机械零件的可靠性设计

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1、机械可靠性设计原理苏州大学城市轨道交通学院鞠华1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、腐蚀和强度退化等），而电子产品的失效主要是由于偶然因素造成的。耗损型失效的失效率随时间增长，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、对数正态分布和极值分布等。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。机械产品的组成零部件多是非标准件，其失效统计值分散，造成失效数据的统计困难，象电子产品那样预计其失效率很困难机械产品的不同失

2、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。2机械产品可靠性工作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。结合失效模式分析提出适于某机械产品的可靠性设计准则，供该产品研制设计时使用。注重失效模式分析，以防止出现失效为设计宗旨。对可靠性关键件和重要件进行概率设计根据经验数据或FMEA方法确定产品的可靠性关键件和重要件及其相应的失效模式，然后针对其主要失效模式进行概率设计，如静强度概率设计、疲劳和断裂概率设计、磨损和腐蚀概率分析设计等，确保关键件和重

3、要件的可靠性达到设计要求。注意产品的维修性和使用操作问题。3机械产品可靠性工作特点在产品研制过程中重视可靠性试验对保证产品可靠性的作用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体积大、成本高、费用高等原因不能进行可靠性试验，这时可采用较低层次（子系统、部件、组件或零件）的可靠性试验，然后综合试验结果、应力分析结果和类似产品的可靠性数据及产品现场使用的情况，对其可靠性进行综合评价。4应力-强度分布干涉理论应力-强度分布干涉理论是以应力-强度分布干涉模型为基础的，该模型可清楚地揭示

4、机械零件产生故障而有一定故障率的原因和机械强度可靠性设计的本质。应力：产品的工作值，如应力、压力、力、载荷、变形量、磨损量、温度等，常用s表示。强度：产品能承受这些工作值的能力，用δ表示。5应力—强度干涉理论在机械产品中，零件（部件）是正常还是失效决定于强度和应力的关系。当零件（部件）的强度大于应力时，其能够正常工作；当零件（部件）的强度小于应力时，其发生失效。因此，要求零件（部件）在规定的条件下和规定的时间内能够承载，必须满足以下条件δ>s机械产品的可靠度可以说成是机械产品的强度大于施加于该产品的应力的概率

5、。6实际工程中的应力和强度都是呈分布状态的随机变量，把应力和强度的分布在同一坐标系中表示零件的强度值与应力值的离散性，使应力-强度两概率密度函数曲线在一定的条件下可能相交，这个相交的区域就是产品或零件可能出现故障的区域，称为干涉区。这种根据应力和强度干涉情况，计算干涉区内强度小于应力的概率（失效概率）的模型，称为应力——强度干涉模型。在应力——强度干涉模型理论中，根据可靠度的定义，强度大于应力的概率可表示为7应力－强度干涉模型（1）、如图中所示的相交的区域，即干涉区域，就是产品可能发生故障的区域。（2)、在安

6、全系数大于1的情况下仍然会存在一定的不可靠度。8材料机械性能统计和概率分布载荷统计和概率分布应力计算应力统计和概率分布强度计算强度统计和概率分布机械强度可靠性设计几何尺寸分布和其他随机因素干涉模型机械强度可靠性设计过程框图9下面要解决的三个问题1）知道了零件的应力和强度的分布后，如何求零件的可靠度。2）一般的安全系数与可靠度意义下的安全系数的区别。3）一般机械零件设计的可靠度设计？10问题一、知道了应力和强度的分布，求零件的可靠度特殊情况（公式法）：1）应力和强度均为正态分布时的可靠性计算当应力S和强度δ均

7、为正态分布时，则它们的差也是正态分布，且有不可靠度为：11化成标准正态分布，令则当y＝0时令可靠度为12将应力分布参数、强度分布参数和可靠度三者联系起来了，故称为联结方程，它是可靠性设计的基本公式，zR称为可靠性因数或可靠性指标。13当强度和应力的均值相等时，可靠度等于0.5当强度均值大于应力的均值时，方差越大，可靠度越小。讨论142）当应力和强度均为对数正态分布时可靠性计算设随机变量s和δ服从对数正态分布，即它们对数lns和lnδ服从正态分布，它们的均值和标准差分别为：分别是lns和lnδ的均值和标准差，即

8、正态分布下的均值和标准差分别是变量S和δ的均值和标准差，则他们之间具有下列关系：15服从正态分布当应力和强度均为对数状态分布时，有：则变量y的均值和标准差分别为：知道了的均值标准差为的16和正态分布一样，化成标准正态分布。令令则则有17例题例1：已知汽车某零件的工作应力及材料强度均为正态分布，且应力的均值μs=380MPa,标准差σs=42MPa，材料强度的均值为850MPa,标准差为81MPa。试