Основы надежности машин

ОСНОВЫ 
НАДЕЖНОСТИ МАШИН

С.Ю. ЖУРАВЛЕВ

Москва
ИНФРА-М
2023

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано 
учебно-методическим советом федерального государственного 
бюджетного образовательного учреждения высшего образования 
«Красноярский государственный аграрный университет» 
для внутривузовского использования в качестве учебного пособия 
для студентов по направлению подготовки 35.03.06 «Агроинженерия»

УДК 631.3(075.8)
ББК 40.72я73
 
Ж91

Журавлев С.Ю.
Ж91  
Основы надежности машин : учебное пособие / С.Ю. Журавлев. — 
Москва : ИНФРА-М, 2023. — 251 с. — (Высшее образование). 

ISBN 978-5-16-018236-0 (print)
ISBN 978-5-16-111242-7 (online)
Учебное пособие содержит основные теоретические положения сельскохозяйственного 
машиностроения, методические указания, порядок выполнения 
лабораторных работ, перечень тестовых заданий для контро ля остаточных 
знаний.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных 
стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 
35.03.06 «Агроинженерия» (профиль «Технические системы в агробизнесе»).


УДК 631.3(075.8)
ББК 40.72я73

Р е ц е н з е н т ы:
Минин В.В., доктор технических наук, доцент, профессор кафедры 
транспортных и технологических машин Политехнического института 
Сибирского федерального университета;
Петровский Н.В., кандидат технических наук, доцент, преподаватель 
Красноярского аграрного техникума

А в т о р:
Журавлев С.Ю., кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры 
механизации и технического сервиса в АПК Института инженерных 
систем и энергетики Красноярского государственного аграрного 
университета

ISBN 978-5-16-018236-0 (print)
ISBN 978-5-16-111242-7 (online)

© Журавлев С.Ю., 2023
© Красноярский государственный 
аграрный университет, 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 4 
Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ МАШИН .... 6 
1.1. Введение в предмет. Основные понятия и определения .................... 6 
1.2. Показатели надежности машин. Математические и практические 
методы их определения ........................................................................... 23 
1.3. Физические основы надежности ..................................................... 52 
1.4. Испытания машин на надежность. Принципы конструирования 
технических систем .................................................................................. 95 
1.5. Методы повышения надежности машин ...................................... 129 
1.6. Критерии оценки качества. Методы управления качеством про-
дукции ...................................................................................................... 156 
Часть II. ПРАКТИКУМ ......................................................................... 182 
Лабораторная работа № 1. Статистическая обработка опытной 
информации о надежности машин ....................................................... 182 
Лабораторная работа № 2. Определение показателей долговечности 
деталей и сопряжений ............................................................................ 196 
Лабораторная работа № 3. Определение показателей безотказности 
машин ...................................................................................................... 200 
Лабораторная работа № 4. Изучение закономерностей износа              
деталей ..................................................................................................... 205 
Лабораторная работа № 5. Моделирование процессов эксплуатации 
технических устройств .......................................................................... 217 
Тестовые задания для контроля знаний по разделу «Основы надежно-
сти машин» .............................................................................................. 233 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................... 248 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................... 249 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Развитие научно-технического прогресса, усложнение кон-
струкций машин и интенсификация режимов их эксплуатации обу-
славливают необходимость повышения надежности технических си-
стем. Решение этой проблемы − это огромный резерв повышения эф-
фективности производства и производительности труда. 
Особенностью проблемы повышения надежности является ее 
связь со всеми этапами проектирования, изготовления и использова-
ния машины, начиная с момента, когда формируется и обосновывает-
ся идея создания новой машины, и кончая принятием решения об ее 
списании. Необходимо выявление связи между показателями надеж-
ности и возможностями по их повышению на каждом из этапов про-
ектирования, изготовления и эксплуатации машины. Эффективность 
использования сельскохозяйственной техники определяется не толь-
ко конструктивно-технологическими решениями, заложенными в 
процессе изготовления, но и условиями ее эксплуатации, техническо-
го обслуживания и ремонта. 

