机械可靠性设计方法与原理.pptxVIP

机械可靠性设计方法与原理可靠性问题是一种综合性的系统工程问题。机械产品(零件、部件、设备或系统)的 可靠性与其他产品的可靠性一样，是与其设计、制造、运输、储存、使用和维修等各个环节 紧密相关的。设计只是其中的一个环节，但却是保证产品可靠性的最重要的环节，它为产品 的可靠性水平奠定了先天性的基础。因为机械产品的可靠性取决于其零部件的结构形式与尺 寸、选用的材料及热处理、制造工艺、检验标准、润滑条件、维修的方便性以及各种安全保 护措施等，而这些都是在设计中决定的。设计决定了产品的可靠性水平，即产品的固有可靠 度。产品的制造和使用固然也对其可靠性有极其重要的影响，但毕竟制造和使用是按设计进 行的，其主要任务是保证产品可靠性指标的实现。由此，产品可靠性设计的重要性也就不言 而喻了。4.1 机械可靠性设计的基本特点机械可靠性设计与以往的传统机械设计方法不同，首先对于机械产品而言，其具有以下 特点：机械产品的故障率可能并不等于常数；难以获得机械产品的组成零部件的故障率；机 械产品的故障属于耗损型故障，难以采用定量的方法进行估算；机械产品的可靠性试验时间 长、数量少、费用高；机械产品的工作环境对其应力的影响难以捉摸；机械产品常处于运转 状态，其可靠性还与使用人员有关。基于上述机械产品的特点，提出了机械可靠性设计的基本要求。(1)以应力和强度为随机变量作为出发点。认识到零部件所受的应力和材料的强度均非定值，而为随机变量，具有离散性质，数学 上必须用分布函数来描述，这是由于载荷、强度、结构尺寸和工况等都具有变动性和统计 本质。(2)应用概率和统计方法进行分析、求解。这是基于应力和强度都是随机变量这一客观事实和认识而提出的。(3)能定量地回答产品的失效概率和可靠度。首先承认所设计的产品存在一定的失效概率，但不能超过技术文件所规定的允许值，并且能定量地给出所设计产品的失效率和可靠度。(4)有多种可靠性指标供选择。 1传统的机械设计方法仅有一种可靠性评价指标，即安全系数；而机械可靠性设计则要求 根据不同产品的具体情况选择不同的、最适宜的可靠性指标，如失效率、可靠度、平均无故 障工作时间 (MTBF)、 首次故障里程(用于车辆)、维修度和有效度等。开始设计阶段就应 当选定可靠性指标以及评价方法等。(5)强调设计对产品可靠性的主导作用。强调产品的可靠性从根本上来说是由设计决定的，设计决定了产品的固有可靠性。如果 设计不当，则不论制造工艺有多好和管理水平有多高，产品都是不可靠的。在设计中赋予零 件以足够的固有可靠性，该零件就会本质上可靠。意味着零件的应力分布和强度分布的尾部 不发生干涉，不产生随机失效。(6)必须考虑环境的影响。高温、低温、冲击、振动、潮湿、盐雾、腐蚀、沙尘、磨损等环境条件对应力产生影 响，从而影响可靠度。研究表明，应力分布的尾部比强度分布的尾部对可靠度的影响要大得 多，因此，对环境的质量控制比对强度的质量控制所带来的效益大得多。(7)必须考虑维修性。以有效度为可靠性指标的产品，例如对于工程机械等，不论产品设计得固有可靠性有多 好，都必须考虑维修性(因为它与使用和环境等一同影响产品的使用可靠性),否则不可能 使产品维持较高的有效度。因此，从设计一开始，就必须将固有可靠性和使用可靠性联系起 来作为整体考虑，分析为了使设备或系统达到规定有效度，究竟是提高维修度还是提高可靠 度更为合理。(8)从整体的、系统的观点出发。从整体的、系统的、人机工程的观点出发考虑设计问题，并且更重视产品在寿命期间的 总费用而不只是购置费用。(9)承认在设计期间及其以后都需要可靠性增长。在产品的最初设计、研制、试验期间，产品的可靠性会经常得到改善，这种改善是由于 一些因素的变化。例如，在发生故障后，分析其原因就提供了改善可靠性的信息，并且在设 计、研制过程中，随着经验的积累也会改进设计、制造工艺，提高产品的可靠性。因此，如 果在产品设计、研制、试验、制造的初始阶段，定期地对产品的可靠性进行评估，将会发现 可靠性特征量会逐步提高，可靠性得到了改善，这种现象称为“可靠性增长”。 GB 3187— 1982关于可靠性增长的定义是：“随着产品设计、研制、生产各阶段工作的逐步进行，产品 的可靠性特征量逐步提高的过程。”当可靠性水平接近设计的固有可靠性时，可靠性增长将 趋于饱和。可靠性增长的这些预测和报告给出了达到可靠性目标的进程。在确定能否按计划 达到预计的可靠性水平方面提供了依据，使得能及早发现问题以便及早地进行对设计的 调整。4.2 机械可靠性设计的主要内容(1)研究产品的故障机理和故障模型。搜集、分析与掌握该类产品在使用过程中零件材料的老化、损伤和故障失效等(均为 受许多复杂的随机因素影响的随机过程)有关数据及材料的初始性能(强度、冲击韧性等)2对其平均值的偏离数据；揭示