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学校代码：11517学号：20121110****《可靠性工程技术》课程论文题目机械产品可靠性设计分析学生姓名**专业班级工业工程1242学号201211104231系（部）管理工程学院指导教师（职称）***（教授）完成时间2015年5月19日目录机械产品可靠性设计分析摘要...................................................IAbstract.................................................II1可靠性设计的基本概念.................................11.1可靠性设计的定义..................................12可靠性设计的基本原理.................................13可靠性设计的基本方法.................................23.1产品可靠性设计采取的措施..........................24应用实例：基于虚拟样机的机械产品可靠性设计分析.......34.1机械产品可靠性设计分析方法......................34.2基于概率虚拟样机的可靠性设计分析流程..........54.3基于可靠性的机械产品参数设计....................95结论................................................10参考文献................................................11I机械产品可靠性设计分析摘要机械产品可靠性设计是解决机械可靠性设计的重大课题。本文研究的目的是在总结归纳工程经验的基础上，研究目前机械可靠性设计中突出的技术问题，为日后工作中遇到的机械产品可靠性设计进行分析，指导研究型号可靠性工作，提供实用方法和技术支持。本文研究的主要内容有对可靠性设计的基本概述，可靠性设计的基本原理和基本方法，可靠性分析的应用实例等几个方面。采用实例对机械可靠性问题进行研究，并将研究结果运用到可靠性工程中解决实际问题。关键词：机械设计；可靠性；可靠性设计机械产品可靠性设计分析IIAnalysisofreliabilitydesignofmechanicalproductsAbstractThereliabilitydesignofmechanicalproductsistosolvethemajorissueofmechanicalreliabilitydesign.Thepurposeofthispaperissummedupbasedontheengineeringexperienceofthetechnicalproblemsinmechanicalreliabilitydesignhighlightsthe,encounteredforthefutureworkofreliabilitydesignofmechanicalproducts,guidingtheworkoftheresearchmodelreliability,providingpracticalmethodsandtechnicalsupport.Themaincontentsofthispaperarethebasicoverviewofreliabilitydesign,basicprinciplesandmethodsofthereliabilitydesign,thereliabilityanalysisofapplicationexamples.Thecasestudyonthemechanicalreliabilityproblems,andtheresultsappliedtoreliabilityengineeringtosolvepracticalproblems.KEYWORDS:mechanicaldesign;reliability;reliabilitydesign机械产品可靠性设计分析11可靠性设计的基本概念1.1可靠性设计的定义定义：对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。或是为了满足产品的可靠性要求而进行的设计。第一可靠性设计即根据可靠性理论与方法确定产品零部件以及整机的结构方案和有关参数的过程。设计水平是保证产品可靠性的基础。第二可靠性设计是产品的一个重要的性能特征，产品质量的主要指标之一，是随产品所使用时间的延续而在不断变化的。可靠性设计的任务就是确定产品质量指标的变化规律，并在其基础上确定如何以最少的费用以保证产品应有的工作寿命和可靠度，建立最优的设计方案，实现所要求的产品可靠性水平。第三可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。第四可靠性设计的一个重要内容是可靠性预测，即利用所得的资料预报一个零件、部件或系统实际可能达到的可性，预报这些零部件或系统在规定的条件下和在规定时间内完成规定功能的概率。在产品设计的初期阶段，及时完成可靠性预测工作，可以了解产品各零部件之间可靠性的相互关系，找出提高产品可靠性的有效途径。2可靠性设计的基本原理第一选择设计方案时尽量不采用还不成熟的新系统和零件，尽量采用已有经验并已标准化的零部件和成熟的技术。第二结构简化，零件数削减。如日本横河记录仪表10年中无件数削减30%，大大提高了可靠性。第三考虑功能零件的可接近性，采用模块结构等以利于可维修性。第四设置故障监测和诊断装置，保证零件部设计裕度（安全系数/降额）。机械产品可靠性设计分析2第五必要时采用功能并联、冗余技术。如日本的液压挖掘机等，采用双泵、双发动机的冗余设计。