государственный стандарт

СОЮЗА ССР

НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

ГОСТ 27.301-83

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

РАЗРАБОТАН Академией наук Белорусской ССР ИСПОЛНИТЕЛИ:

О. В. Берестнев, д-р- техн. наук; И. С. Цитович, чл.-корр. АН БССР; Г. И. Пв-редкова, канд. техн. наук; В. Б. Альгин, канд. техн. наук; В. Н. Ксендзов, канд. техн. наук; К. К. Кузьмин; И. В. Манюта, канд. техн. наук; В. Я. Павловский; В. С. Шевченко, канд. техн. наук; Б. Н. волков, канд. техн. наук; А. И. Кубарев, канд. техн, наук; В. Л. Аршакуни, канд. техн. наук; Ю. Д. Литвиненко; В. Ю. Мордвинов, канд. техн. наук; Т. А. Гурш; Н. А. ЕЦельцын; В. П. Важдаев; В. А. Ильинский, канд. техн. наук; Ю. М. Огульник, канд. техн. наук; О. Н. Шей-нина, канд. техн. наук; И. Г. Сеин; Б. Г. Волков, канд. техн. наук; М. А. Гулин, канд. техн. наук; А. Т. Остапко, канд. техн. наук; Н. П. Гавриш, канд. физ-мат. наук; В. И. Савин, канд. техн. наук; В. Е. Павлов, канд. техн. наук; К. Н. Войнов, канд. техн. наук; Э. И. Нестеров, канд. техн. наук; В. М. Енин; Б. Н. Вознюк, канд. техн. наук; В. Г. Иноземцев, д-р техн. наук; С. В. Вершинский, д-р техн. наук; Ю. М. Черкашии, канд. техн. наук; А. Д. Ночное, канд. техн. наук; £. Б. Дидова; В. Ф. Старостин, канд. техн. наук; А. С. Северский, канд. техн. наук; В. П. Жевтунов, канд. техн. наук; В. Н. Кабанов, канд. техн. наук; В. И. Иванов, канд. техн. наук; В. А. Ивашов; А. П. При* ходько, канд. техн. наук

ВНЕСЕН Академией наук Белорусской ССР

Главный ученый секретарь Л. И. Киселевский

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28.02,83 Ms 979

ГОСТ 27.301-83 Стр. 9

*

Анализ возможных предельных состояний и процессов утраты работоспособности Усталость Кратковременные перегрузки Упругость Износ, истирание Коррозия, ползучесть и др.

4

Вероятностные расчеты по предельным состояниям (построение кривых распределения отказов элементов)

I

Корректировка показателей надежности элементов, полученных различными методами

Стр. 10 ГОСТ 27.301-83

Плотность P(t) для п = 2 имеет вид, представленный на черт. 2.

я,(Х)<1Х]+р,(0[1- / PiW^]“Pi(0Q.(0+P*(0Qi(/) .

о    о

1.3.4.    Например, если кривые распределения отказов элементов подчиняются экспоненциальному закону, то для изделия в целом:

Pi(t)=he~^X,t

P₂(f)= \_ге-^х>*

Qi(t) = l—Fi(t)= l-(l-e~~^Xlt)=e~^Xlt

Qz(i) =

P(t)= (Xx-j-X*)^^’» .

1.4.    Для элементов изделия, которые почти равнопрочны и отказывают одновременно (черт. 3), считают, что P(t) = P( (t).

Черт. 3

ГОСТ 27.301-83 Стр. 11

1.5.    Показатели надежности системы со сложной зависимостью между отказами элементов определяют методами статистического моделирования.

1.6.    В случае, если полученные значения показателей надежности не достигают требуемых, принимают решение по их обеспечению за счет рассмотрения других вариантов изделия, введения обеспечивающих подсистем как указано в разд. 2 и т. п.

2. Прогнозирование надежности изделий с избыточной структурой

2.1.    При прогнозировании надежности изделий последние рассматривают как сложные системы, общая структурная схема которых должна быть представлена в виде двух групп подсистем:

основная группа (минимальная структура);

обеспечивающие подсистемы—инсурсистемы (избыточная структура).

2.2.    Введение конкретного типа обеспечивающих подсистем (инсурсистем) производят по результатам анализа связей в структуре системы и физических процессов, определяют работоспособность отдельных элементов (деталей).

2.3.    В отличие от резервных подсистем инсурсистемы вводят не с целью замещения отказавших основных подсистем, а с целью обеспечения благоприятных условий их функционирования.

2.4.    На первом этапе производят оценку надежности минимальной структуры исследуемой системы.

Вероятность безотказной работы Р_т (t) минимальной структуры, состоящей из последовательно соединенных подсистем, выражают зависимостью

Pi(t) .

