机械系统可靠性分析方法 3资料PPT课件
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《机械可靠性工程》绪论 ppt课件
例1-3
1.4.3 可靠性的特征量（2）
2. 累积失效概率（不可靠度）
–产品在规定的条件下和规定的时间内不能完成 规定功能的概率，记为F或F(t)，又称不可靠度 函数或失效概率函数。
F t 1 Rt PT t f t dt
t
ˆ (t ) 1 R ˆ (t ) F
– 可靠性工程包括了对零、部件和系统等产品 的可靠性数据的收集与分析、可靠性设计、 预测、试验、管理、控制和评价。
12 ppt课件
1.4 可靠性定义及其特征量
1.4.1 可靠性的定义
1.4.2 失效（故障）及其分类 1.4.3 可靠性的特征量
13
ppt课件
1.4.1 可靠性的定义
产品在规定的条件下和规定的时间内完成 规定功能的能力
– 对于不可 修产品（如电子元器件），也可 以称为失效。 –故障的表现形式，称为故障模式。 –引起故障的物理、化学变化等内在原因，称 为故障机理。
16 ppt课件
1.4.2 失效（故障）及其分类
2. 故障的分类
–按其故障的规律分：
偶然故障是由于偶然因素引起的故障，只能通过 概率统计方法来预测。
渐变故障是通过事前的检测或监测可以预测到的 故障。
7 ppt课件
可靠性发展的三个阶段
可靠性工程技术发展形成阶段
– 50～60年代，大体上确定了可靠性研究的理论基
础及研究方向。 – 可靠性研究工作从电子产品扩展到机械产品，从 军工产品扩展到民用产品。
8
1952 年，美国军事工业部门和有关部门成立 AGREE （ Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment ，国防部电子设备可靠性顾问团），研究 电子产品的设计、制造、试验、储备、运输及使用。 至60年代后期，美国约 40%的大学设置了可靠性工程 课程。 日本， 1958 年成立可靠性研究委员会。 1971 年起每年 召开一次可靠性与维修性学术会议。 ppt课件 前苏联，1950年起，开始研究机器可靠性问题。
机械可靠性设计分析共44页
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强度分布的确定
建立与失效应力判据相对应的强度判据，常用的强度判 据有最大正应力强度判据、最大剪应力强度判据、最大 变形能强度判据等。
确定名义强度。名义强度指在标准试验条件下确定的试 件强度，常用名义强度有强度极限、屈服极限、疲劳极 限、变形、变形能和磨损（腐蚀）量等。
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8
表1 载荷基本类型
序
应力分布情况
载荷类型
(a)
拉伸
压缩
悬臂
(b) 简单弯曲
压缩
轴向载荷
+ 中性轴
_
_
弯曲载荷
中性轴
+
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表1 载荷基本类型
序
应力分布情况
中性轴
(c)
(d)
(e)
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载荷类型 扭转载荷 剪切载荷
接触载荷
10
载荷
载荷性质 载荷的性质可以分为以下几种：
应力 s 0 处于 ds 区间内的概率为
Ps0d2sss0d2sfsds
fs s —— 应力分布密度函数；
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23
图4 概率密度函数联合积分求可靠度
f s
f S
f s
f S
O
s0
ds
s，S
概率密度函数联合积分求可靠度
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工作环境
环境介质与零件失效
环境介质包括气体、液体、液体金属、射线辐照、 固体磨料和润滑剂等。他们可能引起的零件失效情 况列于表2中。
对于某一零件失效原因的准确判断，必须充分考虑 环境介质的影响。
系统可靠性分析精品PPT课件
10
99.99％
100
99.90％
1000
99.01％
1万
90.48%
10万
36.79%
100万
<0.1%
一台600MW的发电 机由于故障停运一天，使 电厂的收入减少432万元；
最为惨痛的教训是乌 克兰的切尔诺贝利核电站， 1986年4号反应堆因核泄 漏导致爆炸，直到2000年 12月完全关闭，14年里乌 克兰共有336万人遭到核 辐射侵害。
确定性
事件或现象
介于确定性与不确定 性之间是混沌现象
不确定性即随机性
1.5 该课程要掌握的内容
基础是概率论
1、可靠性的概率统计知识 2、系统可靠性分析：包括串联系统、并联系统、 表决系统、旁联系统、混联系统和复杂系统可靠 性分析与计算方法。 3、故障模式影响和故障树分析。
重点内容
