转轴的抗共振可靠性设计_王晓华.pdf

北 京 印刷 学 院学 报 Journal of Beijing Institute of Printing 第6 卷 第2 期 1998 Vol. 6 No. 2 转轴的抗共振可靠性设计 王晓华 李 艳 张祖明 ( 北京印刷学院可靠性研究室) : 提出了转轴的抗共振可靠性设计方法) ) ) 以传统的转轴振动设计为基础, 将转子的激振力频率、固有频率 振动响应等处理为随机变量, 借助机械概率设计法来确 定转轴的抗共振可靠度, 给出了转轴抗共振可靠度计算的数学模型, 并开发出可视化软件 包进行了实例计算, 从而可为工程设计提供便利。 : 转轴 振动 可靠性设计 1 概述 随着 学技术的飞速发展, 产品质量更加成为市场竞争的焦点。可靠性作为产品质量的三大 属性之一, 也越来越受到各行各业的重视。产品的可靠性通常可以分为两类, 这就是电子产品的可 靠性和非电子产品的可靠性。电子产品的可靠性研究开始得早, 至今已形成一套可以遵循的标准 与规范, 较为成熟。而在非电子产品领域, 尤其是对机械产品的可靠性研究却存在着相当大的困 难。目前, 可靠性研究虽在机械结构方面取得一些成果, 但对于机械振动方面却很少涉及, 在国内 外都近乎空白。然而, 振动对于机械产品来说是一个无法回避的问题, 开展可靠性研究是十分必要 而迫切的。 机械产品是由机械零件组成的, 提高产品质量首先应从改进零件的设计入手。作为通用零件, 轴类是转动件里最关键的零件, 应当对其进行可靠性设计。所谓可靠性设计又称概率设计。与传 统设计思想不同, 可靠性设计认为产品所受的载荷及材料的性能等均非确定值而是随机的变量, 呈 概率分布。显然, 这更符合实际情况。 当机械系统的零件作随时间而变化的运动时, 该系统就称为振动系统, 机械零件对动载荷的响 应可以认为是振动。轴类零件在转动时会产生振动, 这种振动影响机械的工作性能, 导致结构的疲 劳损伤, 危害机器的安全运行, 并产生恶化环境的噪声甚至有损建筑物的动载荷。因此, 对于大多 数机械设备而言, 应将其振动量控制在允许的范围内。反之, 对于利用振动原理工作的机械, 则应 该使它能产生所希望的振动, 以发挥其应有的效能。 收稿日期: 1998 03 16 9 轴的振动概率设计, 分为共振概率设计和抗振可靠性( 概率) 设计两类。共振概率设计要使轴 产生共振以完成预期功能。抗振可靠性设计又分为抗共振可靠性设计和刚度可靠性设计。抗共振 可靠性设计是避免轴的转速达到临界转速, 即避免轴因产生的共振而遭到破坏。刚度可靠性设计 则要求轴的最大振幅不超过许可振幅。本文主要研究轴的抗共振可靠性设计。 2 正态分布条件下抗共振可靠度计算的数学模型 在规定时间内、规定振动条件下, 产品的工作频率( 激振力频率) X 不等于固有频率( 临界频率) Xc 的概率, 称为抗共振可靠度。通俗地讲, 就是避开共振或消除共振的概率。 用g ( Xc ) 表示固有频率分布的概率密度函数, 用f ( X) 表示激振力频率分布的概率密度函数。 当 X X 时, 根据固有频率分布同激振力频率分布的干涉模型, 有抗共振可靠度 c ] ] 些成 f ( X) dX R = P ( X X) = g ( X ) dX