2.5.    Условные классы подсистем вводят в соответствии с основными критериями, определяющими их надежность (прочность, износ, герметичноть и т. п.). С учетом принятой классификации вероятность безотказной работы системы будет

Pm(*) = P_Y М^РГ (О.--.

где Ру (0 — вероятность безотказной работы группы подсистем, у которых основным критерием, определяющим надежность, является прочность; Р_г (t) — вероятность безотказной работы группы подсистем, у которых основным критерием, определяющим надежность, является герметичность и т. д.

Например, Py(t) определяют с использованием зависимости

Ру (t)=Pt(Y>y) - F fy(Y) [ { f(X)dX]dY ,

о    о

где f (X) — плотность распределения нагрузки на деталь; f у (У) — плотность распределения прочности детали.

2.6.    Если надежность минимальной структуры меньше требуемой в техническом задании на разработку, то принимают решение об обеспечении надежности введением в структуру системы избыточности в виде инсурсистем. В результате изменяется плотность распределения нагрузок на деталь (элемент) и станет gy (Z), а вероятность безотказной работы группы подсистем будет

P_lY(t)>P_Y (<) .

Новые значения вероятности P_iy(t) подставляют в формулу п. 2.5 и оценивают общую вероятность безотказной работы системы.

Стр. 12 ГОСТ 27.301—83

2J. Если невозможно получить вероятностные оценки надежности подсистем расчетным путем, предлагается функциональный подход оценки их работоспособности.

Процесс функционирования подсистем представляют в виде многомерного функционала F (a_h a_2f..., а_п **).

Здесь а & — параметры процесса (k = 1, 2,*_t- — время испытаний или наблюдений (*= 1, 2,...,

Задача заключается в определении значений этой функции F_x (a_kf *y_+I)

F₂ (a_k,tj₊2 ), . . . , F_e (a_s,t_j+m ) в моменты времени t _j+l , t .₊₂.....t._+m\

Решение задачи осуществляют методом планирования экспериментов на примере оценки работоспособности гидромашин. Возможны и иные подходы к постановке и проведению эксперимента.

Оценка работоспособности гидромашин зависит от давления в гидравлической системе х_и температуры рабочей жидкости х_% свойств жидкости *₃, точности изготовления рабочих поверхностей деталей гндромашин х₄, усилия прижима ротора к распределительному диску х₅ и скорости вращения ротора *_б.

На основании исследования машин-аналогов составляется матрица планов и результатов опытов, представленная в табл. 1.

Таблица 1 Матрица плана и результаты опытов

Номер опыта Матрица плана У» Уа Уз У* Уз У« Ут Ув У. У ю и 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1 *4 *5 0,083 0,148 0,209 0,260 0,268 0,277 0,259 0,241 0,248 0,255 2 Х1 Ч *6 0,062 0,196 0,357 0,436 0,459 0,481 0,454 0,426 0,453 0,480 3 *2 *4 0,114 0,319 0,587 0,774 0,803 0,832 0,831 0,829 0,805 0,781 4 *1 *2 0,103 0,269 0,455 0,587 0,586 0,585 0,582 0,579 0,758 0,580 5 *3 Ха 0,042 0,085 0,196 0,264 0,265 0,266 0,279 0,291 0,300 0,309 6 хг *3 *4 0,015 0,025 0,104 0,220 0,223 0,226 0,226 0,226 0,225 0,224 7 *2 *3 *4 0,030 0,030 0,069 0,292 0,280 0,268 0,269 0,270 0,278 0,285 8 Хх *2 *3 Х4 *5 *6 0,161 0,697 1,092 1,060 1,081 1,101 1,093 1,085 1,085 1,086

Полученные данные позволяют построить математическую модель изменения работоспособности гидромашины в зависимости от перечисленных факторов. Модель имеет вид;

4328+0,0138* -0,0095^+0,0015*з+0,0841^+0,0142**!+0,0200*^ +

+0,1882*2+0,0053**2+0,0041 *»*₂+0, 0006*з*_а+0,1006*₄+0,00 13*jc₄—

—0,0022*2*₄+0,0005*з*₄+0,1560*_в+0,0010**₆—0,0034*лг₆+0,0008*з*_е .

При проведении опытов количественные факторы варьировались на двух уровнях:    *i = (4±2) МПа, *₂= (323±283) °К,    *₄=    (0,012±0,0075) мм,

*₅~ (9 ±6) %, *б⁼⁼!(20,3±3,3)    —    . В строках плана опытов указаны факторы,

находящиеся на верхнем уровне в соответствующем опыте (например, *₄ и *₅ в опыте 1 и т. д.). Значения выходных показателей (уj) — средние из двух параллельных наблюдений*

ГОСТ 27.301-83 Стр. 13

Использование полученной модели для прогнозирования долговечности гидромашин с учетом возможных изменений условий эксплуатации, а также других зависимых параметров, предполагают такую последовательность действий:

1.    Установление значений и пределов изменений независимых параметров, входящих в вышеприведенную модель.