第二章 可靠性的概率统计知识
P (tTt t|Tt)
上式表示B事件(T>t)发生的条件下，A事件 (t<T≤ t+△t)发生的概率，表示为P(A|B)。
失 效 率 定 义 ： t 时 刻 完 好 的 产 品 ， 在 ( t , t + t ) 时 间 内 失 效 的 概 率 P ( t T t t | T t )
d t
0
假设n(t)表示t时刻失效的产品数，△n(t)表示在(t, t+△t)时间内失效的产品数。
累 积 失 效 概 率 为 ： F ˆ(t)= 到 t时 试 刻 验 失 产 效 品 的 总 产 数 品 数 = n N (t)
失效概率密度为:
3、失效率
(1)失效率定义
失效率(瞬时失效率)是：“工作到t时刻尚未 失效的产品，在该时刻t后的单位时间内发生失效 的概率”，也称为失效率函数，记为λ(t)。由失效 率的定义可知，在t时刻完好的产品，在(t，t+△t) 时间内失效的概率为：
机械可靠性设计-suppt课件
显然有： (t)d(F (t)) d(1 R (t))d R (t)
(1 F (t))d t R (t)d t R (t)d t
f(t)d(1R(t))d(R t)
dt
dt
(t) d(F(t)) f(t)
(1F(t))dt R(t)
R(t) e0t(t)dt
注意(t)与f(t)的区别！
机械可靠性设计基础
近年国家中长期发展规划及高新技术研究发展技术中将可靠性技术列入， 今后将得到不断地重视和加强。
机械可靠性设计概述
机械可靠性发展历程
二、常规设计与可靠性设计
机械可靠性设计概述
概述5
常规设计中，经验性的成分较多，如基于安全系数的设计。 常规设计可通过下式体现：
f(F,l,E,...)[]lim S
计算中，F、l、E、μ、lim等各物理量均视为确定性变量，安全系数则
可靠性管理：可靠性规划、评审、标准、指标及可靠性增长；
固有可靠性：由设计制造所决定的产品固有的可靠性；
使用可靠性：在特定的使用条件下产品体现出的可靠性；
五、可靠性工作的特点
机械可靠性设计概述
概述8
可靠性是涉及多种科学技术的新兴交叉学科，涉及数学、失效物理学、 设计方法与方法学、实验技术、人机工程、环境工程、维修技术、生产管 理、计算机技术等；
产品的寿命T大于t。
若有N个相同的产品同时投入试验，经历时间t后有n(t)件产品 失效，则产品的可靠度为：
R(t)Nn(t)1n(t) 失效概率为：F(t)1R(t)n(t)
N
N
N
❖ 失效概率密度(失效密度)
机械可靠性设计基础
基础3
若定义：
f (t) n(t) Nt
《可靠性分析》课件
挑战
实际应用中可能面临数据保密、隐私保护 等问题。
THANKS
感谢观看
详细描述
可靠性框图是一种图形化的分析方法，通过对系统各组成部分的逻辑关系进行分析，建立可靠性框图，从而合理 地分配系统的可靠性指标，为优化系统设计和提高整体可靠性提供依据。
蒙特卡洛模拟法
要点一
总结词
通过数学统计方法模拟系统性能的变化过程，评估系统可 靠性的方法。
要点二
详细描述
蒙特卡洛模拟法是一种基于概率统计的分析方法，通过对 系统性能的变化过程进行模拟，计算出系统在不同状态下 的可靠性指标，为优化系统设计和提高可靠性提供依据。 该方法适用于复杂系统和不确定性较大的情况。
机械设备
机械设备在运行过程中，由于磨损、疲劳、腐蚀等因素的影响，可能会出现各种故障和事故。通过可 靠性分析，可以预测和评估机械设备的寿命和可靠性，从而优化设备设计、生产和维护，提高设备运 行效率和安全性。
具体而言，可靠性分析在机械设备中的应用包括：对发动机、传动系统、液压系统等进行寿命预测和 故障分析，以及进行可靠性评估和预防性维修等。
化工产品
化工产品在生产和存储过程中，由于化学反应、温度、压力等因素的影响，可能 会出现各种事故和环境污染。通过可靠性分析，可以预测和评估化工产品的安全 性和可靠性，从而优化产品设计、生产和存储，降低事故风险和环境污染。
具体而言，可靠性分析在化工产品中的应用包括：对化学反应过程、压力容器、 管道等进行安全性和可靠性评估，以及进行风险分析和预防性维护等。
03
可靠性分析的应用领域
电子产品
电子产品在生产和使用过程中，由于各种因素（如温度、湿度、压力、振动等）的影响，可能会出现性能下降或故障的情况 。通过可靠性分析，可以预测和评估电子产品的寿命和可靠性，从而优化产品设计、生产和维护，提高产品质量和客户满意 度。
系统可靠性分析方法PPT演示文稿
3
简要 描述 产品 所具 有的 主要 功能
任务
分析人员
故
故
任务
障
障
阶段
模 式
原 因
与 工作 方式
4
5
6
根据 故障 模式 分析 的结 果简 要描 述每 一产 品的 所有 故障 模式
根据 故障 原因 分析 结果 简要 描述 每一 故障 模式 的所 有故 障原 因
简要 说明 发生 故障 的的 任务 阶段 与产 品的 工作 方式
M1
M2
ⅣⅢ
ⅡⅠ
严酷度等级
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FMECA结果输出
