Долговечность деталей машин

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ 

 

 

 

 

Е.Н. ЛАПТЕВА 

Н.С. ОБЛОВАЦКАЯ 

 

 

 

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ МАШИН 

 

 

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 

 

 

 

 

 

ЭлектронноБиблиотечная

Система

znanium.com

Москва 

ИНФРА-М 

2022

УДК 621.8(075.8) 
ББК 34.44я73 
Л24 

ФЗ  

№ 436-ФЗ 

Издание не подлежит маркировке  

в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1 

Р е ц е н з е н т: 

Малыгин В.В., доктор технических наук, профессор 

 

Лаптева Е.Н. 
Л24 
Долговечность деталей машин : учебное пособие / Е.Н. Лаптева, 
Н.С. Обловацкая. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 63 с. — (Высшее образование). 
 

ISBN 978-5-16-110140-7 

 

Учебное пособие содержит основные сведения о видах долговечности 
деталей машин, количественных характеристиках долговечности. Рассмотрены 
факторы, влияющие на долговечность, а также понятие живучести применительно 
к деталям машин. 
Для студентов, аспирантов и преподавателей технических вузов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.8(075.8) 
ББК 34.44я73 
ISBN 978-5-16-110140-7 
© Лаптева Е.Н., Обловацкая Н.С., 2022 

Оглавление 

 

 

Введение ......................................................................................................................................... 4 

1. 
Долговечность и износ........................................................................................................... 5 

1.1 Виды долговечности ............................................................................................................ 6 

1.2 Количественные показатели долговечности ..................................................................... 9 

2. Прочность и разрушение материалов .................................................................................... 14 

2.1 Прочность ........................................................................................................................... 14 

2.2 Разрушение. Типы и виды разрушений ........................................................................... 15 

3. Факторы, влияющие на долговечность ................................................................................. 20 

3.1 Изнашивание ...................................................................................................................... 22 

3.2 Усталость ............................................................................................................................ 26 

3.3 Ползучесть .......................................................................................................................... 31 

3.4 Эрозия ................................................................................................................................. 32 

3.5 Коррозия ............................................................................................................................. 34 

3.6 Трение. Фреттинг ............................................................................................................... 43 

3.7 Остаточные напряжения ................................................................................................... 49 

4. Деградация механических свойств деталей .......................................................................... 53 

5. Оценка живучести деталей машин ........................................................................................ 55 

Заключение ................................................................................................................................... 60 

Нормативные ссылки .................................................................................................................. 61 

Список использованных источников ......................................................................................... 62 

 

 

 

 

 

 

Введение 

 

 

Современное промышленное производство вынуждено функционировать в 

условиях ограниченности, конечности ресурсов. Согласно ГОСТ Р 53791-2010 

именно ресурсосбережение должно модерировать взаимоувязанные процессы 

последовательного изменения состояний изделия с момента обоснования 

разработки детали и до окончания эксплуатации и вплоть до ликвидации отходов 

процесса утилизации. Увеличение долговечности машин приведет к существенной 

экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов. 

 С внедрением контракта жизненного цикла предприятие-изготовитель будет 

вынуждено заниматься техническим обслуживанием, ремонтом и утилизацией 

изделий, что существенно повысит его заинтересованность в увеличении срока 

службы как отдельных деталей, так и изделий в целом. Применение технологий 

Индустрии 
4.0 
позволит 
ставить 
и 
решать 
задачи 
прогнозирования 

индивидуального 
ресурса 
машин 
на 
основе 
накопленной 
статистики 
и 

оперативного контроля состояния в процессе эксплуатации. Для авиастроения 

такой подход уже активно применяется, в судостроении будет внедрен в 

ближайшей перспективе, поскольку переход Объединенной судостроительной 

корпорации 
на 
контракты 
жизненного 
цикла 
поддержан 
Крыловским 

государственным научным центром кораблестроения и проектирования.    

 В пособии приведены основные сведения о долговечности деталей машин 

как таковой, ее видах и количественных характеристиках; подробно рассмотрены 

факторы, влияющие на долговечность; описаны деградация механических свойств 

деталей и понятие живучести применительно к деталям машин.  

Пособие рассчитано на студентов инженерных специальностей.  

 

 
 
 

1. Долговечность и износ 

 

 

Согласно ГОСТ 27.002-89 долговечность - это свойство объекта сохранять 

работоспособное 
состояние 
до 
наступления 
предельного 
состояния 
при 

установленной системе технического обслуживания и ремонта.  

Работоспособным называется состояние объекта, при котором значения всех 

параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, 

соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской 

(проектной) документации 

Предельным называется состояние объекта, при котором его дальнейшая 

эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его 

работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Исключая из 

рассмотрения резкие нерасчетные перегрузки, грубые ошибки при проектировании 

и эксплуатации, то остальные случаи наступления предельных состояний делятся 

на два вида: 

- 
результат 
постепенного 
накопления 
повреждений, 
приводящих 
к 

зарождению и развитию трещин; 

- чрезмерный износ поверхностей детали [1].  

Объект может перейти в предельное состояние, оставаясь работоспособным, 

если, например, его дальнейшее применение по назначению станет недопустимым 

по требованиям безопасности, экономичности и эффективности. 

Основное отличие понятий безотказности и долговечности состоит в том, что 

понятие 
безотказность 
предполагает 
работу 
объекта 
без 
какого-либо 

вмешательства извне для поддержания его работоспособности, долговечность 

характеризует продолжительность работы объекта и учитывает, что длительная 

работа объекта (особенно сложного) невозможна без проведения мероприятий по 

поддержанию и восстановлению его работоспособности, утрачиваемой в процессе 

эксплуатации. 

Постепенно развивающийся износ ведет к общему ухудшению показателей 

машин, снижению точности выполняемых операций, падению КПД, увеличению 

энергопотребления 
и 
снижению 
полезной 
отдачи. 
Причиной 
ухудшения 

технического состояния машин, а следовательно ее эксплуатационных свойств, 

могут стать поломка деталей; истирание поверхностей деталей; повреждения 

поверхностей в результате действия контактных напряжений, наклепа и коррозии; 

пластические деформации деталей, вызываемые местным или общим переходом 

напряжений 
за 
предел 
текучести 
или 
(при 
повышенных 
температурах) 

ползучестью. С течением времени износ может вступить в катастрофическую 

стадию. Прогрессирующее повреждение вызывает поломки и аварии (разрушение 

подшипников качения, выкрашивание зубьев зубчатых колес и т. п.). 

Увеличение показателей долговечности всех без исключения элементов 

технической системы до уровня, назначенного системе в целом нерационально - 

при промежуточных профилактических мероприятиях, проводимых с разумной 

периодичностью, часть деталей подлежит замене и ремонту.  

 

 

1.1 Виды долговечности  
 

Принято выделять долговечность физическую, моральную и технико
экономическую. Первую определяет срок работы системы до предельного износа 

основных деталей, определяющих целевое назначение. Например, для двигателя 

это износ блока цилиндров, для станка – износ направляющих. При этом прочие, 

вспомогательные детали могут быть заменены без существенного влияния на 

параметры машины. Физический износ Ифиз определяется на основании сроков 

службы основных средства. 

Ифиз = Тф/Тн   
 
 
 
 
(1.1) 

где Тф – фактический срок службы, лет; 

Тн – нормативный срок службы, лет. 

 

Моральная долговечность характеризует срок эксплуатации, достигнув 

который машина данной марки и данного технического дизайна становится 

экономически невыгодной. Это величина определяется техническим ресурсом, а 

так же использованием при создании передовых научных разработок, технологий, 

и 
другими 
патентно-правовыми 
показателями. 
Критерием 
моральной 

долговечности может быть не только производительность, но и условия труда, 

коэффициент полезного действия (например, в случае с паровозом). 

Согласно «Критике политической экономии» К. Маркса различают две формы 

морального износа: 

1) в результате повышения эффективности производства происходит 

существенное удешевление стоимости новых машин (продукции) с теми 

же параметрами и характеристиками (вновь приобретенное, более 

дешевое 
оборудование 
переносит 
на 
изготовляемую 
продукцию 

меньшую, чем морально устаревшее, стоимость); 

2) появление 
новых, 
качественно 
более 
совершенных 
и 
более 

производительных 
машин 
(продукции) 
с 
лучшими 
показателями 

эффективности 
и 
экономичности 
Их 
использование 
значительно 

удешевляет производимую продукцию и повышает ее качество . 

Соответственно происходит обесценивание прежних фондов . Такова 

неизбежная плата за научно-технический прогресс [2]. 

 

Моральный износ Им1 первого вида определяется на основании соотношения 

балансовой и восстановительной стоимости. 

 
Им1 = (Фб – Фе)/Фб  
 
 
 
(1.2) 

где Фб – балансовая стоимость, руб.; 

Фв – восстановительная стоимость, руб. 

Моральный износ второго вида Им2 чаще всего определяется на основе 

сравнения производительности оборудования: 

 
Им2 = (Пн – Пд)/ Пн 
 
 
 
(1.3) 

где Пд – производительность действующих основных фондов, в физических 

единицах; 

Пн – производительность новых основных фондов, в физических единицах. 

Однако при этом не учитывается экономия сырья и материалов и экономия 

рабочей силы. Поэтому для более точного учета морального износа второго вида 

следует сравнивать основные средства по издержкам производства, применяя 

следующую формулу: 

 
Им2 = (Изн – Изс)/ Изн 
 
 
 
(1.4) 

где Изс – издержки производства на единицу продукции действующих 

средств, руб; 

Изн – издержки производства на единицу продукции новых основных 

средств, руб. 