2.    Проведение необходимых преобразований с целью получения кодированных значений факторов.

3.    Установление предельно допустимого значения зависимой переменной У пред *

4.    Определение из модели прогнозируемой долговечности (*)♦

3. Прогнозирование надежности подшипников качения автомобиля

3.1. Долговечность подшипников качения определяют в километрах пробега автомобиля

где R — ресурс долговечности подшипника;

^_тр — требуемый ресурс долговечности подшипника на 1 километр пробега автомобиля.

Величины R и R_rр имеют вероятностный характер.

Для того, чтобы получить кривую распределения L_s, необходимо на ЭВМ производить деление величин R, подчиняющихся закону В ей булл а, на величины R_TР, подчиняющиеся логарифмически нормальному закону распределения.

С достаточной для практического использования точностью для подшипников качения автомобилей распределение величины R может быть аппроксимировано логарифмически нормальным законом, что позволяет выполнять аналитические расчеты.

Прологарифмировав выражение (1), получим

lgZ.₅= 1gJ?-lgi?_Tp.    (2)

Долговечность L_s подшипника также будет подчинена логарифмически нормальному закону распределения, параметры которого вычисляются по следующим формулам:

среднее значение случайной величины IgLy

lgL,=lgjT-lgif_Tp .    (3)

где IgR и lgRr_V — средние значения величин R и R _тр;

среднее квадратическое отклонение

°igi-_s ⁼ V ^CT?gK+^a?gR_Tp    ’    (4)

где <r_Ig^ и a_lgR — средние квадратические отклонения величин

IgR и lg/?_TP;

Статистические характеристики величины IgR определяют по табл. 2.

Динамическая грузоподъемность подшипника С определяется по каталогу.

3.2, Параметры распределения случайной величины lgR_Tp определяются разнообразием условий эксплуатации автомобилей. При расчетах переменный нагрузочный режим заменяют постоянным расчетным. Замену производят с соблюдением принципа эквивалентности износоусталостных явлений на контактируе-мых поверхностях подшипников качения.

Статистические характеристики распределения случайной величины lgi?

Таблица 2

Тип подшипника Диаметр тела качения, мм Среднее значение lg R Среднее квадратическое отклонение а _ Шари ковый 25,4 lg 7Г= m(IgC + lg 1,7) +6 0,38 25,4 0,44 Ролико вый 25,4 0,32 25,4 0,37

3.3.    Напряженность эксплуатационного режима характеризуется коэффициентом приведения Knt который применительно к автомобилям называется коэффициентом пробега. Рассеяние значений коэффициента пробега при постоянном расчетном режиме будет отражать рассеяние условий эксплуатации автомобилей.

3.4.    Требуемый ресурс долговечности подшипника

р= Р™рП_гКп *    (5)

где Р_пр — приведенная расчетная нагрузка, Н;

т —показатель степени: т=3 — для шарикоподшипников, т=^1С/₃ — для роликоподшипников; т — число оборотов подшипника на 1 км пробега автомобиля, об;

К и — коэффициент пробега (случайная величина).

Прологарифмировав выражение (5), получим

lg#xp=    •    (6)

Параметры распределения случайной величины lg#_Tp определяются параметрами распределения случайной величины lgiCn» следовательно

1ёЯ_тр= lg(P%_pn_t)+\£Kn .    (7)

и

~^aWn .    (8)

где lg/Cn—- среднее значение случайной величины lgК_п;

a _glK —. среднее квадратическое отклонение случайной величины lg К _п-

3.5. Случайная величина \gK_n распределяется по нормальному закону, параметры которого для подшипников различных типов автомобилей приведены в табл. 3.

ГОСТ 27.301-83 Стр. 15

Таблица 3 Статистические характеристики распределения случайной величины lg/f

Тип автомобиля Характеристики ig Кп легковые грузовые самосвалы Среднее значение ig с Ig КПР - 0,075 Ig Япр — 1 Ig К„Р - 0,125 Среднее квадратическое отклонение alg ^ 0,075 0,1 0,125

Кир — расчетное значение коэффициента пробега, соответствующее расчетному крутящему моменту на валу.

Для расчета величины lg#_Tp по формуле (7) необходимо определить: число оборотов подшипника на 1 км пробега автомобиля п_}; расчетный коэффициент пробега К _Пр ; приведенную расчетную нагрузку на подшипник Р_пр.

