可靠性理论-第5章 机械零件的可靠性设计
第五章 机械可靠性设计方法 ppt课件
可靠性设计与传统设计的区别
• 可靠性设计
– 载荷、强度、结构、尺寸、工况等都具有变动性和随机 性。
– 将应力和强度视为随机变量 – 用概率和统计方法求解 – 用可靠度表达设计结果
• 传统设计
– 将应力和强度视为一个确定值 – 用安全系数表达设计结果
8
机械可靠性设计的目的和方法
• 可靠性设计目的
济效益条件下各零部件可靠性指标的最合理的匹配
12
应力－强度干涉理论
• 应力-强度分布干涉理论
– 以应力-强度分布干涉模型为基准
– 在机械产品中，零件是正常还是失效决定于强度和应 力的关系
• 当零件的强度大于应力时，能够正常工作 • 当零件的强度小于应力时，其发生失效 • 因此，要求零件在规定的条件下和规定的时间内能够承载，
• 应力分布的确定 • 强度分布的确定 • 可靠度的计算方法
– 应力和强度均为正态分布 – 其它分布类型
3
常规机械强度设计
• 分析零件所受到的载荷 • 用结构力学或材料力学计算应力分布 • 确定危险截面上的工作应力 • 根据经验、失效类型及统计资料确定许用
应力
– 静强度设计，许用应力用静强度指标除以相应的安全系 数
– 动载荷情况下，动载荷换算成静载荷计算 – 疲劳失效情况下，用材料的疲劳极限
• 保证最大工作应力不超过许用应力
4
常规机械强度设计缺点
• 可靠程度不能量化
– 设计中应用的载荷及材料性能等数据取的是平均值 – 缺乏对设计参数统计规律的认识 – 安全系数选择具有主观性和不确定性
• 偏保守设计
– 可靠度未必高 – 造成材料的浪费和产品性能的降低
机械可靠性设计方法
1
机械零件的可靠性设计
3
加强维护
定期维护和保养机械零件，延长其寿命并提高可靠性。
可靠性测试和验证
测试方法
使用可靠性测试方法来验证零件的寿命和性能。
验证过程
验证设计的可靠性，确保其在实际使用中能够达到 预期要求。
案例研究和实践经验
1
汽车发动机设计
通过可靠性改进措施和测试验证，成功提高了发动机的可靠性和性能。
2
航空航天器零件
可靠性评估方法
故障模式与影响分析 (FMEA)
通过识别故障模式和评估其影响，确定潜在故障并采取措施预防。
可靠性指标计算
计算关键零件的故障率、平均寿命等指标，用于评估系统的可靠性水平。
可靠性改进措施
1
优化设计
通过改善设计来减少潜在的故障点，提高分析、可靠性预测等工具来预防和诊断故障。
在航空航天工程中，可靠性设计是确保安全和可靠运行的核心要素。
3
电力设备
在电力行业，可靠性设计是保障稳定供电和电网安全的关键。
机械零件的可靠性设计
在机械工程中，可靠性设计至关重要。本演示将介绍可靠性设计的基本原则， 影响因素和评估方法，以及可靠性改进和测试验证的案例研究和实践经验。
机械零件的可靠性设计的意义
1 保证性能
可靠性设计确保机械零件在使用期间保持良好性能，降低故障率，以满足用户需求。
2 成本节约
通过提前识别和解决潜在问题，可靠性设计可以减少维修和更换零件的成本。
可靠性设计的基本原则
设计简化
简化设计可以减少故障点，提 高系统的可靠性。
材料选择
选择适当的材料可以提高零件 的耐用性和抗腐蚀性。
质量控制
严格控制零件生产过程中的质 量，可以降低缺陷率。
12.机械零部件的可靠性设计
16:49
安全系数n的概率密度函数
25
安全系数
机械部件可靠性设计
16:49
26
安全系数
机械部件可靠性设计
16:49
27
安全系数
机械部件可靠性设计
16:49
28
安全系数
机械部件可靠性设计
16:49
29
安全系数
机械部件可靠性设计
16:49
30
机械部件可靠性设计
7.5 机械零件的可靠度设计
7.5.1函数的数学期望与方差计算 7.5.1.1正态随机变量的计算
16:49
31
机械部件可靠性设计
16:49
32
机械部件可靠性设计
16:49
33
机械部件可靠性设计 7.5.1.2随机变量函数的计算
16:49
34
机械部件可靠性设计
16:49
35
机械部件可靠性设计
16:49
36
机械部件可靠性设计
7.5.2 机械零件的可靠度设计
16:49
37
机械部件可靠性设计
7.1基本特点 1.传统机械设计与可靠性设计相同点
