Постепенные и внезапные отказы.
Постепенные отказы возникают в результате протекания того или иного процесса старения, ухудшающего начальные параметры изделия.
Основным признаком постепенного отказа является то, что вероятность его возникновения 
в течение заданного периода времени от 
до 
, зависит от длительности предыдущей работы изделия t1. Чем дольше использовалось изделие, тем выше вероятность возникновения отказа, т.е. 
, если 
. К этому виду относится большинство отказов. Они связаны с изнашиванием, коррозией, усталостью, ползучестью и другими процессами старения материалов, из которых созданы изделия.
Основным признаком внезапного отказа является то, что вероятность его возникновения в течение заданного периода времени, не зависит от длительности предыдущей работы изделия.
Примерами таких отказов могут служить тепловые трещины, возникшие в детали вследствие прекращения подачи смазки; поломки детали из-за неправильных методов эксплуатации машины или возникновения перегрузок; деформация или поломка деталей, попавших в непредусмотренные условия работы.
Отказ при этом происходит, как правило, внезапно, без предшествующих симптомов разрушения и не зависит от степени изношенности.
Например, причиной отказа автомобильной покрышки может быть как износ протектора в результате длительной эксплуатации машины, так и прокол, возникший вследствие езды по плохой дороге и неблагоприятного сочетания случайных факторов.
Деление на постепенные и внезапные отказы определяется природой их возникновения.
Для постепенного отказа процесс потери работоспособности начинается сразу при эксплуатации изделия.
Для внезапного отказа время его возникновения является случайной величиной. Скорость процесса возникновения протекает весьма быстро.
2. Отказы функционирования и параметрические отказы.
Отказ функционирования приводит к тому, что изделие не может выполнять возложенные на него функции. Например, в результате отказа редуктор не передает движения, двигатель внутреннего сгорания не запускается, насос не подает масла и т. п. Часто отказ функционирования связан с поломками или заклиниванием отдельных элементов изделия.
Параметрический отказ, который наиболее характерен для современных машин и изделий, возникает при выходе параметров (характеристик) изделия за допустимые пределы. Здесь изделие становится неработоспособным с точки зрения требований, установленных техническими условиями.
Продолжение использования изделия, имеющего параметрический отказ, может привести к весьма тяжелым экономическим и иным последствиям. Например, к выпуску некачественной продукции, которая может быть причиной отказов функционирования в сфере ее эксплуатации, к невыполнению изделием поставленных задач, к большим дополнительным затратам времени и средств. Но роль параметрических отказов важна еще и потому, что в сложных системах параметрические отказы элементов могут привести к отказу функционирования.
Поэтому параметрические отказы являются одним из основных объектов рассмотрения в теории надежности машин.
Отказы функционирования и параметрические отказы могут быть как постепенными, так и внезапными.
Виды и причины отказов машин
Внезапный отказ. Отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких параметров состояния машины, называется внезапным. Он вызывается обычно неожиданным изменением внешних условий или воздействий. Чаще всего это перегрузки вследствие попадания посторонних предметов в рабочие органы машины, наезды, рывки при неправильном управлении и т. д. Внезапный отказ может возникнуть с одинаковой вероятностью независимо от длительности предыдущей работы машины, т. е. ее срока службы.
Постепенный отказ. Отказ, характеризующийся постепенным изменением одного или нескольких параметров состояния машины, называется постепенным. Причиной могут быть различные процессы, протекающие в ее деталях (изнашивание, коррозия, накопление усталостных повреждений и т. д.). Вероятность возникнове ния постепенного отказа повышается о увеличением длительности предыдущей работы машины.
В результате неожиданных внешних воздействий или постепенных процессов в соединениях и деталях возникают дефекты, т. е. несоответствие изделия требованиям, установленным нормативно-технической документацией.
Дефекты в соединениях деталей. Классификацию дефектов можно показать в виде схемы (рис. 2).
Потеря жесткости. В соединениях и связях ослабляются резьбовые и заклепочные соединения, в результате чего наступает потеря жесткости. При техническом обслуживании необходимо проверять крепежные детали остукиванием и своевременно подтягивать с усилием, определенным техническими требованиями.