3.6. Число оборотов подшипника щ на 1 км пробега автомобиля

1000 к ⁿi ~ 2w_K    ¹‘ К ’

где г_к — расчетный радиус ведущих колес автомобиля, м;

i i —■ общее передаточное число от рассматриваемого вала к ведущим колесам на £-й передаче; у i — относительный пробег автомобиля на i-й передаче в долях к общему пробегу;

К — количество передач, на которых нагружен рассматриваемый вал. Исходные данные для определения щ приведены в табл. 4.

3.7. Момент навалу по двигателю Мд, Н-м (определяется для всех передач).

Л4д = Л4_Мд *ДВ ^дв ^ДВ вдв »    (10)

где М_мл— максимальный крутящий момент двигателя, Н-м;

i д_В— передаточное число от двигателя к рассматриваемому валу; т|_дв—■ коэффициент полезного действия участка трансмиссий от двигателя к рассматриваемому валу;

% _лв — показатель той части мощности, которая передается от двигателя к рассматриваемому валу; в_дв — коэффициент, учитывающий возможную неточность деления мощности на участке от двигателя к рассматриваемому валу.

3.8. Момент на валу по сцеплению шин ведущих колес с дорогой, Н-м (определяется на низших передачах)

*вк — передаточное число от рассматриваемого вала к ведущим колесам; tjsk — коэффициент полезного действия участка трансмиссии от рассматриваемого вала к ведущим колесам.

3.9. Для механических трансмиссий автомобиля в качестве расчетного момента М_р на валах принимается меньший из двух моментов М_д или М_ф . Поэтому расчетный момент равен

М_р= Мд или М_р= М₉    (12)

ЗЛО. Расчетное максимальное удельное тяговое усилие

(13>

где G_a — полный вес автомобиля, Н.

3.11. Среднее удельное тяговое усилие

^рср= _г| Pcp.iVi,    <¹⁴>

где Р_{ср г}— среднее удельное тяговое усилие на f-й передаче.

3.12. Расчетный коэффициент пробега К_пр Для различных типов автомоби

ГОСТ 27.301-83 Стр. 17

Исходные данные для расчета К _Пр приведены в табл. 4

Таблица 4 Исходные данные для расчета величин пх и Кпр

Марка ^кп &0» гк, м ал, кн. Р автомобиля £кп Чо а , кн ? ср, t 11 3,75 0,97 0,036 0,023 2,30 0,97 4,30 13,55 0,059 0,061 БАЗ-2101 1,49 0,97 0,95 0,278 7,40 0,053 0,226 1,00 0,99 0,046 0,690 3,49 0,97 0,092 0,027 2|04 0,97 4,22 14,45 0,064 0,081 АЗЛК-412 1,33 0,97 0,95 0,283 7,80 0,055 0,278 1,00 0,99 0,044 0,614 3,50 0,97 0,089 0,024 2,26 0,97 4,10 18,20 0,076 0,056 ГАЗ-24 1,45 0,97 0,95 0,313 9,50 0,060 0,220 1,00 0,99 0,040 0,700 6,55 0,96 0,133 0,008 3,09 0,96 6,83 74,00 0,075 0,026 TA3-53A 1,71 0,96 0,95 0,464 55,90 0,052 0,140 1,00 0,99 0,037 0,826 7,44 0,96 0,134 0,007 4,10 0,96 6,32 95,25 0,083 0,012 ЗИЛ-130 2,29 0,96 0,95 0,490 69,50 0,057 0,059 1,47 0,96 0,045 0,220 1,00 0,99 0,036 0,702 5,26 0,96 0,115 0,007 2,90 0,96 7,20 148,25 0,073 0,01 ЖАЗ-500А 1,52 0,96 0,95 0,529 100,00 0,048 0,059 1,00 0,96 0,032 0,185 0,66 0,99 0,033 0,739

3.13.    Нагрузки на вал определяют по формулам деталей машин для расчетного момента М р .

3.14.    Эквивалентную расчетную нагрузку Р определяют по ГОСТ 18855-73.

3.15.    Приведенная расчетная нагрузка Р_пр» Н.

Рпр-РКбКт ,    (16)

где /С а —' коэффициент безопасности подшипников качения автомобиля;

Кт — температурный коэффициент.

3.16.    Коэффициент Кв учитывающий влияние динамических нагрузок на долговечность подшипников, определяют по формуле

Orp. 18 ГОСТ 27.301-83

*б = *дхКд2 ,    (17)

где Кд1 — коэффициент внутренних динамических нагрузок, которые возникают в агрегатах трансмиссий вследствие неточности изготовления колес; — коэффициент внешних динамических нагрузок, обусловленных колебательными процессами в машинном агрегате автомобиля.

Пример:

Рассчитать вероятность безотказной работы подшипниковых узлов ведущей конической шестерни автомобиля МАЗ-500А (черт, б).

