Основы надежности машин

ФГОУ ВПО СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОСНОВЫ 
НАДЕЖНОСТИ МАШИН

Рекомендовано 
Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по агроинженерному образованию
в качестве учебного пособия для студентов высших 
учебных заведений, обучающихся по специальности 
«Механизация сельского хозяйства»

Ставрополь 
«АГРУС»
2010

© Авторский коллектив, 2010
© ФГОУ ВПО Ставропольский государственный
 
аграрный университет, 2010

ISBN 978-5-9596-0706-7 

Основы надежности машин : учебное пособие / 
Е. М. Зуб рилина, Ю. И. Жевора, А. Т. Лебедев и др. ; Ставропольский государственный аграрный университет. – Ставрополь : АГРУС, 2010. – 120 c.

ISBN 978-5-9596-0706-7

Приведены основные определения и понятия надежности, изложена методика статистической обработки информации по износам деталей, 
включены справочные данные для определения теоретического закона распределения износов. Представлена методика определения полного ресурса соединения и допустимых без ремонта размеров сопрягаемых деталей в 
местах их наибольшего износа. 
Для студентов вузов специальности 130601.65 – Механизация сельского хозяйства, изучающих дисциплину «Надежность и ремонт машин».

О-75

УДК 631.3-192
ББК 34.41

УДК 631.3-192
ББК 34.41
 
О-75

Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент,
зав. кафедрой «Техническое обслуживание
и ремонт машин» В. А. Полуян;
кандидат технических наук, доцент кафедры
«Надежность и ремонт машин» А. В. Чипурин

Авторский коллектив:
Е. М. Зубрилина, Ю. И. Жевора, А. Т. Лебедев, 
А. Н. Кулинич, Н. Ю. Землянушнова, А. В. Захарин

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .5

1. Основные понятия и положения
 
надежности технических систем .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  6

2. Расчет показателей надежности
 
сельскохозяйственной техники .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 13

 
2.1. Основные положения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 13
 
2.2. Показатели безотказности   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 18
 
  
2.2.1. Теоретические предпосылки
 
  
и общая методика расчета    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 18
 
  
2.2.2. Пример расчета количественных показателей
 
  
безотказности двигателя ЯМЗ-236 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 21
 
2.3. Показатели долговечности   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 29
 
  
2.3.1. Теоретические предпосылки
 
  
и общая методика расчета    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 29
 
  
2.3.2. Пример расчета количественных показателей
 
  
долговечности двигателя ЯМЗ-236.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 33
 
2.4. Показатели ремонтопригодности    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 38
 
  
2.4.1. Теоретические предпосылки
 
  
и общая методика расчета    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 38
 
  
2.4.2. Пример расчета количественных показателей
 
  
ремонтопригодности двигателя ЯМЗ-236 .  .  .  .  .  .  .  . 41
 
2.5. Расчет расхода запасных частей   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 47
 
  
2.5.1. Теоретические предпосылки
 
  
и общая методика расчета    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 47
 
  
2.5.2. Пример расчета норм
 
  
расхода запасных частей   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 48

3. Статистический анализ износов деталей .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 52

 
3.1. Теоретическое обоснование .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 52
 
3.2. Общая последовательность определения
 
  
коэффициентов годности и восстановления деталей.  .  .  . 59
 
3.3. Пример определения коэффициентов годности
 
   
и восстановления деталей  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 61

3.4. Определение показателей безотказности
 
  
деталей методом сумм   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 74
 
3.5. Определение необходимого количества машин
 
и их элементов при оценке показателей надежности   .  .  .  .  .  . 77

4. 
Определение полного ресурса
 
соединения и допустимых без ремонта
 
размеров сопрягаемых деталей .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 79
 
4.1. Общие сведения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 79
 
4.2. Пример определения полного ресурса соединения
 
и допустимых без ремонта размеров
 
сопрягаемых деталей в местах их наибольшего износа .  .  . 82

5. 
Методы повышения надежности 
 
технических систем .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 85
 
5.1. Обеспечение исходного первоначального уровня
 
надежности при конструировании машин   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 85
 