FMECA输出
单点故障模式清单 Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单 可靠性关键件、重要件 不可检测故障模式清单 危害性矩阵图等 FMEA/CA表
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24
实施FMECA应注意的问题
强调“谁设计、谁分析”的原则
“谁设计、谁分析”的原则，也就是产品设计人员应 负责完成该产品的FMECA工作，可靠性专业人员应 提供分析必须的技术支持。 实践表明，FMECA工作是设计工作的一部分。“谁 设计、谁分析”、及时改进是进行FMECA的宗旨， 是确保FMECA有效性的基础，也是国内外开展 F MECA工作经验的结晶。如果不由产品设计者实施F MECA，必然造成分析与设计的分离，也就背离了F MECA的初衷。
11
①系统定义
明确分析范围
根据系统的复杂度、重要程度、技术成熟性、 分析工作的进度和费用约束等，确定系统中 进行FMECA的产品范围
产品层次示例 约定层次——规定的FMECA的产品层次 初始约定层次——系统最顶层 最低约定层次——系统最底层
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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。
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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。
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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
系统可靠性分析方法课件
总结词
可靠性框图是一种图形化工具，用于描述系统各组成部分之间的逻辑关系和相互依赖性 。
详细描述
可靠性框图通过绘制方框和箭头，表示系统各组成部分之间的连接关系和信息流向。通 过分析可靠性框图，可以评估系统各部分对整体可靠性的贡献程度，以及潜在的薄弱环
节。
蒙特卡洛模拟法
总结词
蒙特卡洛模拟法是一种基于概率统计的可靠性分析方法，通过模拟系统在不同条件下的性能表现来评估其可靠性 。
系统可靠性分析方法 课件
目录
• 系统可靠性概述 • 可靠性分析方法 • 系统可靠性建模 • 系统可靠性评估 • 系统可靠性优化 • 系统可靠性工程实践
01 系统可靠性概述
定义与特点
定义
系统可靠性是指在规定时间和条 件下，系统完成规定功能的能力 。
特点
与系统设计、制造、使用和维护 等密切相关，是系统性能的综合 表现。
综合化与智能化阶段
随着科技的不断发展， 可靠性工程逐渐与其他 学科融合，并向智能化 方向发展。
02 可靠性分析方法
故障模式与影响分析（FMEA）
总结词
故障模式与影响分析是一种预防性的可靠性分析方法，通过对产品或系统的各 个组成部分进行深入分析，识别潜在的故障模式及其对系统性能的影响。
详细描述
FMEA从设计阶段开始，对产品或系统的每个组成部分进行逐一分析，列出可能 的故障模式，并评估其对系统性能的影响程度。通过优先排序，确定需要重点 关注的潜在故障模式，为改进设计和开发提供依据。
混联系统
01
由串联和并联混合组成的系统，既有串联部分也有并联部分。
混联系统建模
02
综合考虑串联和并联的特点，建立数学模型来描述系统的可靠
性。
可靠性框图是一种图形化工具，用于描述系统各组成部分之间的逻辑关系和相互依赖性 。
详细描述
可靠性框图通过绘制方框和箭头，表示系统各组成部分之间的连接关系和信息流向。通 过分析可靠性框图，可以评估系统各部分对整体可靠性的贡献程度，以及潜在的薄弱环
节。
蒙特卡洛模拟法
总结词
蒙特卡洛模拟法是一种基于概率统计的可靠性分析方法，通过模拟系统在不同条件下的性能表现来评估其可靠性 。
系统可靠性分析方法 课件
目录
• 系统可靠性概述 • 可靠性分析方法 • 系统可靠性建模 • 系统可靠性评估 • 系统可靠性优化 • 系统可靠性工程实践
01 系统可靠性概述
定义与特点
定义
系统可靠性是指在规定时间和条 件下，系统完成规定功能的能力 。
特点
与系统设计、制造、使用和维护 等密切相关，是系统性能的综合 表现。
综合化与智能化阶段
随着科技的不断发展， 可靠性工程逐渐与其他 学科融合，并向智能化 方向发展。
02 可靠性分析方法
故障模式与影响分析（FMEA）
总结词
故障模式与影响分析是一种预防性的可靠性分析方法，通过对产品或系统的各 个组成部分进行深入分析，识别潜在的故障模式及其对系统性能的影响。
详细描述
FMEA从设计阶段开始，对产品或系统的每个组成部分进行逐一分析，列出可能 的故障模式，并评估其对系统性能的影响程度。通过优先排序，确定需要重点 关注的潜在故障模式，为改进设计和开发提供依据。