传统：许用应力法和安全系数法 可靠性：概率设计 研究对象： 失效←→反失效
应力
强度
s
r
2
机械部件可靠性设计
16:49
3
异同点
机械部件可靠性设计
s f (s1 , s2 ,..., sn )
影响失效的各项因素，如力的大小、 力的作用位置、环境因素等。
机械可靠性设计以应力和强度为随机变量作为出发点， 应用概率和统计方法进行分析和求解。
16:49 8
机械零件可靠性设计
磨损分为：磨料、疲劳和腐蚀磨损
弹簧常规设计的主要公式：
最大剪切应力τ 曲度系数Ks 弹簧指数C
k 8FD d 3
ks4C10.615 4C1 C
比值。
受拉螺栓的连接的可靠性设计
实例：已知某汽缸内径D=380mm， 缸内工作压力p=0—1.7MPa， 螺栓数目n=8，采用金属垫片， 试设计此缸盖的螺栓， 且要求螺栓连接的可靠度R=0.999999。
p D
算例
5.2螺栓连接的可靠性设计
2）受剪切螺栓连接 （1）按受剪螺栓进行设计 （2）按挤压进行设计
第5章 机械零部件的可靠性设计
5.1概述 5.2螺栓连接的可靠性设计 5.3弹簧的可靠性设计 5.4齿轮的可靠性设计 5.5轴的可靠性设计 5.6轴承的可靠性设计
第5章 机械零部件的可靠性设计
5.1概述 1)机械可靠性设计 基础:常规机械设计的原理、准则、计算方法 方法：将设计变量认为是服从某种分布的随机变量，并应用概率论与数理统计方法推导出可靠度计
承受高接触应力的重载硬齿 面（表面经强化处理）齿轮
劳
损
伤
硬化层剥落
经表面强化处理的齿轮在很大接触应力作用下，由 于应力/强度比值大于0.55，在强化层过渡区产生平 笔于表面的疲劳裂纹，造成硬化层压碎，大块剥落
承受高接触应力的重戴硬齿 面（表面经强化处理）齿轮
疲劳断齿
表面硬化（渗碳、碳氮共渗、感应淬火等）齿轮， 一般在轮齿承受最大交变弯曲应力的齿轮根部产生 疲劳断裂。断口呈疲劳特征
零件在交变接触应力作用下，出现表面剥落现象
机械零件的可靠性设计.ppt
n 则在强度和应力的可靠度分别为Rδ和Rs时的安全系数 R，
称为可靠度意义下的安全系数，用下式表示：
nR
min (R )
smax (Rs )
例，当 smax s 3 s min 3 时
R P( min) 1 0.0013 0.9987 Rs P(s sm )a2x7
例1 在结构件的设计中，已知强度与应力均服从正态分布，
f ( )
f (s)
1 2
y
0 exp[
(y
y
2
2 y
)2
]dy
y S
y＝－S
0
-10
0
10
20
y ＝－S
y0 y0
30
40
S
50
y＝
2
2 S
不可靠度为： F P ( y 0)
1
2 y
0
exp[
(
y
y
2
2 y
)2
]dy
11
可靠度为 R P( y 0)
1
2 y
0
exp[
则他们之间具有下列关系：
2 ln
s＝ln
2 s
s2
1
ln
s＝ln
s－12
2 ln
s
2 ln
＝ln
2
2
1
ln
＝ln
－12
2 ln
15
当应力和强度均为对数状态分布时，有：
y ln ln S ln( )
服从正态分布
s
知道了 ln 和ln S 的均值标准差为的lns、ln 和 lns、 ln
当强度均值大于应力的均值时，方差越大，可靠度越小。
可靠性理论- 机械零件的可靠性设计PPT课件
产品可靠性设计的基本假设： ①强度为一非负的随机变量或随机过程 ②应力为一非负的随机变量或随机过程 ③当应力小于强度时，产品被认为是可靠的，否
则被认为失效或故障。 ④失效仅由于应力的作用。 ⑤计算应力和强度的一切力学公式仍然适用，但
公式中的确定量均视为随机变量或随机过程。
17
第17页/共64页
应力－强度可靠性计算模型的三种基 本形式：
(2) 设计应包括:汽车系统设计、可靠性分配、详 细设计以及与其相应的预测、分析、试验和设计审查 等。
(3)设计要在过去的技术积累的基础上，提高效率。 为了做好设计工作，要有计划、有组织地积累必要的 数据资料 (建立数据库)。
(4) 必须综合平衡可靠性、维修性、整车系统协 调性、产品质量要求、成本费用等技术经济要素。这 些因素概括起来有:时限性、功能性、商业性、生产性、 物理性、艺术性、舒适性。
★ 信息显示设计 各种仪表 (里程表、转速表、油量指示 表等)、指示灯、巡航系统等等。
