可靠性设计概述、机械强度可靠性、疲劳强度可靠性.ppt

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1、机械可靠性设计一、可靠性设计概述和基本理论１、可靠性概念可靠性指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力２、可靠性相关学科１）可靠性物理－产品失效原因和机理２）可靠性数学－可靠性计算分析方法３）可靠性工程－可靠性分析、设计、试验、使用与维护３、产品可靠性的内涵１）性能可靠－产品性能不会超出设计所规定的范围２）结构可靠－产品在设计所规定的载荷范围内不会出现断裂破损３）使用可靠－产品可稳定按设计所规定的方法和操作步骤实现自身功能４）寿命可靠－产品可在设计所规定的时间周期内稳定运行并按时报废４、可靠性的作用和价值可靠性是产品质

2、量的一项重要指标重要关键产品的可靠性问题突出，如航空航天产品；量大面广的产品，可靠性与经济性密切相关，如洗衣机等；高可靠性产品，市场竞争力强产品质量功能有效性可靠性维修性固有可靠性使用可靠性环境适应性性能可靠结构可靠１）可靠性预测－根据产品失效数据分析预测产品在对应所规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率．２）可靠性分配－如何依据产品的可靠性需求和指标，安排其内部零部件的可靠性，保证产品可靠性达标．５、可靠性设计的内容６、可靠性设计的必要性1）产品复杂密集程度日益提高对产品本身安全性提出更高要求2）产品责任法使企业必须考虑产

3、品故障所造成的损失，以及由此而引起的法律责任3）市场竞争全球化，必须重视产品的可靠性。4）产品维护保养成本随人工费用日益提高。７、可靠性设计相关基本概念和指标１）可靠度２）失效率（故障率）３）失效模式４）平均寿命（平均失效时间）５）有效寿命６）维修度７）有效度８）重要度１）、可靠度R(t)：产品在规定条件下和规定的时间内完成规定功能的概率可靠度记为：R(ｔ)；R(ｔ)=P{Ｔ>ｔ}其中：T为产品寿命；ｔ为规定的时间{Ｔ>ｔ}有下列三个含义：产品在时间ｔ内完成规定的功能产品在时间ｔ内无故障产品的寿命Ｔ大于ｔ若N个零件在同样

4、条件下工作，在规定时间内有Nf个失效，剩下Nt个仍继续工作，则可靠度R(t)为：失效概率Q(t)为：显然：２）失效率λ(t)：产品在规定条件下工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。n(t):N件产品t时刻的失效数n(t+△t):N件产品t＋△t时刻的失效数N:产品总数失效率简化定义：产品在t时刻后单位时间内失效数与仍可工作产品数的比值其中，f(t)称故障概率密度函数，是产品失效概率的时间导数.失效率计算公式故障概率密度函数与可靠度的关系因Q（t）=1-R（t）所以由３）产品失效模式产品失效率曲线—浴盆

5、曲线（2）偶然失效原因：由非预期的过载、误操作、意外天灾等偶然因素造成。特点：失效率稳定，恒定（1）早期失效原因：设计制造、贮存运输及调试、跑合、起动不当等导致的产品缺陷特点：失效率递减迅速下降(3)功能失效（耗损失效）原因：产品疲劳老化磨损腐蚀等引起特点：失效率递增不同失效模式下失效率的概率分布早期失效模式的可靠度和失效概率产品因材料疲劳和强度破坏所导致的失效基于韦布尔分布可以准确描述失效率：可靠度：失效概率：β:形状参数θ:尺度参数产品在试运行阶段失效率呈韦布尔分布偶然失效模式的可靠度和失效概率失效率λ(t)为常数:λ(t

6、)=λ失效概率密度函数可靠度失效概率产品因偶然因素所导致的失效可基于指数分布准确描述产品在稳定运行阶段失效率呈指数分布功能失效模式的可靠度和失效概率失效率：可靠度：失效概率：产品因老化所导致的失效可基于正态分布加以描述产品在功能失效阶段失效率呈正态分布４）、平均寿命（MTBF）产品失效的平均时间间隔；即产品平均无故障工作时间。正态分布：指数分布：韦布尔分布：咖吗函数５）有效寿命产品有效寿命＝［t0,t1］产品偶然失效期失效都是因误操作等偶然因素造成，故该阶段产品可有效工作，这段时间称为产品的有效寿命６）维修度－产品可修复概率产

7、品在规定时间内按照规定程序方法维修，保持或恢复到能完成规定功能状态的概率,它成指数分布７）有效度－可靠度、维修度的综合在考虑维修和可修复基础上的产品在某时刻具有和维持其功能的概率８）重要度概念：产品某单元失效引起产品故障的次数与各单元失效总次数的比值．作用：产品因某单元失效出现故障的概率产品某单元对产品可靠性的影响度可靠性设计的随机变量1）载荷：产品所承受载荷不是固定不变的，而是依某种规律变化的随机变量。2）几何尺寸3）材料机械性能：如强度等多数呈正态分布，有的呈对数正态分布或韦布尔分布。4）工况变化：环境与工作条件的变化5）

8、其他不确定因素：如设计方法的改变，假设的变更，用户需求变更随机变量统计数据的来源1）真实情况的实测、观察特点：真实，但耗费人、财、物力2）真实情况的模拟测试特点：数据真实性稍差，经济性则比第一种好，但仍然耗费很大。3）对样件的专门试验特点：数据不能完全反映真实情况需要修正。４