第六失效安全设计（FailureSafe），系统某一部分即使发生故障，但使其限制在一定范围内，不致影响整个系统的功能。第七安全寿命设计（SafeLife），保证使用中不发生破坏而充分安全的设计。例如对一些重要的安全性零件如汽车刹车，转向机构等要保证在极限条件下不能发生变形、破坏。第八加强连接部分的设计分析，例如选定合理的连接、止推方式。考虑防振，防冲击，对连接条件的确认。第九可靠性确认试验，在没有现成数据和可用的经验时，这是唯一的手段。尤其机械零部件的可靠性预测精度还很低。主要通过试验确认。3可靠性设计的基本方法3.1产品可靠性设计采取的措施为了使设计时能充分地预测和预防故障，把更多的失效经验设计到产品中，因而必须邦助设计人员掌握充分的故障情报资料和设计依据。采取以下措施：第一可靠性检查表，从可靠性观点出发，列出设计中应考虑的重点。设计时逐项检查。考虑预防的对策。第二推行FMEA，FTA方法。FMEA（失效模式影响分析）和FTA（故障树分析）是可靠性分析中的重要手段。FMEA是从零部故障模式入手分析，评定它对整机或系统发生故障的影响程度，以此确定关键的零件和故障模式。FTA则是从整机或系统故障开始，逐步分析到基本零件的失效原因。这两种方法在国外被看作是设计图纸一样重要，作为设计的技术标准资料，它收集总结了该种产品所有可能预料到的故障模式和原因。第三故障事例集。把过去技术上的失败和改进的事例作成手册，供设计者随进参考。通常用简图表示，将故障和改进作对比。对故障的原因、情况附有简单说明。这手册是各公司积累的技术财富，视同设计规范同等重要。第四数据库。广泛有效地收集设计、制造中的失败和改进经验，试验和实际机械产品可靠性设计分析3用的数据形成检索系统和数据库，使设计者能超越本单位充分利用别人实践过的经验。如电子产品已形成世界性可靠性信息交换网。第五设计、试验规范的不断充实、改善。从使用实际得来的故障教训要反馈到设计、试验方法的改进中，要将这些改进效果作为产品设计规范（包括材料选定，结构形式，许用应力，安全系数值）和试验标准的改进依据，使它们成为设计技术的一部分。4应用实例：基于虚拟样机的机械产品可靠性设计分析机械产品可靠性设计分析是指为满足机械产品的可靠性而进行的功能性设计。目前世界上已广泛使用故障模式及影响分析、故障树分析、可靠性预测、概率设计等先进设计方法，因此，利用数字化设计方法及手段，大力推进基于概率虚拟样机的机械产品可靠性设计分析方法，提高设计可靠性与质量就成为一项十分重要的工作。通过对产品进行功能、结构分析，建立产品故障模型，并依据故障模型划分故障类型及进行故障机理分析，从而利用虚拟样机技术对故障模式进行仿真，验证机械零部件故障模式，在此基础上确定可靠性设计重点，改进零部件设计参数，完善可靠性设计，提高产品使用寿命。4.1机械产品可靠性设计分析方法分析系统研制阶段的主要任务，并结合工程实际中开展可靠性设计分析工作的经验可知，各种可靠性设计分析工作主要集中在技术指标论证阶段、方案论证阶段和工程研制阶段，包括可靠性要求制定，可靠性建模、预计分配，故障模式影响及危害性分析和故障树分析和可靠性仿真分析等。可靠性设计分析工作从宏观上可以分为定性设计分析和定量设计分析，可靠性定性分析方法相对应用广泛，并且得到了工程验证，而定量设计分析的方法则是机械可靠性设计分析中的难点和薄弱环节，特别是在数字化环境中如何利用CAD/CAE工具进行定量的机械可靠性参数设计也是今后重要的发展方向。4.1.1可靠性定性设计分析方法复杂系统可靠性分析首先要将系统按照功能或结构进行层次划分，然后根据机械产品可靠性设计分析4任务剖面建立功能框图及零部件的功能框图，总结搜集故障或零件失效模式，然后再利用故障模式影响及危害性分析、故障树分析等分析工具和可靠性设计准则符合性查询工具进行可靠性定性分析。故障模式影响及危害性分析是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法；故障树分析可以知道哪些事件的组合可以导致危及系统安全的故障，并计算他们的发生概率，然后通过设计改进和有效的故障监测、维修等措施，设法减小他们的发生概率。故障树分析方法还可以让设计分析者对系统有更深入的认识，有关系统结构、功能、故障及维修保障的知识系统化，因此在设计、制造和操作过程中的可靠性改进更富有成效。4.1.2可靠性定量设计分析方法机械产品可靠性定量设计分析可以分为两部分：其一是失效模式的确定；其二是计算机械产品发生失效的概率，失效概率的计算是可靠性分析的目的，而失效模式的确定以及每个失效模式极限状态方程的建立则是可靠性定量分析的基础。只有首先给出状态变量与各个随机变量之间的函数关系才能应用解析的或者数值方法计算失效概率，此处，所有可靠性分析都是以荷载、材料常数、几何参数等基本变量的随机型为基础的，也可称之为随机可靠性分析。4.1.3基于概率虚拟样机的机械产品可靠性定量设计分析机械产品可靠性设计分析必然是要在需求推动下向数字化设计分析方向发展，数字化设计技术就是将计算机技术应用于产品的设计开发领域，建立基于计算机的数字化产品模型，并在产品开发的全程使用，达到减少或者避免建立实物模型的一种产品开发技术。随着技术的不断进步，仿真在产品设计过程中的应用变得越来越广泛而深刻，由原先的单领域、局部应用逐步扩展到多领域、全寿命周期的系统应用。虚拟样机技术正是这一发展趋势的典型代表，它以并行工程为指导思想，建模和仿真为核心，强调设计与分析的紧密结合，是一种基于仿真模型的数字化产品设计方法。对于复杂的工程对象，仅靠一两种软件是不能胜任的，需要构建由多种软件组合而成的复合型仿真环境，以便对研究对象进行多目标、多层面的性能仿真，虚拟样机最终目标就是利用仿真工具的数据接口及二次开发技术，依据机械产品可靠性设计分析5几何特征创建数值仿真模型，实现分析数据的共享及动态交换，尽可能做到一次建模多次调用。随着虚拟样机技术在工程实践