Случайное событие, состоящее в переходе объекта из неисправного состояния в исправное в результате устранения любых дефектов, также будем обозначать термином «ремонт».

Внезапные и постепенные отказы с течением времени приводят к переходу объекта из работоспособного состояния в неработоспособное предельное состояние. Этот переход может происходить или мгновенно, или постепенно в зависимости от вызвавших его причин в результате внезапного или постепенного отказа.

Внезапный отказ происходит из-за превышения действующей нагрузки несущей способности объекта или в результате ошибок расчета и конструирования, или вследствие наличия скрытых дефектов изготовления, или в результате нарушения правил эксплуатации. Внезапный отказ обычно связан с поломками деталей, появлением остаточных деформаций, потерей устойчивости, заеданием или расплавлением.

Постепенный отказ наступает при полном использовании ресурса объекта вследствие естественного старения или изнашивания материала объекта. Большинство деталей электродвигателей, электроприводов и электротехнических изделий переходит в неработоспособное предельное состояние в результате постепенного отказа. Постепенный отказ не может быть предотвращен обеспечением выполнения правил эксплуатации. Улучшение или ухудшение условий эксплуатации может лишь замедлить или ускорить появление постепенного отказа. Полное исключение постепенных отказов возможно лишь профилактической заменой элементов, близких к предельному состоянию. Профилактическая замена элементов является важнейшим средством повышения надежности объектов.

Причинами внезапных и постепенных отказов являются: хрупкое разрушение, пластическая деформация, ползучесть, усталость материалов, изнашивание, коррозия металлов, старение материалов.

Хрупкое разрушение деталей происходит при возникновении больших ударных нагрузок, при работе в условиях низких температур (низкотемпературное охрупчивание некоторых видов конструкционных сталей с примесью азота), больших остаточных напряжениях, например в сварных соединениях, наличии местных дефектов в материале, большой концентрации напряжений, действии факторов, не связанных с механическим напряжением (тепловое и радиационное охрупчивание). Хрупкое разрушение является причиной выхода из строя сварных соединений, чугунных отливок, фасонных деталей с объемной термообработкой до высокой твердости и т. д.

Пластическая деформация возникает при перегрузках деталей из вязких (пластичных) материалов, к которым, например, относятся незакаленные и высоко отпущенные стали. Вследствие пластической деформации происходит изменение геометрической формы деталей (искривление осей и валов, осадка пружин, вмятины на поверхностях качения бандажей, рельсах, дорожках качения шариков подшипников, шпонках, шлицах и т. д.).

Ползучесть - медленная и непрерывная пластическая деформация деталей, возникающая при длительном действии напряжений выше предела упругости, нагреве до температур рекристаллизации.

Усталость материалов - процесс изменения структуры, микроструктуры и макроструктуры материала под длительным действием циклически изменяющихся во времени механических напряжении и деформаций, сопровождающийся изменением механических и физических свойств. Наибольшее практическое значение имеет усталостное ухудшение механических свойств материала.

Усталость материалов существенно зависит от многих факторов, к которым относятся: масштабный фактор (абсолютные размеры поперечного сечения), факторы нагружения (вид напряженного состояния, концентрация напряжений, остаточные напряжения, зависящие от условий изготовления детали, частота нагружения, история нагружения), состояние поверхностного слоя (химический состав, механические свойства, качество обработки поверхности), эксплуатационные факторы (окружающая среда, температура, коррозия).

Износ является результатом изнашивания. Изнашиванием называется процесс изменения размеров, формы, массы или состояния поверхности объекта вследствие разрушения микрообъемов поверхностного слоя объекта при трении. Различают механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое изнашивание.

Механическое изнашивание имеет несколько разновидностей; абразивное, гидроабразивное, пневмоабразивное, усталостное, эрозионное, кавитационное. Абразивное изнашивание является результатом режущего или царапающего действия твердых тел или частиц. Абразивному изнашиванию подвержены многие элементы механизмов электропривода: тормозные пары, зубчатые и червячные передачи, подшипники скольжения, шарнирные соединения и т. д.

Гидроабразивное и пневмоабразивное изнашивание является результатом воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости или газа. Гидроабразивное изнашивание имеет место в оборудовании гидротранспорта полезных ископаемых (пульповоды), а пневмоабразивное — в установках пневмотранспорта (трубопроводы). Наиболее интенсивно изнашиваются те их зоны, где изменяется направление движения потока жидкости или газа.

Усталостное изнашивание появляется в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц на поверхности трения или на ее отдельных участках. Этот вид изнашивания часто называют контактной усталостью, питтингом, осповидным износом.

Эрозионное изнашивание появляется в результате воздействия на поверхность потока жидкости или газа.

Кавитационное изнашивание возникает в результате воздействия на поверхность твердого тела потока жидкости в условиях кавитации, т. е. в условиях нарушения сплошности течения жидкости и образования кавитационных пузырьков.

Молекулярно-механическое изнашивание появляется в результате одновременного механического воздействия и воздействия молекулярных сил. Разновидностью молекулярно-механического изнашивания является изнашивание при заедании в результате схватывания и вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность.

Коррозионно-механическое изнашивание является результатом трения материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. Коррозионно-механическое изнашивание подразделяют па окислительное и фретинг-коррозионное изнашивания.

Окислительное изнашивание - процесс механического разрушения окисных пленок, возникающих на поверхностях трения при взаимодействии с химически активной (коррозионной) средой. Окислительное изнашивание наблюдается в узлах трения электроприводов, работающих в коррозионных средах (конвейеры гальванических цехов, конвейеры-кормораздатчики) или при высоких температурах (вкладыши подшипников, поршни, цилиндры двигателей внутреннего сгорания).

Фретинг-коррозионпое изнашивание возникает при трении скольжения с малыми возвратно-поступательными перемещениями, при которых происходит разрушение окисных пленок без их удаления из зоны трения. Окислы способствуют увеличению изнашивания, и на сопряженных поверхностях образуются кратеры с выкрошенным металлом. Этот вид изнашивания наблюдается в зацеплениях зубчатых муфт, шлицевых и шпоночных соединениях, гнездах подшипников качения и др.

Коррозия - процесс разрушения материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней (коррозионной) средой. В зависимости от вида среды различают коррозию атмосферную, газовую и в электролитах. Наиболее интенсивно развивается коррозия металлов в электролитах. Коррозия изменяет форму и размеры деталей, снижает их работоспособность, уменьшает прочность и выносливость при переменных механических напряжениях.

Коррозионная усталость - понижение предела выносливости металла или сплава, возникающее при одновременном воздействии переменных циклических напряжений и коррозионной среды. Разрушение металла происходит в результате появления сетки микротрещин транскристаллитного или межкристаллитного типа, переходящих в крупную трещину коррозионной усталости. Пределом коррозионной усталости называется максимальное механическое напряжение, при котором металл не разрушается после одновременного воздействия установленного числа циклов переменной нагрузки и заданных коррозионных условий. В результате коррозии ежегодно теряется от 1 до 1,5% всего металла, накопленного и эксплуатируемого человечеством.

Старение материалов и сплавов - диффузионный процесс постепенного перехода твердого материала из неравновесного исходного состояния в равновесное, сопровождающийся изменением механических, физических и химических свойств и объема. Этот переход связан или со структурными превращениями, или представляет собой релаксационный процесс. При старении может происходить как ухудшение, так и улучшение свойств материалов или нередко улучшение одних свойств при одновременном ухудшении других как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации.

Изменение механических свойств сплавов при старении характеризуется кривой с экстремумом. На начальных стадиях наблюдается упрочнение сплава, повышение его твердости, уменьшение пластичности. На последних стадиях прочность сплава снижается при одновременном повышении пластичности.

Старение изменяет сопротивляемость сплава коррозии. При старении часто возникает коррозионное растрескивание по границам зерен при механическом напряжении. Изменяется электрическое сопротивление сплава, коэрцитивная сила.

Старение зависит от многих факторов, но наибольшее влияние оказывает температура. Старение разных сплавов происходит в широком диапазоне температур - от очень высоких до очень низких. Эти температуры создаются при термической обработке сплава в процессе производства и могут быть характерными для обычных условий эксплуатации многих объектов электротехники.

Старение используют в процессе производства для улучшения или стабилизации свойств материалов, например повышение механической прочности алюминиевых, медных и никелевых сплавов, повышение жаропрочности никелевых сплавов, увеличение коэрцитивной силы медных сплавов и т. д. Оптимальный комплекс свойств для некоторых сплавов достигается после сложного старения при разной температуре в определенной последовательности в связи с различиями процесса распада пересыщенного твердого раствора в разных температурных интервалах.

Старение полимеров - процесс постепенного изменения структуры и химического состава полимеров под действием внешних факторов, сопровождающийся изменением механических, физических и химических свойств.

Старение происходит при переработке и хранении полимеров, а также при хранении и эксплуатации объектов. Старение существенно ухудшает свойства полимеров, и они часто становятся непригодными для практического использования. При старении полимеров появляются и разрастаются трещины на их поверхности, приводящие иногда к полному разрушению. При длительном воздействии достаточно высокой температуры прочность полимера понижается вследствие разложения полимера. При старении натурального каучука на воздухе в результате деструкции происходит его размягчение, в то время как структурирование приводит к охрупчиванию каучука. При старении каучуков и резин уменьшается их эластичность, увеличивается газопроницаемость и ухудшаются диэлектрические свойства.