★ 车内环境 空调、灯光、制动、噪音、振动、音响等等。
★ 色彩效果以及心理影响因素的考虑。
14
第14页/共64页
5.1.3.3 汽车可靠性设计的基本内容
(5)从汽车产品制造方面考虑 ★ 选用先进的加工设备以及工具、量具、卡具。 ★ 正确的工艺设计以及工艺流程。 ★ 材料的可靠性试验或质量验收试验。 ★ 外协产品的接收试验。 ★ 制造人员的培训和教育。 ★ 制造过程的管理。 ★ 制定正确的操作规程。 ★ 制定正确的维修或安装调试规程。 ★ 具备适用的维修或安装调试设备和工具。 ★ 做好售后服务。 ★ 在生产线上作在线检查。 ★ 定期进行质量分析。
f (s)
Pf ( y 0)
1 2
y
机械零件的可靠性设计简介
计的随机变化的因素缺乏精确的计算, 而不得不综合 方法里自然引入正态分布的有关理论。
考虑各种因素的影响而进行估算。即便如此, 对于某些 3 强度和应力均为正态分布时的可靠度计算公式
重要的场合, 该设计方法仍令人放心不下; 而可靠性设
作为一种科学的计算方法, 可靠度计算公式有其
计对结构的安全系数做了统计分析, 这样求得的安全 详细的推导过程。本文作为介绍性的文章, 在此不在赘
工业大学、陕西科技大学 (原西北轻工业学院)、大连轻 工业学院、上海工程技术大学等高校以及山东诸城锻 压机床厂、西安钟表机械厂、芜湖电工机械厂等厂家都 在弧面分度凸轮机构的研究、制造方面取得了一批成 果[8]。 本文试从弧面分度凸轮机构的几何学、运动学、 动态特性、CAD CAM 、检测、结构设计及其应用等诸 多方面回顾我国近期弧面分度凸轮机构的研究成果, 以期能对我国弧面分度凸轮机构的研究与应用有所裨 益。 2 弧面分度凸轮机构的几何学、运动学
1 引 言 弧面分度凸轮机构是由
美国人 C. N. N ek lu t in 在 20 世纪 20 年代发明的, 又称滚 子 齿 形 凸 轮 分 度 机 构、蜗 杆 式 凸 轮 机 构、球 面 凸 轮 步 进 机构, 如图 1 所示。弧面分度 凸轮机构一问世就吸引了世 界各国技术人员的目光并相 继对其展开研究。 我国对弧 面分度凸轮机构的研究始于 20 世 纪 70 年 代 末, 上 海 工 图 1 弧面分度凸轮机构 业大学, 天津大学、合肥工业大学、吉林工业大学、山东
所以直径 d =
4A Π
=
4×32. Π
385
=
6.
4 mm
表 1 标准正态随机函数表 (摘引)
up - 4. 0
- 3. 5
机械零件的可靠性设计与评估
机械零件的可靠性设计与评估一、引言机械零件的可靠性设计与评估是现代工程领域中非常重要的一个问题。
在各个行业中，机械零件的可靠性直接影响着整个设备或系统的稳定性和安全性。
本文将从可靠性设计和可靠性评估两个角度来探讨机械零件的可靠性问题。
二、可靠性设计可靠性设计是在机械零件设计阶段考虑到不同的失效模式，并采取相应的措施来避免或减少失效的发生。
首先，必须对机械零件进行全面的需求分析，明确设计目标和要求。
根据不同的工作环境和条件，选择合适的材料和工艺。
其次，需要综合考虑机械零件的结构和功能，进行合理的设计。
在设计过程中，要充分考虑到零件的材料、尺寸、强度、刚度、疲劳寿命等因素，使得零件在实际使用中能够更长时间地保持稳定的性能。
最后，进行充足的测试和验证，确保设计的可靠性和安全性。
三、可靠性评估可靠性评估是在机械零件设计完成后，通过一系列的实验和测试来评估零件的可靠性。
评估的主要目的是对零件的寿命和失效机制进行研究，找出可能引起零件失效的因素，并提供改进性能和提高可靠性的建议。
首先，通过模拟不同的工况和负荷条件，对零件进行寿命测试。
根据测试结果，可以了解零件的寿命分布情况，并进一步分析失效机制。
其次，可以通过故障树分析等方法找出可能引起失效的关键因素，进而提出相应的改进措施。
最后，综合考虑各种因素，对零件进行可靠性指标的评估，例如平均无故障时间、失效概率等，为进一步优化设计提供依据。
四、可靠性设计与评估的案例分析为了更好地理解机械零件的可靠性设计与评估，下面将以某汽车发动机的活塞环为例进行案例分析。
活塞环是发动机中的重要零件，关系到汽车发动机的性能和寿命。
首先，在设计阶段，根据发动机效率和排放要求，选择合适的材料和制造工艺，同时考虑活塞环与气缸之间的配合要求。
