Оценка надежности машин и оборудования: теория и практика

УДК 6219(075.8)
ББК 34.41
О93

Рецензенты: доктора технических наук, профессора Ю.И. Молев (Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева), А.Н. Новиков
(Госуниверситет – УНПК), В.А. Тарасов (Московский государственный технический
университет им. Н.Э. Баумана)

Авторы: Кравченко И.Н., Пучин Е.А., Чепурин А.В., Фролов В.А., Олейник А.В.,
Ставровский М.Е., Пузряков А.Ф., Зубрилина Е.М., Ерофеев М.Н.,
Кулинич А.Н.

Оценка надежности машин и оборудования: теория и
практика : учебник / И.Н. Кравченко, Е.А. Пучин, А.В. Чепурин [и др.] ; под ред. проф. И.Н. Кравченко. – М. : АльфаМ : ИНФРАМ, 2012. – 336 с. – (Технологический
сервис).

ISBN 9785982812988 («АльфаМ»)
ISBN 9785160055787 («ИНФРАМ»)

Изложены основные сведения о надежности машин на основе теории вероятностей и математической статистики. Особое внимание уделено методам расчета показателей надежности сложных технических
систем, испытаниям машин на надежность, а также методам повышения их надежности. Инженерные расчеты показателей надежности элементов машин и оборудования проиллюстрированы многочисленными
примерами. Для практических занятий приведены задачи по надежности машин.
Для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по механическим, технологическим и конструкторским специальностям.

УДК 6219(075.8)
ББК 34.41

© Авторы, указанные на обороте
титульного листа, 2012
© «АльфаМ» : «ИНФРАМ», 2012

О93

ISBN 9785982812988 («АльфаМ»)
ISBN 9785160055787 («ИНФРАМ»)

ВВЕДЕНИЕ

Научнотехнический прогресс связан с созданием сложных современных машин, приборов и оборудования, постоянным повышением требований к качеству и режимам их
работы. Все это стало основанием для развития такой научной
дисциплины, как теория надежности. Сложность современных
технических систем, многообразие режимов работы, повышение
нагрузок и скоростей движения агрегатов требуют новых подходов к решению проблемы их надежности. Принципиальные конструктивные решения не могут быть эффективными без обеспечения надежности работы машины, ее агрегатов, соединений и деталей в реальных условиях эксплуатации.
В течение длительного времени понятие надежности носило
по сути интуитивный, субъективный и качественный характер.
Необходимость в количественной оценке надежности впервые
стала ощущаться к середине XX в. и связана с развитием сложных
технических систем. По мере усложнения конструкции машин в
связи с появлением сложных автоматизированных систем и устройств, увеличением их стоимости и ответственности, интенсивным развитием машинного парка и другой техники роль науки о
надежности возрастала. Это послужило основанием для развития
современной теории надежности, широко использующей количественные показатели, которые можно задавать, анализировать,
измерять как конструктивный параметр.
Наука о надежности машин является отраслью человеческих
знаний, связанных с изучением теории, средств и методов в области обеспечения безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости машин. Она основывается на теории вероятностей и математической статистике, теории эксперимента, а
также теории трения и изнашивания.
Огромный вклад в науку о трении и изнашивании внесли
Д.Н. Гаркунов, Н.Е. Жуковский, Б.И. Костецкий, И.В. Крагельский, В.Д. Кузнецов, Н.И. Мерцалов, Н.П. Петров, М.М. Тененбаум, М.М. Хрущов, С.А. Чаплыгин, труды которых стали осно

вой для разработки процессов по снижению изнашивания и увеличению долговечности машин.
Основополагающие разработки в области надежности машин
выполнены В.С. Авдуевским, О.А. Бардышевым, Ю.К. Беляевым,
В.С. Бочаровым, Д.П. Волковым, Б.В. Гнеденко, В.М. Кряжковым,
Р.В. Кугелем, Е.С. Кузнецовым, С.Н. Николаевым, А.С. Прониковым, А.И. Селивановым, А.Д. Соловьевым, С.С. Черепановым,
А.М. Шейниным и другими учеными.
К настоящему времени накоплен значительный опыт в области практического применения теории надежности. Это в свою
очередь привело к возникновению новых принципов и подходов, используемых при проектировании, производстве и эксплуатации машин, а также новых понятий, определений и методов
исследований. При этом основной задачей теории надежности
является изучение закономерностей возникновения отказов и
неисправностей объекта и на базе результатов исследований разработка мероприятий, направленных на обеспечение выполнения
объектом заданных функций с минимальными затратами. Следует также отметить, что в последние годы значительно усложнился
математический аппарат теории надежности. Кроме того, разработаны сравнительно новые методы и существенно расширились
области их применения. Поэтому для правильного понимания
проблем обеспечения надежности машин уже недостаточно знать
только основы классической теории надежности.
В настоящее время наука о надежности машин динамично
развивается, включает ряд направлений и разделов и решает следующие основные задачи:
прогнозирование надежности машин на стадии проектирования
для выбора рациональных конструктивнотехнологических решений, обеспечивающих требуемый уровень надежности при минимальных производственных и эксплуатационных затратах;
обоснование оптимальной стратегии технической эксплуатации,
периодичности технических обслуживаний и ремонтов техники;
разработка теории и методов диагностирования машин и технических систем с целью предотвращения внезапных отказов, сокращения простоев и расходов на восстановление, обеспечение безопасности работы;
обоснование необходимого объема парка машин, резерва запасных частей и материалов, а также стратегии использования техни6
Введение