Расчетная схема опор ведущей конической шестерни автомобиля МАЗ-500А

а

X- ъ * XI I? / f ( шФ** Ь с X gik •4 V 1* е---э»

Черт. 5

Исходные данные для расчета параметров нагрузочного режима автомобиля МАЗ-5ША приведены в табл. 5.

Исходные данные для расчета параметров нагрузочного режима автомобиля МАЗ-500А

Таблица 5

Наименование параметра Обозначение Значение Полный вес груженого автомобиля, кН 148,250 Вес, приходящийся на ведущую ось, кН % 100,000 Максимальный крутящий момент двигателя, Н-м 680,000 Показатель деления мощности ^дв 1,000 Коэффициент, учитывающий возможную неточность деления мощности е«в 1,000 Расчетный радиус колеса, м Гк 0,510

УДК 62—192.001.24(083.74)    Группа    Т51

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Надежность в технике

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Общие требования

Reliability in technique.

Prognosis ©f product reliability during designing. General requirements

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28 февраля 1983 г. NS 979 срок введения установлен

с 01.07.84

Настоящий стандарт устанавливает принципы, правила и порядок прогнозирования надежности изделий машиностроения при проектировании.

Стандарт регламентирует методы и требования к прогнозированию показателей надежности изделий на стадиях их разработки.

На основе настоящего стандарта разрабатывают отраслевые стандарты и методики, регламентирующие методы и требования к прогнозированию надежности при проектировании конкретных изделий.

Термины и определения — по ГОСТ 13377-82. Пояснения к терминам, применяемым в настоящем стандарте, приведены в справочном приложении 1.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Прогнозирование надежности изделий при проектировании проводят с целью определения единичных показателей надежности проектируемого варианта изделия и сопоставления прогнозируемых показателей надежности изделий с требуемыми значениями.

1.2.    Результатом прогнозирования надежности являются количественные оценки показателей надежности деталей, сборочных единиц и изделий, полученные на различных стадиях разработки и внесенные в техническую документацию.

Перепечатка воспрещена © Издательство стандартов, 1983

ГОСТ 27.301-83 Стр. 19

Продолжение табл. 5

Наименование параметра Обозначение Значение Коэффициент сцепления колеса с дорогой Ф 0,700 Передаточное число первой передачи коробки 1КП1 5,260 передач Передаточное число ведущего моста *0 7,200 Коэффициент полезного действия первой пере Timi 0,960 дачи коробки передач Коэффициент полезного действия ведущего Ъ 0,960 моста Относительные пробеги на передачах: ъ I 0,007 II 0,010 III 0гО59 IV 0,185 V 0,739 Средние удельные тяговые усилия на переда ^ср, i чах: I 0,115 II 0,073 III 0,048 IV 0,032 V 0,033

Число оборотов подшипника щ на 1 км пробега автомобиля

1000

23,14*0,51 *⁷»^{20===2248 об}*

Момент на входе в мост по двигателю (10)

М_д=680*5,26-0,96=3430 Н*м.

Момент на входе в мост по сцеплению шин ведущих колес (11)

100000*0,7*0,51

7,20*0,95

Расчетный момент на входе в мост (12)

М_р—М_д=3430 Н • м .

Расчетное максимальное удельное тяговое усилие (13)

_Л 3430*7,20*0,95

^РР ~    148250-0,51    =0,312.

Расчетное среднее удельное тяговое усилие для расчета подшипников главной передачи (14)

Р_ср=0,115*0,007+0,073.0,010+0,048.0,059+0,032*0,185+0,033*0,739=0,035.

Стр. 2 ГОСТ 27.301-83

1.3.    Результаты прогнозирования показателей надежности изделий следует использовать при:

выборе оптимальных вариантов конструкции; уточнении параметров и режимов работы изделий; оптимизации стратегии технического обслуживания и ремонта;

разработке мероприятий по повышению надежности; планировании выпуска запасных частей.

1.4.    При прогнозировании надежности изделий следует использовать расчетные, экспертные, опытно-статистические методы и методы исследовательских испытаний.

1.5.    Методы прогнозирования надежности изделий необходимо выбирать с учетом;

наличия исходной информации; стадии разработки изделия;

степени сложности изделия, его назначения и номенклатуры установленных показателей надежности;

стратегии технического обслуживания и ремонта.

1.6.    Исходной информацией для прогнозирования надежности изделий являются:

конструкторская документация на различных стадиях разработки изделия (техническое предложение (П), эскизный проект (ЭП), технический проект (ТП) и рабочие чертежи);

банк данных об изделиях-аналогах, включающий статистические данные об их эксплуатационной надежности;

банк данных об испытаниях, включающий сведения о нагруженное™ деталей и сборочных единиц; сведения об условиях эксплуатации.

1.7.    Прогнозирование показателей надежности следует проводить на стадиях разработки изделий (П, ЭП, ТП) по ГОСТ 2.118—73, ГОСТ 2.119-73, ГОСТ 2.120-73.