混联系统
01
由串联和并联混合组成的系统，既有串联部分也有并联部分。
混联系统建模
02
综合考虑串联和并联的特点，建立数学模型来描述系统的可靠
性。
机械零件可靠性设计解析PPT教学课件
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5．3弹簧的可靠性设计
圆柱型螺旋弹簧的可靠性设计 （1）确定失效应力分布 （2）确定强度分布 （3）计算可靠度
2020/10/16
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实例：一螺旋压缩弹簧的参数如下，试确定下列问题： （1）在设计寿命为N=5×104次时的可靠度； （2）在设计寿命为N≥106次时的可靠度；
参 数 均 值 标准差
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1）齿轮轮齿的故障模式及其特征
故障模式特征
举例
损坏部位示意图
麻点疲劳剥落
在轮齿节圆附近，由表面产生裂纹，造成深 浅不同的点状或豆状凹坑
承受较高的接触应力的软 齿面（正火调质状态）和 部分硬齿面齿轮
表
面 接
浅层疲劳剥落
承受高接触应力的重载硬
触 疲
在轮子齿节圆附近，由内部或表面产生裂纹， 齿面（表面经强化处理） 造成深浅不同、面积大小不同的片状剥落 齿轮
d
2.0mm 0.008mm
D
16.0mm 0.0928m
m
G 79250MP 1585MPa a
n
14
0.0833
Y
20mm 0.4mm
σb 1667MPa 84MPa
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5．4齿轮的可靠性设计
1）齿轮轮齿的故障模式及其特征 2）齿轮可靠性设计的基本方法 3）齿面接触疲劳强度的可靠性设计 42
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
2020/10/16
k
8FD
d3
ks4C10.615 4C1 C
C D d
13
弹簧常规设计的主要公式:
弹簧受载后的轴向变形y
《机械可靠性》课件
先进的制造工艺，如精密铸造、高精 度加工和3D打印技术，能够生产出更 高质量的机械部件，减少因制造缺陷 引发的故障。
材料性能
材料性能是决定机械可靠性的关键因 素。优质的材料能够承受更大的应力 、抵抗腐蚀和磨损，从而提高机械的 耐用性和可靠性。
选择经过质量验证的材料，如不锈钢 、钛合金和复合材料，能够增强机械 的稳定性和可靠性。
VS
详细描述
在机械设计阶段，应充分考虑环境因素对 机械可靠性的影响，如温度、湿度、振动 等。应采取有效的防护措施和适应性设计 ，以减小环境因素对机械可靠性的影响。 同时，应加强机械在使用过程中的环境监 控和维护，及时发现和解决环境适应性方 面的问题。
强化使用与维护保养
总结词
正确的使用与维护保养是提高机械可靠性的 重要措施，通过合理的使用与维护保养可以 延长机械的使用寿命和可靠性。
可靠性设计包括预防故障设计、简化设计、余度设计、耐环境设计、健壮性设计和容错设计等。
可靠性设计是提高产品质量和可靠性的关键环节，能够减少产品故障和维护成本，提高产品的市场竞争 力。
可靠性评估
可靠性评估是对产品在实际使用过程中表现出 来的可靠性的度量和评价。
可靠性评估方法包括现场数据统计法、实验室 模拟法和加速寿命试验法等。
PART 04
提高机械可靠性的方法与 措施
REPORTING
优化设计
总结词
优化设计是提高机械可靠性的基础，通过合理的设计可以显著提高机械的可靠性。
详细描述
在机械设计阶段，应充分考虑各种因素，如工作载荷、环境条件、材料特性等，以制定出最佳设计方 案。同时，应采用现代设计方法，如有限元分析、可靠性设计等，以提高设计的精确度和可靠性。
，减少了故障发生率。
材料性能
材料性能是决定机械可靠性的关键因 素。优质的材料能够承受更大的应力 、抵抗腐蚀和磨损，从而提高机械的 耐用性和可靠性。
选择经过质量验证的材料，如不锈钢 、钛合金和复合材料，能够增强机械 的稳定性和可靠性。
VS
详细描述
在机械设计阶段，应充分考虑环境因素对 机械可靠性的影响，如温度、湿度、振动 等。应采取有效的防护措施和适应性设计 ，以减小环境因素对机械可靠性的影响。 同时，应加强机械在使用过程中的环境监 控和维护，及时发现和解决环境适应性方 面的问题。
强化使用与维护保养
总结词
正确的使用与维护保养是提高机械可靠性的 重要措施，通过合理的使用与维护保养可以 延长机械的使用寿命和可靠性。
可靠性设计包括预防故障设计、简化设计、余度设计、耐环境设计、健壮性设计和容错设计等。
可靠性设计是提高产品质量和可靠性的关键环节，能够减少产品故障和维护成本，提高产品的市场竞争 力。
可靠性评估
可靠性评估是对产品在实际使用过程中表现出 来的可靠性的度量和评价。