其次，进行结构优化设计，以提高活塞环的刚度和耐疲劳性能。
最后，通过真实使用环境下的寿命测试和可靠性评估，确定活塞环的平均无故障时间和失效概率，并提出改进建议，如增加材料的强度、改善表面处理工艺等。
机械可靠性设计
机械可靠性设计1. 引言机械可靠性设计是在机械工程中至关重要的一个方面。
在设计机械系统时，通过考虑各种可能的故障和失效情况，以及如何预防和减轻这些故障和失效的影响，可以提高机械系统的可靠性和稳定性。
本文将探讨机械可靠性设计的基本原理和方法，并提供一些建议和指导。
2. 机械可靠性概述机械可靠性是指在特定的工作条件下，机械系统能够正常运行的能力。
机械可靠性设计的目标是使机械系统具有较高的可靠性，即在工作中不发生故障或失效的概率较小。
机械可靠性设计通常涉及以下几个方面：•设计阶段的可靠性分析和评估：在设计过程中，通过应用各种可靠性工具和技术，分析和评估机械系统的可靠性。
•可靠性指标的确定：根据系统的工作条件和要求，确定合适的可靠性指标，如失效率、可靠度、平均无故障时间等。
•故障预防和控制：通过合适的设计措施和工程标准，预防和控制机械系统的故障和失效。
•故障排除和修复：在机械系统故障发生时，及时排除故障并进行修复，以最小化系统的停机时间和生产损失。
3. 机械可靠性设计的基本原则在进行机械可靠性设计时，需要遵循以下几个基本原则：3.1 设计的可靠性优先在机械系统的设计过程中，可靠性应该是首要考虑的因素。
在选择和确定各个零部件、结构和材料时，应优先考虑其可靠性和稳定性。
3.2 故障模式和影响分析在设计阶段，应对机械系统进行故障模式和影响分析，了解可能的故障模式和失效的影响，以便采取相应的措施进行预防和修复。
3.3 容错和冗余设计在机械系统设计中，应采用容错和冗余设计，以提高系统的可靠性。
容错设计是指通过设计和选择合适的零部件和系统结构，使系统在部分失效的情况下仍能继续工作；冗余设计是指在系统中增加冗余部件或冗余系统，以提供备用和替代功能。
3.4 可维护性设计在机械系统设计中，应考虑系统的可维护性。
合理的结构设计、易于维修和更换的零部件、合理的维护策略等，可以减少维修时间和维修成本，提高系统的可靠性。
4. 机械可靠性设计的方法和工具4.1 可靠性工具在机械可靠性设计过程中，可以使用各种可靠性工具和技术进行分析和评估。
机械可靠性设计的基本原理(精品课件)
第1章 可靠性设计概论 第2章 机械可靠性设计概述 第3章 机械可靠性设计基本原理 第4章 系统可靠性设计 第5章 机械零部件可靠性设计 第6章 可靠性优化设计与可靠性提高
第3章 机械可靠性设计的 基本原理
3.1 机械可靠性设计思想的转变 3.2安全系数设计法 与可靠性设计方法 3.3 应力—强度干涉模型 3.4机械零件的可靠度计算
f (s)
g(r)
g(r)
AB
强度衰减曲线
f (s)
g(r)
n
Y轴
f (s)
t0
ts
t/h
应力—强度随时间变化曲线
第3章 机械可靠性设计的 基本原理
3.3 应力—强度干涉模型
机械零部件设计的基本目标是,在一定的 可靠度下保证其危险断面上的最小强度(抗 力)不低于最大的应力,否则,零件将由于未 满足可靠度要求而导致失效.这里应力和强 度都不是一个确定的值,而是由若干随机变 量组成的多元随机函数(随机变量),它们都 具有一定的分布规律。
第4章 系统可靠性设计
4.1 系统可靠性设计概述 4.2 可靠性预测 4.3 可靠性分配 4.4 故障树分析
3.1 机械可靠性设计思想的转变
传统设计与可靠性设计的比较——不同点
不同点
传统设计法
可靠性设计法
设计变量 处理方法不同
应力、强度、 安全系数、载荷、 几何尺寸等均为单 值变量
应力、强度、安全系数、载 荷、几何尺寸等均为随机变量，且 呈一定分布
设计变量 运算方法 不同
代数运算，单值变量， 随机变量的组合运算，为多值变量，
应力--强度干涉模型
这种应力与强度的分布情况,严格地说都或多 或少地与时间因素有关, 应力s、强度r的分布与时间 的关系.当时间t=0时,两个分布有一定的距离,不会 产生失效, 但随着时间的推移,由于环境,使用条件等 因素的影响,材料强度退化,导致在t=t2时应力分布与 强度分布发生干涉，这时将可能产生失效.通常把这 种干涉称为应力——强度干涉模型。此时，零件的 不可靠度（失效概率）与可靠度（安全概率）可分 别表示为:
《机电产品可靠性设计》教案
教师教案（2012—2013学年第2学期）课程名称：机电产品可靠性设计授课学时：32授课班级：2010级任课教师：朱顺鹏教师职称：讲师教师所在学院：机械电子工程学院电子科技大学教务处第一章可靠性设计概论4学时一、教学内容及要求教学内容共4学时可靠性基本概念2学时(1)可靠性的内涵(2)可靠性工程发展现状(3)可靠性特征量可靠性数学基础2学时(1)数理统计基本概念(2)可靠性常用概率分布(3)随机变量均值与方差的近似计算教学要求(1)了解可靠性学科发展历程(2)掌握可靠性学科研究的内容(3)了解我国可靠性研究的发展现状(4)了解可靠性设计工作的重要意义及面临的主要挑战(5)掌握可靠性的定义(6)掌握可靠度、不可靠度、失效率的定义(7)掌握常用的概率分布（正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布）在可靠性设计工作中的应用(8)掌握随机变量均值与方差的近似计算方法二、教学重点、难点教学重点可靠性的定义可靠性特征量定义及相互关系常用概率分布的统计特征量教学难点失效率的定义威布尔分布的相关概念及应用三、教学设计列举航空航天产品（如卫星天线、卫星指向机构、太阳翼展开机构）、民用产品（如汽车）、制造装备（如数控机床）的实例，突出开展可靠性工作的重要意义。
随机变量及数理统计的知识系学生在先修课程中所学内容的复习，可以简要介绍，并要求学生查阅以前的书籍。
正态分布是学生熟知的内容，在教学过程中着重讲解其实际应用；指数分布、对数正态分布和威布尔分布是学生先修课程中没有学习过的，应详细讲解。
威布尔分布是难点内容，应重点介绍其发展历史，统计特征，以及威布尔分布在机械可靠性中的特殊作用，列举工程实例。
随机变量函数的均值与方差计算是后续机械产品可靠性设计需要用到的基本方法，讲解三种常用的方法原理即可，公式可以查表。
四、作业通过课程网站发布。
五、参考资料1. 盛骤, 谢式千, 潘承毅. 概率论与数理统计(第四版), 高等教育出版社,20102. 刘惟信. 机械可靠性设计. 北京:清华大学出版社, 2000六、教学后记第二章系统可靠性设计8学时一、教学内容及要求教学内容共8学时系统可靠性框图2学时串联系统；并联系统；混联系统；表决系统；旁联系统可靠性分配2学时可靠性分配的目的和原则可靠性分配方法（等分配法、再分配法、比例分配法、AGREE法）可靠性预计1学时可靠性预计的目的可靠性预计的方法（应力分析法、元器件计数法、相似产品法、上下限法）故障模式、影响及危害性分析FMECA 1学时FMECA的定义及分类FMECA的一般过程风险优先数和危害性矩阵故障树分析FTA 2学时故障树的各种符号故障树建树步骤常用故障树分析方法介绍教学要求(1)了解系统可靠性设计的任务；(2)掌握系统可靠性建模方法；(3)了解可靠性分配与预计的目的；(4)掌握可靠性分配与预计的常用方法。
2011-第5章 可靠性-2
3.4.1 应力-强度分布干涉理论
在可靠性设计中，由于强度c 和应力s 都是随机变量，因此，一个 零件是否安全可靠，就以强度c 大于应力s 的概率大小来判定。
这一设计准则可表示为
R(t ) P(c s) [ R]
（3-43）
式中，[R]
为设计要求的可靠度。
现设应力s 和强度c 各服从某种分布，并以 g(s)和 f(c)分别表示应 力和强度的概率密度函数。
13
工作应力的分布参数 ( s , s ) ，应按各类机械的大量载荷或应 力实测资料，应用数理统计方法计算：。
目前，由于我国在这方面的实测资料较少，因而难以提出确切 数据，为实用起见，故可按下列近似计算法来确定：
下午8时14分
14
对静强度计算：
s II s k s
（3-59）
式中， 1
2
为按拉伸获得的机械特性转为弯曲或扭转特性的转化系数。 对承受弯曲载荷且截面为圆形和矩形的碳钢， 1＝1.2； 其它截面的碳钢和各种截面的合金钢， 1 ＝1.0。 对承受扭转载荷时，圆截面的碳钢和合金钢， 1 0.6 为考虑零件锻(轧)或铸的制造质量影响系数， 对锻件和轧件可取 2 ＝1.1；对铸件可取 2 ＝1.3。