1.8.    На стадиях разработки П и ЭП проводят ориентировочное прогнозирование показателей надежности изделий с использованием экспертных и экстраполяционных методов, а также опытно-статистических методов прогнозирования по изделиям-аналогам. Результаты прогнозирования вносят в пояснительную записку к П и в пояснительную записку к ЭП.

1.9.    На стадии разработки ТП с рабочей документацией проводят окончательное прогнозирование показателей надежности проектируемых изделий с использованием расчетного метода и метода исследовательских испытаний. Результаты прогнозирования вносят в пояснительную записку к ТП.

1.10.    При выборе метода прогнозирования надежности следует отдавать предпочтение расчетному методу, который наиболее полно учитывает формирующие надежность факторы:

ГОСТ 27.301-83 Стр. 3

физику отказов;

предельные состояния деталей и сборочных единиц; кинематические и динамические характеристики конструкции; прямые и косвенные связи между деталями и сборочными единицами;

внешние воздействия.

1.11.    При прогнозировании показателей надежности расчетным методом следует применять теорию вероятности, математическую статистику, функциональный анализ в совокупности с методами теории прочности и механики разрушения, теории трения и износа. Расчеты следует проводить с использованием ЭВМ.

1.12.    Экспертные методы прогнозирования показателей надежности рекомендуется применять при невозможности или нецелесообразности по конкретным условиям использовать расчетные методы при недостаточном количестве информации, допустимости приближенной оценки, для неответственных деталей и сборочных единиц.

1.12.1.    Создание экспертной комиссии, опрос экспертов и экспертные оценки в каждом конкретном случае следует проводить в соответствии с требованиями ГОСТ 23554.0-79 и ГОСТ 23554.1—79.

1.13.    Опытно-статистические методы прогнозирования следует применять для получения информации о надежности изделий-аналогов, комплектующих деталей и сборочных единиц, а также макетов и опытных образцов.

1.13.1.    Оценку показателей надежности деталей, сборочных единиц и изделий опытно-статистическим методом проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 17510-81, ГОСТ 27503-81, ГОСТ 11.005—74, ГОСТ 11.006-74, ГОСТ 11.007-75.

1.14.    Методы исследовательских испытаний применяют для: прогнозирования показателей надежности деталей, сборочных

единиц и изделий на основе их макетов и опытных образцов;

получения информации о нагруженности и эксплуатационных условиях;

уточнения или контроля показателей надежности, полученных другими методами.

2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ

2.1.    Основным принципом прогнозирования надежности изделий при проектировании должен быть системный подход, позволяющий учитывать особенности конструкции, возможности производства и условия эксплуатации.

2.2.    При прогнозировании надежности изделия в целом его структурную схему следует представлять в виде иерархической

системы «деталь—сборочная единица — изделие» с выделением минимальной и избыточной структуры.

2.3.    При прогнозировании надежности изделия детали и сборочные единицы по принципу ответственности подразделяют на две группы:

отказы которых опасны для жизни людей;

отказы которых приводят только к экономическим потерям.

2.4.    К деталям и сборочным единицам, отказы которых опасны для жизни людей, устанавливают более высокие требования надежности.

При прогнозировании надежности изделия в целом дифференцированно учитывают надежность деталей и сборочных единиц обеих групп и связывают их с требованиями ГОСТ 12.0.001-74, ГОСТ 12.0.004-79, ГОСТ 12.1.003-76.

2.5.    Показатели надежности следует рассчитывать с обязательной увязкой физических процессов потери работоспособности (возникновение отказов) и продолжительности работы изделий.

При невозможности такого подхода для отдельных деталей и сборочных единиц допускается назначение обоснованных параметров потока отказов по аналогу и использование их для определения показателей надежности.

2.6.    При использовании различных методов прогнозирования надежности отдельных групп деталей и сборочных единиц необходимо соблюдать принцип однородности информации. Требования к однородности статистической информации — по ГОСТ 16468—79.

2.7.    При прогнозировании надежности изделий необходимо соблюдать принцип преемственности, который заключается в использовании достоверных данных о надежности типовых деталей и сборочных единиц. Для них необходимо проводить только проверочные расчеты.

3. ПРОГНОЗИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

3.1.    Номенклатура прогнозируемых показателей надежности изделий — по ГОСТ 23642-79 и нормативно-техническим отраслевым документам.

3.2.    Выбор прогнозируемых показателей надежности должен удовлетворять следующим требованиям:

возможности количественной оценки их на этапе разработки;

возможности подтверждения их методами испытаний или подконтрольной эксплуатацией.

3.3.    Для конкретных изделий следует выбирать минимально необходимое число показателей, достаточно полно определяющих их надежность, с учетом п. 3.1.

