La operatividad es el estado del producto , en el que es capaz de realizar una determinada función con los parámetros establecidos por los requisitos de la documentación técnica . El fracaso es una interrupción . La propiedad de un elemento o sistema de mantener continuamente la operatividad bajo ciertas condiciones de funcionamiento (hasta la primera falla) se denomina confiabilidad . La confiabilidad es la propiedad de un objeto para mantener continuamente un estado saludable durante algún tiempo o tiempo de funcionamiento .
Además, la capacidad de trabajo es la capacidad potencial de un individuo para realizar actividades convenientes a un nivel determinado [1] de eficiencia durante un tiempo determinado . La eficiencia depende de las condiciones externas de la actividad y de los recursos psicofisiológicos del individuo .
Resistencia : la capacidad de una pieza para resistir la destrucción o la deformación plástica bajo la acción de las cargas aplicadas. La fuerzaes el principalcriterio derendimiento, ya que las piezas frágiles no pueden funcionar.
Los métodos generales de cálculo de resistencia , dados en la sección 2 "Fundamentos de la fiabilidad de la resistencia ", se han discutido en detalle en relación con partes específicas y están en forma de cálculos de ingeniería.
La destrucción de partes de la máquina conduce no solo a la falla de todo el sistema mecánico, sino también a accidentes . Los cálculos de resistencia se llevan a cabo:
En la mayoría de los casos, se considera una violación de la resistencia la ocurrencia en la parte de una tensión igual al límite ( s pred ., t pred . ). Para garantizar una fuerza suficiente (margen de seguridad), se deben cumplir las siguientes condiciones: s £ [ s ]=( s antes de /[ s ]); t £ [ t ]=( t antes de /[ s ]); s³ [ s ].
Dependiendo de las propiedades del material y la naturaleza de la carga, se aceptan los siguientes como esfuerzos últimos: límite elástico , resistencia a la tracción (al calcular la resistencia estática) o límite de resistencia con un ciclo apropiado de cambios de tensión (al calcular la fatiga ). fuerza resistente). A la hora de diseñar, se debe tener en cuenta que la resistencia a la fatiga se reduce significativamente en presencia de concentradores de tensiones asociados a la forma estructural de las piezas ( filetes , ranuras, agujeros , etc.) o a defectos de fabricación (arañazos, grietas, etc.). .).
En algunos casos, las piezas funcionan bajo cargas que provocan tensiones de contacto variables en las capas superficiales , lo que provoca el desconchado por fatiga de las superficies de contacto. El cálculo en este caso se realiza a partir de la condición de resistencia de las superficies de trabajo.
El factor de seguridad permisible [ s ] se establece sobre la base del método diferencial como un producto de coeficientes parciales: [ s ] =s 1 s 2 s 3 , reflejando: s 1 - confiabilidad de las fórmulas y cargas de diseño; s 2 - uniformidad de las propiedades mecánicas de los materiales; s 3 - requisitos de seguridad específicos.
El factor de seguridad permisible [ s ] en relación con el límite elástico cuando se calculan piezas hechas de materiales plásticos bajo la acción de esfuerzos constantes se establece al mínimo con cálculos suficientemente precisos ([ s ] = 1.3 ... 1.5). El factor de seguridad en relación con la resistencia a la tracción cuando se calculan piezas hechas de materiales quebradizos, incluso con tensiones constantes, se asigna bastante alto ([ s ] ³ 3). Esto se debe al peligro de destrucción, incluso si la tensión máxima supera una vez la resistencia máxima. Factor de seguridad para el límite de resistencia; asignado relativamente pequeño
([ s ] =1.5 ... 2.5), ya que las sobrecargas individuales no conducen a la destrucción.
Para estructuras cuya destrucción es especialmente peligrosa para la vida humana y el medio ambiente (mecanismos de elevación, calderas de vapor, etc.), los factores de seguridad, así como los métodos de cálculo, diseño y operación, están regulados por las normas Gosgortekhnadzor .
Rigidez : la capacidad de las piezas para resistir cambios de forma y tamaño bajo carga. El cálculo de la rigidez permite limitar las deformaciones elásticas de las piezas dentro de los límites permisibles en condiciones de funcionamiento específicas (por ejemplo, la calidad del engranajeylas condiciones de funcionamiento de loscojinetesse deterioran con grandes deflexiones del eje). La importancia de los cálculosrigidezaumenta debido a que la mejora de los materiales estructurales ocurre principalmente en la dirección de aumentar sus características de resistencia ( y ), mientras que los módulos elásticos E(característica de rigidez) aumentan levemente o incluso se mantienen constantes. Los estándares de rigidez se establecen sobre la base de la práctica operativa y los cálculos. Haycasosen que las dimensiones obtenidas de la condición de resistencia resultan insuficientes en términos de rigidez.