Теория надежности машин и систем развивается относительно 

недавно и поэтому не может претендовать на законченность. Некото-
рые вопросы этой теории еще недостаточно разработаны и нуждают-
ся в уточнении. Имеющиеся опубликованные неполные статистиче-
ские данные об уровне надежности различных типов эксплуатируе-
мых машин и систем в настоящее время, в связи с интенсивным раз-
витием новых методов проектирования и производства, уже недоста-
точно полно отражают фактическое состояние проблемы надежности, 
в особенности на фоне совершенствования конструкций, появления 
новых материалов для них и т.д. Теория надежности машин и систем 
охватывает широкий круг вопросов, отражающих общую теорию 
надежности, вопросы проектирования, технологии производства и 
эксплуатации этих систем. В связи с этим ознакомление с этой про-
блемой требует знаний в области конкретных изделий и математиче-
ской подготовки. 

На практике инженеру сельскохозяйственного производства по-

стоянно приходится оценивать надежность эксплуатируемой техники 
по всем ее составляющим. Настоящее учебное пособие позволяет за-
крепить теоретические знания и приобрести практические навыки в 

определении значений этих составляющих в реальных условиях экс-
плуатации техники, приобрести компетенции по осуществлению ме-
роприятий, направленных на поддержание и восстановление работо-
способности и ресурса сельскохозяйственной техники. 
В данном пособии представлен достаточный объем теоретиче-
ских данных, приведены методические указания для выполнения ла-
бораторных работ по определению показателй надежности машин. 
Для более глубокого изучения дисциплины в пособии рекомендован 
список необходимой специальной технической литературы.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ                      
МАШИН 
 
1.1. Введение в предмет. Основные понятия                                   
и определения 
 
Основные понятия о надежности и ремонте машин 
 
Любой анализ надежности машин должен основываться на точ-
ных, определенных понятиях. В нашей стране установлена достаточ-
но четкая терминология надежности, выпущен ряд стандартов, даю-
щих однозначные толкования и определения понятий, относящихся к 
качеству продукции вообще и надежности в частности. 
При изучении надежности технических устройств рассматрива-
ются самые разнообразные объекты. При этом под объектом понима-
ется предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в 
период проектирования, изготовления, эксплуатации, исследования и 
испытаний на надежность. Для машиностроения объектом рассмот-
рения являются его изделия, а продукцией – сельскохозяйственные 
машины и oрудия. В зависимости от поставленной задачи изделием 
может быть отдельная деталь, кинематическая пара, узел, агрегат, 
машина в целом или система машин. Каждое изделие характеризует-
ся выходными параметрами – величинами, определяющими показа-
тели качества данного изделия.  
Выходные параметры характеризуют самые разнообразные 
свойства изделия в зависимости от его назначения и тех требований, 
которые к нему предъявляются. Это могут быть показатели точности 
функционирования, механические и прочностные характеристики, 
кинематические и динамические параметры, экономические показа-
тели и др. Допустимое значение выходных параметров оговаривается 
в нормативных документах (стандартах, ТУ). 
Качество машин – совокупность их свойств, обусловливающих 
пригодность удовлетворять определенные потребности в соответ-
ствии с назначением. 
Если понятие «качество» расчленить на составляющие, то к ним 
можно будет отнести следующие основные показатели: 
1) показатели назначения, характеризующие приспособленность 
изделий к использованию их по назначению (мощность, производи-
тельность, маневренность, КПД и пр.); 

2) показатели надежности (долговечность, безотказность, ре-
монтопригодность, сохраняемость); 
3) показатели технологичности, характеризующие эффектив-
ность конструкции и технологию ее производства; 
4) экономические показатели, отражающие затраты на разработ-
ку, изготовление, использование изделий и экономическую эффек-
тивность их эксплуатации (например, интегральный показатель); 
5) показатели стандартизации и унификации, характеризующие 
степень использования стандартных узлов; 
6) экологические показатели, характеризующие систему «чело-
век – изделие – среда», т.е. комплекс гигиенических, физиологиче-
ских, психологических и других свойств; 
7) эстетические показатели, охватывающие такие свойства, как 
красота форм, оригинальность, выразительность, гармоничность, со-
ответствие среде и др.; 
8) патентно-правовые показатели, определяющие патентную чи-
стоту изделия. 
Таким образом, надежность является одним из свойств машины, 
определяющих ее качество. Надежность машин отражает изменения 
их свойств во времени в процессе эксплуатации. Основные понятия 
надежности определены ГОСТ 27.002-83. 
Надежность – свойство объекта (машины или ее составной 
части, агрегата, узла, детали и т.п.) сохранять во времени в 
установленных 
пределах 
значения 
всех 
параметров, 
характеризующих способность выполнять требуемые функции в 
заданных режимах и условиях применения, ТО, ремонтов, хранения и 
транспортирования. 
Остановимся на основных понятиях и терминах проблемы 
надежности в соответствии с тем, как это трактуется в документах. Все 
основные термины в соответствии с ГОСТом и другими источниками 
(а их 89) классифицируются по четырем группам (табл. 1). 
Надежность машин – сложное свойство, которое в зависимости 
от назначения объекта и условий его применения состоит из сочета-
ния следующих свойств: безотказности, долговечности, ремонтопри-
годности, сохраняемости. Из рассмотрения содержания проблемы 
надежности машин следует, что это свойство характеризуется в 
первую очередь способностью выполнять заданные функции, сохра-
няя во времени значения установленных эксплуатационных показате-
лей в заданных пределах в соответствии с ТУ. 

Таблица 1 – Классификация терминов надежности 
 

Объекты 
Состояния и события 
Свойства 
Количественные 

показатели 

Изделия:  

машина, агрегаты, 
узлы, детали, при-
боры, сборочные 

единицы  

Исправное, неисправ-
ное, работоспособное, 

неработоспособное  

Надежность, без-
отказность, дол-
говечность, ре-
монтопригод-

ность  

Единичные: 

вероятность без-
отказной работы  

Элементы  
Повреждение  
Наработка       
на отказ  

Часть системы, 
предназначенная 
для выполнения 
заданных функ-

ций  

Отказ, предельное со-

стояние  

Сохраняемость  Средний ресурс, 

средний срок со-
храняемости, ве-
роятность вос-
становления 

Системы: 

совокупность 

совместно дейст-
вующих элемен-

тов 

Комплексные: 

коэффициент го-
товности, коэф-
фициент техни-
ческого исполь-

зования  

 
Эти характеристики являются функцией большого числа факто-
ров – конструктивного, производственно-технологического и эксплу-
атационного. Не уменьшая роли и влияния на уровень надежности 
машин основных факторов, следует сказать, что все свойства машин, 
в том числе и показатели их надежности, создаются и закладываются 
при конструировании машины, ее изготовлении, проявляются и ис-
пользуются в процессе эксплуатации и частично возобновляются при 
ремонте. 
Надежность – свойство объекта сохранять во времени в уста-
новленных пределах значения всех параметров, характеризующих 
способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и 
условиях применения, хранения и транспортирования. 
Надежность – одна из главных оценок качества и эксплуатаци-
онных характеристик сельскохозяйственной машины. Она является 
комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объ-
екта и условий его применения может включать безотказность, дол-
говечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные 
сочетания этих свойств. 
 

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работо-
способность в течение некоторого времени или некоторой наработки. 
Основной показатель безотказности – вероятность безотказной 
работы. Это вероятность того, что в интервале времени от 0 до t отказ 
не наступит, т.е. вероятность того, что отказ наступит в интервале 
времени от t до ∞. 
Вероятность безотказной работы P(t) – функция времени 
 

.
)
(
)
(
dt
t
t
f
t
P
                                   (1) 

Показатель безотказности определяет шанс изделия проработать 
без отказов заданный интервал времени. Допустимое значение P(t) 
выбирается в зависимости от степени опасности отказа. Например, 
для ответственных деталей машин авиационной техники P(t) = 0,9999 
→ 1. В таблице 2 представлена классификация машин по надежности 
в зависимости от последствий, к которым может привести их отказ. 
 
