可靠性工程第14讲第五章 机械零件可靠性设计简介.ppt
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1、可靠性工程第十四讲,College of Nuclear Science and Technology Harbin Engineering University,2007年10月18日,第五章 机械零件可靠性设计简介,第五章 机械零件可靠性设计简介,一、机械产品可靠性的特点,机械产品的失效主要是耗损型失效(例如疲劳、老化、磨损和强度退化等),而电子产品的失效主要是由于偶然因素造成。,5.1 概述,第五章 机械零件可靠性设计简介,耗损型失效的失效率随事件增长,所以机械产品的失效率随时间的变化一般不是恒定值,符合这一特性的分布有: 正态分布 威布尔分布 对数正态分布 极值分布,第五章 机械零件可
2、靠性设计简介,机械产品的失效模式很多,甚至同一零部件有多种重要的失效模式。 损坏型:如断裂、变形、塑性变形、裂纹; 退化型:如老化、腐蚀、磨损; 松脱型:如松动、脱焊; 失调型:间隙不当、行程不当、压力不当; 堵塞或渗漏型:如堵塞、漏油、漏气; 功能型:如性能不稳、下降或不正常等。,第五章 机械零件可靠性设计简介,机械产品的组成零部件多是非标准件,其失效统计值很分散,造成失效数据的统计困难,像电子产品那样预计其失效率也非常困难。 机械产品的不同失效模式之间往往是相关的,在进行可靠性分析时需要考虑失效模式相关性。如转动件的过度磨损往往是间隙不当造成的。,第五章 机械零件可靠性设计简介,二、机械产
3、品可靠性工程的特点,强调根据以往的工程实践经验为基础,制定可靠性设计准则,并指导机械产品的可靠性设计。 长期积累 条理化、规范化 结合失效模式分析提出产品可靠性设计准则,第五章 机械零件可靠性设计简介,注重失效模式分析,以防止出现失效为设计宗旨。通过对失效模式、失效机理的研究,采用改进措施,防止失效的发生,使设计的产品达到预定的可靠性要求。 对可靠性关键件和重要件进行概率设计,确保关键件和重要件的可靠性达到设计要求。,第五章 机械零件可靠性设计简介,注意产品的维修性和使用操作问题。机械产品进入耗损失效阶段时,失效率急剧上升,此时产品的可靠性由提供的维修情况决定。因此,机械产品设计时应考虑使失效
4、容易发现、易于检查、便于维修。 产品的可靠性预计。在相似产品以往可靠性信息的基础上,经分析后选用(失效模式、载荷条件、环境条件和使用条件的差异比较)。,第五章 机械零件可靠性设计简介,在产品研制过程中需重可靠性实验,必要时需进行现场可靠性试验,或收集使用现场的失效信息。对于复杂的机械产品,由于其体积大、成本高、费用高等原因不能进行可靠性试验,可采用较低层次(子系统、部件、组件或零件)的可靠性试验,综合试验结果、应力分析结果和类似产品的可靠性数据及产品现场使用情况,对其可靠性进行综合评价。,第五章 机械零件可靠性设计简介,5.2 应力强度干涉理论,一、基本概念,结构:是具有某种适用性的,能够承受
5、和传递力的工程构造。 应力-强度模型:考虑到结构承力的特点,从结构失效的物理原因着手,运用概率和统计理论,得出结构可靠性的计算公式。,5.2.1 概述,第五章 机械零件可靠性设计简介,应力:是指对结构功能有影响的各种外界因素,是作用于结构上的外力或载荷(如力、力矩、过载、温度、湿度、冲击、振动、腐蚀和噪声,这些因素倾向于使结构产生破坏)。 在分析计算时,力学中所定义的应力亦然适用,但本质上这种应力是结构对输入量的响应。 结构强度:是指结构承受应力的能力。,第五章 机械零件可靠性设计简介,结构可靠度:结构强度大于施加在它上面的应力的概率。或者说,当施加于结构上的应力大于结构强度时,结构失效。,在
6、结构可靠性问题中,凡是能够应用应力强度模型描述其失效的一切产品统称为结构。这样,可以把应力强度模型推广到机电产品和电子产品。,第五章 机械零件可靠性设计简介,二、基本假设,应力为一非负的随机变量或随机过程。用 或 表示。 强度为一非负的随机变量或随机过程。用 或 表示。 当应力不超过结构强度时,结构被认为是可靠的,否则认为结构失效(故障或破坏)。,第五章 机械零件可靠性设计简介,结构的失效仅由于应力作用而发生。 计算应力和强度的一切公式依然适用,但公式中的确定量均视为随机变量或随机过程。,优点:把应力和强度看作随机变量或随机过程时,能更精确反映出应力和强度本身的客观不确定性、离散性和随时间变化
7、的随机性,从而可用概率统计的方法对结构可靠度或失效概率进行求解。,第五章 机械零件可靠性设计简介,三、应力强度的结构可靠性计算模型分类,应力强度随机变量模型。其中,应力S和强度均为随机变量。 应力强度半随机过程模型。其中,应力S和强度之一为随机过程,而另一个为随机变量。 应力强度全随机过程模型。在该模型中,应力S和强度均以随机过程概率模型描述。,第五章 机械零件可靠性设计简介,静态模型:通常把应力强度随机变量模型称为结构可靠性的静态模型。 忽略了时间因素,认为应力和强度不随时间变化; 是结构可靠性的理想化情况,或者认为应力具有瞬态性质仅对结构产生一次性作用情况。,第五章 机械零件可靠性设计简介
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