Нарушение контакта. Этот дефект возникает вследствие уменьшения площади прилегания поверхностей у соединяемых деталей. В результате происходит потеря герметичности соединений, увеличиваются ударные нагрузки, что ускоряет процесс изнашивания.
Нарушение посадки деталей. Это наиболее распространенный дефект в соединениях, возникающий из-за увеличения зазора или уменьшения натяга.
Нарушение размерных цепей. Этот дефект характеризуется изменением соосности, перпендикулярности, параллельности и т. д., вследствие чего происходит нагрев деталей, повышение нагрузки, изменение геометрической формы, разрушение деталей.
Дефекты деталей. Классификацию дефектов можно показать в виде схемы (рис. 3).
Изнашивание. Процесс разрушения и удаления материала с поверхности твердого тела при трении деталей в подвижных соединениях называют изнашиванием. Различают изнашивание механическое, коррозионно-механическое и при заедании.
Механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий. Оно наиболее распространено, причем возможны следующие разновидности:
Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Разновидности коррозионно-механического изнашивания:
Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия появившихся неров-ностей на сопряженную поверхность.
Износ — результат изнашивания.
Отложения и наносы. Как дефекты, они возникают в результате осаждения на поверхности деталей продуктов загрязнения масла, топлива и воды, в виде лаков, нагара, смол, накипи и т. д. Наносы вызывают изменение режимов теплообмена, формы и размеров деталей, что ухудшает работоспособность соединений и сборочных единиц.
Меры предупреждения — тщательная фильтрация материалов перед заправкой, предварительный отстой топлива, удаление отложений при техническом обслуживании, восстановление герметичности полостей механизма.
Деформации и разрушения. Эти дефекты происходят при длительном воздействии на детали крутящих моментов, динамических нагрузок и высоких температур, что приводит к скручиванию, изгибу, короблению, смятию, пластическим деформацияем усталостным разрушениям, изломам и трещинам.
Изменение свойств материала деталей. Этот процесс происходит под действием температур (при этом изменяется поверхностная твердость), циклических нагрузок (теряется упругость пружин, рессор), химических превращений (сульфатация пластин аккумуляторов, затвердение резиновых деталей) и т. д.
Коррозия свободных поверхностей. Самопроизвольное и необратимое разрушение материалов вследствие физико-химического взаимодействия со средой носит название коррозии. Основные меры предупреждения — нанесение защитных покрытий (хромирование, никелирование), окраска поверхностей, применение ингибиторов.
Для защиты наружных поверхностей машин наносят отработанное масло с ингибитором ИМ (5…7%). Цилиндры и воздушную систему двигателей консервируют с использованием ингибитора ИП. Систему охлаждения консервируют ингибитором ИВ, растворив 1% в мягкой воде при температуре 50…60 °С. Эту воду заливают в систему на 5 мин и сливают.
Допускаемые и предельные размеры деталей. В результате изнашивания подвижного соединения, например типа «вал—втулка», размер отверстия увеличивается, а вала уменьшается. Характер изнашивания обычно протекает по кривой, показанной на рисунке 4. Первый участок кривой характеризует период приработки (ускоренное изменение размера детали, т. е. изнашивание), второй — период нормальной работы, третий — период аварийного износа.
Предельный размер. Износ в точке перехода прямолинейного участка изнашивания в криволинейный — зону аварийного износа — называют предельным Ипр, т. е. таким, при котором дальнейшая эксплуатация детали невозможна или нецелесообразна из-за недопустимого снижения экономических или технологических показателей. Размер детали при таком износе считается предельным, по нему определяют предельное состояние детали. Наработка до предельного состояния соответствует полному ресурсу Тп.
Предельный размер детали устанавливают на основе экономического, качественного и технического критериев.
Экономический критерий определяется предельным снижением экономических показателей — потерей мощности, снижением производительности, увеличением расхода топлива, смазки и т. д.