Таблица 2 – Классификация машин  
по вероятности безотказной работы 
 

Последствия отказа 
Допустимая вероятность 

безотказной работы 

Тип машин 

Катастрофические:  

авария, катастрофа, невы-
полнение ответственного 

задания  

P(t) → 1 
Летательные аппараты, 

подъемно-

транспортные машины, 
машины химического 

производства 

Экономические: 

повышенные потери вре-
мени от простоев, работа 
на пониженных режимах с 
ухудшенными параметрами 

Значительный ущерб: 

P(t)  ≥ 0,99. 

Незначительный ущерб: 

P(t)  ≤ 0,9 

Технологическое обо-
рудование, с.-х. и бы-

товые машины

Без последствий, затраты 
на ремонт в пределах нор-

мы 

 P(t) ≤ 0,9 
Отдельные узлы и эле-

менты машин

 
По статистическим данным вероятность безотказной работы 
машин определяется по формуле 

( )
( )
( )
1
,
0

0
0

N
n t
n t
P t
N
N

                                 (2) 

где N0 – число объектов; n(t) – число отказов объектов за время. 
Достоинство показателя безотказности – возможность достаточ-
но просто судить о надежности. 
Безотказность машин меняется во времени или по мере увели-
чения наработки, и этот процесс изменения имеет свои закономерно-
сти, которые изучаются и оцениваются в соответствии с теорией 
надежности (рис. 1). 
 

 
 
Рисунок 1 – Зависимость вероятности безотказной работы машин P(t) 
от времени эксплуатации 
 
На графике рисунка 1 показана кривая вероятности отказов 
)
(t
Po
, которая симметрична по отношению к P(t) и показывает веро-
ятность того, что при определенных условиях в заданном интервале  
времени возникает хотя бы один отказ. 
При определении показателей безотказности учитывают послед-
ствия, к которым приводят отказы, и склонность к восстановлению 
работоспособности путем подразделения отказов на три группы 
сложности. 
I группа – отказы, устраняемые ремонтом или заменой деталей, 
расположенных снаружи узлов и агрегатов, без их разборки, а также 
отказы, устранение которых требует внеочередного проведения опе-
раций TO-1 и ТО-2. 

II группа – отказы, устраняемые ремонтом или заменой легкодо-
ступных узлов и агрегатов, а также те, устранение которых требует 
раскрытия внутренних полостей основных агрегатов без их разборки 
или внеочередного проведения операций ТО-2. 
Для устранения отказов III группы необходимы разборка или 
расчленение основных агрегатов. 
Показатели безотказности рассчитывают как общие, так и по 
группам сложности (табл. 3). 
 
Таблица 3 – Нормативы безотказности тракторов  
до капитального ремонта 
 

Марка трактора 

Допустимое среднее число отказов на 

1000 мото-ч по группам сложности 

1 
2 
3 

К-701 
4,36 
3,13 
0,73 

T-150K  
4,83 
3,16 
0,83 

Т-4А  
5,0 
4,23 
0,76 

ДТ-75М  
4,5 
3,0 
0,8 

МТЗ-80 
4,0 
2,3 
0,5 

 
Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в 
приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособ-
ного состояния путем проведения ТО и ремонта. 
Ремонтопригодность машин должна рассматриваться как одно 
из важнейших требований к современной технике, предполагающее 
минимальные затраты труда, времени, средств на выполнение работ 
по поддержанию, контролю и восстановлению работоспособности 
машин. 
Затраты на ремонт и ТО в 4–6 раз превышают стоимость машин 
при их производстве. На долю заводов, выпускающих новые тракто-
ры, приходится лишь 22 % производственных мощностей, на долю 
заводов, изготовляющих запасные части к тракторам, – 34 %, на долю 
ремонтных предприятий – 44 %. То есть на ремонт тракторов затра-
чивается почти в 4 раза больше производственных мощностей, чем на 
выпуск новых. 
В таком же примерно соотношении находится и количество спе-
циалистов, занятых изготовлением, обслуживанием и ремонтом ма-