение стабильной структуры при отсутствии остаточных напряжений, а также обеспечивающих требуемые физико механические свойства металла. В связи с этим необходимо решить вопросы установления и обеспечения заданных темпе ратурных режимов при литье, ковке и штамповке, а также совершенствовать методы снятия напряжений, возникающих в процессе производства.
Во многих случаях надежность машин определяется долго вечностью трущихся пар и для некоторых видов оборудования (металлорежущие станки, строительные и дорожные машины, полиграфическое и ткацкое оборудование) первостепенное значение имеет повышение износостойкости деталей. Поэтому важной проблемой является внедрение и дальнейшее развитие работ по изысканию эффективных средств упрочнения поверх
ностных слоев деталей, а также по повышению стабильности процессов упрочняющей обработки. Общеизвестные способы поверхностного насыщения стали и покрытия легирующими эле ментами (углеродом, азотом, хромом, никелем) должны быть дополнены изысканием новых легирующих добавок. Требуют также дальнейшего совершенствования и сами ,методы упроч нения поверхностных слоев, в первую очередь путем применения электрических способов, а также более целесообразной техно логии их осуществления. Необходимо расширить работы по дальнейшему совершенствованию процессов наплавки, изготов лению биметаллических изделий, процессов сварки в вакууме, методов упрочняющей поверхностной обработки, а также разви вать работы по применению синтетических материалов.
Большее внимание следует уделять вопросам качества механической обработки, в первую очередь финишным опера
циям. |
Широкое |
внедрение алмазно-абразивной обработки, |
а также |
развитие |
электрофизических и электрохимических ме |
тодов позволяют значительно ускорить проведение и повысить качество финишных операций, обеспечивающих получение необ ходимой шероховатости поверхности и точности обработки. Для тонкостенных деталей имеет значение применение методов финишной обработки с минимальной силой, воздействующей на обрабатываемое изделие. Таким требованиям удовлетворяют электрохимическая, ультразвуковая, гидроабразивная и другие виды обработки. Наряду с финишной обработкой, осуществляе мой путем удаления слоя металла, следует более широко при менять методы тонкой пластической деформации, при которых точность формы и требуемое состояние поверхности изделия достигаются уплотнением наружных слоев металла. Тонкое пластическое деформирование позволяет получить не только необходимую макро- и микрогеометрию поверхности, но и по высить износостойкость и создать благоприятные напряжения, способствующие в ряде случаев повышению эксплуатационных свойств машин.
Общим требованием к технологии производства изделий машиностроения является повышение ее стабильности, гаран тия отсутствия случайных отклонений от заданных технических условий, возможность автоматической регулировки технологи ческого процесса. При этом необходимо производить объектив ный контроль качества и в первую очередь развивать средства автоматического контроля, управляющего процессом или ис ключающего возможность выпуска изделий с отступлением от технических условий.
Наука о надежности машин, краткие технологические основы которой излагаются в настоящей работе, определилась как самостоятельная отрасль знаний. К основным вопросам теории надежности машин можно отнести: теорию физико-химического старения (теория фрикционного износа, пластического усталост
ного разрушения и других видов разрушений); статистическую теорию надежности (методы оценки и расчета надежности, сбо ра и анализа данных об отказах, теория надежности схем, методы испытаний, моделирование и др.) ; методы конструиро вания надежных машин (методы экономического анализа на дежности, методы учета воздействия окружающей среды, техническая психофизиология); методы обеспечения надежно сти в процессе производства (методы оценки материалов и технологических процессов изготовления деталей и сборки машин по показателям надежности, оценка надежности изго товленных машин, культура производства, экономика производ ства); теорию эксплуатации и ремонт (методы обеспечения сохранности и поддержания надежности, методы ремонта); эко номику надежности машин.
Современная наука о машинах рассматривает во взаимной связи вопросы теории машин на всех этапах их создания и эксплуатации. При этом на каждом этапе создания машин должны быть использованы современные методы разработки, проектирования и производства машин, обеспечивающие повы шение их надежности.
