1、第六章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì),可靠性的概述 可靠性設(shè)計(jì)常用指標(biāo),一. 學(xué)習(xí)內(nèi)容,基本內(nèi)容：了解可靠性研究的發(fā)展及其必要性；了解傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)；掌握可靠性的定義和四要素；掌握發(fā)生失效的基本機(jī)理；掌握可靠性設(shè)計(jì)的常用指標(biāo)。 重要內(nèi)容：可靠性的定義和四要素；可靠度；失效概率；失效概率密度函數(shù)；失效率；平均壽命。 難點(diǎn)內(nèi)容：失效概率；失效概率密度函數(shù)；失效率。,二. 可靠性的概述,（一）可靠性研究的發(fā)展史,1. 起源二戰(zhàn)期間，美軍電子裝置多有故障，卻無法發(fā)現(xiàn)真正原因。,2. 系統(tǒng)研究,3. 我國(guó)現(xiàn)狀,美國(guó)，始于1952年,有發(fā)展，但落后于國(guó)際,4. 可靠性研究是一門新興而有前景的科學(xué),（二）研

2、究可靠性的必要性,產(chǎn)品開發(fā)周期短，試驗(yàn)時(shí)間少； 產(chǎn)品或系統(tǒng)日益復(fù)雜，故障率升高； 產(chǎn)品責(zé)任索賠辦法，促使廠家重視； 提高可靠性，可提高經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。,（三）可靠性的概念及特點(diǎn),研究的對(duì)象,規(guī)定的條件,規(guī)定的時(shí)間,規(guī)定的功能,可靠性四要素,可靠性的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。,1. 研究的對(duì)象,可靠性的研究對(duì)象就是產(chǎn)品，它可以是系統(tǒng)、整機(jī)、部件，也可以是組件、元件或零件等。,2. 規(guī)定的條件,環(huán)境條件：溫度、濕度、氣壓等； 工作條件：振動(dòng)、沖擊、噪音等； 負(fù)荷條件：載荷、輸出功率等； 儲(chǔ)存條件； 使用和維護(hù)條件； 條件不同，可靠性不同。,3. 規(guī)定的時(shí)間,

3、時(shí)間是表達(dá)產(chǎn)品可靠性的基本因素； 規(guī)定的時(shí)間可以是“計(jì)時(shí)的時(shí)間”，也可以用次數(shù)、周期或距離等來代替； 隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，可靠性降低。,4. 規(guī)定的功能,指產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)； 不同的產(chǎn)品，規(guī)定功能不同； 相同的產(chǎn)品，在不同的條件下規(guī)定功能也不相同。,（三）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法及其不合理性,1. 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法,特點(diǎn)：以計(jì)算安全系數(shù)為主,前提：材料強(qiáng)度及承受壓力均為單值,零件的安全系數(shù)=,零件的強(qiáng)度,零件的應(yīng)力,優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便,缺點(diǎn)：合理性欠缺,2. 為何傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法不合理,設(shè)計(jì)的前提不準(zhǔn)確：零件的應(yīng)力、強(qiáng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)是多值，呈分布狀態(tài)。,可靠性設(shè)計(jì)的前提,產(chǎn)品正常,1）如何出現(xiàn)失效,當(dāng)應(yīng)力分布曲線與強(qiáng)度分布曲線

4、出現(xiàn)交叉,sF,失效,2）產(chǎn)生失效的幾種情況,，,安全系數(shù)不變,K1 分布曲線左移 可靠度減少,K1 分布曲線右移 可靠度增加,（1）,（2） ， 不變,3）結(jié)論,如果平均應(yīng)力和平均強(qiáng)度成比例增大時(shí)，安全系數(shù)不變，但可靠度減小； 如果平均應(yīng)力和平均強(qiáng)度成比例減小時(shí)，安全系數(shù)不變，但可靠度增大； 如果應(yīng)力或強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差減小時(shí)，可靠度增大； 如果應(yīng)力或強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差增大時(shí)，可靠度減小； 因此，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮安全系數(shù)是不夠的，必須考慮到可靠性。,（四）可靠性工程的內(nèi)容,1. 可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容,根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，確定采用的可靠性指標(biāo)及其量值； 進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)； 對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行合理的分配； 把規(guī)定的

5、可靠度直接設(shè)計(jì)到零件中去。,（五）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)的比較,共同點(diǎn)：以零件的安全或失效為研究?jī)?nèi)容,三. 可靠性設(shè)計(jì)常用指標(biāo),可靠度 失效率或故障率 平均壽命 有效壽命 維修度 有效度 重要度,（一）可靠度,定義：產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間和規(guī)定的使用條件下，完成規(guī)定的功能的概率。 可靠度是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)。,：產(chǎn)品的可靠度,：正常產(chǎn)工作的產(chǎn)品數(shù)量,：產(chǎn)品的總數(shù)量,（二）失效概率,產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的概率，也稱不可靠度。,：產(chǎn)品的失效概率,：失效的產(chǎn)品數(shù)量,：產(chǎn)品的總數(shù)量,1. 故障分布函數(shù),實(shí)際上，也就是失效概率的分布圖。,2. 失效概率密度函數(shù),（三）失效率,定義：產(chǎn)品工作

6、t時(shí)刻時(shí)尚未失效的產(chǎn)品，在時(shí)刻t以后的下一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。,：t時(shí)刻產(chǎn)品的失效數(shù),：(tt)時(shí)刻產(chǎn)品的失效數(shù),：時(shí)間間隔,失效率：,對(duì)上式進(jìn)行變形演算,1. 可靠度函數(shù)的一般方程式,綜上所述，產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)可靠度，不可靠度，失效概率密度函數(shù)以及失效率是互相聯(lián)系的。,例1,有100個(gè)零件已工作了6年，工作滿5年時(shí)共有3個(gè)零件失效，工作滿6年時(shí)共有6個(gè)零件失效。試計(jì)算這批零件工作滿5年時(shí)的失效率。,解答：,1) 時(shí)間以年為單位，則t=1年。,2) 時(shí)間以小時(shí)為單位，則t=8760小時(shí)。,/年,小時(shí),2. 失效率曲線,失效率與時(shí)間的關(guān)系曲線，亦稱浴盆曲線。,1）早期失效期,發(fā)生時(shí)期：一般發(fā)生在產(chǎn)品開始工作后的較早階段； 特點(diǎn)：由很高的數(shù)值急劇下降到某一穩(wěn)定的數(shù)值； 發(fā)生原因：主要是由于材料不良，制造工藝缺陷，檢驗(yàn)錯(cuò)誤以及設(shè)計(jì)缺點(diǎn)等因素引起的。,2）有效壽命期,也稱正常運(yùn)行期或偶然失效期，是產(chǎn)品的最佳狀態(tài)時(shí)期； 特點(diǎn)：失效率低且穩(wěn)定，失效是隨機(jī)的； 發(fā)生原因：一般是由偶然的原因引起的。,3）耗損失效期,發(fā)生時(shí)期：產(chǎn)品使用的后期； 特點(diǎn)：失效率隨工作時(shí)間的增加而上升； 發(fā)生原因：產(chǎn)品經(jīng)長(zhǎng)期使用后，某些零件的疲勞，老化，過度磨損而引起的。,（四）平均壽命,平均壽命是指產(chǎn)品壽命的平均值，而