可靠性评估方法包括现场数据统计法、实验室 模拟法和加速寿命试验法等。
PART 04
提高机械可靠性的方法与 措施
REPORTING
优化设计
总结词
优化设计是提高机械可靠性的基础，通过合理的设计可以显著提高机械的可靠性。
详细描述
在机械设计阶段，应充分考虑各种因素，如工作载荷、环境条件、材料特性等，以制定出最佳设计方 案。同时，应采用现代设计方法，如有限元分析、可靠性设计等，以提高设计的精确度和可靠性。
，减少了故障发生率。
机械可靠性设计 PPT课件
产品或设备的故障都会影响生产和造成巨大经济 损失。特别是大型流程企业，有时因一台关键设备的故 障导致工厂停产，其损失都是每天几十万元甚至几百万 元。因此，从经济效益的来看，研究可靠性是很有意义 的。
研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从 生产角度看，要增加产品的研制和生产的成本。但是， 从使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了 使用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。 所以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。
17
可靠性活动存在于产品的整个寿命期内，大体分为以下几 个阶段:
①可靠性设计阶段 ②工程开发阶段 ③批生产阶段 ④使用阶段 在产品整个寿命期内可靠性工程的活动有两个并行的过程： 一是工程技术过程
二是可靠性管理
总之，可靠性活动贯穿于产品的全寿命过程中， 设计、生产、管理三者不可偏废。
18
§2机械可靠性学科的必要性
25
1
如果用A表示产品处于工作状态，用A表示产品处 于失效状态，则该产品的两种状态关系可以表示为：
A A 0
A A 1
(1-1)
假设产品发生失效的概率为P(A)，则不发生失效的概 率为1—P(A)，即：
P( A) 1 P( A) (1-2)
26 1
在前面讨论中我们知道，产品有两类，一类是不可修产品，
它是以提高产品质量为核心，以概率论、数理统 计理论为基础，综合应用工程力学、机械工程学、系 统工程学、人类因数工程学、运筹学等多方面知识来 研究机械工程最佳设计问题。
可靠性设计是指，一项工程或产品在规定的时间 内、在规定的条件下完成规定功能的能力。
可靠性设计是与常规设计不同的设计方法，它是 将设计变量看作随机变量，将可靠度作为设计目标之 一，应用可靠性理论对零部件、系统或工程进行设计。
研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从 生产角度看，要增加产品的研制和生产的成本。但是， 从使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了 使用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。 所以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。
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可靠性活动存在于产品的整个寿命期内，大体分为以下几 个阶段:
①可靠性设计阶段 ②工程开发阶段 ③批生产阶段 ④使用阶段 在产品整个寿命期内可靠性工程的活动有两个并行的过程： 一是工程技术过程
二是可靠性管理
总之，可靠性活动贯穿于产品的全寿命过程中， 设计、生产、管理三者不可偏废。
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§2机械可靠性学科的必要性
25
1
如果用A表示产品处于工作状态，用A表示产品处 于失效状态，则该产品的两种状态关系可以表示为：
A A 0
A A 1
(1-1)
假设产品发生失效的概率为P(A)，则不发生失效的概 率为1—P(A)，即：
P( A) 1 P( A) (1-2)
26 1
在前面讨论中我们知道，产品有两类，一类是不可修产品，
它是以提高产品质量为核心，以概率论、数理统 计理论为基础，综合应用工程力学、机械工程学、系 统工程学、人类因数工程学、运筹学等多方面知识来 研究机械工程最佳设计问题。
可靠性设计是指，一项工程或产品在规定的时间 内、在规定的条件下完成规定功能的能力。
可靠性设计是与常规设计不同的设计方法，它是 将设计变量看作随机变量，将可靠度作为设计目标之 一，应用可靠性理论对零部件、系统或工程进行设计。
机械可靠性设计分析幻灯片
化到最大，r=0，如图1(b)所示。 非对称循环应力——应力值由最小到最大变化，
最小应力既可能是正值〔图1(c)〕，也可能负 值。 随机循环应力——实际运转的机器，由于服役 条件可能发生变化
图1 交变应力的类型
+
+
应
应
