机械可靠性设计教案.pdf

机械可靠性设计 核心：将概率统计理论与传统机械设计理论相结合进行 机械零件或构件设计的一种先进方法。它使设计结果更 符合实际，并且能够定量地给出机械零件或构件不失效 的概率——可靠度。 概念：针对机械产品强度问题，基于可靠性理论，通过 对载荷(应力)及强度概率分布规律的研究, 利用满足强度 的概率来分析计算产品强度，控制失效概率而形成的设 计方法。 原理：基于强度大于应力的“概率分布规律”分析确定 产品的强度可靠性。 作用：基于载荷(应力)及强度的概率分布规律可以实现 对产品强度失效概率的严格控制，保证其满足设计要求。 传统强度设计方法及不足 安全系数法（许用应力法） 材料极限应力lim 工作应力  许用应力[] 安全系数n 不足： １安全系数凭经验给定，未准确考虑产品疲劳及偶然 因素对强度的影响 ２设计存在误差，安全系数过小导则产品易疲劳损坏， 过大则形成结构庞大以及材料和性能浪费 基本随机变量 • 应力、强度定义： – 在机械产品中，广义的应力是引起失效的负荷，强 度是抵抗失效的能力。由于影响应力和强度的因素 具有随机性，所以应力和强度具有分散特性。 – 要确定应力和强度的随机特性，首先应了解影响应 力和强度随机性的因素。 • 影响应力的因素 – 影响应力的主要因素有所承受的外载荷、结构的几 何形状和尺寸，材料的物理特性等 • 影响强度的因素 – 影响强度的主要因素有材料的机械性能、工艺方法 和使用环境等 基本随机变量 • 载荷 – 机械产品所承受的载荷大都是一种不规则的、不能 重复的随机性载荷，例如 • 自行车因人的体重和道路的情况差别等原因，其载荷就 是随机变量。 • 飞机的载荷不仅与载重量有关，而且飞机重量、飞行速 度、飞行状态、气象及驾驶员操作有关。 – 零件的失效通常是由于其所承受的载荷超过了零件 在当时状态下的极限承载能力的结果。 – 零件的受力状况包括：载荷类型、载荷性质，以及 载荷在零件中引起的应力状态。 载荷 • 载荷类型 轴向载荷——力在作用在零件的轴线上，大小相等， 方向相反，包括轴向拉伸和轴向压缩载荷 • 在轴向载荷作用下，应力沿横截面的分布式均匀的。 • 零件上主应力与最大切应力的关系为 主应力（） 2 最大切应力（） 拉伸 压缩 载荷 弯曲载荷——垂直于零件轴线的载荷（有时还有力 偶），它使零件产生弯曲变形。 在弯曲载荷作用下，零件横截面上的主应力分 布的规律是：从表面应力最大改变到中性轴线 处应力为零。并且，中性轴线一侧为拉伸应力， 另一侧为压缩应力。 + 悬臂 中性轴 _ 简单弯曲 _ 中性轴 压缩