При использовании качественного критерия учитывают отклонение качества выполнения сельскохозяйственных операций от агротехнических требований (глубина заделки семян, процент дробления зерна и т. д.).
Технический критерий характеризуется резким ускорением изнашивания, которое может привести к аварии.
Во время ремонта возможность повторного использования бывшей в эксплуатации детали определяется по допустимому размеру.
Допускаемый размер устанавливают из условия, чтобы остаточный ресурс детали был не меньше межремонтного Тм. Его определяют на основе допускаемого износа Ид. Для нахождения Ия необходимо отложить от точки с на кривой (см. рис. 4) значение межремонтного ресурса Тм. Точка в соответствует допускаемому износу Ид. Деталь во время ремонта выбраковывают, если ее размер больше (для отверстия) или меньше (для вала) допускаемого.
Управление техническим состоянием машины. В процессе эксплуатации происходит ухудшение технико-экономических показателей машины. Для поддержания их в установленных пределах необходимо управлять техническим состоянием машины, т. е. измерять параметры, сравнивать их с допускаемыми или предельными, определять остаточный ресурс, назначать вид и объем ремонтно-обслуживающих воздействий и выполнять эти работы.
Операции ТО и ремонта могут быть плановыми, строго регламентированными или же выполняться по заявкам без ограничений какими-либо сроками.
Установлены три стратегии ТО и ремонта: по потребности (после отказа); регламентированная (в зависимости от наработки); по состоянию (с периодическим контролем — диагностированием). Две последние стратегии носят планово-предупредительный характер.
Наиболее эффективно проведение ремонтно-обслуживающих воздействий по состоянию, с периодическим или постоянным контролем. Эта стратегия позволяет получить наибольшую безотказность машин при наименьших издержках на их техническое обслуживание и ремонт.
Что такое постепенный и случайный отказ автомобиля
НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ
Термины и определения
Industrial product dependability. General concepts.
Terms and definitions
Дата введения 1990-07-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Институтом машиноведения АН СССР, Межотраслевым научно-техническим комплексом «Надежность машин» и Государственным Комитетом СССР по управлению качеством продукции и стандартам
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.11.89 N 3375
4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который даны ссылки
Вводная часть, 5.1, 5.3
Настоящий стандарт устанавливает основные понятия, термины и определения понятий в области надежности.
Термины, устанавливаемые настоящим стандартом, обязательны для применения во всех видах документации и литературы, входящих в сферу действия стандартизации или использующих результаты этой деятельности.
Настоящий стандарт должен применяться совместно с ГОСТ 18322.
1. Стандартизованные термины с определениями приведены в табл.1.
2. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.
Применение терминов-синонимов стандартизованного термина не допускается.
2.1. Для отдельных стандартизованных терминов в табл.1 приведены в качестве справочных краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.
2.2. Приведенные определения можно при необходимости изменять, вводя в них производные признаки, раскрывая значение используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в данном стандарте.
2.3. В случаях, когда в термине содержатся все небходимые и достаточные признаки понятия, определение не приведено и в графе «Определение» поставлен прочерк.
2.4. В табл.1 в качестве справочных приведены эквиваленты стандартизованных терминов на английском языке.
3. Алфавитные указатели содержащихся в стандарте терминов на русском языке и их английских эквивалентов приведены в табл.2-3.
5. В приложении даны пояснения к терминам, приведенным в настоящем стандарте.
1.1. Надежность
Reliability, dependability
Свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Примечание. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств
1.2. Безотказность
Reliability, failure-free operation
Свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
1.3. Долговечность
Durability, longevity
Свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта
1.4. Ремонтопригодность Maintainability
Свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта
1.5. Сохраняемость
Storability
Свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования
2.1. Исправное состояние
Исправность
Good state
Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
2.2. Неисправное состояние Неисправность
Fault, faulty state
Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
2.3. Работоспособное состояние Работоспособность
Up state
Состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
2.4. Неработоспособное состояние
Неработоспособность
Down state
Состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Примечание. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, при которых объект способен частично выполнять требуемые функции
2.5. Предельное состояние Limiting state
Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно
2.6. Критерий предельного состояния
Limiting state criterion
Признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.
