УДК 621.019.4
ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОДУКЦИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Н. А. Шавыкин, Б. П. Петрухин
Предложена модель оценки интенсивности отказов механических компонентов, деталей и узлов, учитывающая материалы, конструкцию и различные воздействующие факторы. Представлены данные, позволяющие оценить значения интенсивности отказов конкретных изделий.
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня в мире существует обширная справочная литература, изданная в виде научно-технической документации (НТД), позволяющая с той или иной точностью оценить показатели надежности приборов, устройств и систем. Эти методики, в силу их преимущественной востребованности, предназначены в основном для электронных и радиоизделий (ЭРИ). Значительно меньшее внимание уделено механическим элементам. Однако целый ряд устройств, таких как некоторые виды датчиков и приборов, включают с себя ряд механических элементов или полностью состоят из них. В данной работе предложены модели расчета интенсивности отказов. Приведены значения поправочных коэффициентов, учитывающих влияние внешних факторов и базовые значения интенсивности отказов основных механических элементов, деталей и узлов.
Предлагаемый вниманию читателей материал статьи является продолжением многолетней работы, связанной со сбором и обработкой данных по подконтрольной эксплуатации изделий, выпускавшихся ведущими предприятиями Минприбора СССР и других ведомств. Работа была начата по инициативе и под руководством члена-корреспондента АН СССР Б. С. Сотскова. Данные, приведенные в статье, являются наиболее полными из известных в этой области. Авторы надеются, что представленные сведения не утратили своей актуальности и позволят провести более полную оценку показателей безотказности приборов, датчиков и устройств систем управления. Авторы выражают признательность всем, кто способствовал получению исходных материалов, необходимых для данной работы.
МЕТОД ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ
Интенсивность отказов соединений, механических деталей, узлов и приборов определяется по формулам, приведенным в табл. 1, где Оо — интенсивность отказов соединения, детали или комплектующего изделия в номинальном режиме и нор-
мальных условиях (температура окружающей среды 20 ± 10 °С; относительная влажность 30...70 %; атмосферное давление 0,825...1,06-105 Па; отсутствие вибрации и ударов); п — число заклепок; / — длина шва паяного, сварного или клееного, м; р — масса приклеиваемой детали, г; о — площадь склеиваемой поверхности, см2.
Значения коэффициентов Кц, '12, '13, '14, '15 для соединений разъемных и неразъемных
Таблица 1
Интенсивность отказов соединений, механических деталей, узлов и приборов
Соединения, детали, комплектующие изделия, датчики, приборы Интенсивность отказов в состоянии:
рабочем нерабочем
Соединения неразъемные:
швы клепаные ^0«! л/П 0,^2 ТП
швы сварные, паяные, 0,0^1/ 00^1^2/
клееные
швы "корпус-компаунд" °0а1а2=т/
склеи по поверхности 00в1Р/о 00«1«2Р/о
Соединения разъемные резь-
бовые:
крепежные °0а1а2а£
уплотненные °0а1а£ат °0а1а2а£
передающие движение 00а1 00а1а2
Соединения разъемные: кли- 00а1 00а1а2
новые, штифтовые, шлицевые
Узлы передачи движения:
ременные Х0а1ак1ак2акзат 00а1а2
фрикционные 00а1а2
зубчатые 00а1а2
Оси, валы, кронштейны 00а1а2
Подшипники 00а1а2
Прокладки °0а1ат °0а1а2ат
Сильфоны и трубчатые пру- 00й1йсййап 00а1а2
жины
Крыльчатки датчиков расхода °0а1ат 00а1а2
Мембраны °0а1ат=Л 00а1а2
Манометры, вакуумметры с 00а1а2
трубчатыми пружинами
Пружины, муфты, часовые 00а1 00а1а2
устройства
28
Зепэогэ & Sysíems • № 6.2006
Таблица 2 Формулы для расчета коэффициента а^
Деталь, узел или изделие Расчетная формула
Соединения разъемные и неразъемные =1 =
(все типы), передачи движения (все ти- = 'ц'12'13'14'15 пы); детали механические, сильфоны и трубчатые пружины, крыльчатки, поплавки, муфты, демпферы, клапаны; манометры (все типы)
Часовые механизмы а1 = '13
Таблица 4
Значения коэффициентов Кц и
Условия эксплуатации 'ц(вибрации) '12(ударные нагрузки)
Неамортизиро- Амортизиро- Неамортизиро- Амортизиро-
ванная ванная ванная ванная
Лаборатории, приборостроительные предпри- 1,0 1,0 1,0 1,0
ятия, сборочные цеха
Судовые условия 3,0 1,0 1,2 1,0
Металлообрабатывающие цеха, электрические 5,0 1,5 2,5 1,5
станции
Предприятия металлургические, тяжелого маши- 8,0 2,5 4,0 2,0
ностроения, железнодорожный транспорт
Автотранспорт 8,0 3,0 10,0 3,0
Аппаратура прокатных станов, кузнечных моло- 10,0 3,0 15,0 5,0
тов, прессов
Таблица 5
Значения коэффициента К^з
Климат Кондиционер Отапливаемое помещение Неотапливаемое помещение
герметизированное негерметизи-рованное герметизированное негерметизи-рованное
Холодный 1,0 1,0 1,2 1,2 2,0
Умеренный, средняя полоса 1,0 1,0 1,2 1,0 1,3
Умеренный степной 1,0 1,0 1,1 1,1 1,3
Субтропический сухой 1,0 1,0 1,2 1,1 1,3
Субтропический влажный 1,0 — — 1,2 1,5
Морской холодный 1,0 1,1 1,5 1,3 2,0
Морской субтропический 1,1 — — 1,5 2,0
Таблица 3
Назначения коэффициентов Кц, К12, К1з, К14, К15
Воздействующие факторы Коэффициент
Вибрации '11
Удары '12
Климат, помещение '13
Качество обслуживания '14
Качество изготовления '15
(всех типов); механических деталей (сильфонов и трубчатых пружин, крыльчаток, поплавков для уровнемеров и др.), муфт, демпферов, клапанов, манометров всех типов приведены в табл. 4—6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренный материал позволит провести более полную оценку показателей безотказности приборов, датчиков и устройств систем управления.
Таблица 6
Значения коэффициента Кц и К-|5
Аппаратура '14 (обслуживание) '15 (изготовление)
Бытовая 5,0 2,0
Управление отдельны- 1,0 1,0
ми агрегатами
Транспорт 1,5 0,5
Управление технологи- 0,8 0,5
ческими процессами
Значения коэффициентов Кц, К12 для мембран
'11 (вибрация) '12(ударные нагрузки)
Условия эксплуатации Неамортизи- Амортизиро- Неамортизи- Амортизиро-
рованы ваны рованы ваны
Лаборатории, приборостроительные предприятия, 1,0 1,0 1,0 1,0
сборочные цеха
Судовые условия 5,0 1,0 2,0 1,0
Металлообрабатывающие цеха, электрические 8,0 2,0 4,0 2,0
станции
Предприятия металлургические, тяжелого маши- 10,0 3,0 4,0 2,0
ностроения, железнодорожный транспорт
Автотранспорт 10,0 3,0 10,0 3,0
Аппаратура прокатных станов, кузнечных моло- 10,0 3,0 15,0 5,0
тов, прессов
Таблица 8
Значения коэффициентов К^здля мембран
Климат Кондиционер Отапливаемое помещение Неотапливаемое помещение
герметизированное негерметизи-рованное герметизированное негерметизи-рованное
Холодный 1,0 1,0 1,2 1,2 2,0
Умеренный, средняя полоса 1,0 1,0 1,2 1,0 1,5
Умеренный степной 1,0 1,0 1,3 1,2 1,5
Субтропический сухой 1,0 1,0 1,5 1,2 2,0
Субтропический влажный 1,0 — — 1,5 2,5
Морской холодный 1,0 1,2 1,5 1,5 2,5
Морской субтропический 1,2 — — 2,0 3,0
Таблица 9
Значения коэффициентов Кц, К15 для мембран
Аппаратура '14 (обслуживание) '15 (изготовление)
Управление отдельными агрегатами 1,0 1,0
Транспорт 1,5 0,5
Управление технологическими процессами 0,8 0,5
Таблица 10
Значения коэффициента К^з для часовых механизмов
Климат Кондиционер Отапливаемое помещение Неотапливаемое помещение
герметизированное негерметизиро-ванное герметизированное негерметизиро-ванное
Холодный 1,0 1,0 1,2 1,2 2,0
Умеренный, средняя полоса 1,0 1,0 1,2 1,0 1,5
Умеренный степной 1,0 1,0 1,3 1,2 1,5
Субтропический сухой 1,0 1,0 1,5 1,2 2,0
Субтропический влажный 1,0 — — 1,5 2,5
Морской холодный 1,0 1,2 1,5 1,5 2,5
Морской субтропический 1,2 — — 2,0 3,0
30
Зепвогв & Зуэгетэ • № 6.2006
Значение коэффициента а2
Характер работы, вид изделия а2
Изделия, работающие при статической нагрузке (соединения разъемные и неразъемные, прокладки и т. п.) 10"1
Изделия, работающие при динамической нагрузке (валы, подшипники, зубчатые пары, мембраны, сильфоны, манометры, датчики давления, уровнемеры, расходомеры, часовые механизмы, муфты, клапаны) 10"2
Таблица 12 Назначение коэффициентов а„, ак, ат, ак, ап
Коэффициент, учитывающий: Коэффициент
диапазон нагрузки
конструкцию детали или узла ак
материал детали ат
нагрузку ак
наличие защиты от перегрузок ап
Таблица 13
Значение коэффициента ад для сильфонов и трубчатых пружин
—ту, МПа Менее 10,0 10,0...25,0 25,0...60,0 Более 60,0
ас 0,3 0,5 0,7 1,0
Таблица 14 Значение коэффициента ад для манометров с трубчатыми пружинами
рту, МПа Менее 10,0 10,0...25,0 25,0...60,0 Более 60,0
ас 0,45 0,6 0,8 1,0
Таблица 15
Значение коэффициента ак для резьбовых соединений
Фиксирующее устройство ак
Контргайка 0,50
Завальцованное пластмассовое стопорное кольцо 0,30
Пружинная шайба 0,10
Контргайка со смещенным шагом 0,05
Посадка на краску 0,01
Шплинт 0,01
Стопорная шайба 0,01
Фиксация пайкой 0,01
Фиксация керном 0,01
Фиксация сваркой 0,01
Значение коэффициента ак для фрикционных устройств
Контактный щелевой уплотнитель 3,0
Центробежный уплотнитель 2,0
Комбинированный уплотнитель 1,5
Таблица 17
Значение коэффициента ац для ременной передачи
Реверсивная передача 1,5
Нереверсивная передача 1,0
Таблица 18
Значение коэффициента а^ для ременной передачи
Отношение диаметра шкива к толщине ремня 10 15 20
ак2 5,0 1,0 0,2
Таблица 19
Значение коэффициента а^з для ременной передачи
Расположение шкивов ак3
Параллельные 1
Развернуты на 90° 2
Развернуты на 180° 5
Таблица 20
Значение коэффициента а^ для зубчатой передачи
Расположение шестерен ак
Между опорами 1,0
Вблизи опоры 1,3
Консольное 1,5
Таблица 21
Значение коэффициента аК для осей
Концентратор напряжений ак
Галтель 1,2
Шпоночная канавка 2,0
Шлицы 2,5
Таблица 22
Значение коэффициента ак для подшипников
Вид уплотнения ак
Контактное 0,3
Щелевое лабиринтное 0,15
Комбинированное 0,10
Без уплотнения 1,00
Таблица 25
Значение коэффициента ат для швов с компаундом
Усадка компаунда, % 0,2 0,5 1,0 2,0 5,0
ат 1 2 5 10 100
Таблица 24
Значение коэффициента ат для уплотненных резьбовых соединений
Вид уплотнения ат
Прокладка резиновая 0,3
Прокладка пластмассова
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.