R 1 P( Z 0) 1
zR
1 2
e
t2 2
dt
0
R
1 2 2
zR z
e dt e
t t2 2 2
（3-53）
例3-6 某螺栓中所受的应力s 和螺栓材料的疲劳强度c 均为正态 分布的随机变量，其 μs＝350 MPa，σs＝28 MPa，μc＝420 MPa，σc ＝28 MPa。试求该零件的失效概率及强度可靠度。 解： 根据强度差概率密度函数积分法，由式(3-48)计算，得
机械零件可靠性设计理论研究
机械零件可靠性设计理论研究一、简述作为构成机械系统的基本单元，在各类机械设备中发挥着不可或缺的作用。
随着现代工业对机械设备性能要求的不断提高，机械零件的可靠性和耐久性已成为制约其性能提升的关键因素。
针对机械零件的可靠性设计理论进行研究具有重要的现实意义和工程价值。
可靠性设计是一种综合考虑机械零件的材料、结构、制造工艺等多方面因素，以预测和确保其在规定使用条件下能够正常工作的设计方法。
与传统的设计方法相比，可靠性设计更注重零件的长期运行稳定性和故障预见性，有助于降低设备维护成本，提高生产效率。
本文将从机械零件的可靠性设计理论入手，详细阐述其设计原则、方法、流程以及在实际应用中的重要性。
通过对该理论的深入研究，旨在为机械零件的优化设计和可靠性提升提供理论支持和实践指导。
1. 零件可靠性的重要性在机械零件的设计与制造过程中，可靠性是衡量产品质量的关键指标之一。
随着现代工业技术的飞速发展，对机械零件性能的要求也日益提高，对机械零件可靠性的研究显得尤为重要。
机械零件的可靠性直接关系到整个机械系统的稳定性和安全性。
在各类机械故障中，由于零件失效而导致的故障占据了很大比例。
通过提高零件的可靠性，可以有效地减少故障发生的概率，降低维修和更换的成本，提高生产效率和质量。
机械零件的可靠性也是实现节能、环保和可持续发展的关键因素。
在航空航天、汽车、能源等领域，对机械零件的可靠性要求极高，只有高质量的零件才能满足使用要求，从而降低能耗、减少污染排放，实现可持续发展。
机械零件可靠性设计具有十分重要的意义。
它不仅关系到产品的性能和质量，还影响到节能、环保和可持续发展等战略的实施。
进行机械零件可靠性设计理论研究具有极高的理论和实际意义。
2. 可靠性设计理论的发展历程与现状随着科学技术的不断发展，生产设备逐渐向高速、精密、高自动化程度方向发展。
为了保证设备的稳定性和使用寿命，机械零件的可靠性在设计阶段就显得尤为重要。
本文将对《机械零件可靠性设计理论研究》一文中“可靠性设计理论的发展历程与现状”这一段落进行阐述。
机械零件可靠性设计
浅谈机械零件可靠性设计摘要：机械零件可靠性设计是指在产品的研发阶段利用实际计算的数学模型和方法来测算出机械零件在特定环境下的工作承受能力范围和使用的周期。
在机械零件的设计过程中，运用可靠的理论知识和当代的理论现状去对机械设计进行深入的研究和分析，来测定机械零件的质量在一定的工作环境下工作能力使用的情况和机械零件使用的周期。
关键词：机械产品发展现状历史未来的方向中图分类号：th13可靠性设计是系统总体工程设计的重要组成部分，是为了保证系统的稳定可靠而进行的一系列分析与设计技术。
在科技发展快速的今天，可靠性已经成为一个与国民经济和国防科技密切相关的学科。
可靠性的发展最先始于上个世纪初，可以说，是一战和二战期间诞生的一种新理论，在诞生的初期，主要对工业生产中工业零件的制造和设计，尽力使零件的可靠性符合实际的目标和实际工作的需要。
一、研究历史可靠性设计的研究起始于20世纪初。
在二十世纪初期，概率论和数理统计学的逐步成熟，并且能够应用于实际，在结构安全度的领域内进行分析，这标志着结构可靠性理论研究的初步开始。
在二十世纪的四十年代，机械理论可靠性在实际领域有了长足的发展。
随着社会的进步和数学理论的不断进化和发展，到目前为止，已经到了非常成熟的阶段，尤其是在许多国家的结构设计规范研究领域中的应用。
对于机械可靠性理论的初期，要从20世纪初开始。
1926年到1927年期间，德国的学者迈耶斯提出了随机变量均值和方差的设计方法。
而量化指标是衡量产品可靠性的标志是在1930年英国《适航性统计学注释》一书中首次提出的。
在书中，首次运用概率论的观点来计算飞机事故的极限值。
在二战结束阶段，德国的火箭专家运用概率乘积的定义，将总系统可靠度看成是各子系统可靠度的乘积，进而算出火箭诱导装置的可靠度，这是历史上第一次对产品的可靠性做出了定量表达。
20世纪是可靠性理论从发展到成熟的阶段，许多科学家、学者不断的总结经验，在真实、精确的大量有效数据上进行研究和探索，逐渐将可靠性理论从空白发展至趋于成熟。
工程类机械零件可靠性设计
进行可靠性设计：根据可靠性设计准则，进行机 械零件的可靠性设计，优化设计方案，提高零件 的可靠性。
进行可靠性试验和评估
试验目的：验证零件在各种工况下 的性能表现和可靠性
评估指标：包括零件的寿命、疲劳 强度、耐磨性等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
试验方法：模拟实际工况，对零件 进行长时间、高强度的测试
工程类机械零件可 靠性设计方法
概率设计法
定义：基于概率论和数理统计的方法，对工程类机械零件进行可靠性设计。
原理：通过概率分布描述零件的强度、载荷等参数，并利用数学模型计算出零件的可 靠性指标。
优点：能够综合考虑各种不确定因素对零件可靠性的影响，计算精度高。
应用范围：适用于复杂、高精度、高可靠性要求的工程类机械零件的可靠性设计。
进行故障模式和影响分析（FMEA）
目的：识别潜在的故障模式，并评估其对系统性能的影响
方法：通过分析机械零件的设计、制造、使用和维护过程中的各种故障模 式，确定其发生概率和影响程度
作用：为可靠性设计提供依据，优化设计方案，提高机械零件的可靠性
步骤：确定分析范围、列出故障模式、评估影响程度和发生概率、制定改 进措施和优先级排序
研究内容：该研究涉及多个学科领域，如机械工程、材料科学、计算机科学等，通过 跨学科的合作，综合运用各种理论和方法，实现更加精准和高效的可靠性设计。
研究目标：系统级、多学科交叉的可靠性设计方法研究旨在建立一套完整的理论体系 和实践指南，为工程类机械零件的可靠性设计提供科学依据和技术支持。
实践应用：该研究方法已在多个工程领域得到广泛应用，并取得了显著的效果。未来， 随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，该方法将得到更广泛的应用和推广。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(3)考核评审 通过可靠性试验、分析、研究、 阶段性的设计评审，考核设计方案是否合适;并 及时反馈设计部门予以修订设计。
(4)工艺设计 在设计文件中，明确零部件的质 量要求和工艺规范，建立、健全质量验收的标 准，从生产角度 (或外加工进货角度)保证零部 件的可靠性。
动摇窗机、转向器变位能力、制动助力装置……等等。
★决定维修性基本要求 在维修性设计时，应采用修复容易的
结构、维修方式及诊断方式。
12
5.1.3.3 汽车可靠性设计的基本内容
★决定安全性基本要求 如安全气囊、制动防锁装置、智能
化防盗装置…等等。
★可靠性设计评审 有计划地、分阶段地提出可靠性评审的
基本要求和基本内容，发挥集体智慧和专家作用，听取建设
(4) 必须综合平衡可靠性、维修性、整车系统协
调性、产品质量要求、成本费用等技术经济要素。这
些因素概括起来有:时限性、功能性、商业性、生产性、
物理性、艺术性、舒适性。
11
5.1.3.3 汽车可靠性设计的基本内容
(1) 从系统方面考虑
★确定整车的可靠性数据指标 根据市场、用户要求和使用环
境，明确汽车系统的可靠性要求，确定预期的可靠性和可维修
由于某种原因一时难于避免，也应从设计角度考虑容
易诊断和修理。从根本上提高汽车的有效度和可靠性。
(2) 设计应包括:汽车系统设计、可靠性分配、详
细设计以及与其相应的预测、分析、试验和设计审查
等。
(3)设计要在过去的技术积累的基础上，提高效率。
为了做好设计工作，要有计划、有组织地积累必要的
数据资料 (建立数据库)。
8
5.1.3.1可靠性设计的辩证思维
(4)可靠性与设计程序的辩证关系 如可靠性数据的调 查、收集、预测、分配等。可靠性预测、分配的工作 质量如何，主要取决于数据本身的可靠性水平。为保 证产品设计可靠性，可靠性设计必须依赖于完备的设 计数据。
