王玉玺-212015472-机械与结构系统的可靠性概述

《机械与结构系统的可靠性》课程总结

授课教师：刘电霆教授

学生姓名：王玉玺班级：机械工程15级学号：212015472

1 机械可靠性设计原理

1.1安全系数设计法与可靠性设计方法

安全系数设计法主要指的是产品的设计主要满足产品使用要求和保证机械性能要求。

机械结构在承受外在载荷后，计算得到的应力小于该结构材料的许用应力，然后计算塑性材料静强度及脆性材料静强度，最后计算疲劳强度时。

可靠性设计：结构可靠性和机构可靠性

机械可靠性设计：定性可靠性设计和定量可靠性设计

1.2应力强度干涉理论及可靠度计算

可靠性设计理论的基本任务：在故障物理学研究的基础上，结合可靠性试验以及故障数据的统计分析，提出可供实际计算的物理数学模型及方法，如图一所示。

图一

可靠度的计算方法有：

数值积分法（已知应力和强度的概率密度函数f(s)和f(S)时，进行数值积分，求出可靠度R(t)，基于Simpson法则并且利用计算机软件）；

应力——强度干涉模型法；

功能密度函数积分法；

蒙特卡洛模拟法。

2 机械系统可靠性设计

机械系统可靠性设计主要分为可靠性预测设计和可靠性分配两个方面。2.1可靠性预测设计

系统可靠性预计是在方案设计阶段为了估计产品在给定的工作条件下的可靠性而进行的工作。根据系统、部件、零件的功能、工作环境及其有关资料，推

测给系统将具有的可靠度。是一个由局部到整体、由小到大、由下到上的过程，是一种综合的过程。

实现步骤为：

1）对被预计的系统做出明确定义

2）确定分系统

3）找出影响系统可靠度的主要零件

4）确定各分系统中所用的零部件的失效率

5）计算分系统的失效率

6）定出用以修整各分系统失效率基本数值的修正系数。

7）计算系统失效率的基本数值

8）定出用以对系统失效率的基本数值进行修正的修正系数

9）计算系统的失效率

10）计算系统的可靠度

2.2可靠性分配

可靠性分配指的是把系统的可靠性指标按一定的原则合理地分配给分系统和零部件的方法。

分配基本原则为：

1）对于改进潜力大的分系统或部件，分配的指标可以高一些。

2）由于系统中关键件发生故障将会导致整个系统的功能受到严重影响，因此关键件的可靠性指标应分配得高一些。

3）在恶劣环境条件下工作的分系统或部件，可靠性指标要分配得低一些。

4）新研制的产品，采用新工艺、新材料的产品，可靠性指标也应分配的低一些。

5）易于维修的分系统或部件，可靠性指标可以分配的低一些。

6）复杂的分系统或部件，可靠性指标可以分配的低一些。

3 故障模式影响分析

3.1 故障模式影响及危害性分析

3.1.1故障模式影响及危害分析（FMECA）

通过分析系统中各个零部件的所有可能的故障模式及故障原因以及对系统的影响，并判断这种影响的危害度有多大，从而找出系统中潜在的薄弱环节和关键的零部件、采取必要的措施，以避免不必要的损失和伤亡。

3.1.2故障模式影响分析（FMEA）

只作故障模式影响分析，不作危害性分析。

3.2故障树分析

故障树分析法的步骤：

1）建立故障树

2）建立故障树的数学模型

3）进行系统可靠性的定性分析

4）进行系统可靠性的定量分析

故障树分析法的优点：

1）图文兼备，表达清晰，可读性好，便于交流

2）是工程技术人员故障分析思维流的图解，易于掌握

3）逻辑严密，运用多种符号按事件发生的逆顺序进行图形逻辑演绎，逐层分析因果关系，包含各种原因事件的可能组合。

4）运用灵活，不限于全面分析，也可以局部分析。

5）应用广泛，可以用于系统可靠性分析、事故分析、风险评价、人员培训等。

3.2.1故障树的定性分析

目的：寻找导致顶事件发生的原因和原因组合，识别导致顶事件发生的所有故障模式，判明潜在的故障，以便改进设计。

意义：知道故障诊断，改进运行和维修方案。

3.2.2故障树的定量分析

任务：利用故障树作为计算模型，在已知底事件发生概率的条件下，求顶事件（即系统失效）的发生概率，从而对系统的可靠性、安全性及风险作出评估。

4 机械零部件的可靠性分析

机械零部件主要有校核和设计两个内容；一为已知零件工作应力和材料强度的分布及其分布参数和设计目标要求的可靠性（可靠度或可靠寿命），对零件进行可靠性校核，二为依据零件的许用可靠性指标校核材料性能，确定零件的几何尺寸。

解决了所设计的产品在规定条件下和运行时间内，其失效情况及破坏概率，并且可以根据零件的重要程度来决定可靠度的大小，从而得到更合理的设计参量。

4.1可靠性设计分类

受拉松螺栓联接的可靠性设计

受拉紧螺栓联接的可靠性设计

静载荷受剪螺栓的可靠性设计

轴的可靠性设计

转轴的可靠性设计