Замена конструктивно устаревших, но еще физически годных фондов, 

должна решаться на основе детального анализа, экономического расчета 

инвестиций, так как необоснованный вывод с эксплуатации фондов из-за 

морального износа второй формы сопровождается убытками. Наиболее актуален 

вывод устаревших средств в крупносерийном и массовом производстве, менее в 

мелкосерийном и единичном. 

Технико-экономическая долговечность определяет собой срок службы 

технической системы, за пределами которого проведение ремонта этой машины 

экономически нецелесообразно. Данная величина является промежуточный между 

физической и моральной долговечностью. Чем выше культура производства, в том 

числе и ремонтного, тем ближе технико-экономическая долговечность к 

моральной, чем ниже – к физической. 

Работоспособность средств технологического оснащения целесообразно 

восстанавливать до тех пор, пока износ базовых деталей не превысит допустимого 

значения. 
При 
достижении 
предельного 
состояния 
ремонт 
не 
только 

нецелесообразен, но, иногда и невыполним. 

Рассмотрим удельные эксплуатационные расходы на производство единицы 

продукции [3]. Постоянная составляющая данных затрат - это материальные и 

трудовые (заработная плата) затраты непосредственно на производство продукции 

(графически на рисунке представлены прямой 3). Переменную часть затрат 

образуют амортизационные отчисления (кривая 1) и ремонтные издержки (2). 

Удельные амортизационные отчисления с увеличением срока службы средств 

технологического 
оснащения 
уменьшаются, 
поскольку 
их 
стоимость 

распределяется на все большее количество выпущенной продукции. Это 

уменьшение распределяется по гиперболе. Однако с течением времени растут 

расходы на текущий ремонт, запасные части, энергоматериалы, поскольку 

увеличивается частота ремонтов, количество замененных при ремонте деталей и 

простои оборудования. 

удельные эксплуатационные 

расходы 

время 

2 

3 

ТТЭ 

1 
4 

 

Рисунок 1.1 - Изменение удельных эксплуатационных затрат во времени 

 

Суммарные изменения себестоимости с учетом всех затрат отражены  

кривой 4. Величина Ттэ соответствует сроку службы, при котором достигается 

минимальная себестоимость, т.е. является технико-экономической долговечностью 

без учета морального износа. Рассматривая Ттэ как верхнюю границу, следует 

корректировать ее с учетом морального износа детали. 

 

 

1.2 Количественные показатели долговечности 
 

Для оценки долговечности используются две группы единичных (частных) 

показателей: сроки службы и ресурсы. Срок службы это 
календарная 

продолжительность эксплуатации в определенных условиях до разрушения или 

предельного состояния. 

Различают сроки службы: 

 до капитального ремонта, 

 между капитальными ремонтами, 

 суммарный (полный). 

Срок службы до капитального ремонта – продолжительность эксплуатации 

до первой полной разборки с заменой или восстановлением ряда элементов, в том 

числе части основных деталей. 

Срок службы между капитальными ремонтами (между первым и вторым и 

т.д.) зависит от качества ремонта, от того, в какой степени восстанавливается 

ресурс оборудования. 

Суммарный срок службы это календарная продолжительность от начала 

эксплуатации до выбраковки (до списания). 

Эта группа показателей имеет следующие достоинства: 

 простота учета; 

 удобство 
использования 
для 
планирования 
сроков 
замены 

оборудования, 
поставки 
запасных 
частей, 
сроков 
проведения 

ремонтов. 

Основным недостатком таких показателей является то, что они не 

учитывают интенсивность эксплуатации оборудования, объем выполненной им 

работы. 

От этого недостатка свободна вторая группа показателей – технические 

ресурсы. Технический ресурс - это наработка изделия в заданных условиях 

эксплуатации до капитального ремонта либо до замены. Наработка может быть 

измерена объемом выполненной работы (например масса прокатанного металла в 

тоннах для прокатного стана), либо в часах непрерывной работы (летные часы для 

двигателя самолета, пробег в километрах для автомобиля). При этом следует 

учитывать, что даже в периоды простоя оборудования оно подвергается 

воздействиям 
окружающей 
среды, 
нагрузкам 
при 
транспортировании, 

естественному старению материала. 

Ресурс – это величина, расходуемая в процессе эксплуатации. Различают  

 полный технический ресурс - от начала эксплуатации (момента 

окончания приработки) до капитального ремонта или замены детали, 

 использованный технический ресурс – от начала эксплуатации или от 

начала работы после капитального ремонта до рассматриваемого 

момента, 

 остаточный технический ресурс – от рассматриваемого момента до 

капитального ремонта или конца эксплуатации. 

Ресурс – величина статистическая, являющаяся случайной функцией 

времени. В связи с этим широко используется такой показатель как