3-机械可靠性设计的基本原理

机械可靠性设计太原理工大学机械工程学院主讲：刘混举机械可靠性设计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基本概念:传统设计+可靠性设计=现代设计负载(应力)、强度与失效传统设计→→可靠性设计设计理论的发展设计概念的深化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：相同点：研究对象——安全与失效；参数——应力s=f(s1,s2…sn)强度r=g(r1,r2…rn)rs——安全rs——失效r=s为临界状态。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，如s=F/A随机变量的组合运算，为多值变量，S(μs，σs)=F(μF，σF)/A(μA，σA)设计准则含义不同安全准则：σ[σ];n[n]安全准则：R（t）=P(rs)≥[R]第3章机械可靠性设计的基本原理3.2安全系数设计法与机械可靠性设计法1)安全系数设计法认为零件的强度和应力都是单值的,因而安全系数也是单值的。n=/rssrsrr互不干涉的应力—强度分布srg(r)f(s)f(s)g(r)ssr尾部发生干涉的应力—强度分布3.2安全系数设计法与机械可靠性设计法2)可靠性设计法——概率设计法应力—强度随时间变化曲线Y轴ABnt0tst/hg(r)g(r)f(s)f(s)f(s)g(r)A—常规设计安全系数；B—实际安全裕度；n—平均安全系数；t0时刻—绝对安全；ts时刻—R=P(sr）安全；强度衰减曲线第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。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:F=P(rs)R=P(rs)具有F+R=1应力—强度分布干涉模型原理载荷分布及分布参数可靠性计算强度分布参数应力分布参数强度分布应力分布几何尺寸分布及分布参数材料机械性能及分布参数3.4零件的可靠度计算1）应力、强度均为正态分布2）应力、强度均为对数正态分布3）应力、强度均为指数分布4）计算实例第3章机械可靠性设计的基本原理3.4机械零件的可靠度计算1）应力、强度均为正态分布概率密度函数：第3章机械可靠性设计的基本原理])(21exp[21)(2sssssf])(21exp[21)(2rrrrrg3.4机械零件的可靠度计算1）应力、强度均为正态分布第3章机械可靠性设计的基本原理dZZRZ])(21[exp21222rssrZ第3章机械可靠性设计的基本原理3.4机械零件的可靠度计算1）应力、强度均为正态分布RZRZRZ0.50.90.950.9901.2881.6452.3260.9950.9990.99990.999992.5673.0913.7194.2650.9999990.99999990.999999990.9999999994.7535.1995.6215.997可靠度R与可靠性系数Z的对应关系3.4机械零件的可靠度计算2）应力、强度均为对数正态分布应力s、强度r服从对数正态分布，lns、lnr服从正态分布，、为应力和强度的对数均值；、为应力和强度的对数标准差。第3章机械可靠性设计的基本原理slnrlnrlnsln3.4机械零件的可靠度计算2）应力、强度均为对数正态分布第3章机械可靠性设计的基本原理dZZRZ])(21[exp2122ln2lnlnlnsrsrZ3.4机械零件的可靠度计算2）应力、强度均为对数正态分布第3章机械可靠性设计的基本原理22lnlnlnrrr22lnlnlnsss]12ln[2lnrrr]12ln[2lnsss3.4机械零件的可靠度计算3）应力、强度均为指数分布应力s、强度r服从指数分布时，其概率密度函数为：第3章机械可靠性设计的基本原理ssesf)(rrerg)(3.4机械零件的可靠度计算3）应力、强度均为指数分布应力s、强度r服从指数分布时，其可靠度为：第3章机械可靠性设计的基本原理srsdsssreossrPR)(sssE1][rrrE1][rsrR3.4机械零件的可靠度计算4）计算实例（1）钢丝绳的可靠度计算（2）拉杆的可靠度与安全系数计算（3）服从指数正态分布的零件可靠度计算第3章机械可靠性设计的基本原理第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