机械产品可靠性设计分析案例

仿真时间：16916.78 cpu seconds（约4.7小时）
•2020/4/21
动力学分析仿真
单组锁动力学模型（含柔性绳索，显示了全部的约束和碰撞关系）
•2020/4/21
动力学分析仿真
•2020/4/21
绳轮驱动力矩vs偏心轴转角
动力学分析仿真
锁系锁紧前期的绳轮转角vs时间
•2020/4/21
机械产品可靠性设计分 析案例
2020年4月21日星期二
某锁机构可靠性设计分析
某锁机构产品说明 某锁机构FMEA分析 某锁机构FTA分析 了解强度分析仿真 了解动力学分析仿真 了解可靠性分析仿真
•2020/4/21
概述
•2020/4/21
锥杆式
概述
•2020/4/21
锥杆式
概述
•2020/4/21
严酷度类别
严重程度定
Ⅰ类(灾难的) 这是一种会导致主动（被动）航天器毁坏或引起航天员伤 亡的故障。
Ⅱ类(致命的) 这种故障会导致航天器部分系统严重损坏，不能完成基本 功能或影响航天员健康的故障。
Ⅲ类(临界的) 这种故障会引起航天器的部分功能无法完成，为了完成这 些功能，需要采取应急措施，对航天员的健康有些影响。
Ⅳ类(轻度的) 这种故障对航天器的功能及航天员健康无影响，仅轻度影 响产品有效使用和操作。
•2020/4/21
某锁机构FMEA分析
危害性定性分析
对接锁系故障模式发生概率等级定义
故障模式
等级
定义
发生概率 的特征
故障模式发生概率（在产品使用时间内）
A
经常发 生
高概率
某一故障模式发生概率大于产品总故障概率的 20%
故障树的建造
•2020/4/21
锁紧失败故障树
某锁机构FTA分析
故障树定性分析
锁紧失败故障树的最小割集
•2020/4/21
某锁机构FTA分析
故障树定性分析
底事件清单
•2020/4/21
某锁机构FTA分析
故障树分析的结果和建议
•2020/4/21
强度分析仿真
输入条件
功能分析 材料属性 工作环境 载荷分析计算
B
有时发 生
中等概率
某一故障模式发生概率大于产品总故障概率的 10%，小于20%
C
偶然发 生
不常发生
某一故障模式发生概率大于产品总故障概率的 1%，小于10%
D
很少发 不大可能 某一故障模式发生概率大于产品总故障概率的
生
发生
0.1%，小于1%
E
极少发 生
近乎为零
某一故障模式发生概率小于产品总故障概率的 0.1%
•2020/4/21
零件计算示例
•2020/4/21
主动锁钩常温下的应力变形云图
零件计算结果
•2020/4/21
动力学分析仿真
由于多柔体动力学分析仿真计算量要远远高于刚性体动 力学分析，为了仿真效率，采用了双Xeon核心处理器 的工作站进行计算，仿真计算环境如下：
（1）软件环境
操作系统：windows 2000 server sp4 仿真软件：MSC.adams 2005 r2
后最严重的不一定是最后一把单锁，锁系各单 锁之间存在一个动态平衡过程，该过程受多种 因素影响，主要有摩擦系数以及刚性阻尼系数 等。
动力学分析仿真
被动锁碟簧力vs偏心轴转角
•2020/4/21
性能试验数据 低温-50℃
动力学分析仿真
滑轮、绳轮与钢丝绳索之间的空间摩擦特性对 同步性影响较大；
钢丝绳索和碟簧的预紧力对锁系同步性影响较 大；
碟簧的阻尼系数对锁系动力学响应的稳定性影 响较大；
电机驱动力矩曲线对锁系同步性较大； 按照理论模型优化结果，设置递增预紧力，滞
（2）硬件环境
处理器：双Xeon P4 2.8G Hz处理器 物理内存：Kingston Ecc Reg奇偶校验工作站专用内存 4×1G 储存介质：双SataII 80G×2 组raid0磁盘阵列
为了充分利用系统资源，采用了多线程处理技术来提高 仿真速度，利用外部单独的adams solver求解模块进行多 线程计算。
锥杆式
概述
•2020/4/21
周边外翻式
概述
•2020/4/21
周边内翻式
产品说明
某锁结构示意图
•2020/4/21
2020年4月21日星期二
2020年4月21日星期二
某锁机构FMEA分析
某锁机构FMEA实施
对接锁系功能分析 故障判据 对接锁系故障模式分析 严酷度定义 危害性定性分析
•2020/4/21
某锁机构FMEA分析
FMEA输出
I、II类故障模式(零件)清单
•2020/4/21
某锁机构FTA分析
顶事件的选择和描述 故障树的建造 故障树的定性分析 故障树分析的结果和建议
•2020/4/21
某锁机构FTFra Baidu bibliotek分析
某锁机构顶事件的选择和描述
序号
顶事件定 义
说明
1
不同步
是指同一组锁的主动锁钩不能满足 同步性要求
是指在主、被动航天器对接过程中
2
锁紧失败
，锁系正常锁紧失败后，备份锁紧 失败。（这里对控制系统、转换装
置的可靠性不进行展开分析）
3
锁紧保持 失败
是指在主、被动航天器在联合飞行 期间，主、被动锁系结构无法保持 结构完整性。
•2020/4/21
某锁机构FTA分析
输出结果
零件静强度分析计算 组合件整体分析计算 零件、组件对比分析
•2020/4/21
强度分析仿真
材料属性
•2020/4/21
载荷分析计算
•2020/4/21
某锁载荷、约束示意图
传力路线分析
•2020/4/21
主动钩组件传力路线
锁系静强度分析计算
零件的应力变形云图 零件承载能力分析 组件的应力变形云图 零件、组件计算结果对比分析
寿命期内某锁系自身引起的故障（不含人为故障） 均计为影响系统基本可靠性的关联故障；
在任务剖面中，凡不能完成某锁系正常功能的故障 计为影响任务的关联故障。
零件级产品故障判据 组件级产品故障判据 部件级产品故障判据
•2020/4/21
某锁机构FMEA分析
严酷度定义
表 14 对接锁系故障严酷度的定义
FMECA输出
I、II类故障模式(零件)清单 危害性矩阵
•2020/4/21
某锁机构FMEA分析
图1主动钩组件结构功能图
•2020/4/21
某锁机构FMEA分析
某锁机构（正常）对接阶段功能流程图
•2020/4/21
某锁机构FMEA分析
故障判据
在正常的设计、使用、维护和环境条件下，凡是满 足不了对接锁系设计指标及要求的故障，都定为系 统故障。