Практика отечественного и зарубежного машиностроения подтверждает, что для успешного решения задач по выпуску современных машин с высокими технико-экономическими показателями следует в процессе их разработки, проектирова ния и производства применять метод конструктивно-технологи ческого формирования. Конструктивно-технологическое форми рование заключается во внедрении новых конструктивных форм, рабочих процессов, современных материалов и способов произ водства и выборе оптимальных конструктивно-технологических решений с учетом эксплуатационных свойств и принятых показателей надежности. Основой конструктивно-технологиче ского формирования является: контроль за техническим уров нем проектируемых и выпускаемых изделий с тем, чтобы надежность и другие показатели качества новых и ранее осво енных изделий опережали лучшие достижения промышленности; повышение роли стандартов, нормалей, типажей, расширение унификации и преемственности конструкций; повышение требо ваний, предъявляемых к качеству продукции, обусловленных в стандартах, технических условиях и другой нормативной тех нической документации; обеспечение строгой технологической дисциплины (соблюдение на всех участках производства техни ческих условий и обеспечение стабильности технологических процессов, производственных инструкций, рецептур, методов контроля и других регламентов, зафиксированных в действую щей технической документации); установление и точное соблю дение системы контроля за качеством материалов, полуфабри катов, комплектующих изделий и выпускаемой продукции; широкое вовлечение всех работников предприятий в движение
за высококачественное изготовление продукции на каждой опе рации и сдачу ее в ОТК и заказчику с первого предъявления (Саратовская система).
Любое из указанных направлений, осуществляемое вне связи с другими, не обеспечивает комплексного и полного решения задачи. Реализация указанных мероприятий на передовых заводах осуществляется по специально разработанным систе мам, обеспечивает высокую эффективность производства.
Так, например, для повышения качества, надежности и ре сурса разработана система КАНАРСПИ (качество, надежность, ресурс, с первого предъявления). Эта система обеспечивает высокое качество изделий, надежность и оптимальную долговеч ность сложных машин с первых изделий при минимальном времени освоения серийного выпуска машин. Система КАНАРСПИ включает следующие основные направления: соз дание опытного образца с заложенными основами надежности; совершенствование конструкции изделий; внедрение новейших методов моделирования; тщательное испытание первых машин для устранения конструктивных недостатков; совершенствова ние действующих и внедрение новых технологических процессов; внедрение объективных методов оценки качества и, в частности, статистических; изготовление изделий строго по чертежам и тех ническим условиям.
Большой вклад в повышение надежности изделий внесли коллективы Ярославского объединения «Автодизель» и Кремен чугского автомобильного завода. В основу разработанной кол лективом Ярославского ордена Ленина моторного завода систе мы НОРМ (научной организации работ по увеличению мото ресурса двигателей) заложен принцип планомерного и периоди ческого увеличения моторесурса и обеспечения достигнутого уровня в производстве и эксплуатации.
Задача книги заключается в кратком изложении технологи ческих основ производства машин, обеспечивающих повышение их надежности. В работе не ставится задача подробного описа ния отдельных технологических процессов изготовления и сбор ки машин. Этим вопросам посвящена специальная литература применительно к отдельным отраслям машиностроения и при боростроения.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН
Старение материалов деталей машин
Старение металлов и сплавов. Обычно старение обусловлено недостаточно стабильным (неравновесным) состоянием мате риала и постепенным его переходом в стабильное (равновесное) состояние. Этот переход может быть связан со структурными превращениями или представляет собой релаксационный про
цесс [66].
При старении может происходить как ухудшение, так и улучшение физико-химических свойств материалов или нередко улучшение одних свойств при одновременном ухудшении других. В процессе производства применяют искусственное старение ма териалов для улучшения или стабилизации некоторых их
свойств. |
|
металлов и |
сплавов |
следует |
считать |
процессы |
||
Старением |
||||||||
изменения |
их |
свойств в зависимости |
от |
времени, |
связанные |
|||
с любыми |
превращениями |
металлов |
и сплавов |
в твердом со |
||||
стоянии. По данным Я. С. |
Уманского |
и других |
исследователей |
к основным видам превращений в твердом состоянии относятся: полиморфное (аллотропическое) превращение, мартенситное превращение и распад мартенситной структуры, растворение в твердом состоянии и распад пересыщенных твердых растворов, упорядочение и разупрочнение твердых растворов, образование твердого раствора из эвтектоидной смеси и звтектоидный
распад. |
|
|
|
быть |
разделены |
|
Перечисленные виды превращений могут |
||||||
на две группы: 1) превращения, |
протекающие |
без |
изменения |
|||
химического состава образующихся при |
изменении |
фаз |
(свя |
|||
занные |
только с изменением |
кристаллической |
структуры); |
|||
2) превращения, сопровождающиеся образованием фаз |
с изме |
|||||
ненным |
химическим составом. В |
первой |
группе превращений |
облегчается возникновение и рост зародышей новой фазы. Для этих зародышей не нужна флуктуация концентрации компо
нентов |
и |
диффузия одного |
из |
компонентов |
к |
возникшему |
|||
зародышу. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Без |
изменения химического состава фаз |
протекают |
поли |
||||||
морфные |
превращения |
и |
превращения |
мартенситного |
типа |
||||
(являющиеся особым |
случаем |
полиморфного превращения), |
|||||||
а также |
упорядочение |
и разупрочнение |
твердых |
растворов. |