Старение полимеров вызывается действием многих факторов: теплоты, кислорода, озона, солнечного света, ионизирующих излучений, проникающей радиации, влаги, механических напряжений, биологических факторов (например, воздействие микроорганизмов). В условиях эксплуатации на полимеры воздействует одновременно несколько факторов, например теплота, кислород, озон, солнечный свет, влага и др. В соответствии с фактором воздействия различают следующие виды старения: термическое, термоокислительное, озонное, фотохимическое, радиационное, гидролитическое и др.

Скорость старения зависит от состава полимерного материала, от чувствительности полимера к воздействию внешних факторов и от интенсивности этих факторов. Важный фактор, ускоряющий старение - механические напряжения, возникающие в полимерах при их переработке и эксплуатации объектов из них.

Стойкость полимеров к старению во многих случаях определяет сроки хранения и сроки службы объектов. Эффективный способ повышения стойкости полимеров к старению - стабилизация. Стабилизация основана на применении стабилизаторов полимеров (ингибиторов старения), веществ, тормозящих старение полимеров.

Случайная величина - величина, которая может принять какое-либо неизвестное заранее возможное значение, зависящее от случайных факторов (причин), которые не могут быть учтены. Случайные величины могут быть дискретными и непрерывными.

Дискретной (прерывной) называется случайная величина, принимающая отделенные друг от друга возможные значения, которые можно перенумеровать, т. е. записать в виде последовательности . Число возможных значений дискретной случайной величины может быть конечным или бесконечным. Дискретными случайными величинами в теории надежности являются: количество невосстанавливаемых объектов, оказавших в заданном интервале времени; количество отказов восстанавливаемого объекта в заданном интервале времени; количество объектов, восстановленных в заданном интервале времени.

Непрерывной называется случайная величина, возможные значения которой непрерывно заполняют некоторый конечный или бесконечный промежуток. Число возможных значений непрерывной случайной величины, очевидно, бесконечно. Непрерывными случайными величинами в теории надежности являются: наработка, ресурс, срок службы, время восстановления, срок сохраняемости.

Наработка - продолжительность или объем работы объекта. Наработка может измеряться в единицах времени, массы, длины, площади, объема, в циклах и т. д. Например, наработка грузоподъемного крана - в тоннах груза, наработка автомобильной шины - в километрах пробега, наработка экскаватора - в кубометрах грунта, наработка реле - в циклах включения, наработка телевизора - в часах работы и т. д.

Наработка может быть суточной, месячной, до первого отказа, между отказами, до предельного состояния и т. п. При работе объекта с перерывами учитывается суммарная наработка. При эксплуатации объекта в различных режимах нагрузки каждый ее уровень учитывается отдельно. Наработку не следует смешивать с календарной продолжительностью эксплуатации. Например, наработка лифта в течение одного года службы может составлять всего 1000 ч, хотя один год содержит 8760 ч.

Наработка является обобщающим понятием для продолжительности или объема работы объекта, необходимым в интересах общности методических разработок, которое позволяет применить одни и те же математические методы к объектам различного вида и назначения.

Ресурс - наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние. Ресурс объекта является случайной величиной, изменение которой вызывают многие примерно равнозначные по действию технологические и эксплуатационные факторы: отклонение размеров объекта, отклонение механических характеристик материала объекта, отклонение макро- и микроструктуры материала объекта, отклонение режимов термообработки, изменение механических, тепловых и других нагрузок, изменение атмосферных условий, изменение абразивной среды на поверхностях трения, изменение условий смазывания и т. д.

Ресурс является основным показателем долговечности деталей, узлов и агрегатов машин. Различают: ресурс средний, медианный, гамма-процентный, до первого капитального ремонта, межремонтный, суммарный, назначенный.

Срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние. Срок службы также является случайной величиной, так как определяется ресурсом объекта и временем, в течение которого объект не работает и которое в общем случае также является случайной величиной.

Срок службы является основным показателем долговечности машин. Различают: срок службы средний, медианный, гамма- процентный, до первого среднего или капитального ремонта, межремонтный, до морального износа, до списания.

Время восстановления работоспособного состояния - продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта. Время восстановления объекта - случайная величина, так как каждое слагаемое этой суммы является случайной величиной.

Срок сохраняемости - календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение и после которой сохраняются значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в установленных пределах. Срок сохраняемости объекта также является случайной величиной, так как его определяют многие изменяющиеся во времени факторы: условия хранения, защита от вредных внешних воздействий, защита от коррозии, стойкость к старению материалов и т. д.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: