现代设计理论可靠性设计PPT课件

.
图1 应力—强度分布的平面干涉模型
20
当强度的均值大于应力的均值时，在图 中阴影部分表示的应力和强度 “干涉 区”内就可能发生强度小于应力——即 失效的情况
同一种设备在不同的工作环境下运行寿命是 不同的，如汽车，因此，同一产品在不同的工作 条件下运行应有不同的设计要求。
.
15
C.规定的工作时间：
产品之间可靠性比较的标准。
D.正常工作（满意运行）：
指系统或零件是否能达到人们所要求的运行效能， 达到了就说它是处于正常的工作状态，反之说它是失 效的。
失效：零件丧失工作能力或达不到设计功能。
.
9
展开：
60-70年代，航空、航天事业有利可图，各国纷纷 开展了航天、航空技术与设备的研究与产品开发，其可 靠性引起全社会的普遍关注，因而也得到了长足的进步。 许多国家成立了可靠性研究机构，如我国的航空航天大 学。
发展：
80年代以后，可靠性设计成为不可或缺的环节，广 泛应用于各行各业。
.
10
90年代，我国机械电子工业部印发的“加强机电产 品设计工作的规定”中明确指出“可靠性、经济性、适 应性”三性统筹作为机电产品设计和鉴定的依据。在新 产品鉴定时，必须提供可靠性设计资料和试验报告。否 则不能通过鉴定。
2)产品责任的要求，使企业必须考虑产品故障所造成的 损失以及由此而引起的法律责任；
3)市场竞争的压力；
4)人工费用日益提高；
5)国际市场迫使人们必须重视机电产品可靠性的工作。
.
18
2.从定量的角度考虑可靠性设计的必要性 1)安全系数：用η表示。 η =δ/σ
即零件强度与作用在其上的应力的比值，是零件本身强度所 能承受外载荷作用的强度的重要的尺度。
.
6
产品/工程的设计发生的演变过程
传
模
统/ 常
延伸
可
靠
延伸
糊 可
规
拓展
性
拓展
靠
设
设
性
计
计
设
计
.
wenku.baidu.com
7
各演变过程的区别
理论基础
传统（常规） 设计
安全系数 （机械设计）
数学基础 基本的数学运算
设计变量
固定变量
可靠性 设计
模糊可靠性 设计
可靠度 模糊理论与可靠度
概率论和
模糊数学、
数理统计 概率论与数理统计
可靠性设计
.
1
主要内容
可靠性设计的概念与特点 可靠性设计常用的分布函数 可靠性设计的原理 零部件的可靠性设计 系统的可靠性设计
.
2
第一节 可靠性设计的概念与特点
.
3
一、概述
引例
日常生活中的现象观察：骑自行车，如将链条改换为皮 带传动，结果如何？经常说某人是否可靠，衡量的标准 是什么？
工程应用中，如军事上的导弹发射，三峡大坝工程等。
.
4
常规设计某一轴的强度时，用安全系数法来校核，主要建 立在以往的经验基础上（经验数据），由于带有一定的主 观色彩，实践中发现设计时非常安全的零部件并不安全， 造成了巨大的经济损失，由此从科学的客观的角度出发产 生了可靠性设计。
可靠性设计是把工程中的设计变量处理成多值的随机变量， 运用随机方法对产品的故障（失效）、完好（正常）、可 靠（不可靠）等状态的随机性进行精确的概率描述。
.
5
工程实际中存在随机现象，也存在大量的模糊现象。
如经抽象简化的基本支座模型有三类：自由端、简支 端和固定端，对自由端有明确的定义，也极易识别， 但对于简支端和固定端就没有明显的界限，如果梁插 入较深即假设为固定端，而插入较浅则假设为简支端； 又如对滑动轴承而言，分为窄、中、宽系列，若轴承 较宽则假定为固定端，较窄假设为简支端，这里的较 深和较浅，较宽和较窄都是模糊概念；再如经抽象简 化的光滑铰链，这个模型本身在概念上就是不清晰的， 因光滑和粗糙两者之间没有绝对的界限。
.
16
E．概率：
基本事件发生的可能性。
对于可靠性来讲，就是失效或正常运行事件发 生的可能性。在大量统计的基础上，这种可能性 可用该事件的概率来表示，因此概率可用[0，1]区 间的某个数表示。
.
17
四、可靠性设计的必要性
1.从定性的角度考虑其必要性
1)机械设备的大型化、复杂化、精密化要求设备本身的 安全性提高；
零件安全运行的条件是：强度最小值必须大于外载荷引起 的应力最大值才安全。即满足δ-σ＞０。
.
19
2)安全系数设计中存在的问题
机械零件失效的可能性（概率）用安全系数的大小是不能 完全表征的，它取决于强度与应力的“干涉”面积大小。实际 工程中的应力和强度都是呈分布状态的随机变量
设应力(σ)和强度(δ)的概 率密度函数分别为ｆ(σ)和ｇ ( δ ) ，因机械设计中应力和强 度具有相同的量纲（Mpa），因此 可以把ｆ(σ)和ｇ(δ )表示在同 一坐标系中。（如图1所示）
狭义可靠性 维修性
有效性（广义可靠性） 综合全面评定可靠性
贮存寿命
.
12
可靠度(Reliability)，指零件或系统在规定的运行条 件下，规定的工作时间内，能正常工作(或完成规定功 能）的概率。
该定义将以往人们对产品可靠性只是出于模糊、 定性的概念发展转变为一个明确的“数”的概念。
这是概念上质的飞跃
随机变量
随机变量
.
8
二、可靠性设计的发展
起步：
1957年美国发表了“军用电子设备可靠性”的报告， 这份报告被公认为是可靠性设计的奠基性文献；二次世 界大战期间，美国通信设备、航空设备、水声设备都有 相当数量的部件或系统因失效而不能使用，带来了大量 的人员伤亡和经济损失，起初主要是电子元件和系统的 可靠性。德国在二次大战中，由于研制v-Ⅰ型火箭的需 要也着手与可靠性工程的研究。
现今可靠性的观点和方法已经成为质量保证、安全 性保证、产品责任预防等不可缺少的依据和手段，也是 我国工程技术人员掌握现代设计方法必须掌握的重要内 容之一。
.
11
三、可靠性的概念
可靠性有狭义和广义两种意义。狭义可靠性仅指产品在规定条 件下和规定时间内完成规定功能的能力。广义可靠性通常包含 可靠性和维修性等方面的内容。以后不加以注明，我们均指狭 义可靠性。
.
13
它包含了五个要素： A.对象：零件
指某个不可拆卸的独立体（如弹簧、齿轮）， 也可指某一部件或机器（如发动机或减速器）， 还可指某个系统（如某条生产线、某个车间等）， 甚至包括人的判断与人的操作因素在内。
零件
机器
系统
.
14
B.规定的工作条件：
为了比较某系统或零件的可靠程度，必须将 它的工作环境固定下来。