Los cálculos de rigidez son más laboriosos que los cálculos de resistencia. Por lo tanto, en algunos casos se limitan solo a estos últimos, pero toman factores de seguridad deliberadamente aumentados para garantizar la rigidez adecuada de manera indirecta.
En algunos casos, es necesario tener en cuenta los desplazamientos causados no solo por deformaciones generales, sino también por contacto, es decir. realizar cálculos de rigidez de contacto.
Estabilidad - la propiedad de un producto para mantener su forma original de equilibrio. La estabilidad es un criterio para el desempeño de varillas largas y delgadas que trabajan a compresión, así como de placas delgadas sujetas a compresión por fuerzas que se encuentran en su plano, y corazas que experimentan presión externa o compresión axial. La pérdida de estabilidad de las piezas se caracteriza por el hecho de que, al estar bajo carga después de una pequeña deformación adicional dentro de los límites de elasticidad, no vuelven a su estado original. La pérdida de estabilidad ocurre cuando la carga F llamado valor crítico F cr , en el cual hay un cambio cualitativo brusco en la naturaleza de la deformación. La estabilidad estará asegurada si F £ F cr .
Al calcular la estabilidad, se asignan factores de seguridad aumentados, lo que está asociado con la convencionalidad de los cálculos basados en la suposición de la acción central de la carga, y si hay un desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza con respecto al centro de gravedad de la sección, el valor de la fuerza crítica cae bruscamente.
Resistencia al calor : la capacidad de una pieza para trabajar a altas temperaturas. El calentamiento de las piezas es causado por el proceso de trabajo de las máquinas y la fricción en los pares cinemáticos y puede tener consecuencias perjudiciales: una disminución de las características de resistencia del material y la aparición de fluencia (aumento de la deformación bajo carga con el aumento de la temperatura); cambio en las propiedades físicas de las superficies de fricción; deterioro de la precisión; una disminución en la capacidad protectora de las películas de aceite y, en consecuencia, un aumento en el desgaste de las piezas; cambiar los espacios en las piezas de acoplamiento, lo que puede provocar atascos y agarrotamientos.
Para evitar los efectos nocivos del sobrecalentamiento en el funcionamiento de las máquinas, se realizan cálculos térmicos y, si es necesario, se realizan los cambios de diseño oportunos, como refrigeración forzada, aumento de la superficie de transferencia de calor, etc.
Resistencia al desgaste : la propiedad de las piezas para resistir el desgaste, es decir, el proceso de cambios graduales en el tamaño y la forma de las piezas como resultado de lafricción. En este caso, los espacios en los pares cinemáticos aumentan, lo que, a su vez, conduce a una violación de la precisión, la aparición de cargas dinámicas adicionales, una disminución de la sección transversal y, en consecuencia, una disminución de la resistencia, una disminución enla eficiencia, y un aumento en el ruido. Con el nivel actual de tecnología, 85 ... 90% de las máquinas fallan como resultado del desgaste, lo que provoca un fuerte aumento en el costo de operación debido a la necesidad de verificar periódicamente su estado y reparación. Para muchos tipos de máquinas, el costo de las reparaciones y el mantenimiento debido al desgaste supera con creces el costo de una máquina nueva.
El cálculo de la resistencia al desgaste de las piezas consiste en determinar las condiciones que aseguran el rozamiento fluido (el modo de operación cuando las superficies de contacto están separadas por una capa suficiente de lubricante), o en asegurar su suficiente durabilidad asignando presiones admisibles apropiadas al rozamiento. superficies.
La resistencia a la vibración es la capacidad de una estructura para operar en el rango deseado de modos sin vibraciones inaceptables. Los efectos causados por la vibración se han discutido en la subsección 1.5.
Las principales áreas de trabajo que proporcionan fuerza de vibración y resistencia a la vibración son: eliminación de fuentes de vibración ( balanceo de masas giratorias y mecanismos de balanceo ); la creación de estructuras de tal rigidez que no habrá peligro de resonancia de vibraciones, y el desarrollo de medios efectivos de protección contra vibraciones para una persona: un operador que controla vehículos de alta velocidad, máquinas tecnológicas y máquinas de acción vibratoria, en las que la resonancia y los efectos de vibración permiten aumentar la productividad laboral a un menor costo.
La confiabilidad , como criterio de rendimiento, se estima por la probabilidad P(t) de mantener la operatividad durante una vida útil determinada (coeficiente de confiabilidad): P (t) \u003d 1-n (t) / n, donde n (t) es el número de piezas que han fallado al tiempo t o al final del tiempo de funcionamiento; n es el número de piezas ensayadas.
La probabilidad de funcionamiento sin fallos de un producto complejo es igual al producto de las probabilidades de funcionamiento sin fallos de sus componentes.
La confiabilidad del producto se puede lograr cumpliendo una serie de requisitos en todas las etapas de diseño, fabricación y operación. Estos incluyen lo siguiente: