Šiluma: šiluminis atsparumas (konspektas)

Šiluminis atsparumas

Mašinose šiluma išsiskiria darbo proceso metu, pvz.: vidaus degimo varikliuose, elektros varikliuose ir įrenginiuose, t.p. trinties paviršiuose ir gali būti suteikta iš aplinkos. Dėl per didelio įšilimo gali atsirasti tokie žalingi mašinudarbų reiškiniai:

1) sumažėti detalių stiprumas. Tai gali atsitikti kai plieninės detalės įkaista T> 300÷400oC ir plastmasinės – T> 100÷150oC. Plieninėse detalėse pakilus temperatūrai virš nurodytos ribos sumažėja detalių plastingumas, atsiranda valkšnumo reiškiniai. Plastmacinių detalių t.p. keičia savo mechanines charakteristikasir panašiai.

2) Gali pablogėti tepimas dėl tepalo valkšumo sumažėjimo, gali atsirasti sukibimo rreiškiniai.

3) Gali sumažėti įrengimo tikslumas, pvz.: metalo pjovimo staklių, matavimo mašinų, nes įšilus detalei taip vadinamos šiluminės deformacijos. Šylant detalei ar mazgui šiluminės deformacijos didėja pagal eksponentinį dėsnį:

Δ=c(1-e-αt)

čia t – įšilimo laikas;

c ir α kooficientai, kurie e nuo mazgo arba detalės konstrukcijos ir m-gos.

Dirbant įrengimui jo įšilimas vyksta palaipsniui ir po tam tikro laiko šis procesas stabilizuojasi. Kai į mazgą ar detalę ateinantis šilumos dydis pasidaro lygus šilumos kiekiui atiduodami į aplinką. Šiuo momentu įšilimas ir šiluminės deformacijos stabilizuojasi. Iš uužrašytos lygybės, matyti, kad δ=c, t.y. konstantai tiktai tada kai t=∞.

Praktiškai t.y. baigtinis. Kadangi šiluminės deformacijos yra labai svarbios tiksliom staklėm šis stabilizacijos laikas buvo tyrinėtas eksperimentiškai. Nustatyta, kad tikslioms tekinimo staklėms t=3÷7h.

Įšilimo žalingumo poveikio sumažinimui yra naudotinos ttokios priemonės: išsiskiriančios šilumos kiekio mašinos mažinimais ir šios šilumos nuvedimo į aplinką gerinimas. Mašinos darbo metu šilumą išskiriančių mazgų izoliavimas nuo likusių detalės mazgų. Šiluma išskiriančių mazgų aušinimas. Tiksliems įrengimams labai svarbu daug šilumos išskiriančius mazgus, pvz.: elektros varikliui iškelti už įrengimo stovo ribų. Gerai apsaugoti šiuos įrengimus nuo pašalinio poveikio.

Patikimumas

Tai gaminio sugebėjimas per užduotą laiką atlikti nustatytas eksplotacines funkcijas. Įrengimo darbingumo praradimas vadinamas gedimu, o gedimai gali būti funkciniai ir parametriniai. Esant funkciniam gedimui įrengimas neatlieka savo funkcijų. Įvykus parametriniam gedimui įrengimas dirba, tačiau kai kurie parametrai kinta neleistinose ribose. Pvz.: vidaus degimo variklyje išsidėvėjus stūmuoklio žiedams krinta galingumas, didėja kuro sunaudojimas, staklėse padidėjus išsidėvėjimui sumažėja tikslumas ir t.t. Detalių gedimai gali įvykti dėl jų suirimo, ppvz.: pažeidimų (išsidėvėjimas, korozija, pav. nuovargis), dėl tepimo sutrikimų t.t. Gedimai laiko atžvilgiu yra skirstomi į staigius ir į vykstančius palaipsniui. Kai kurie gedimai atsiranda įrengimo prisidirbimo arba normalios eksplotacijos stadijoje,pvz.: lūžiai. Šių gedimų dažnis paprastai nuo eksplotacijos laiko. Jie gali vykti tiek eksplotacijos pradžioje, tiek didesnio eksplotavimo laike. Šie gedimai dažniausiai atsitinka dėl brokuotų detalių. Gedimai nuo išsidėvėjimo nuovargio paprastai atsiranda paskutinėje eksplotacijos stadijoje, jie kaupiasi palaipsniui ir yra neišvengiami. Pavadinus pirmuosius gedimus atsitiktiniais saugaus darbo tikimybę galima apskaičiuoti:

P(t)=1-λt

čia λλ=1/tvid

Šioje lygtyje t-įrengimo eksplotacijos laikas, o tvid-detalės vidutinis eksplotacijos laikas iki atsitiktinio gedimo. Kooficiantas λ priklauso nuo įrenginio tipo, t.y. jo konstrukcijos, eksplotacijos sąlygų, duodamas žynynuose pagal m-gos tipą. Jeigu priimsi eksplotacijos laika t=1000h, oλ=10-6 1/h, tada gausime, kad mūsų atveju saugaus darbo tikimybė bus:

P(t)=1-103/106=1-1/103=0,999

Įrengimo savybė išvengti gedimo, negendamumas, yra įvertinama tikimybineis rodikliais. Įrengimų turinčių ir elementų arba detalių gedimo tikimybė:

Q(t)=ng/n (1)

Ng – per laiką t sugedusių detalių skaičius.