Байду номын сангаас
力0
力
辐
辐
_
_0
时间
(a)
+
a
+
应 力 辐
max
a
应
力0 m辐
_0
min
以及载荷在零件中引起的应力状态。
载荷
载荷类型 轴向载荷——力在作用在零件的轴线上，大小相等，
方向相反，包括轴向拉伸和轴向压缩〔表1(a)〕载 荷 在轴向载荷作用下，应力沿横截面的分布式均匀的。 零件上主应力与最大最主 切大应 应切力 力应（ 的） 力 ） 关（2系为
弯曲载荷——垂直于零件轴线的载荷〔有时还有力 偶〕，它使零件产生弯曲变形。
要确定应力和强度的随机特性，首先应了解影 响应力和强度随机性的因素。
影响应力的因素
影响应力的主要因素有所承受的外载荷、构造 的几何形状和尺寸，材料的物理特性等
影响强度的因素
影响强度的主要因素有材料的机械性能、工艺 方法和使用环境等
根本随机变量
载荷 机械产品所承受的载荷大都是一种不规那么的、
剪切载荷——使零件内相邻两截面发生相对错 动的作用力。
表1〔d〕表示螺栓在连接接合面处受剪切，并 与被连接孔壁互压。螺杆还受弯曲，但在各接 合面贴紧的情况下可以不考虑。
载荷
载荷类型 接触载荷——两个零件外表间的接触有点接触、
线接触和面接触。零件受载后在接触部位的正 交压缩载荷称为接触载荷〔表1〔e〕〕 例如，滚动轴承工作时，滚子与滚道之间，齿 轮传动中轮齿与轮齿之间的压力都是接触载荷。 在接触载荷作用下，主应力与最大切应力之比 是不定。
最小应力既可能是正值〔图1(c)〕，也可能负 值。 随机循环应力——实际运转的机器，由于服役 条件可能发生变化
图1 交变应力的类型
+
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_0
min
以及载荷在零件中引起的应力状态。
载荷
载荷类型 轴向载荷——力在作用在零件的轴线上，大小相等，
方向相反，包括轴向拉伸和轴向压缩〔表1(a)〕载 荷 在轴向载荷作用下，应力沿横截面的分布式均匀的。 零件上主应力与最大最主 切大应 应切力 力应（ 的） 力 ） 关（2系为
弯曲载荷——垂直于零件轴线的载荷〔有时还有力 偶〕，它使零件产生弯曲变形。
要确定应力和强度的随机特性，首先应了解影 响应力和强度随机性的因素。
影响应力的因素
影响应力的主要因素有所承受的外载荷、构造 的几何形状和尺寸，材料的物理特性等
影响强度的因素
影响强度的主要因素有材料的机械性能、工艺 方法和使用环境等
根本随机变量
载荷 机械产品所承受的载荷大都是一种不规那么的、
剪切载荷——使零件内相邻两截面发生相对错 动的作用力。
表1〔d〕表示螺栓在连接接合面处受剪切，并 与被连接孔壁互压。螺杆还受弯曲，但在各接 合面贴紧的情况下可以不考虑。
载荷
载荷类型 接触载荷——两个零件外表间的接触有点接触、
线接触和面接触。零件受载后在接触部位的正 交压缩载荷称为接触载荷〔表1〔e〕〕 例如，滚动轴承工作时，滚子与滚道之间，齿 轮传动中轮齿与轮齿之间的压力都是接触载荷。 在接触载荷作用下，主应力与最大切应力之比 是不定。
第二章-第三节-系统的可靠性分析课件
(1) 当阀1与阀2处于开启状态时，功能是液体流通，系 统失效是液体不能流通，其中包括阀门关闭。若阀1与 阀2这两个单元功能是相互独立的，只有这两个单元都 正常(开启)，系统才能实现液体流通的功能，因此该系 统为串联系统，其可靠性框图如图3.4(a)所示。
(2) 当阀1与阀2处于闭合状态时，(图中虚线所示)两个 阀的功能是截流，不能截流为系统失败，其中包括阀 门泄漏。若阀1与阀2这两个单元功能是相互独立的， 这两上单元至少有一个正常(闭合)，系统就能实现其截 流功能，因此该系统的可靠性框图如图3.4(b)所示，为
R (t)R 1(t)R 2(t)F 3(t)R 1(t)F 2(t)R 3(t)(3-1-16) F 1(t)R 2(t)R 3(t)R 1(t)R 2(t)R 3(t)
如单元的寿命服从指数分布，即 Ri(t) ei t ，则 有
R ( t ) e (1 2 ) t e (2 3 ) t e (1 3 ) t 2 e (1 2 3 ) t
由计算可靠寿命的公式 t(r) R1(r) 可以算
出可靠水平r分别为0.99、0.90、0.70、0.50、0.20时一 个单元与2/3(G)系统的可靠寿命t(r)，见表3.1。
表3.1中第2列数据10与61分别表示一个单元能工作到 10h的概率为0.99,2/3(G)系统能工作到61h的概率为0.99。 其余类似。
(3-1-17)
当三个单元都属于同一类型，它们的可靠度相同为 ，
则2/3G系统的可靠度和平均寿命分别为 Ro (t)
R(t)3R 0 2(t)2R 0 3(t)
(3-1-18)
(3-1-19)
1 1221 31 131 1 2 3
特别，当各单元失效率都为时，有源自F(t)12e3t 3e2t
