Навчальна програма, методичні вказівки

До РОЗГЛЯДУ тем, які вивчаються

2.1 Вступ (2 години)

Література: [1], с.8-14; [2], с.3-5; [3], с.4-9; [4], с.7-9.

Зміст, обсяг, мета і задачі дисципліни, порядок вивчення дисципліни. Значення проблеми підвищення надійності і довговічності машин. Зв’язок курсу із суміжними дисциплінами, напрями забезпечення надійності машин і механізмів. Роль стандартів у підвищенні якості і надійності автомобілів і їхніх агрегатів і систем.

При розгляді проблеми підвищення надійності двигунів студент повинен чітко розібратися в номенклатурі показників якості ДВЗ і місцем надійності в ній.

Далі необхідно розглянути питання співвідношення: якості й кількості, надійності до розмірів і маси виробів; надійності і швидкості; надійності і точності; автоматизації й надійності; ціни надійності; надійності й економіки.

При вивченні питання зв'язку дисципліни із суміжними дисциплінами звернути увагу на роль і значимість: теорії ймовірностей і математичної статистики, теорії тертя й зношування, розділів динаміки й міцності машин, філософських категорій і закономірностей.

Проаналізувати наявність ДСТУ, що регламентують розгляд питань надійності в проектуванні, виготовленні й експлуатації двигунів внутрішнього згорання.

Питання для самоперевірки

1. Що розуміється під якістю ДВЗ та у якому співвідношенні знаходяться якість та надійність?

2. Яке значення проблеми підвищення надійності ДВЗ?

3. Яке значення теорій: математичної статистики, ймовірностей у визначенні надійності ДВЗ?

4. Які філософськи аспекти мають місце у розгляданні питань надійності ДВЗ?

2.2 Надійність. Основні поняття (4 години)

Література: [1], с.164-169; [2], с.6-12, 49-56; [3], с.5-27; [4], с.13-34; [5], с.39-40, [6], с.5-15.

Основні поняття і визначення, прийняті в теорії надійності: об'єкти і становища об'єктів, аналізованих у теорії надійності. Основні властивості об'єктів: працездатність, безвідмовність, ремонтопридатності, довговічність, збереження і надійність. Методи оцінки властивостей надійності об’єкту. Надійність складних виробів і їх одиничні та комплексні показники: наробіток, ресурс, відмова, інтенсивність відмов, наробіток і відмова та ін.

У першу чергу студентові необхідно розглянути й проаналізувати співвідношення таких понять як: система, об'єкт, елемент, компонент і навколишнє середовище. Навчитися визначати місце розглянутих деталей, вузлів, механізмів, систем відносно структурно-логічного ряду: система → об'єкт → елемент → компонент.

Далі вивчити поняття безвідмовності як властивості надійності ДВЗ, для чого: визначитися зі змістом даного визначення за ДСТУ, розібратися в його сутності залежно від періодів експлуатації; ролі понять справності - несправності, працездатності - непрацездатності, ушкодження, дефекту, відмови, граничного стану, у визначенні технічного стану аналізованого елемента ДВЗ.

Потім вивчити поняття ремонтопридатності ДВЗ, для чого: визначитися зі змістом даного визначення за ДСТУ, розглянути питання розподілу об'єктів на відновлювані й не відновлювані, ремонтопридатні й не ремонтопридатні.

При вивченні властивості надійності - довговічність звернути увагу на прояв граничного стану розглянутого компонента, елемента, об'єкта двигуна як системи ДВЗ, залежно від його технічного стану. У зв’язку з тим що наробіток і ресурс визначають довговічність ДВЗ у цілому, то необхідно чітко визначитися зі змістом таких понять як наробіток до відмови й на відмову, ресурс, призначений ресурс, залишковий ресурс, термін служби.