ГОСТ 27.301-83 Стр. 5

3.4.    В общем случае прогнозируют показатели безотказности и показатели долговечности.

3.5.    Для отдельных видов изделий прогнозируют показатели ремонтопригодности по ГОСТ 23146-78, ГОСТ 23660-79 и показатели сохраняемости в соответствии с требованиями ГОСТ 15150—69 и другой нормативно-технической документацией.

3.6.    На основании полученных значений единичных показателей надежности в отдельных случаях определяют комплексные показатели.

4. ПОРЯДОК ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ РАСЧЕТНЫМ МЕТОДОМ

4.1.    Прогнозирование надежности изделия расчетным методом производят, как указано в пп. 4.1.1—4.1.5.

4.1.1.    Составляют иерархическую структурную схему изделия по п. 2.2, которая должна содержать основные функциональные элементы (детали и сборочные единицы), включая элементы силовых и кинематических цепей, расположенные по уровням в порядке их подчиненности, и отражать связи между ними.

4.1.2.    Рассматривают все элементы, начиная с верхнего уровня структурной схемы и кончая нижним, и подразделяют их на группы:

элементы, показатели надежности которых следует определять расчетными методами;

элементы с заданными показателями надежности, включая назначенные параметры потока отказов;

элементы, показатели надежности которых следует определять опытно-статистическими методами или методами испытаний.

4.1.3.    Для элементов, надежность которых определяют расчетными методами:

определяют спектры нагрузок и другие особенности эксплуатации, для чего составляют функциональные модели изделия и его сборочных единиц, которые, например, могут быть представлены сигнальным графом или матрицей состояний;

составляют модели физических процессов, приводящих к отказам, и устанавливают критерии отказов и предельных состояний (разрушение от длительных нагрузок, от кратковременных перегрузок, потеря упругости, наступление предельного износа и др.);

классифицируют их на группы по критериям отказов и выбирают для каждой группы соответствующие методы расчета;

производят детерминированные расчеты (на долговечность, прочность и т. п.) при наиболее неблагоприятном сочетании факторов и условий эксплуатации, и, если при этом предельные состояния не достигаются, то соответствующий элемент при прогнозировании надежности изделия не учитывают и исключают из струк-

2 Зак. 1518

Стр. 6 ГОСТ 27.301-83

турной схемы. В противном случае производят расчет вероятностными методами и определяют численные значения показателей надежности.

Методические указания по прогнозированию надежности изделий, сборочных единиц и деталей расчетным методом приведены в рекомендуемом приложении 2.

4.1.4.    В соответствии с п. 2.6 производят корректировку показателей надежности элементов, полученных различными методами, с помощью обоснованных коэффициентных поправок.

4.1.5.    Определяют надежность сборочных единиц и изделия в целом, последовательно переходя при этом от элементов нижнего уровня структурной схемы к элементам верхних уровней.

4.2. В случае, если полученные значения показателей надежности изделия не достигают требуемых, следует рассмотреть другие варианты изделия или его составных частей.

5. ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

5.1.    Оценку достоверности прогнозирования показателей надежности следует проводить в зависимости от следующих факторов:

применяемого метода прогнозирования;

требуемой точности прогноза;

точности исходной информации;

периода времени, на который рассчитана последующая эксплуатация изделий.

5.2.    При использовании экспертного метода достоверность прогнозирования показателей надежности проверяют с помощью характеристик разброса оценок экспертов — среднего квадратического отклонения и коэффициента конкордации — по ГОСТ 15895—77.

5.3.    При применении опытно-статистического метода для прогнозирования надежности достоверность показателей оценивают по ГОСТ 11.004-74, ГОСТ 11.006-74, ГОСТ 11.007-75, ГОСТ 11.009—79 в зависимости от законов распределения отказов.

5.4.    Оценка достоверности при применении расчетного метода производится на различных этапах прогнозирования.

5.5.    При подготовке исходной информации для прогнозирования оценивают ее достоверность и однородность.

5.6.    Достоверность окончательных результатов прогнозирования надежности изделий подтверждается в процессе контрольных испытаний или на стадии эксплуатации с учетом требований ГОСТ 17331-71 и ГОСТ 17572-72.

ГОСТ 27.301-83 Стр. 7

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Справочное

ТЕРМИНЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ 8 СТАНДАРТЕ, И ПОЯСНЕНИЯ К НИМ

1.    Прогнозирование надежности — предсказание в значении вероятностного суждения на определенный период эксплуатации показателей надежности проектируемых изделий на базе информации, известной из проектной документации, материалов испытаний макетов и опытных образцов, а также из опытно-статистических данных об изделиях-аналогах, если такие имеются.