Pasinaudojus šia lygybe galima apskaičiuoti patikimo darbo (be gedimų) tikimybę:

P(t)=1-Q(t)=1-ng/n=(n-ng)/n=nd/n (2)

Nd – darbingų detalių arba išlaikiusių darbingumą per laiką t skaičius.

Bet kokį mechaninį įrengimą arba mašiną galima traktuoti kaip sistemą susidedančią iš n nuosekliai sujungtų elementų arba detalių. Tada patikimo darbo tikimybę galima išreikšti:

P(t)=Πn1Pi(t) (3)

Pi(t) – vienos detalės ar elemento patikimo darbo tikimybė.

Jeigu priimti, kad visų elementų patikimo darbo tikimybės yra vienodos tada iš (3) gausime:

P(t)=Pni(t) (4)

Darbiniai įrengimai ir mašinos beveik visada susideda iš mechaninių, elektrinių ir elektroninių elementų, todėl (3) galima transformuoti į tokią:

P(t)=P1(t)*P2(t)*P3(t) (5)

P1(t), P2(t), P3(t) mechaninių, elektrinių ir elektroninių mašinos ar įrengimo detalių patikimumas.

Lygybės (1) – (5) yra užrašytos papraščiausia forma. Kai atskirų detalių patikimumas neturi tarpusavio ryšio.

Sudėtingi įrengimai sutinkti iš patikimų detalių, dėl didelio jų skaičiaus n gali būti nepatikimi. Pvz.: jeigu įrengimas susideda iš 50 detalių, o kiekvienos ddetalės patikimumas Pi(t)=0,99, tada panaudojus (4) gausime, kad bendras patikimumas:

P(t)=0,9950=0,55

Jeigu įrengimas turi 400 tokio pat patikimumo detalų, tada:

P(t)=0,99400=0,018

Išspręsti pvz. rodo, kad nuosekliai jungtuose elementuose bendros sudėtingos sistemos patikimumas visada bus nepakankamas. Todėl tokių sistemų patikimumo padidinimui naudojamas rezervavimas, t.y. kelių vienodų elementų II jungimas. Čia sugedus vienam elementui automatiškai jungimas kitas.

Paveikslas

Jei vieno iš lygiagrečiai sujungtų elementų gedimo tikimybė bus Qi(t), tai tada pagal (3) visos sistemos gedimo tikimybė:

Q(t)Πm1 Qi(t) (6)

Ir jei visų elementų gedimo tikimybės yra vienodos, tada:

Q(t)=Qmi(t) (7)

Arba įstatę į šią lygybę iš (2) gauta Q reikšmę kur Qi(t)=1-Pi(t), gauname:

P(t)=1-Πm1(1-Pi(t)) (8)

Jeigu priimsime, kad pav. parodytos sistemos kiekvienas II sujungto elemento patikimumas yra: Pi(t)=0,9, o sistema turi 3 elementus, t.y. m=3, tai iš (8) gausime:

P(t)=1-(1-0,9)3

P(t)=1-0,001=0,999

Iš šio pvz. matyti, kad sujungus nedidelio patikimumo elementus į II sistemą gauname 1 labai patikimą elementą. Rezervavimas yra labai plačiai naudojimas elektrinėsi ir radijoelektroninėse sistemose. Mechaninių, elektroninių taip pat radijoelektroninių elementų gedimai yra atsitiktiniai dydžiai. Todėl jų matamatiniam aprašymui naudojami atitinkami pasiskirstymo dėsniai. Mechaninės detalės genda nuo daugelio priežąščių, nuo m-gos savybių sklaidos, terminio apdirbimo klaidų, gamybos defektų, eksplotacijos sąlygų nesilaikymo ir t.t. todėl šis gedimų matematiniam aprašymui geriausiai tinka normalusis, logoritminis normalusis arba _________ pasiskirstymo dėsniai. Dažniausiai praktiniam skaičiavimui naudojamas normalusis arba logoritminis normalusis dėsnis, kkitaipvadinami Gauso dėsniais.