5.2. Технологические методы обеспечения
 
доремонтного уровня надежности машин.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 89
 
5.3. Обеспечение надежности
 
при эксплуатации техники.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  100
 
5.4. Технологические методы обеспечения
 
послеремонтного уровня надежности .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  104

Контрольные вопросы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  108

Библиографический список .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  112

Приложение   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  113

Введение

Развитие научно-технического прогресса, усложнение конструкций машин и интенсификация режимов их эксплуатации обус ловливают 
необходимость повышения надежности технических систем. Решение 
этой проблемы − это огромный резерв повыше ния эффективности производства и производительности труда. 
Особенностью проблемы повышения надежности является ее связь со 
всеми этапами проектирования, изготовления и использования машины, 
начиная с момента, когда формируется и обосновывается идея создания 
новой машины, и заканчивая принятием решения об ее списании. Необходимо выявление связи между показателями надежности и возможностями 
по их по вышению на каждом из этапов проектирования, изготовления и 
эксплуатации машины. Эффективность использования сельскохозяйственной техники определяется не только конст руктивно-технологическими решениями, заложенными в про цессе изготовления, но и условиями ее эксплуатации, техни ческого обслуживания и ремонта. 
В России происходит переориентация оценки результата образования 
с понятий «подготовленность», «образованность», «общая культура», 
«воспитанность» на понятия «компетенция», «компетентность» обучающихся. То есть делается существенная ставка на компетентностный подход в образовании.  В ходе изучения материалов данного учебного пособия студент получит инструментальные компетенции: способность к 
анализу и  синтезу; способность к организации и планированию; базовые 
знания в различных областях; подготовка по основам профессиональных 
знаний; навыки управления информацией (умение находить и анализировать информацию из различных источников); навыки решения проблем 
и принятия решений; понимание общей структуры данной дисциплины 
и взаимосвязи между подчиненными ей дисциплинами; понимание экспериментальной и эмпирической проверки научных теорий.
Наука о надежности и ре монте машин изучает причины и закономерности нарушения работоспособности машин, а также методы ее 
поддержания и восстановления. Понятие надежности комплексное и 
включает группу показателей: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.
На практике инженеру сельскохозяйственного производства постоянно приходится оценивать надежность эксплуатируемой техники по 
всем ее составляющим. Настоящее пособие позволяет закрепить теоретические знания курса «Надежность и ремонт машин» и приобрести 
практические навыки в определении значений этих составляющих в реальных условиях эксплуатации техники; компетенции по осуществлению меро приятий, направленных на поддержание и восстановление работоспособности и ресурса сельскохозяйственной техники. 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ 
НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Термины и определения, используемые в теории надежности, регламентированы ГОСТ 27.002–89 «Надежность в технике. 
Термины и  определения» [3].
Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, 
сохранять во времени и в заданных пределах значения установленных эксплуатационных показателей.
Объект – техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, 
испытаний и эксплуатации и ремонта.
Объектами могут быть различные системы и их элементы.
Система (техническая система) – совокупность совместно 
действующих элементов, предназначенная для самостоятельного 
выполнения заданных функций.
Элемент – простейшая составная часть изделия. 
Понятия элемента и системы трансформируются в зависимости 
от поставленной задачи. Например, станок при установлении его 
собственной надежности рассматривается как система, состоящая 
из отдельных элементов – механизмов, деталей и т. п., а при изучении надежности технологической линии – как элемент.
Надежность объекта характеризуется следующими основными 
состояниями и событиями (рис. 1.1).
Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией (НТД).
Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных 
параметров, установленных  НТД.
Основные параметры характеризуют функционирование объекта при выполнении поставленных задач.
Понятие «исправность» шире, чем понятие «работоспособность». Работоспособный объект обязан удовлетворять лишь тем 
требованиям НТД, выполнение которых обеспечивает нормальное 
применение объекта по назначению. Таким образом, если объект 

неработоспособен, то это свидетельствует о его неисправности. 
С другой стороны, если объект неисправен, то это не означает, что 
он неработоспособен.

Рисунок 1.1 – Схема основных состояний объекта и событий:
1 – повреждение; 2 – отказ; 3 – переход объекта 
в предельное состояние; 4 – восстановление; 5 – ремонт

Неисправность – со стояние объекта, при котором он не удовлетворяет хотя бы одному из требований нормативно-технической 
и (или) конструкторской документации.
Неработоспособность – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующе го способность 
выполнять заданные функции, не соответствует требованиям 
нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его 
применение по назначению недопустимо или нецелесообразно. 
Применение (использование) объекта по назначению прекращается в следующих случаях:
– при неустранимом нарушении безопасности; 

1 

5 

4 

2 

3

– неустранимом отклонении величин заданных парамет ров; 
– недопустимом увеличении эксплуатационных расходов. 
Для некоторых объектов предельное состояние является последним в его функционировании, т. е. объект снимается с эксплуатации; для других – определенной фазой в эксплуатационном графике, требующей проведения ремонтно-восстановительных работ.
В связи с этим объекты  могут быть: 
– невосстанавливаемые, для которых работоспособность в 
случае возникновения отказа не подлежит восстановлению; 
– восстанавливаемые, работоспособность которых может быть 
восстановлена, в том числе и путем замены. 
К числу невосстанавливаемых объектов можно отнести, например, подшипники качения, полупроводниковые изделия, зубчатые 
колеса и т. п. Объекты, состоящие из многих элементов, например 
станок, автомобиль, электронная аппаратура, являются восстанавливаемыми, поскольку их отказы связаны с повреждениями одного 
или немногих элементов, которые могут быть заменены.
В ряде случаев один и тот же объект в зависимости от особенностей, этапов эксплуатации или назначения может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым.
Система сбора и обработки информации о надежности серийно 
выпускаемых новых и отремонтированных изделий машиностроения представляет собой совокупность организационно-технических мероприятий по получению необходимых и достоверных 
сведе ний о надежности объектов.
Сбор и обработку информации о надежности объектов выполняют с целью усовершенствования конструкции, технологии изготовления, сборки и испытаний объектов, обеспечивающих повышение 
надежности; разработки мероприятий по совершенствованию диагностирования, технического обслуживания и текущих ремонтов; 
повышения качества капитальных ремонтов и снижения затрат на 
их проведение; оптимизации норм расхода запасных частей.
Основными задачами системы сбора и обработки информации 
являются:
– определение показателей надежности объектов;
– выявление конструктивных и технологических недостатков 
объектов, приводящих к снижению их надежности;
– выявление деталей и сборочных единиц, лимитирующих 
надеж ность машины в целом;

– изучение причин и закономерностей возникновения неисправностей и отказов;
– установление влияния условий и режимов эксплуатации на 
на дежность объекта;
– корректировка нормируемых показателей надежности; 
– обоснование норм и расчет необходимого резерва запасных 
частей;
– определение эффективности мероприятий по повышению 
надежности объектов.
В ходе разработки конструкции информация о надежности объектов поступает из лабораторий, проводящих стендовые испытания опытных образцов, а также с заводов, полигонов, испытательных станций, хозяйств, где машины проходят опытную эк сплуатацию.
Важным источником информации о надежности в гарантийный 
период эксплуатации объекта служат рекламации от потребителей 
техники.
Основной источник информации о надежности объекта – 
под кон трольная эксплуатация, в ходе которой фиксируют данные об отказах. Полученную информацию направляют на заводизготовитель или ремонтный завод в виде донесений об отказе изделия, которые содержат информацию об изделии, условиях его эксплуатации, характере и причинах отказа, трудоемкости 
восстанов ления.
На основе донесений составляют сводные перечни видов отказов изделий, оценки показателей надежности, сводную ведомость 
расхода запасных частей и другие документы.
Информация о надежности объекта должна быть: 
– достоверной (истинной, правильной, отражающей объективные факторы без до мыслов и догадок); 
– полной (исчерпывающей, содержащей все существенные 
сведения, которые учитывают во время принятия решений); 
– однородной (относящейся к одинаковым объектам, эксплуатирующимся примерно в одинаковых условиях); 
– дискретной (разделенной по отдельным признакам); 
– своевременной (которая может использоваться для изменения конструкций, корректировки технологического 
процесса изготовления, ремонта машины и технического 
обслуживания).

Все показатели надежности сельскохозяйственной техники относят к категории случайных величин, которые рассчитывают методами теории вероятностей и математической статистики.
Статистическую оценку показателей надежности дают совокупности объектов, объединенных единым признаком или свойством. Например, детали можно группировать в совокупности по 
различным признакам: размерам, отклонениям формы, износам; 
машины  − по долговечности и т. д. Различают статистическую, 
генераль ную и выборочную совокупности.
Статистическая совокупность − это совокупность, состоящая 
из однородных объектов, обладающих качественной общностью.
Генеральная совокупность − это совокупность объектов, подлежащих исследованию. Однако исследовать все объекты генеральной совокупности обычно не представляется возможным. Поэтому для этого из генеральной совокупности выбирают определенное число объектов, которое называют выборочной совокупностью или выборкой.
Выборочная совокупность (выборка) − определенное число 
объектов, отобранных из генеральной совокупности для получения объективных сведений о генеральной совокупности.
Выборка должна быть подобна генеральной совокупности, чтобы на основании ее можно было достаточно уверенно судить об интересующем признаке генеральной совокупности. Выборка должна быть представительной, каждый объект − отобран случайно, и 
все объекты − иметь одинаковую вероятность попасть в выборку.
Для объективной оценки генеральной совокупности очень важен объем выборки, т. е. число объектов наблюдений, составляю-
щих выборку.
В случае же изучения менее однородного материала метод получения выборки и ее объем приобретают решающее значение. Так, 
при испытаниях машин объем выборки оценивают числом одновременно испытываемых машин с учетом полученных от каждой 
из них точек информации. Малый объем выборки в этом случае может привести к значительным ошибкам и сделать полу ченные результаты непригодными для практического использования. Слишком большое число одновременно испытываемых машин, хотя и 
приведет к более высокой точности расчетов, но будет неприемлемым из-за экономических соображений ввиду высокой стоимости 
испытаний каждой машины. Поэтому в данном случае необходимо 

искать оптимальное решение, при котором объем выборки, обеспечивая достаточную точность конечных результатов, не будет слишком большим, а сами испытания − дорогостоящими.
Если во время испытаний у каждого объекта выборочной совокупности будет зафиксирован интересующий исследователя показатель надежности, то полученную таким образом информацию 
называют полной.
Если же испытания ограничивают по времени или наработке 
объектов и за это время (или наработку) не у всех объектов выборочной совокупности зафиксирован показатель надежности, то такую информацию называют усеченной.
При этом возможны также случаи преждевременного снятия с 
испытаний объектов, у которых не зафиксирован показатель надежности и время или наработка которых не достигли заранее оговоренных условиями испытаний значений. Досрочное снятие машин с испытаний возможно при хозяйственной необходимости, 
авариях, пожарах и других непредвиденных обстоятельствах. Полученную по такой методике испытаний информацию называют 
многократно усеченной, а преждевременно снятые с испытаний 
машины – приостановленными.
После проведения испытаний на основе полученной информации осуществляют расчет показателей надежности интересующих 
исследований.
Сама надежность выступает как комплексное свойство, включающее в себя в зависимости от назначения объекта или условий 
его эксплуатации ряд простых свойств: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. 
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или некоторого 
времени.
Наработка – продолжительность или объем работы объекта, 
измеряемые в любых неубывающих величинах (единица времени, 
число циклов нагружения, километры пробега и т. п.).
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной 
системе технического обслуживания и ремонтов. 
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в 
его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению ра

ботоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока 
хранения и транспортирования.
В зависимости от объекта надежность может определяться всеми перечисленными свойствами или частью их. Например, надежность колеса зубчатой передачи, подшипников определяется их 
долговечностью, а станка – долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью.