典型零件的机械可靠性设计.pptxVIP

机械零件是组成机构和机器的最基本单元，机械系统的可靠性取决于全部组成零件的可 靠性和它们的组成方式。在进行零部件的可靠性设计时，首先需对其提出可靠性指标。应该 注意，并不是所有的零部件都要求同样的可靠性水平，具体应取决于它们各自在系统中的重 要性和经济指标等因素。 据统计，在一架有3万多个零部件的飞机上，经常发生故障的零件只有600多个，即只 占2%左右，所以保证这部分零件的高可靠性对飞机的安全有重要意义。又如，对大型民用 客机的可靠性要求应当高于对普通军用飞机的要求，因为大型民用客机的失事会导致巨大的 人员伤亡和经济损失。 一般情况需要先确定设备或系统的可靠度，再根据系统组成方式和系 统内零部件的重要性将可靠度指标分配到各子系统和组成零件上。 表7-1所示为可靠度经验推荐用值。 表 7 - 1 可靠度经验推荐用值; 强度级别; 【例7-1】一松连接螺栓M12, 不考虑螺栓的制造公差。螺栓材料为 Q235, 车制。受 拉力F=20kN, 载荷标准差为σp=0.2F/3, 试求其可靠度。 解：(1)求螺栓应力的均值和标准差。 螺纹车制，取危险截面直径d.=d? 。 查手册得 M12粗牙普通螺纹的小径d?=10.106 mm, 代入式(7-4)得螺栓应力均值 拉力标准差为 σ,=0.2F/3=0.2×20000/3=1333.33(N/mm2) 不考虑螺栓的制造公差，则 σa。=0, 由式(7-5)计算应力的标准差为; 查正态分布表，当R=0.995 时，可靠性系数Z=-2.575, 代入上式后解得 d-92. 165d+1981.68=0 d.=7.6mm 或d 。=5.8 mm 将d。的两种解代入δ表达式检验，应取d.=7.6 mm。 (4)确定螺栓直径d。 若选用滚压螺纹，由式(7-2)得出 d=d 。+0.72t=7.6+0.72×1.5=8.68(m) 取标准直径为M10 的粗牙螺栓，螺距t=15, 其实际可靠度R0.995, 满足设计要求。 7.1.2 受拉紧螺栓连接的可靠性设计 紧螺栓连接分为只受预紧力和同时承受预紧力与工作载荷两种。这里只讨论后一种较复 杂的情况，如图7-2所示。与松螺栓连接一样，在轴向静载荷作用下螺栓强度的分布规律呈 正态分布，其强度均值及变异系数的估算值如表7-2所示。设拉力F 沿螺栓横截面均匀分布， 但由于载荷分布、几何尺寸分布等因素的影响，使每个螺栓的应力值大小不一样??通常假定它为 正态分布。 图7-2 受轴向载荷的螺栓紧连接 4; 1.紧螺栓连接的受力模型 这种受力形式在紧螺栓连接中比较常见，因而也是最重要的一种。紧螺栓连接承受轴向 拉伸工作载荷后，由于螺栓和被连接件的弹性变形，螺栓的总拉力 F? 除和预紧力 Fo、 工 作 拉力F 有关外，还受到螺栓刚度C, 和被连接件刚度C。等因素的影响。根据理论分析，有如 下关系式： F?=F+F?=(1+K)F (7-6) (7-7) 式中， F? 为残余预紧力，为了保证连接的紧密性，以防止连接受载后接合面间产生缝隙， F?=Kp 。 应 使F?0, 推荐采用的K为：对于有密封性要求的连接， K=1.5~1.8; 对于一般 连接，工作载荷稳定时， K=0.2～0.6; 工作载荷不稳定时， K=0.6～1.0 。C 。 为螺栓刚度。 Cm 为被连接件刚度。 为相对刚度，其大小与螺栓和被连接件的结构尺寸、材料以 及垫片、工作载荷的作用位置等因素有关，其值在0~1变动。相对刚度值可通过计算或试验 确定。 一般设计时，可根据垫片材料不同使用下列推荐数据：金属垫片(或无热片)0.2~ 0.3;皮革垫片0.7;铜皮石棉垫片0.8;橡胶垫片0.9。K。为预紧力系数，如表7-3所示。 表7-3 预紧力系数Kr。; 摩擦面状况; (7-25) (5)计算复合应力8。 复合应力的均值为 6= √82+372 (7-26) 由矩法计算复合应力的标准差为 (7-27) (6)选择材料、确定其强度分布均值和标准差。 (7)用联结方程计算可靠度，或按可靠度要求确定螺栓直径。 【例7 - 3】 计算某气缸盖法兰螺栓连接的可靠度。如图7-2所示，已知气缸工作压力 为(1.8±0.12)MPa, 缸体内径D2=360 mm, 垫片材料使用铜皮石棉垫片。螺栓采用35 钢， M16, 强度等级为6.9级，共布置12个。 解：本题已知螺栓所承受的总载荷F? 以及螺