ки, обеспечивающей требуемую эффективность ее функционирования.
Эти задачи призваны решать прежде всего инженерные работники, знакомые с теорией надежности и способные применить
свои знания при проектировании, производстве и эксплуатации
машин. При этом современному инженеру – специалисту в области надежности приходится иметь дело как со сложными техническими системами, так и с отдельными конкретными элементами
этих систем, что, естественно, требует специальных знаний по
различным вопросам.
Прикладные аспекты теории надежности машин также находят широкое применение в деятельности инженера. Уметь определять показатели надежности, выявлять основные тенденции их
изменения, планирования и прогнозирования их динамики для
инженера настолько же важно, как и знать конструкцию, правила
эксплуатации, порядок обслуживания и ремонта техники.
Знание теоретических основ обеспечения надежности позволит инженеру оптимизировать производственные процессы и более рационально использовать материальные и трудовые ресурсы
в сфере поддержания и восстановления работоспособности ма
шин и оборудования, обоснованно решать задачи управления
производственной и технической эксплуатацией, а также соответствовать имиджу современного руководителя производства.
В настоящем учебнике представлено решение широкого круга
вопросов обеспечения планируемого уровня работоспособности,
повышения надежности и других качественных показателей машин при проектировании и эксплуатации с учетом их специфики,
причем вопросы обеспечения надежности при производстве машин являются общими для машин различного назначения. Большое внимание уделено методам определения и прогнозирования
основных показателей надежности, установлению качественных
характеристик и количественных показателей оценки соответствия машин условиям эксплуатации и режимам работы, а также повышению их надежности и эффективности.
Многочисленные примеры по расчетам показателей надежности машин и их элементов позволили придать учебной книге
практическую направленность, сделать ее полезной не только для
студентов, но и аспирантов, специализирующихся в области теории надежности, а также научных и инженернотехнических раВведение
7

ботников, занятых в своей производственной деятельности решением задач повышения надежности технических систем.
Материал учебника раскрывает основное содержание программ дисциплин «Надежность технических систем», «Надежность и ремонт машин», «Основы теории надежности и диагностика», «Система технической эксплуатации технологического
оборудования» по специальностям «Технологический сервис» и
«Технология обслуживания и ремонта машин».
Книга представляет интерес для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по механическим, технологическим и конструкторским специальностям.

8
Введение

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
НАДЕЖНОСТИ МАШИН

1.1. Общие принципы обеспечения надежности
машин

В настоящее время в связи с увеличением сложности машин, многообразием и ответственностью решаемых ими
задач проблема обеспечения надежности машин становится все
более актуальной. Успешное решение данной проблемы зависит
от качества обеспечения:
организационного, включающего: порядок планирования и реализации работ по обеспечению надежности, организацию служб надежности, экономические, административные и правовые отношения между заказчиком, разработчиком и изготовителем продукции;
технического, которое определяется оснащением отраслей компьютерной техникой, экспериментальной и производственной базой, уровнем технологии и метрологии;
информационного – средств и способов сбора, накопления, обработки и использования данных о процессах разработки и эксплуатации систем, результатов анализа отказов и дефектов, данных об
изменении документации, нарушении стабильности производства, срывах сроков и других факторах отклонений от запланированного хода разработки и применения техники, а также данных
по принятым мерам предупреждения, контроля и защиты от последствий этих отклонений;
методологического, включающего теоретическую базу и инженерные методы анализа надежности технических систем на различных стадиях разработки, а также методы и алгоритмы, используемые при реализации и анализе результатов внедрения программ обеспечения надежности.
Обеспечение надежности как одна из основных задач процесса разработки и применения сложных технических систем реализуется в рамках организационной структуры, существующей в