При вивченні властивості надійності ДВЗ зберігати значення показників безвідмовності, довговічності й ремонтопридатності протягом періоду зберігання й після нього, а також транспортування, звернути увагу на питання опірності конструкції ДВЗ впливу факторів навколишнього середовища. Визначитися зі значимістю підвищення й зниження температури, зміни вологості повітря на прояв корозії металів, старіння полімерних матеріалів, погіршення властивостей мастильних матеріалів використовуваних у конструкції ДВЗ.

Студент повинен знати визначення кожного з одиничних показників, що використаються для характеристики безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності й збереженості, а так само мати на увазі, що при цьому можуть використатися параметричні (імовірнісні) і непараметричні (статистичні) способи їхньої оцінки. При вивченні комплексних показників: коефіцієнта готовності, коефіцієнта оперативної готовності, коефіцієнта технічного використання, коефіцієнта планованого застосування, студент повинен усвідомити зміст і значимість величин вхідних у формули для їхнього визначення.

Питання для самоперевірки

1. Що розуміється під властивістю надійності ДВЗ?

2. Дайте визначення поняттю: безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, збереженість ДВЗ.

3. Які розрізняють методи оцінки показників надійності, на чому вони ґрунтуються?

4. Чим визначається технічний стан ДВЗ при розгляді його безвідмовності?

5. Які одиничні показники застосовуються для характеристики безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності, збереженості?

6. Які стани деталей, вузлів і механізмів ДВЗ розглядаються при аналізі питань їхньої ремонтопридатності?

7. Охарактеризуйте граничний стан механізмів і систем ДВЗ.

8. Яке співвідношення понять: справність - дефект - відмова?

9. Які види ресурсів розрізняють при розгляді довговічності ДВЗ? Дайте визначення кожному виду.

10. Які види наробітків розрізняють при розгляді безвідмовності ДВЗ? Дайте визначення кожному виду.

11. У чому полягає сутність застосування одиничних показників надійності?

12. У чому полягає сутність застосування комплексних показників надійності?

13. Яке співвідношення показників що визначають коефіцієнт готовності ДВЗ?

14. Яке співвідношення показників що визначають коефіцієнт технічного використання ДВЗ?

15. Яке співвідношення показників що визначають коефіцієнт планованого використання ДВЗ?

2.3 Поняття теорії ймовірності щодо визначення показників надійності двигунів (6 годин)

Література: [1], с.142-153; [2], с.14-45; [3], с.49-56; [4], с.12-27; [5], с.23-38, [6], с.60-130.

Поняття теорії ймовірностей щодо визначення показників надійності двигунів: події, величини, процеси, статистичні та ймовірності показники надійності. Розподіл випадкових величин, їх характеристика та закони їх розподілу: математичне чекання, дисперсія, середньоквадратичне відхилення, коефіцієнт варіації, закон нормального розподілення, експоненціальний закон, закон розподілення Вейбула. Визначення показників безвідмовності: ймовірність безвідмовної роботи, частота відмов, середнє напрацювання до відмови, середнє напрацювання на відмову, інтенсивність відмов, параметр потоку відмов.

При вивченні даної теми студент повинен згадати основи теорії ймовірностей і математичної статистики вищої математики, що розглядалася в курсі дисциплін, приділяючи при цьому увага наступним специфічним поняттям як: випробування (дослідження), подія, випадкова величина, імовірність події, статистична ймовірність події, частота. Необхідність такий обумовлена тим, що прояв відмови в механізмах і системах двигуна або зміна параметрів їх що характеризують розглядається як подія: імовірнісне, випадкове, неможливе, рівно можливе, спільне (неспільне), залежне (незалежне). У зв'язку із цим студент повинен представляти ступінь оцінки тієї або іншої події, наслідку, прояву якого спричиняє зміну технічного стану ДВЗ.

Розглядаючи функції розподілу випадкових величин, кількісно оцінюючі випадкові події, студент повинен чітко знати, що розуміється під випадковою величиною при визначенні рівня показника надійності як компонента, як елемента, так і ДВЗ у цілому. Відповідно до цього студент повинен зрозуміти роль статистичних характеристик випадкових величин і знати їхнього визначення.

Нерівнозначність зміни параметрів роботи вузлів, механізмів, систем ДВЗ залежно від умов і характеру взаємодії спричиняється розходження в ступені підпорядкування випадкових величин законам їхнього розподілу з характерними ним параметрами розподілу. У зв'язку із цим студений, повинен визначитися із сутністю використовуваних законів розподілу, мати подання про графічний вид і аналітичне вираження: інтегральної функції розподілу F (x), щільності розподілу f (x) розглянутої випадкової величини (відмови, зміни параметра, експлуатаційного впливу).

Розглянувши питання статистичного й імовірнісного визначення показників надійності, студент повинен навчитися застосувати аналітичні розрахунки залежно від наявності інформації. Із цією метою по розглянутій темі студент заочної форми навчання виконує завдання контрольної роботи № 1.

Питання для самоперевірки

1. Який графічний вид має інтегральна функція розподілу безперервної випадкової величини, зобразите графік?

2. Який графічний вид має диференціальна функція розподілу безперервної випадкової величини, зобразите графік?

3. Перелічите статистичні характеристики випадкових величин.

4. Напишіть формулу диференціальної функції для нормального закону розподілу випадкових величин, дайте пояснення величин, її визначальних.

5. Напишіть формулу диференціальної функції для експонентного закону розподілу випадкових величин, дайте пояснення величин, її визначальних.

6. У яких випадках для оцінки надійності ДВЗ береться до увазі нормальний закон розподілу і що при цьому розуміється під випадковою величиною?

7. Коли для оцінки надійності ДВЗ береться до увазі експонентний закон розподілу і що при цьому розуміється під випадковою величиною?

8. Яким чином визначаються статистичні показники безвідмовності ДВЗ, напишіть формули визначення: R (t), Q (t), T_m, λ (t), w (t)?

9. Якім чином визначаються імовірності показники безвідмовності ДВЗ, напишіть формули визначення: R (t), Q (t), T_m, λ (t), w (t)?

2.4 Класифікація відмов, механізми поточних та ресурсних відмов двигунів (6 годин)

Література: [1], с.64-77, 117-135; [2], с.69-126; [3], с.30-40; [4], с.56-83, [6], с.17-58.

Проявлення и класифікація відмов: повна і часткова відмова, катастрофічна і параметрична, поступові по розвитку і раптові по прояві, що діагностуються і що не діагностуються, небезпечні і безпечні, конструкційні, виробничі й експлуатаційні. Експлуатаційні навантаження для автомобільних, тракторних, тепловозних, судових двигунів. Невстановлені режими та перехідні процеси, їх вплів на надійність двигунів. Знос вузлів тертя двигунів: сухе, граничне, рідинне тертя; механічний і молекулярно-механічний знос, старіння матеріалів деталей, кавітаційне руйнування деталей.

Для вивчення даної теми студентові необхідно усвідомити класифікацію відмов залежно від: ступеня впливу на працездатність; фізичного характеру прояви; характеру зміни параметрів двигуна, розглядаючи при цьому для кожної відмови характерні ознаки, що проявляються по взаємодії деталей у вузлах, механізмах і системах. Доцільним буде згрупувати вивчені можливі відмови у двигуні й зобразити класифікацію у вигляді схеми в зошитах для самостійної підготовки.

У зв'язку з тим, що навантаження деталей, вузлів, механізмів повною мірою спричиняються проявам відмов, далі студентові необхідно приділити увага розгляду питань ступеня впливу сталих і несталих експлуатаційних режимів роботи двигунів: і автомобільних, і тракторних, і тепловозних, і суднових на їхню безвідмовність та довговічність.

Важливим є питання про зрозуміння студентом механізмів ресурсних і фізичних відмов, що виникають, як правило, і у твердих тілах (обсягах матеріалів деталей) і на поверхнях - зноси. Для цього необхідно розглянути: процеси, з якими супроводжується взаємодія деталей при їхньому терті й зношуванні: пластичне й пружне деформування, абразивне, корозійне, теплове, утомне, окисне, кавітаційне зношування; види тертя по наявності мастильного матеріалу, для яких тертьові поверхні у двигуні вони будуть характерні. Доцільно розглянути схему контактної взаємодії локальних ділянок поверхонь тертя, навести параметри оцінки режимів змазування, триботехнічні характеристики.

Тому що процеси контактної взаємодії поверхонь різних деталей двигуна обумовлені тертям, тобто відносним переміщенням, те доцільним буде звернути особливу увагу на питання впливу якості й структури поверхні на збережуваністі заданих властивостей матеріалів залежно від умов і режимів взаємодії між собою.

Для наочності зміни таких властивостей матеріалів як твердість, міцність, ударна в'язкість, пластичність при старінні доцільним буде розглянути графічні залежності зміни таких за часом, а також з’ясувати діаграму стану двохкомпонентного металевого сплаву за схемою «загартування-старіння». Графіки рекомендується відобразити в зошитах для самостійної підготовки.

Питання для самоперевірки

1. По яких ознаках можна класифікувати відмови у ДВЗ?

2. Що розуміється під детонаційною відмовою?

3. Приведіть приклади поступових відмов у системі змазування ДВЗ.

4. Приведіть приклади заносних відмов у кривошипно-шатунному й газорозподільному механізмах ДВЗ.

5. Якими ознаками можна охарактеризувати несталий режим роботи ДВЗ?

6. Який вплив роблять несталі режими роботи на надійність ДВЗ?

7. Що розуміється під перехідним процесом роботи ДВЗ, чим він характеризується?

8. Які відмінності між граничним і рідинним тертям? Приведіть формулу, яка це може визначити.

9. Дайте визначення абразивному, пластичному, утомному, окисному зношуванню деталей ДВЗ.

10. У результаті чого виникає кавітаційне зношування поверхонь, для яких деталей воно характерно у конструкції ДВЗ?

2.5 Методи оцінки надійності двигунів внутрішнього згорання (8 годин)

Література: [1], с.316-322, 325-327; [2], с.130-205; [3], с.49-60, 118-123; [4], с.128-157.

Обробка експериментальних даних відносно надійності двигунів: облік емпіричної інформації для аналізу надійності, графічне інтерпретування розподілення ймовірностей експериментальних даних відносно надійності двигунів. Аналітичні методи прогнозування надійності двигунів на етапах їх утворення, виробництва та експлуатації: задачі прогнозування, загальна характеристика методів прогнозування надійності, порядок прогнозування загальної надійності, вибір і розрахунок норм надійності, методика прогнозування структурної надійності, прогнозування загальної надійності, надійності з резервуванням, прогнозування остаточного ресурсу двигуна. Оцінка надійності по результатам випробувань. Методика проведення випробувань на зносостійкість антифрикційних матеріалів в трибоз’єднаннях, що лімітують ресурс двигуна в цілому. Випробування модельних, натурних трибоз’єднань в умовах наближених до експлуатаційних.

Емпірична інформація та її обробка є одним зі способів одержання даних по реальній надійності ДВЗ. Характер і зміст такої інформації залежить від цілого ряду фактів, починаючи з типу двигуна й закінчуючи специфікою випробування на надійність. У зв'язку із цим студент при вивченні питань збору й обліку інформації повинен чітко мати уяву, про які дані йде мова і які документи для цього використовуються відповідними службами.

Оскільки формований масив даних по відмовах є основою для графічного вираження щільності розподілу наробітки на відмову й інтенсивності відмов, то засвоєння студентом методики побудови гістограм f (t), λ (t) доцільно для оволодіння прийомами обробки експериментальних даних, що необхідно для наступного аналізу, наприклад, досліджуваної партії двигунів. Із цією метою студент заочної форми навчання виконує завдання контрольної роботи № 2.

