Химическая энергия оказывает влияние на работоспособность машины через коррозию ее отдельных деталей и сборочных единиц. При эксплуатации машин в условиях агрессивной среды химическое воздействие приводит к разрушению элементов и сборочных единиц конструкций.

Электромагнитная энергия в виде электромагнитных колебаний нарушает работоспособность электронной аппаратуры, применение которой все больше расширяется в современных машинах.

При создании машины необходимо установить в первую очередь условия ее работы, интенсивность внешних воздействий и нагруженность, определяемые характером рабочего процесса.

Нагруженность машин является одним из важнейших факторов, характеризующих их работоспособность и энергетическую эффективность.

По характеру изменения во времени нагрузки, действующие на конструкцию машины при использовании ее по назначению, можно разделить на постоянные, переменные и прочие.

К постоянным относят нагрузки рабочего состояния, которые не изменяются в течение продолжительного периода времени (температурные, воздействия, сила тяжести, усилия предварительного натяжения и др.). Переменные рабочие нагрузки изменяются в течение короткого времени по амплитуде и среднему значению. Подавляющее большинство СДПТМ, в том числе все машины циклического действия, работают на неустановившихся режимах, которые характеризуются нестационарными нагрузками с меняющимися параметрами. К прочим нагрузкам относят нагрузки, не связанные с рабочим состоянием машины (сейсмические, монтажные, испытательные).

При расчетах на статическую прочность суммарную нагрузку определяют простым сложением переменных и постоянных нагрузок. Если постоянная нагрузка вызывает в элементах нагружения только постоянные напряжения, а от других нагрузок они испытывают циклические напряжения, то простое сложение нагрузок недопустимо. В этом случае определяется эквивалентное напряжение (а8КВ).

В целом влияние постоянной нагрузки на циклическую прочность незначительно и в первом приближении ею можно пренебречь. Однако постоянные нагрузки значительное влияние оказывают на изнашивание сопряженных пар трения и на энергетическую эффективность машин через увеличение сопротивления движению.

На снижение работоспособности машин большое влияние оказывают переменные нагрузки. Основными причинами переменности рабочих нагрузок являются нестационарность режима загрузки, переменность рабочего процесса, динамические явления при действии внешних и внутренних сил.
Практически все машины и конструкции в процессе эксплуатации подвергаются действию циклических нагрузок. Число циклов N эксплуатационного нагружения за сроки эксплуатации до 3 • 105 ч изменяется в пределах от 10° до 1012.

Наибольшую опасность представляют резонансные режимы работы, при которых динамические нагрузки могут превышать предельно допустимые значения.

При оценке усталостной прочности с учетом характеристик сопротивления усталости материала определяют способность изделия не разрушаться под действием переменных напряжений в течение заданного числа циклов N.

Характеристики сопротивления усталости материала определяются путем испытаний специальных образцов на специальных машинах. По результатам испытаний на усталость строят кривую усталости, которая устанавливает зависимость максимального напряжения цикла от числа циклов до разрушения (omax = f(N)). Число циклов, до которого ведутся испытания, называют базой испытания на усталость и обозначают N0. Максимальное напряжение, при котором еще не происходит разрушение до базы испытаний N0, называется пределом выносливости и обозначается: G_! — для симметричного цикла; G0 — для пульсирующего цикла; Gr — для асимметричного цикла (г — коэффициент асимметрии цикла).

Принимается, что после базы испытаний (N0 = 107) предел выносливости не изменяется для черных металлов. Для цветных металлов и их сплавов, легированных сталей база испытаний увеличивается до 108 циклов.

Для ориентировочной оценки величины предела выносливости материала на основе многочисленных экспериментов предложены эмпирические зависимости:
о_1 =0,4ав — для стального литья и чугуна; a_i =0,5ав — для стали (ов = 30000-120000Н/см2);
а_! =40 000 +—ав—для высокопрочных сталей (а в =130 000-180 000 Н/см2); 6
а_! =(0,25-0,50)ав — для цветных металлов.

Воздействие коррозионной среды существенно снижает усталостную прочность, разрушение происходит после базового числа циклов (N ~ 108-1012).

Значительно снижают работоспособность машины динамические нагрузки, быстро изменяющиеся во времени, которые характерны для машин циклического действия. Значительны эти нагрузки при пуске и торможении для всех типов машин. Здесь выступают силы инерции как дополнительная внешняя нагрузка на упругую систему. Взаимодействие сил инерции и сил упругости при динамическом нагружении порождает упругие колебания, которые приводят к значительному увеличению общей нагрузки на изделие. Наибольшую опасность здесь вызывают резонансные колебания, при которых динамические нагрузки могут превышать предельно допустимые. Сложный характер нагруженности машин затрудняет ее оценку расчетным путем. Поэтому важно оценивать выходные параметры, определяющие степень загруженности машины, в условиях эксплуатации. Эта задача решается различными методами.

Наиболее простые методы, оценивающие степень загруженности машины, связаны с непосредственным определением самой нагрузки, крутящих моментов в приводе, давлений в гидросистемах или определением параметров, характеризующих степень загруженности (скоростей, ускорений, деформаций, вибраций, тепловых полей и др.).

Все эти измерения могут производиться с применением универсальных средств или с помощью специальных устройств (первичных преобразователей). Так, для измерения сил наиболее широко применяются тензорезисторные и пьезоэлектрические первичные преобразователи, для измерения температур в различных точках машины в качестве первичных преобразователей используют термопары и терморезисторы и т.д.

Оценка работоспособности машин в процессе эксплуатации широко проводится с помощью встроенных систем, которые значительно облегчают определение степени загруженности, а миниатюризация первичных преобразователей позволяет увеличить их число и обеспечить большую точность состояния объекта.

Современные конструкции первичных преобразователей обеспечивают одновременное измерение нескольких параметров.

Для более глубокой оценки работоспособности машины широко применяют на стадии технических обслуживании и ремонтов внешние системы (передвижные или переносные устройства, приборы и комплексы), которые включают аппаратуру для неразрушающего контроля. Использование ультразвуковых, токовихревых, акустико-эмиссионных методов в этих приборах определяет появление и развитие усталостных трещин, что предотвращает изделие от хрупкого разрушения. Применение съемных первичных преобразователей позволяет определить все выходные параметры технического состояния машины.

Система мониторинга применяется как в бортовых системах, так и при использовании внешних систем. Здесь вся информация с первичных преобразователей записывается на магнитную ленту и передается на ЭВМ для обработки и выводов о работоспособности машины.