(2) 当阀1与阀2处于闭合状态时，(图中虚线所示)两个 阀的功能是截流，不能截流为系统失败，其中包括阀 门泄漏。若阀1与阀2这两个单元功能是相互独立的， 这两上单元至少有一个正常(闭合)，系统就能实现其截 流功能，因此该系统的可靠性框图如图3.4(b)所示，为
R (t)R 1(t)R 2(t)F 3(t)R 1(t)F 2(t)R 3(t)(3-1-16) F 1(t)R 2(t)R 3(t)R 1(t)R 2(t)R 3(t)
如单元的寿命服从指数分布，即 Ri(t) ei t ，则 有
R ( t ) e (1 2 ) t e (2 3 ) t e (1 3 ) t 2 e (1 2 3 ) t
由计算可靠寿命的公式 t(r) R1(r) 可以算
出可靠水平r分别为0.99、0.90、0.70、0.50、0.20时一 个单元与2/3(G)系统的可靠寿命t(r)，见表3.1。
表3.1中第2列数据10与61分别表示一个单元能工作到 10h的概率为0.99,2/3(G)系统能工作到61h的概率为0.99。 其余类似。
(3-1-17)
当三个单元都属于同一类型，它们的可靠度相同为 ，
则2/3G系统的可靠度和平均寿命分别为 Ro (t)
R(t)3R 0 2(t)2R 0 3(t)
(3-1-18)
(3-1-19)
1 1221 31 131 1 2 3
特别，当各单元失效率都为时，有源自F(t)12e3t 3e2t
机械可靠性设计方法ppt课件
➢7
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
420 350 18 2 50 2
1.317
R ZR 1.317 0.9054
• 结论：由于材料强度标准差增加，数据更为分散， 导致零件可靠度从99.7%下降到90.54%
➢27
常用概率分布的可靠度计算公式
➢28
常用概率分布的可靠度计算公式
➢29
安全系数与平均安全系数
• 安全系数 – 强度与应力之比 n
影响强度的因素
材料的机械性能、尺寸、表面质量、工艺方法 ➢25
例：已知某机械零件的工作应力和材料强度均为正态分布，其
工作应力的均值 350 M，P标a准差 s 1而8M材P料a,强度
的均值
，42标0准M差Pa
靠度。若该零件材料的标准差为
。 试 1确8定MP该a零件的可 则其 可50靠M度Pa又为多
– 常规设计中，安全系数S为常数
– 由于强度和应力具有随机性，因此带有盲目性和经验性 一般偏于保守
平均安全系数
强度均值与应力均值的比值
n0
s
不能确切的反映零部件的可靠性，具有一定盲目性
➢30
可靠安全系数
可靠安全系数
最小强度与最大应力之比
nk
min
Smax
强度与应力服从正态分布时，最小强度和最大应力为
把规定的可靠性指标直接设计到产品中去，从而保证产品达到目 标可靠性
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
420 350 18 2 50 2
1.317
R ZR 1.317 0.9054
• 结论：由于材料强度标准差增加，数据更为分散， 导致零件可靠度从99.7%下降到90.54%
➢27
常用概率分布的可靠度计算公式
➢28
常用概率分布的可靠度计算公式
➢29
安全系数与平均安全系数
• 安全系数 – 强度与应力之比 n
影响强度的因素
材料的机械性能、尺寸、表面质量、工艺方法 ➢25
例：已知某机械零件的工作应力和材料强度均为正态分布，其
工作应力的均值 350 M，P标a准差 s 1而8M材P料a,强度
的均值
，42标0准M差Pa
靠度。若该零件材料的标准差为
。 试 1确8定MP该a零件的可 则其 可50靠M度Pa又为多
– 常规设计中，安全系数S为常数
– 由于强度和应力具有随机性，因此带有盲目性和经验性 一般偏于保守
平均安全系数
强度均值与应力均值的比值
n0
s
不能确切的反映零部件的可靠性，具有一定盲目性
➢30
可靠安全系数
可靠安全系数
最小强度与最大应力之比
nk
min
Smax
强度与应力服从正态分布时，最小强度和最大应力为
把规定的可靠性指标直接设计到产品中去，从而保证产品达到目 标可靠性
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2.2 并联系统
当n个相同系统并联时，其可靠性特征量为：
R s t 1 1 R tn 1 1 e tn
s 12 1 .. .n 1 1 11 2 .. .1 n
24
stR Rssttn 1 e t11 ee ttnn1
2.2 并联系统
2个相同系统并联时
R st2 R tR 2t
在建立可靠性模型时，应根据建模目的不同，正 确地区分基本可靠性模型与任务可靠性模型。
F/A-18基本可靠性框图
12
F/A-18任务可靠性框图
13
1.3 机械系统可靠性模型分类
14
2. 系统的可靠性分析方法
2.1 串联系统 2.2 并联系统 2.3 混联系统 2.4 表决系统 2.5 旁联系统 2.6 复杂系统
6
收音机原理图
7
收音机可靠性框图
8