Для прогнозування можливої втрати працездатності й ефективних заходів щодо її запобігання використовують аналітичні розрахунки із застосуванням вихідних даних можливих експериментальних значень показників надійності. У зв'язку із цим студенту необхідно ознайомиться й навчитися користуватися методикою прогнозування загальної надійності ДВЗ, а саме: проводити аналіз видів відмов при роботі ДВЗ, аналізувати специфічні особливості виробу, проводити розчленовування виробу на окремі елементи, становити функціональну структурну схему (структурну модель) розглянутого вузла двигуна, проводити вибір і здійснювати розрахунок норм надійності. Так як у методиці прогнозування надійності обмовляється питання про структурну схему вузла, механізму, системи, то володіння студентом особливостями оцінки структурної надійності відіграє важливу роль у його наступному вмінні проводити оцінку в цілому. Тут необхідно розглянути порядок розрахунку й результуючої ймовірності безвідмовної роботи схеми при послідовному, паралельному й змішаному з'єднанні елементів, й напрацюванні на відмову, й інтенсивності відмов, при чому як елементів, так і всієї аналізованої структурної схеми в цілому.

Із цією метою студент заочної форми навчання по вивченню теоретичного матеріалу виконує завдання контрольної роботи № 3.

По наявності інформації про зміну параметрів, що характеризують роботу механізмів і систем двигуна здійснюється прогнозування його залишкового ресурсу. Для розгляду даного питання студент повинен проаналізувати величини, що входять до складу вираження по визначенню залишкового ресурсу, а саме: сумарну напрацюванні з початку експлуатації, граничне й початкове значення досліджуваного параметра, значення параметра в момент визначення технічного стану, показник ступеня, що характеризує швидкість зміни параметра. Доцільним буде зобразити графічно розміщення величин на прямій від початку експлуатації до списання.

Питання для самоперевірки

1. Які відомості враховуються при складанні інформаційної карти ДВЗ?

2. Які документи використаються для обліку експлуатаційної інформації?

3. Які показники включає норма надійності двигуна?

4. Які розрізняють варіанти аналітичних розрахунків норм надійності?

5. При яких допущеннях може виконуватися орієнтовний розрахунок надійності ДВЗ?

6. Яким вираженням визначається результуюча ймовірність безвідмовної роботи при послідовному з'єднанні елементів? Напишіть формулу.

7. Яким вираженням визначається результуюча ймовірність безвідмовної роботи при паралельному з'єднанні елементів? Напишіть формулу.

8. Яким відношенням визначається залишковий ресурс ДВЗ? Напишіть формулу, поясніть величини вхідні в її склад.

2.6 Забезпечення надійності двигунів на стадіях виробництва й експлуатації (6 годин)

Література: [1], с.208-214; [2], с.239-252; [3], с.78-113; [4], с.161-192, [6], с.231-294.

Шляхи підвищення надійності двигунів: конструкційні, технологічні, експлуатаційні принципи. Оптимізація параметрів та характеристик двигунів за критерієм надійності: вихідні параметри, регулювання двигуна, характеристики моторних палив. Технологічні засоби підвищення надійності: вибори засобу одержання заготовки, забезпечення точності, якості поверхні, термічне і хіміко-термічне зміцнення робочих поверхонь. Захисні і зносостійкі покриття. Покриття, які формуються: способом фінішної антифрикційної безабразивної обробки (ФАБО) робочих поверхонь деталей приборів, механізмів в поверхнево-активних середовищах; при застосування присадок до моторних мастил. Механічні засоби зміцнення робочих поверхонь деталей. Статичне і динамічне балансування. Підвищення якості збирання, обкатування і випробування при виготовленні двигунів.

