第4章 机械系统可靠性设计汇总

第4章 机械系统可靠性设计
任务可靠性：产品在规定的任务范围内，完成规定功能的能 力。 任务可靠性是产品在执行任务过程中完成规定功能的能力。 有备份单元（冗余单元）的子系统发生故障，可以启动备份 单元，但不影响任务可靠性； ➢系统冗余单元越多，任务可靠性越高，但系统的成本也越 高——需要权衡； ➢用于计算任务可靠性的模型称为任务可靠性模型，它是一 个由包括串联、并联在内的多种连接方式组成的逻辑框图。
两个阀门与导管组成的简单系统的结构图与逻辑图
例如，由两个阀门和一根导管组成的简单系统，其结构框图 如下所示。
阀门的失效为两态(关不上和打不开)，再加上正常工作 状态，共为三态。把三态以上的零件(或系统)称为多态原件 (或系统)。对于具有多态元件的系统，其可靠性逻辑框图的 确定，应首先考虑系统的功能，对不同的功能要求，其系统 的可靠性框图(逻辑图)是不一样的。
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第4章 机械系统可靠性设计
系统可靠性设计主要内容： 1）可靠性预测：按照已知零部件的可靠性数据，计算
系统的可靠性指标，进行几种设计方案的比较，以选择最佳 设计方案；
2）可靠性分配：按照规定的系统可靠性指标，对各组 成零部件进行可靠性分配，并进行几种设计方案的比较，以 选择最佳设计方案。
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如果要求该系统可靠地截流，则阀门A、B关不上是失 效状态，而截流状态是正常工作状态。阀门A、B只要有一 个能截流就能使系统正常工作。其可靠性逻辑框图是并联 关系。
系统截流时可靠性框图
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例如，汽车可分为五大子系统：发动机、变速箱、制动、 转向机、轮胎。为了保证一辆汽车能正常工作，此五大系 统缺一不可。因此，汽车系统的可靠性框图为串联关系。
系统的可靠度决定于两个因素：一是零件（部件）本身 的可靠程度；二是他们彼此组合起来的形式。
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§4-1 系统可靠性模型
可靠性模型是一种反映系统各组成部分之间逻辑关系的 框图和数学模型，用于分析、估算、分配系统可靠性。
一、基本可靠性模型与任务可靠性模型
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系统是指由相互间具有有机联系的若干要素组成，能够 完成规定功能的综合体。这里所说的要素是指零件、部件和 子系统等。
机械系统可靠性设计的目的，就是要使系统在满足规定 可靠性指标，完成预定功能的前提下，使系统的技术性能、 重量、成本以及时间等各方面取得协调，求得最佳设计；或 是在性能、重量、成本、时间和其它要求的约束下，设计能 得到实际高可靠度的系统。
▪ 若故障定义为短路，显然其逻辑关系是电容器C1、C2任何
一个短路就导致系统停运。因此其逻辑图为图（b）所示 的串联关系。
▪ 若故障定义为开路，显然其逻辑关系是电容器C1、C2同时
开路才导致系统的停运。因此其逻辑图为(c)所示的并联 关系。
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▪ 其次，结构图表示系统中各组成元件间的结构装配关系，即 物理关系；而逻辑图表示各组成元件间的功能关系。因此， 系统逻辑图的形式与故障的定义有关，而系统结构图则与此 无关。
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两个并联安装的电容器系统结构图与逻辑图的区别
如图（a)，是由两个电容并联而成的电路结构图
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如果要求该系统能可靠地流通，则阀门A、B打不开是失 效状态，开启状态是正常工作状态。阀门A、B必须同时处于 正常状态才能使系统正常工作，其系统的可靠性框图为串联 关系。
系统流通时可靠性框图
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基本可靠性：产品在规定条件下无故障持续工作的概率。 ➢无故障是指系统任何子系统（包括冗余单元）都没有故障， 没有维修和保障要求。 ➢用于计算基本可靠性的模型称为基本可靠性模型，它是一 个全串联模型（冗余单元也按串联处理） ➢系统的元件越多，基本可靠性越低
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为了清晰研究子系统之间的关系，在可靠性工程中往往 用逻辑图来描述子系统（零件）之间的功能关系，进而对系 统及其组成零部件进行定量的设计与计算。
反映一个系统内各子系统之间功能关系的框图，称为 系统逻辑图，又称为可靠性框图。
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反映一个系统内各子系统之间功能关系的框图，称为 系统逻辑图，又称为可靠性框图。
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二、系统逻辑图与系统结构图
一个系统，小则由一个子系统组成，大则由成百上千个 子系统组成。当我们研究一个系统时，特别是一个大的复杂 系统时，首先必须了解组成该系统的各单元或子系统的功能， 研究他们的相互关系以及对所研究系统的影响。
系统逻辑图指出了系统为完成规定的功能，哪些 元件必须成功地工作（正常运行）。
系统逻辑图以系统的结构图为基础。
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系统逻辑图与系统结构图的区别
▪ 首先，在逻辑图与结构图中元件的表示符号不同。例如在电 路结构图中电灯、电容器、表示电阻、电感等都有对应的专 用符号；而在逻辑图中，无论什么元件，均用方框表示。
发动机
变速箱
制动
转向
轮胎
汽车系统的可靠性框图
由于系统的可靠性框图只表明各单元功能与系统功能逻辑关 系，而不表明各单元之间结构上的关系，因此各单元之间的 排列次序无关要紧。一般情况下，输入和输出单元的位置， 常相应地排在系统可靠性框图的首和尾，而中间其它个单元 的次序可以任意排列。
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同样的物理关系图，根据故障定义的不同可以 得出两个不同的逻辑图；同样，不同的物理关系图， 根据故障定义的不同也可以得出一个相同的逻辑图。