系统的原理图、功能框图和功能流程图是建立系统可 靠性模型的基础。
建立系统逻辑框图时绝不能从结构上判定系统类型， 而应从功能上研究系统类型。即：同一系统，根据不 同的功能，建立不同的模型。
双开关系统原理 图及可靠性框图
(b) 功能：导电 (c) 功能：断开
两个串联阀系统不同功能下的可靠性模型
s12 0 .00 0 .00 0 5 0 0 .00 01 0
R s(t)est e 0.00 0 10 06 00 0.94176
20
s1/s1/0.0001 06 6667
2.2 并联系统
特征：只要其中任一个单元 正常工作，系统就能正常工
作，只有n个单元全部失效时，
系统才失效。
21
2.2 并联系统
– 系统按修复与否分两类。
不可修复系统：指系统或其组成单元一旦发生失效，不再修复， 系统处于报废状态。
可修复系统：通过维修而恢复其功能的系统。
5
1.2 系统可靠性功能逻辑框图
系统的各种特性可以采用多种模型来加 以描述。
原理图 功能流程图 可靠性模型：描述了系统及其组成单元之间的
故障逻辑关系。
并联系统是所有单元都失效时系统才失效的系统，因此
该系统故障率是所有单元故障率的连乘积。
n
Fs t Fi t i1
n
n
R st 1 F st 1 F it 1 1 R it
i 1
i 1
R s 1 ( 1 R 1 )1 ( R 2 )1 . . R i) .1 ( . . R n ) .(
26
2.3 混联系统
特征：由串联和并联混合组成的系统 。
2.3混联系统
混联系统可靠度计算步骤与方法
对于一般混联系统，可用串联和并联原理，将混联系统中 的串联和并联部分简化成等效单元—子系统（图中（b） 和（c））。
利用串联和并联系统可靠性特征量求出子系统的可靠性特 征量。
把每一个子系统作为一个等效单元，得到一个与混联系统 等效的串联或并联系统，即可求得全系统的可靠性特征量。
➢ 并联系统可靠度大于单元可靠度最大的值。
22
2.2 并联系统
n=2时的并联系统，假设其单元寿命分布均是 失效率为常数的指数分布，则：
s
1 1
1 2
1 12
Rs t e1t e2t e(12)t R1tR2tR1tR2t
23
st 1 e 1 te 1 t2 e e 2 t 2 t e 1 1 2 2 e t 1 2 t
➢ 在串联系统中，单元数越多，系统可靠度越低。
17
2.1 串联系统
分析：假定各单元寿命均服从指数分布，几个
单元失效都属于偶然失效，令单元失效率为 λi
（常数），单元可靠度为
Ri t eit
则系统可靠度为：
n
n
it
Rs t
e e it
i1
est
i1
上式表明串联系统的寿命也服从指数分布，即
(a) 流通 (b) 截流
10
可靠性模型可分为两类
– 基本可靠性模型：用以估计产品及其组成单元可 能发生的故障引起的维修及保障要求的可靠性模 型。是一个全串联模型。
– 任务可靠性模型：用以估计产品在执行任务过程 中完成规定功能的概率，描述完成任务过程中产 品各单元的预定作用并度量工作有效性的一种可 靠性模型。
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
有关机械系统可靠性的一些问题
系统可靠性建模问题 系统可靠性预计问题 系统可靠性分配问题 系统失效分析问题 系统故障树建立与分析问题 可靠性综合管理问题 机械系统可靠性理论和应用中的问题
3
机械系统可靠性分析方法
1. 机械系统可靠性模型的建立 2. 系统的可靠性分析方法 3. 系统的可靠性分配方法 4. 机械系统的失效分析 5. 其他
4
1. 机械系统可靠性模型的建立
1.1 系统的定义及分类
– 系统：为了完成某一特定功能，由若干个彼此有联系的而且 又能相互协调工作的单元所组成的综合体。
28
2.3混联系统
例：求图示系统的可靠度
s
11 3 3 2 2 2
st2 1e 1 t 1e e t 2 t 2 21 ee tt
25
例2
已知条件和数据同例1，即已知两个单元的失 效率分别为1=0.00005(1/h)， 2=0.00001(1/h)， 工作时间t=1000h。求2个单元并联系统的可靠 度、平均寿命及失效率。
系统失效率也为常数，且
n
18
s i i 1
2.1 串联系统
串联系统的平均寿命为
若 12...n1
s
1 s
则 s n
R stR nte n tsFra bibliotek1 nn
19
例1
计算由两个单元组成的串联系统可靠度、失效 率和平均寿命。已知两个单元的失效率分别为 1=0.00005(1/h)， 2=0.00001(1/h)，工作时间 t=1000h。
15
2.1 串联系统
特征：只有组成系统的n个相互独立单元都正常工 作时，系统才正常工作。其中任一功能失效，则 系统功能失效。如锚链就是这样的组合形式，如 果其中一个环节断裂，整个链条就失效。
16
2.1 串联系统
假定串联系统中各单元是独立的，则该系统可靠度是 所有单元的可靠度的连乘积 。
RsR1R2..R.i..R.n