车辆可靠性设计.ppt

如果在设计中使零件强度大大高于其工作应力而使两种分布曲线不相交，如图5-8所示，则该零件在工作初期不会发生故障，但在动载荷、腐蚀、磨损、疲劳载荷的长期作用下，强度也会逐渐衰减，由图5-8中的位置a沿着衰减退化曲线移到位置b，从而使应力、强度分布曲线发生干涉而产生不可靠的问题。因此我们可以得出：1)即使在设计安全系数大于1的情况下，仍然存在产品失效的可能性。2)若材料的强度和工作应力变得越来越离散，干涉区域将会不断伸展且产品的可靠性会下降。3)若材料的机械性能足够好，工作应力也相对稳定，干涉区域就会减少，产品的可靠性就会增加。第31页,共46页，星期六，2024年，5月汽车可靠性设计，旧时搞清楚零件的应力与强度的分布规律，严格控制发生故障的概率，以满足设计要求。图5.9给出了汽车强度可靠性设计的过程。应力-强度的干涉模型反映了基于概率论的设计本质，即任何设计都存在失效概率或者说产品的可靠性都小于1。设计者能够做到的仅仅是将故障或失效概率限制在某一可以接受的范围而已。第32页,共46页，星期六，2024年，5月二、用分析法进行可靠性预计从上面的讨论中，可知道产品的可靠度主要依据应力和强度的干涉程度。若已知产品应力和强度的可靠性概率分布，可根据干涉模型获得产品的可靠度。即若应力小于强度，故障就不会发生，反之亦然。因此产品的可靠度就是应力小于强度的可能性，即：由于相同的原因，产品的失效概率就是应力大于强度的可能性，即为根据f(δ)和f(σ)评估产品的可靠度，可放大图5-8中f(δ)和f(σ)的部分干涉区域，如图5-10所示。第33页,共46页，星期六，2024年，5月假设在x轴上σ1处有一小单元dσ，σ1的概率落在等于A1的面积值，即：第34页,共46页，星期六，2024年，5月当强度δ大于应力σ时的概率是：应力σ在小区间dσ内不会引起故障或失效的概率（因为δS），也就是可靠度dR为：（5-40）第35页,共46页，星期六，2024年，5月从上面的讨论中，可以总结为：如分别已知应力和强度的概率密度函数，就可预计出产品的可靠度和失效概率。为了简化计算，都假设基本随机变量服从正态分布，这不仅因为正态分布能反映多数零部件的实际工作情况，而且能使事件发生的概率或可靠度的计算十分简单，否则就需要采用数值积分进行多重积分运算或采用等效转化的程序运算。解决工程问题大多采用近似计算方法，其计算精度可以满足工程实际的要求。所以可靠性设计中常采用泰勒（Taylor）级数展开的近似方法。第36页,共46页，星期六，2024年，5月例如：若应力和强度服从正态分布，概率密度函数可分别表示如下：第37页,共46页，星期六，2024年，5月产品的可靠度经推导有如下关系：其中ZR称可靠性系数，是一个可靠度指标，可通过下式获得：可靠度R与可靠性系数ZR一一对应。当可靠性系数ZR给出后，求可靠度时可查表5.1；当给定可靠度R，求可靠性系数ZR时，可查表5.2。第38页,共46页，星期六，2024年，5月第39页,共46页，星期六，2024年，5月三、汽车零部件可靠性设计算例1.汽车拉杆的可靠性设计可靠性工程中搜集数据的方法：在机械可靠性设计中，所有的设计变量，如：载荷﹑材料参数﹑几何尺寸等都被认为是随机变量，这些是可靠性工程设计的基础。一般来说变量越精确，方案就会越可靠，但是如何获取数据对于可靠性工程来说是一个重要问题。现在用来收集数据的方法主要如下：第40页,共46页，星期六，2024年，5月（1）产品实物的测量和检测这是一种获取精确数据的方法，但是成本昂贵且会耗费大量的时间。（2）仿真测试通过这种途径获取的数据不如通过第一种方法获得精确，但是比较经济。（3）标准样本的特殊检测通过这种途径获取的数据，不能反映产品的真实情况，但是他们很接近。（4）从相关的手册中查取这种途径相对简单，花费少，但是获取的数据经常不准确。第41页,共46页，星期六，2024年，5月若载荷的波动很小，则可按静强度问题处理,失效模式为拉断,其静强度可靠性设计步骤如下：（1）选定可靠度R；（2）由R值查附表5.2得ZR；