设计数据包括:准备优选的原材料、部件的规格参 数和试验数据;重要部件和低可靠度部件的一览表;规 格说明书;故障、应力等完备的技术资料;同时还包括 收集、分析现场试验数据和确定反馈路线。虽然严格 的设计程序有时显得繁琐，会牵制精力甚至影响开发 周期，然而科学规范的设计程序是整车质量和可靠性 的必要保证。
评审的主要目的:审查可靠性、可维修性与质量
是否取得了均衡，审查费用、功能、加工性、生产
效率、使用性等与设计有关的各个要素是否有不完
备的地方;审查系统、分系统与零部件的匹配与协调。
评审应当是有组织的、客观的、公正的、有理论或
试求
(1) 设计之初应力求避免已考虑到的缺陷，即使
要考虑其它质量要素，如重量、尺寸。外观等，并把功能，
成本费用包括在内，都应取得平衡，当某些方面矛盾突出时，
应当以求得安全性、可靠性、耐久性为优先。某些方面也可
采用折中处理。
13
5.1.3.3 汽车可靠性设计的基本内容
(2)从零部件方面考虑
★ 确定总成或零件的可靠性要求。
★ 制定出零件可靠性一览表。
还应考虑到质量指标、经济指标、外观形貌、生产 和开发能力，诸如性能、成本、安全、时间、尺寸、重 量以及使用、维修等方面的限制
产品的寿命不一定是越长越好。
6
可靠度与费用的关系
7
5.1.3.1可靠性设计的辩证思维
(2)可靠性与简单化、标准化、冗余性的辩证关系 在通常情况下，系统愈简单，零部件愈少，则可靠
★ 制定出高可靠性零件一览表。
★ 指出可靠性不佳的零件。
★ 确定零件寿命。
★ 确定零件的失效率。
★ 重要的零件采用概率设计方法。
★ 关键零件的可靠性试验计划。
★ 采用标准件和质量稳定、设计成熟、制造水平
高的零部件。
★ 贮备设计:考虑采用冗余 (贮备)设计法和备件
的使用。
14
5.1.3.3 汽车可靠性设计的基本内容
★ 重要零件及部件上装设自动监视、故障显示、 自动校正装置。 ★ 制定重要件、易损件的使用、维修方针。 ★ 尽量减少调整点。 ★ 进行零件的可靠性预测。 ★ 确定零件报废标准、故障模式和失效判据。 ★ 进行零部件可靠性评审。 ★ 制定零件包装;运输、贮存、使用、维修说明书。
性就愈高;愈是简单化、 标准化，也就愈能增加互换性、 更换性和易检性，从而提高了产品的可维修性。
对某些关键性部件采用冗余系统设计 (贮备设计)， 虽然增加了系统的复杂性，但它是提高系统可靠性的 有效办法。所以，简单化、标准化与冗余系统的采用， 要辩证地分析。
(3)可靠性与可维修性的辩证关系 汽车是可维修产品， 不应单纯追求产品的固有可靠性，必须重视可维修性 设计，着眼于汽车的有效度。
性评价和采取相应对策从而提高可靠性水平，使设计方案更
经济、更有效、更可行。
★修改设计方案 根据可靠性试验结果，对不合理的设计予
以修改，使设计方案更加完善，这种修改往往不是一次完成
的，需要多次反复，逐步提高和完善。
★确定整车或零部件的运输、包装以及保管要求 涉及储
运装置的设计。
★各项指标的综合平衡 不仅要考虑可靠性和维修性，同时
(5)试验反馈 运用可靠性试验数据和可靠性分
析、研究的成果，及时反馈到有关设计、生产
中去。
5
5.1.3汽车可靠性设计的基本要求
5.1.3.1可靠性设计的辩证思维
(1)可靠性与成本的辩证关系 汽车是一个复
杂的系统，汽车设计的方法实属系统工程学的方法，对 于系统而言，就是在有限的资源 (人力、物力、时间) 条件制约下，尽可能地获得最大的系统有效性。
9
5.1.3.1可靠性设计的辩证思维
(5)设计审查与可靠性的关系 将可能发现的问题解决 在产品开发阶段，必须在设计工作的各个阶段，组 织设计评审工作。故障模式及危害度分析和审定是 设计开发工作计划的重要组成部分，是形成自主开 发能力的一个重要环节。
主要有以下几种评审:①市场调研、项目确立的 可行性评审。②图样设计完成后的评审。③样机试 制后的评审。④性能、可靠性试验结束后的评审。 ⑤产品鉴定。
性指标，进行方案设计。
★确定汽车的工作环境 诸如汽车使用气候条件、道路条件、
载运条件等等。
★确定整车的系统的构成及配置 诸如:动力系一电控喷射发
动机、制动系一ABS装置。
★实施可靠性预测和分配 将汽车系统的可靠性指标分配给各
个分系统 (总成)和零部件，并对可靠性的目标值进行预测。
★决定易操作性基本要求（人机可靠性） 如自动变速器、自