第五章可靠性设计1.ppt

第五章 可靠性设计 主要内容 可靠性设计的概念与特点 可靠性设计常用的分布函数 可靠性设计的原理 零部件的可靠性设计 系统的可靠性设计 第一节可靠性设计的概念与特点 一、概述 引例 日常生活中的现象观察：骑自行车，如将链条改换为皮带传动，结果如何？经常说某人是否可靠，衡量的标准是什么？ 工程应用中，如军事上的导弹发射，三峡大坝工程等。 常规设计某一轴的强度时，用安全系数法来校核，主要建立在以往的经验基础上（经验数据），由于带有一定的主观色彩，实践中发现设计时非常安全的零部件并不安全，造成了巨大的经济损失，由此从科学的客观的角度出发产生了可靠性设计。 可靠性设计是把工程中的设计变量处理成多值的随机变量，运用随机方法对产品的故障（失效）、完好（正常）、可靠（不可靠）等状态的随机性进行精确的概率描述。 对于可靠性设计存在随机现象的同时，还存在大量的模糊现象。 如经抽象简化的基本支座模型有三类：自由端、简支端和固定端，对自由端有明确的定义，也极易识别，但对于简支端和固定端就没有明显的界限，如果梁插入较深即假设为固定端，而插入较浅则假设为简支端；又如对滑动轴承而言，分为窄、中、宽系列，若轴承较宽则假定为固定端，较窄假设为简支端，这里的较深和较浅，较宽和较窄都是模糊概念；再如经抽象简化的光滑铰链，这个模型本身在概念上就是不清晰的，因光滑和粗糙两者之间没有绝对的界限。 产品/工程的设计发生的演变过程 各演变过程的区别 三、可靠性的概念 可靠性又称可靠度(Reliability)，指零件或 系统在规定的运行条件下，规定的工作时间内，能 正常工作（或满意运行）的概率。 该定义将以往人们对产品可靠性只是出于模糊、 定性的概念发展转变为一个明确的“数”的概念。 它包含了五个要素： A.对象：零件 指某个不可拆卸的独立体（如弹簧、齿轮）， 也可指某一部件或机器（如发动机或减速器）， 还可指某个系统（如某条生产线、某个车间等）， 甚至包括人的判断与人的操作因素在内。 四、可靠性设计的必要性 2.从定量的角度考虑可靠性设计的必要性 1)安全系数：用η表示。 η =δ/σ 即零件强度与作用在其上的应力的比值，是零件本身强度所能承受外载荷作用的强度的重要的尺度。 零件安全运行的条件是：强度最小值必须大于外载荷引起的应力最大值才安全。即满足δmin-σmax＞０。 五、可靠性的基本内容 1.可靠性的理论基础 2.可靠性设计的特点 第二节可靠性设计的常用指标与分布函数 一、概率指标/经济指标 可靠度表达式-A 可靠度表达式-B 设ｔ为零件（系统）的失效时间（随机变量），Ｔ为要求运行的时间（规定时间）则零件失效的概率为： Ｆ(ｔ)＝Ｐ(ｔ≤Ｔ)（ｔ＞０） Ｆ(ｔ)为失效累积分布函数或称为不可靠度函数。 可靠度表达式-C 可靠度表达式-D 如果设失效时间随机变量ｔ可用概率密度函数ｆ(ｔ)来描述，则可靠度函数为： 2.故障率与故障函数ｈ(ｔ) 故障率：在某一段时间内，在提供可能失效的产品数下，单位时间内的失效数。 令Ｎ０为投入的样品数，ＮＳ(ｔ)为在时间ｔ的残存数，Ｎｆ(ｔ)为时间ｔ的失效数， Ｎ０＝ＮＳ(ｔ)＋Ｎｆ(ｔ) 对于任一时间ｔ内的可靠度为 上式对时间求导得：　　 而 由此得到： 表示单位时间ｔ内的失效数，Ｎ０为时间为０时提供的样品数，对于一般时刻ｔ，故障率函数为： 由此得到故障率、可靠度与概率密度之间的关系为： 举例： 某零件的失效时间随机变量服从指数分布，为了让１０００小时的可靠度在８０％以上，该零件的故障率应低于多少？ 解：分析可知，失效时间随机变量服从指数分布，即 因为 由于 所以　　 3.维修度与可用度 维修度是指在可能维修的系统中，在规定的维修条件下，在规定的维修时间内，将系统恢复到原来的运行效能的概率，用Ｍ(ｔ)表示，它是可维修系统维修难易的客观指标（小修、中修、大修）。 若对某维修系统的停车时间与事后维修时间作如实记录，可以计算出平均的维修时间： MTTR(Ｍean Time To Repair) 可用度是指在可维修系统中，在规定的工作条件和维修条件下，在某一特定的瞬时，系统正常工作的概率，用 表示。 可用度A(t)与可靠度R(t)的区别 对于某一设备（零件或系统）而言，存在出现故障的可能，那么描述故障发生的可能情况分为故障前时间段内的可靠度与发生故障经维修后的可靠度，后者常用可用度表示。 因此可用度实际上是综合系统本身的固有可靠度与经过维修后将系统可靠度提高的那一部分可