Для вивчення питань даної теми студентові необхідно, насамперед, усвідомити наступне. З позиції надійності - оптимальної є така конструкція двигуна і його елементів, коли з найменшими витратами засобів досягається необхідна тривалість роботи окремих вузлів, систем, механізмів і двигуна в цілому при заданій безвідмовності й довговічності й регламентованих витратах на технічне обслуговування й ремонт. Далі необхідно визначитися з тим, що покладено в основу вибору раціональної конструкції ДВЗ. Потім студент повинен вивчити принципи конструювання надійних ДВЗ, які обумовлюють їх раціональну конструкцію.

Наступним етапом у вивченні теми є розгляд технологічних заходів спрямованих на забезпечення необхідної точності виготовлення деталей, досягнення високих геометричних характеристик поверхонь, особливо що труться, вибір більш раціонального виду обробки. Поряд з технологічними заходами також варто звернути увагу на конструкторсько-технологічні, такі, як: підвищення міцності, зниження пружних деформацій, підвищення жароміцності деталей і зменшення термічних напруг, зменшення зношування деталей, запобігання корозії, кавітаційних руйнувань.

Наступним, не мало важливим етапом підвищення надійності ДВЗ, є експлуатаційні заходи. У зв'язку з цим доцільним буде розглянути більш докладно питання дотичні: обкатування нових і відремонтованих двигунів; організації технічного обслуговування й створення для його проведення необхідної бази; забезпечення нормального режиму роботи двигунів; дотримання встановлених правил зберігання й транспортування двигунів.

Знання студентом основних принципів забезпечення ефективного використання ДВЗ протягом заданого ресурсу й правильне керівництво ними у своїй наступній професійній діяльності є власне кажучи головною умовою підвищення надійності ДВЗ як експлуатаційника. До згаданих принципів варто віднести: підтримка оптимальних експлуатаційних регулювань систем двигуна й систематичним їх контролем; поліпшення умов пуску, особливо в екстремальних умовах; підтримка необхідного теплового стану; застосування відповідних сортів палива й масла; правильна регламентація операцій технічних оглядів; безрозбірна діагностика технічного стану вузлів і механізмів.

Рекомендованим е розгляд питань стосовно формування вихідного покриття способом ФАБО з комплексу матеріалів: бронза БрОФ 4-0,25, галієво-індієве середовище Ga 81% (ат.), In 19% (ат.), на корінних та шатунових шийках ремонтопридатних колінчастих валів ДВЗ з обмеженим після ремонтним ресурсом, яке дає можливість в умовах контактної взаємодії з антифрикційним шаром вкладишів створювати вторинні структури. Останні здатні підвищити зносостійкість трибоз’єднань колінчастого валу при недостатньому змазування поверхонь тертя.

Доцільним також буде розглянути й вивчити студентові питання дотичні: оптимізації вихідних параметрів двигуна (потужність і частота обертання колінчатого вала) за критерієм зносної довговічності на різних режимах роботи; можливої оптимізації експлуатаційних регулювань (состав горючої суміші, кут випередження упорскування палива й запалювання, тиск початку упорскування, температура охолодної рідини) за критерієм зношування. Для цього правильним буде приділити увага аналізу графічних залежностей досліджуваних величин відповідно до рекомендованої літератури.

Питання для самоперевірки

1. На які властивості деталей двигуна впливають геометричні характеристик якості поверхні?

2. Від яких факторів залежить забезпечення необхідної точності виготовлення деталей?

3. Чим може бути досягнуте підвищення поверхневої міцності деталей і пар тертя ДВЗ?

4. У чому полягає сутність випробування ДВЗ після зборки і яка його необхідність?

5. За рахунок яких заходів можливе зменшення зношування деталей ДВЗ?

6. Якими заходами можливе запобігання корозії, кавітаційних руйнувань деталей ДВЗ?

7. Які зміни відбуваються в сполученні деталей ДВЗ при їх припрацюванні?

8. Перелічите основні групи присадок, що використаються для збільшення довговічності трибоз’єднань ДВЗ.

9. Що розуміється під інформацією про надійність ДВЗ і регламентуванні її показників в експлуатаційний період?

Дата добавления: 2015-07-25