【2017年整理】现代设计方法课程03可靠性设计.ppt

第三章 可靠性设计;主要内容;第一节可靠性设计的概念与特点;一、概述;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。;工程实际中存在随机现象，也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 ;二、可靠性设计的发展;展开： 60-70年代，航空、航天事业有利可图，各国纷纷开展了航天、航空技术与设备的研究与产品开发，其可靠性引起全社会的普遍关注，因而也得到了长足的进步。许多国家成立了可靠性研究机构，如我国的航空航天大学。 发展： 80年代以后，可靠性设计成为不可或缺的环节，广泛应用于各行各业。; 90年代，我国机械电子工业部印发的“加强机电产品设计工作的规定”中明确指出“可靠性、经济性、适应性”三性统筹作为机电产品设计和坚定的依据。在新产品鉴定时，必须提供可靠性设计资料和试验报告。否则不能通过鉴定。 现今可靠性的观点和方法已经成为质量保证、安全性保证、产品责任预防等不可缺少的依据和手段，也是我国工程技术人员掌握现代设计方法必须掌握的重要内容之一。;三、可靠性的概念;它包含了五个要素：;B.规定的工作条件： 为了比较某系统或零件的可靠程度，必须将 它的工作环境固定下来。 同一种设备在不同的工作环境下运行寿命是 不同的，如汽车，因此，同一产品在不同的工作 条件下运行应有不同的设计要求。;C.规定的工作时间： 产品之间可靠性比较的标准。 D.正常工作（满意运行）： 指系统或零件是否能达到人们所要求的运行效能，达到了就说它是处于正常的工作状态，反之说它是实效的。;E．概率： 基本事件发生的可能性。 对于可靠性来讲，就是失效或正常运行事件发生的可能性。在大量统计的基础上，这种可能性可用该事件的概率来表示，因此概率可用[0，1]区间的某个数表示。;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δ-σ＞０。 ; 设应力(σ)和强度( )的概率密度函数分别为ｆ(σ)和ｇ( ) ，因机械设计中应力和强度具有相同的量纲（Mpa），因此可以把ｆ(σ)和ｇ( )表示在同一坐标系中。;常规传统设计的安全系数法是不明确的： A.强度和应力分散程度不变，即标准差不变时，在同样的安全系数下零部件的失效可能会变大或变小； B.强度与应力的均值不变，而强度与应力分散程度即标准差改变，其安全系数不变时失效的可能也会加大或减小。;结论： Ａ.以相同的安全系数所设计出的零部件其安全程度不一定是相同的； Ｂ.把安全系数本身看作是一个常量是不符合实际的； Ｃ.大的安全系数不一定有大的安全效果，小的安全系数就不一定不安全。 注意：用安全系数法撰写的论文是难以发表的。;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;衡量可靠性指标主要有： 概率指标和寿命指标； 衡量可靠性指标体系的有： 可靠性(reliability)、 维修度（maintainability） 可用度（availability）;一、概率指标/经济指标 ; 一般情况下，产品的可靠度是时间的函数，用Ｒ(ｔ)表示，称为可靠度函数。 可靠度是一个累积分布函数，表示在规定的时间内圆满工作的产品占全部工作产品累积起来的百分比。 其表达式有以下几种：; 若设有N0个相同产品在相同条件下工作，到任一给定的工作时间ｔ时，累积有Nf(t)个产品失效，剩下Ns