Примечание. В зависимости от условий эксплуатации для одного и того же объекта могут быть установлены два и более критериев предельного состояния
3. ДЕФЕКТЫ, ПОВРЕЖДЕНИЯ, ОТКАЗЫ
Событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния
Событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта
3.4. Критерий отказа
Failure criterion
Признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
3.5. Причина отказа
Failure cause
Явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа объекта
3.6. Последствия отказа
Failure effect
Явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа объекта
3.7. Критичность отказа
Failure criticality
Совокупность признаков, характеризующих последствия отказа.
Примечание. Классификация отказов по критичности (например по уровню прямых и косвенных потерь, связанных с наступлением отказа, или по трудоемкости восстановления после отказа) устанавливается нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией по согласованию с заказчиком на основании технико-экономических соображений и соображений безопасности
3.8. Ресурсный отказ
Marginal failure
Отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния
3.9. Независимый отказ
Primary failure
Отказ, не обусловленный другими отказами
3.10. Зависимый отказ
Secondary failure
Отказ, обусловленный другими отказами
3.11. Внезапный отказ
Sudden failure
Отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта
3.12. Постепенный отказ
Gradual failure
Отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта
3.13. Сбой
Interruption
Самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора
3.14. Перемежающийся отказ
Intermittent failure
Многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера
3.15. Явный отказ
Explicit failure
Отказ, обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению
3.16. Скрытый отказ
Latent failure
Отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики
3.17. Конструктивный отказ
Design failure
Отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования
3.18. Производственный отказ
Manufacturing failure
Отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии
3.19. Эксплуатационный отказ
Misuse failure, mishandling failure
Отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации
3.20. Деградационный отказ
Wear-out failure, ageing failure
Отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления в эксплуатации
4. ВРЕМЕННЫЕ ПОНЯТИЯ
4.1. Наработка
Operating time
Продолжительность или объем работы объекта.
Примечание. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т.п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т.п.).
4.2. Наработка до отказа
Operating time to failure
Наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа
4.3. Наработка между отказами
Operating time between failures
Наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа
4.4. Время восстановления
Restoration time
Продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта
Отказы машин и их причины
Отказы машин по своей природе, скорости протекания и характеру проявления бывают различными.
В зависимости от причин возникновения отказы классифицируются на конструкционный, производственный и эксплуатационный.
Конструкционный отказ– это отказ, возникший в результате несовершенства или нарушения установленных правил или норм конструирования объекта.
Производственный отказ– это отказ, возникший в результате несовершенства, или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта объекта, выполнявшегося в ремонтном предприятии.
Эксплуатационный отказ– это отказ, возникший в результате нарушения установленных правил или условий эксплуатации объекта.
Конструкционный, производственный и эксплуатационный отказы относятся к недопустимым. Они носят аварийный характер и являются следствием повреждений деталей, возникающих из–за неправильного расчета несущей способности и учета эксплуатационных нагрузок и выбора материала, ошибок при механической обработке, дефектов сварки, термической обработки и сборки, превышения режимов работы выше допустимых, нарушения правил ремонта и управления машиной и т. п. Это указывает на несоблюдение технических условий при изготовлении машин или правил и условий их эксплуатации. Все недопустимые отказы нужно устранять за счет повышения качества изготовления и ремонта машин, а также коренного улучшения условий их эксплуатации.
По характеру проявления отказы делятся на независимый, зависимый и перемежающийся.
Независимый отказ– это отказ объекта, не обусловленный отказом другого объекта. Он может наступить в результате износа, поломки или других повреждений деталей отказавшего объекта. Примерами независимых отказов служат отказы: двигателей вследствие износа деталей шатунно–поршневой группы или поломки одной из его деталей (клапанной пружины, коромысла и т. д.); гидравлических цилиндров в результате износа уплотнительных манжет и т. д.
