Пути повышения надежности деталей машин на стадии проектирования

1. Разумный подход к получению высокой надежности состоит в проектировании по возможности простых изделий с меньшим числом деталей. Каждой детали должна быть обеспечена достаточно высокая надежность, равная или близкая к надежности остальных деталей [6].

2. Одним из простейших и эффективных мероприятий по повышению надежности является уменьшение напряженности детали (повышение запаса прочности). Однако это требование надежности вступает в. противоречие с требованиями уменьшения габаритов, массы и стоимости изделий. Для примирения этих противоречивых требований надо рационально использовать высокопрочные материалы и упрочняющую технологию: легирование стали, термическую и химико-термическую обработку, наплавку твердых и антифрикционных сплавов на поверхность деталей и др.

Так, например, путем термической обработки можно увеличить нагрузочную способность зубчатых колес в 2...4 раза. Хромирование шеек коленчатого вала автомобильных двигателей увеличивает срок службы по износу в 3...5 раз.

3. Эффективной мерой повышения надежности является хорошая система смазки, правильный выбор сорта масла, рациональная система подвода смазки к трущимся поверхностям, защита трущихся поверхностей от абразивных частиц (пыли и грязи) путем размещения изделий в закрытых корпусах, установка эффективных уплотнений и т.п.

4. Если условия эксплуатации таковы, что возможны случайные перегрузки, то в конструкции следует предусматривать предохранительные устройства (предохранительные муфты или реле максимального тока).

5. Конструируемая машина должна отвечать требованиям унификации и стандартизации [8].

а). Унификация - рациональное сокращение многообразия видов, типов и типоразмеров изделий одинакового функционального назначения. Унификация представляет собой эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели ряда производных машин одинакового назначения, но с различными показателями мощности, производительности и т.д., или машин различного назначения, выполняющих качественно другие операции, а также рассчитанных на выпуск иной продукции.

б). Стандартизация — установленные и применение единообразия и обязательных требований к изделиям и продукции массового производства.

Унификация и стандартизация позволяют организовать серийное и массовое производство деталей и сборочных единиц на специализированных предприятиях, приводят к уменьшению трудоемкости и стоимости изготовления, повышению качества и увеличению долговечности деталей, сокращают время конструирования и освоения новых машин, обеспечивают взаимозаменяемость деталей [21].

Величина коэффициента унификации служит одним из показателей качества конструкторской разработки проекта машин. Этот коэффициент показывает насколько велико использование в проекте стандартных деталей, заимствованных из других аналогичных машин.

Коэффициент унификации машины (узла) может быть определен по количеству наименований (типоразмеров) К и по количеству деталей К_д:

К_Т =  ·100%,= ·100% ≈ 69%, (9)

где n – общее количество наименований деталей по спецификации;

n - количество оригинальных наименований деталей, т.е. не стандартных и не зависимых из других конструкций:

К_д = ∙100%,= ∙100% ≈ 69%, (10)

где N – общее количество деталей в узле, машине;

N ₀ - количество оригинальных деталей.

Взаимозаменяемость - свойство деталей и узлов, позволяющее заменять их без дополнительной обработки с сохранением всех требований к работе данной машины. Взаимозаменяемостью могут обладать не только отдельные детали, но и сборочные единицы. Так, в различных редукторах могут быть взаимозаменяемыми зубчатые колеса, валы, подшипники, крышки подшипниковых узлов и др. В различных машинах сами редукторы могут быть взаимозаменяемыми [19].

Качественным показателем этого принципа конструирования изделия служат коэффициент стандартизации К_СТ и коэффициент преемственности К_ПР:

К = , (11)

где Z_СТ - число стандартных изделий в конструкции;

Z_КР - число стандартных крепежных изделий;

Z₀ - общее число изделий в новой разработке.

Коэффициент К_ПР определяет степень применения стандартных деталей (узлов) по сравнению с общим числом изделий в разрабатываемой конструкции:

К = , (12)

где Z  - число изделий, заимствованных из других разработок;

Z -число стандартных крепежных изделий;

Z  - общее число изделий в новой разработке.

При определении коэффициентов К_СТ и К_ПР значения Z , Z , Z определяют по спецификации.

6. Для многих машин большое значение имеет ремонтопригодность. Отношение времени простоя в ремонте к рабочему времени является одним из показателей надежности. Конструкция должна обеспечивать легкую доступность к узлам и деталям для осмотра и замены. Сменные детали должны быть взаимозаменяемыми с запасными частями. В конструкции желательно выделить так называемые ремонтные узлы. Замена поврежденного узла заранее подготовленным значительно сокращает ремонтный простой машины [3].

Перечисленные факторы позволяют сделать вывод, что надежность является одним из основных показателей качества изделия. По надежности изделия можно судить о качестве проектно-конструкторских работ, производства и эксплуатации.