机械系统可靠性综述.doc

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1、机械系统可靠性综述摘要根据机械可靠性原理，本文综述了机械零件和机械系统的可靠性计算方法方法•对机械零件可靠性灵敏度分析进行探讨，提出可靠性设计的计算方法，为机械零件的可靠性设计提供理论依据，也为机械系统的可靠性设计提供了理论基础。此外，本文还介绍了一些提高机械系统可靠性的方法。关键词：机械零件机械系统可靠性提高1、前言H前，可靠性（优化）技术己渗透到机械工程的各个领域，并且已深入到结构设计、强度与寿命分析、选材（成分与热处理工艺的选择等）和失效分析等各个领域。显然，产品的最佳可靠性问题会直接影响到资源与能源的合理利用

2、。因为最佳可靠性设计可以得到体积小、重量轻、降低材料消耗和加工工吋，并具有合理可靠度的产殆。在进行机械零件的可靠性分析吋。由于各因素对机械零件失效的影响程度不同，因此关于机械零件可靠性灵敏度的研究具有重要意义。机械零件司靠性灵敬度分析在可靠性设计和修改、可靠性优化设计、可靠性维护等方面均有重要的应用。事实丄，若某因素对机械零件失效有较大的影响，则在设计制造过程屮就要严格加以控制，使其变化较小，以保证机械零件有足够的安全可靠性;反之，女I保某因素的变杲性对结构可靠性的影响不显著。则在进行机械零件可靠性设计时，可以把它半

3、作确定量值处理，以减少随机变量的数本文对反映这种不确定性的可靠性灵皱度进行研究，得到-•个用以确定设计参数的改变对工程机械零件可靠性的影响的可靠性灵敏度汁算方法，从而为机械零件的没计、制造、使用和评估提供合理和必要的理沧依据。2、机械零件可靠性分析（1）可靠性设计的摄动法可靠性设计的一个n标是计算可靠度R=ffx（X）dX4（x）＞0X（1）式中©（X）为基本随机参数向量X=（X1X2…Xn）T的联合概率密度,这些随机参数代表载荷、零部件的特性等随机量。g(X)为状态函数，可表示零部件的两种状态g(X)WO为失效状态

4、、g(X)>0为安全状态。这里极限状态方程g(X)=0是一个门维I11J面，称为极限状态面或失效临界面。把随机参数向量X和状态函数g(X)表小为(2)g(X)=gd(X)+£gp(X)(3)这里£为一小参数，其不具有具体的数量值，只是用以推导确定状态函数g(X)的均值和方差表达式，下标为d的部分表示随机参数巾的确定部分，下标为p的部分表示随机参数中的随机部分，且具有零均值。显然这里要求随机部分要比确定部分小得多。对上面两式取数学期望，有E(X)=X=E(Xd)+=X,(4)叫=E【g(X)i=g=E'gd(X).]+

5、eE

6、g.,(x)]=幻(X)(5)同理，对其取方差，根据Kmnecker代数及相应的随机分析理论，有Var(X)=EMA-E(Jt)l：2]

7、=(6)Var[g(X)J=-E(g(X))?r[=汀g/X)严!⑺式中(•)2=(•)®(•)为(•)的Krollecker幕，符号0代表honecker积，定义为(A)pxq®⑻“十屈叫卩根据向量值和矩阵值函数的Taylor展开式，当随机参数的随机部分比其确定部分小得多吋，可以把g「(X)在E(X)二儿附近展开到一阶为止,有(8)gp(X)=警护Kp矩阵导数定义为刀(A)

8、px“(〃)wF(%/叫几“,把式⑻带入式(7)有(9)…Xn)八毗g(X)]=训岑^广xf]=(儈斜⑴曲X)式4'Var(X)为随机参数的方差向量。这里基本随机变量向量X=(X1X2的均值E(X)和方差Var(X)是已知的。把状态函数F(X)对慕本随机变量向量X求偏导数，有dXy可靠性指标定义为叭/Var[g(X)](11)这样一方面可以利用可靠性指标直接衡量构件的可靠性，另一力面在基本随机参数向量X服从正态分布时，可以用失败点处状态表面的切平面近似地模拟极限状态表面，可以获得可靠度的一阶估计量R=①仏)式中中①“

9、)为标准正态分布函数。(2)可靠性灵敏度机械零件的对靠度对基木随机参数向量X二(XlX2・・・Xn)「均值和方差的灵敏度为(12)(13)DR0R33仏dxt~呻％axTDRdR皿rrvar(x)二帀応

10、程］1串

11、联系统可靠性逻辑框图设系统中各元件的可靠度为Rti、Rt2、Rt3…Rtn,则串联系统可靠度Rts为:R.=R”Ra…险二口弘即他=（1-几）（1-几）…（1-心）在特殊情况下，若串联系统中所有的元件都具有相同的可靠度，则系统可靠度陽为：R严尺：=©-FJ°由上式可知，串联系统可靠度低于系统中最低可靠度零件的可靠度，串联零件愈多，系统可靠度愈低