2.    Проектирование — процесс создания прообраза предполагаемого или возможного объекта. Проектирование машин — конструирование, т. е. создание чертежей и другой конструкторской документации, необходимой для последующего изготовления изделия.

3.    Системный подход при прогнозировании надежности — рассмотрение изделия как сложной системы и увязка показателей надежности со следующими факторами:

производительностью изделия;

массой изделия;

свойствами материалов;

возможностью изготовления деталей в соответствии с современным уровнем технологии;

эксплуатационными условиями.

4.    Иерархическая структурная схема — графическое изображение изделия в виде совокупности его сборочных единиц и деталей, связанных между собой в порядке соподчинения по уровням. На первом уровне рассматриваются конструктивно-завершенные и имеющие самостоятельное функциональное назначение сборочные единицы. На последующих уровнях подлежат рассмотрению элементарные и неделимые единицы и т. д.

5.    Минимальная структура — укрупненная схема изделия, которая включает сборочные единицы первого уровня и связи, отображающие его функциональное назначение.

6.    Избыточная структура — схема изделия, в минимальную структуру которой введены обеспечивающие или резервные подсистемы.

7.    Прямые и косвенные связи — разделение связей соединения сборочных единиц и деталей в единое изделие (прямые) и связей, обеспечивающих работоспособность изделия — смазки, охлаждающие жидкости, вспомогательные элементы (косвенные).

8.    Сигнальный граф — изображение динамической схемы изделия в виде графа, состоящего из вершин, соединенных между собой направленными ребрами. Вершины соответствуют параметрам системы, а ребра — операторам функциональных преобразований.

*9. Функциональные модели — формализованные математические модели, описывающие процессы, протекающие в изделиях и сборочных единицах по иерархической структурной схеме.

10. Матрица состояний — система характеризующих состояние объекта функций или иных величин, расположенных в виде прямоугольной таблицы, над которой можно производить алгебраические операции.

2*

Стр. 8 ГОСТ 27.301-83

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Рекомендуемое

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИИ, СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ И ДЕТАЛЕЙ РАСЧЕТНЫМ МЕТОДОМ

1. Прогнозирование показателей надежности изделия, состоящего из нескольких элементов

1.1.    Прогнозирование надежности изделия при проектировании осуществляют в соответствии с блок-схемой (черт. 1).

1.2.    На первом этапе прогнозирования надежности производят классификацию элементов (деталей) в соответствии с пп. 2.3 и 4.1.2 настоящего стандарта.

1.2.1.    Из совокупности элементов выделяют такие, для которых прогнозирование надежности осуществляют расчетным методом.

1.2.2.    С учетом всех видов отказов составляют вероятностные или другие формализованные зависимости, которые позволяют получить показатели надежности для деталей и сборочных единиц.

1.2.3* Производят расчеты по предельным состояниям по детерминированным моделям, а затем на основании вероятностных зависимостей устанавливают законы распределения отказов и определяют показатели надежности элементов как указано в разд. 3, 4 и 5.

1.3. Анализируют зависимости между отказами элементов и переходят ко второму этапу йрогнозирования надежности — определению показателей надежности сборочных единиц и изделия в целом как указано в пп. 1.3.1—1.4.

1.3.1.    Принимают, что сборочная единица или изделие выходят из строя, если отказывает хотя бы одна деталь из совокупности п деталей.

1.3.2.    Вычисляют функцию распределения случайной величины х при условии независимости отказов элементов.

F(t)=p{z<t} = l~p{z>t} = l~n [1—.РН^_)]=₁— П [l-j4(*)dX],

М    1=1    о

где х — момент выхода из строя изделия (сборочной единицы);

Ti...t_п — моменты выхода из строя элементов изделия (деталей), отказы которых являются случайными величинами с функциями распределения Р/ (t)=p{%i<t} и плотностями вероятности P_{(t)=F_£(t).

1.3.3.    Определяют вероятность безотказной работы Q (t) до момента t и плотность вероятности P(t):

Q(0—1—^(0= ri    Qi(t),

i=i    i-i

где Qi(t) — вероятность безотказной работы t-й детали. Плотность P(t) момента выхода из строя изделия вычисляют по формуле

P(t)=F(t)=P1(<)П [I—$Pimd\]+p_s(t)ji [I—/ p_t{i)dl]+. . .+

i* 1    0    1ф2    §

+Pn(t) П [1- I P,{X)rfX] =/>,(*) n Qi(')+P_a(0n Qi(t) + . . . +

гфп    0    1ф\

+Pn(t) П Q„(0= 2 ^p*(0 П Qt(0 •

¹Ф^П    &=1    1фк

1

ВК ^вк

где G₉ — вес, приходящийся на те ведущие колеса, к которым подводится мощность через рассматриваемый вал, Н; ф — коэффициент сцепления шин с дорогой (<р — 0,7);