Зависимый отказ– это отказ объекта, обусловленный отказом другого объекта. Примерами зависимых отказов служат отказы: главной лебедки одноковшовых экскаваторов с механическим приводом вследствие повреждения главной муфты; рабочего органа траншейного экскаватора из–за повреждения турасного вала и т. д.
Перемежающийся отказ– это многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера. Он наступает в результате кратковременного нарушения ритмичности работы отдельных сборочных единиц. Пример такого рода отказа – это кратковременное нарушение работоспособности карбюраторного двигателя в результате перебоев в искрообразовании или подаче топлива.
В зависимости от скорости изменения параметров машины все отказы делят на внезапный и постепенный.
Внезапный отказнаступает в результате сочетания неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий. Он характеризуется мгновенным изменением одного или нескольких заданных параметров машин (γ→∞).
Внезапный отказ возникает внезапно по истечении некоторой наработки tв, являющейся случайной величиной.
Рис.1.10. Зависимость изменения параметра П машины от наработки t при отказе:
а – постепенном; б – внезапном; γ – скорость изменения параметра; Пп – предельное состояние параметра; t1 и t2 – заданные наработки; tв – некоторая наработка, являющаяся случайной величиной.
Вероятность его возникновения F(t) в течение заданной наработки от t1 до t2 не зависит от длительности предыдущей наработки t1 машины. Примерами таких отказов могут служить: усталостные поломки деталей вследствие нагрузки, превышающей предел их прочности; тепловые трещины, возникающие в деталях вследствие прекращения подачи смазки или других причин; деформации или поломки деталей из–за неправильной эксплуатации и т.п.
Постепенный отказхарактеризуется медленным, монотонным изменением одного или нескольких параметров машин и наступает лишь после выхода этого параметра за установленные пределы. Момент наступления отказа зависит от допуска на соответствующий параметр, а сам отказ не сопровождается каким–либо резко выраженным признаком.
Для постепенного отказа характерно то, что процесс изменения того или иного параметра машины начинается одновременно с началом ее эксплуатации tВ=0, (рис. 1.10, а), а скорость его протекания γ является функцией наработки γ(t). Вероятность возникновения постепенного отказа F(t) в течение заданной наработки от t1, доt2 зависит от длительности предыдущей наработки t1 машины. Чем больше наработка у машины, тем больше вероятность возникновения постепенного отказа, т. е. F(t2)>F(t1), если t2>t1.
Постепенные отказы, как правило, приводят к выходу параметров (характеристик) за допустимые пределы. Обычно при таких отказах возможна дальнейшая работа сборочных единиц, однако они становятся неработоспособными с точки зрения требований, установленных техническими нормативами. Так, например, в результате износа деталей шатунно–поршневой группы понижается мощность двигателя, увеличивается расход топлива, масла и т. д. Такие двигатели можно эксплуатировать, но они становятся неработоспособными с точки зрения технических нормативов.
Для современных машин постепенные отказы наиболее характерны, что связано с высокими требованиями к выходным параметрам сборочных единиц.
Постепенные отказы относятся к естественным отказам. Они возникают вследствие естественных повреждений деталей, наблюдаемых при нормальных условиях эксплуатации машин. Для таких отказов характерно то, что их нельзя устранить полностью. Можно лишь замедлить их проявление за счет уменьшения интенсивности протекания естественных повреждений деталей машин.
Причина возникновения естественных повреждений деталей – это нежелательные процессы, протекающие на их поверхностях в процессе эксплуатации машин под действием механических, тепловых, химических и других факторов. Они связаны со сложными физико–химическими явлениями и могут быть как обратимыми, так и необратимыми. На состояние поверхностей деталей наиболеесущественное влияние оказывают необратимые процессы – изнашивание, старение, усталость, образование неорганических и углеродистых отложений, потеря упругости и магнитных свойств материала, пластическая деформация и др. Это приводит к прогрессивным ухудшениям параметров технического состояния составных частей машины и возникновению естественных отказов.
Замедлить проявление естественных отказов можно лишь за счет подробного изучения нежелательных процессов. На основе этого разрабатывают мероприятия, снижающие интенсивность их протекания.
