机械可靠性设计原理与可靠度计算课件.ppt

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1、第3章机械可靠性设计原理与可靠度计算§3-1安全系数设计法与可靠性设计法一、安全系数设计法在机械结构的传统设计中，产品的设计主要从满足产品使用要求和保证机械性能要求出发进行产品设计。这种设计不能回答：设计产品的可靠度或故障率是多少？当设计者不能确定设计变量和参数时，为了保证设计产品安全可靠，一般在设计中引入一个大于1的安全系数，试图以此来保证机械产品不会发生故障，所以一般称为“安全系数法”安全系数法的基本思想是：机械结构在承受外在负荷后，计算得到的应力应小于该结构材料的许用应力，即极限应力可从手册查

2、到。选取的一般原则是：计算塑性材料静强度时，为屈服极限；计算脆性材料静强度时，为强度极限；计算疲劳强度时，为疲劳极限。在传统设计中，只要安全系数大于某一根据实际使用经验规定的数值就人为是安全的。因此，安全系数法对问题的提法是：“这个零件的安全系数是多少？”不同的设计者由于经验差异，其设计结果有的可能偏于“保守”，有的可能偏于“危险”。因此，安全系数法在实质上不能回答：零件在多大程度上是安全的？零件在使用中究竟发生故障的概率是多大？从可靠性的角度出发，影响机械产品故障的各种因素可概括为“应力”和“强度

3、”两类。“应力”不仅仅指外力在微元面积上产生内力与微元面积比值的极限，而且包括各种环境因素，如温度、湿度、腐蚀、粒子辐射等。“强度”是指机械结构承受能力的极限，因此凡是能阻止结构或零部件故障的因素，统称为强度，如材料的力学性能、加工精度、表面粗糙度等。在实际工程中，载荷、温度、湿度等都是具有一定的分布，因而应力是一个受多因素影响的随机变量，具有一定的分布规律。同样，受材料的力学性能、工艺环节的波动和加工精度等的影响，强度也是一个具有一定离散性且具有一定分布规律的随机变量。在这种情况下，研究机械零件的

4、可靠性问题就是机械概率可靠性设计。应力、强度等因素的分布如图所示“应力”、“强度”各因素图解可靠度、强度、应力零件（系统）的可靠度是零件（系统）在给定的运行条件下，对抗失效的能力，也就是说，是“应力”与“强度”相互作用的结果，或者说，是“应力”与“强度”相互“干涉”的结果。如果“应力”作用效果大于“强度”，则零件（系统）失效；反之，“应力”作用效果小于“强度”，则零件（系统）就是可靠的。可靠度就是“强度”大于“应力”作用效果的概率二、可靠性设计方法机械可靠性一般分为结构可靠性和机构可靠性。结构可靠性

5、主要考虑机械结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效。机构可靠性主要考虑的不是强度问题引起的失效，而是机构在动作过程中由于运动问题而引起的故障。机械可靠性设计可分为定性可靠性设计和定量可靠性设计。所谓定性可靠性设计就是在故障模式影响及危害分析的基础上，有针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品满足可靠性要求。所谓定量可靠性设计是在充分掌握所涉及零件的强度分布和应力分布以及各个设计参数随机性的基础上，通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系设计出满足规定可靠性要求的产品。机

6、械可靠性定性方法是目前开展机械可靠性设计的一种最直接有效的常用方法，而定量设计方法一般在关键或重要的零部件的设计时采用。可靠性设计与安全系数设计方法的比较§3-2应力强度干涉理论及可靠度计算一、应力强度分布干涉理论可靠度是“强度”大于“应力”作用效果的概率，那么可靠度应该可以从强度与应力的平面干涉模型计算出来。几个概念扩展：失效强度应力失效从机械零件的角度：“失效”一般只限于零件发生塑性变形到一定程度断裂和表面的疲劳点蚀到一定程度等等。更广的含义：机械零件（系统）在运行过程中达不到人们对它的要求，或

7、起不到人们要求它所起的作用时，则这个零件（系统）失效了。“人们的要求”：是一个很活跃的因素，一些以前认为正常的，现在就不一定是正常的了。应力从机械零件的角度：“应力”的概念一般是指零件单位面积承受的外作用力的大小。更广的含义：凡是引起零件（系统）失效的一切因素，一概可以称之为“应力”。引起失效的因素：各种环境因素，如温度、湿度等对零件的影响。强度从机械零件的角度：“强度”的是指材料单位面积所能承受的作用力。如：屈服强度、强度极限等。更广的含义：凡是阻止零件（系统）失效的一切因素，均可称之为强度因素。

8、阻止零件/系统失效的因素：加工精度、表面粗糙度等因素。可靠度、强度、应力零件（系统）的可靠度：是零件（系统）在给定的运行条件下，对抗失效的能力，也就是说，“应力”与“强度”相互作用的结果；或者说是相互“干涉”的结果。如果“应力”作用效果大于“强度”，则零件（系统）失效。反之，“应力”作用结果小于“强度”，则零件（系统）就是可靠的。基本出发点：一般而言，施加于产品上的物理量，如应力、压力、强度、温度、湿度、冲击等导致失效的任何因素统称为产品所受的应力，用σ表示；产品能够