9课程总结.

课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业机械可靠性设计课程总结工学院牛智有课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业第1章绪论一、可靠性的定义根据GB3187-1982《可靠性基本名词术语及定义》，可靠性(Reliability)的定义是：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。理解这一定义应注意一下几个要点：五个要素，即产品、规定的条件、规定的时间、规定的功能、能力课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业二、可靠性的特征量常用的可靠性的特征量有：可靠度、失效概率(或不可靠度)、失效率、平均寿命、可靠寿命与中位寿命等。1.可靠度与可靠度函数可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间区间内，完成规定功能的概率。一般记为R，由于产品的可靠度是时间的函数，用Ｒ(ｔ)表示，称为可靠度函数。其表达式有以下几种：课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业若设有N0个相同产品在相同条件下工作，到任一给定的工作时间ｔ时，累积有Nf(t)个产品失效，剩下Ns(t)个产品仍能正常工作，则该产品到时间ｔ的可靠度Ｒ(ｔ)为：由于０≤Nf(t)≤N0，故０≤R(t)≤１。可靠度表达式-A0000)(1)()()(NtNNtNNNtNtRffs课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业可靠度表达式-B设ｔ为产品的失效时间（随机变量），Ｔ为要求运行的时间（规定时间）则产品失效的概率为：Ｆ(ｔ)＝Ｐ(ｔ≤Ｔ)（ｔ＞０）Ｆ(ｔ)为失效累积分布函数或称为不可靠度函数。Ｒ（ｔ）＝１－Ｆ（ｔ）＝Ｐ（ｔ＞Ｔ）课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业可靠度表达式-C如果设失效时间随机变量ｔ可用概率密度函数ｆ(ｔ)来描述，则可靠度函数为：ttttdtfdtftFtR)()(1)(1)(0课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业可靠度表达式-D上面几种表达式中的时间是从零算起的，实际使用中常需知道工作过程中某一段执行任务时间的可靠度，即需要知道已经工作t1后再工作t2的可靠度。从时间t1工作到t1+t2的条件可靠度称为任务可靠度，记为R(t1+t2∣t1)。由条件概率知：)()()()(121121121tRttRtTttTPtttR根据样本的观测值，任务可靠度的观测值为：)()()(ˆ121121tNttNtttRss课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业2.失效率失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。失效率又称故障率，一般记为λ，它也是时间t的函数，故记为λ(t)，称为失效率函数。它反映了t时刻产品失效的速率，也称为瞬时失效率。)(1lim)(0tTttTtPttt)()()(tNdttdNtsf课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业失效率的观测值是在某时刻后单位时间内失效的产品数与工作到该时刻时尚未失效的产品数之比，即ttNtNtsf)()()(ˆ平均失效率是指在某一规定时间内失效率的平均值。例如，在(t1，t2)内失效率平均值为;21)(1)(ˆ12ttdttttt课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业推导：失效率与可靠度的关系)()()()()()(1)(1)(1)(1)()(000)0(0tfdttNtdNNtNtfdttdNNdttftFNtNNtNtRsfsftfs由此得到故障率、可靠度与概率密度之间的关系为：)()()(tRtft课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业失效时间随机变量服从指数分布，即tetf)(tttttedtedtftR)()(tteetRtft)()()(课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业4.平均寿命平均寿命是寿命的平均值。对不可修复产品指失效前的平均时间。一般记为MTTF(MeanTimetoFailure)，无故障工作时间或首次故障平均时间，指开始工作到发生故障的平均时间。对可修复产品则指平均无故障工作时间，一般记为MTBF(MeanTimebetweenFailure)。指寿命期内累计工作时间与故障次数之比,又称故障间隔平均时间。课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业它们都表示无故障工作时间T的数学期望E(T)，或简记为。t若已知T的概率密度f(t)，则0)()(dtttftEt00)()()(dttRdtttftEt课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业对于完全样本，即所有试验样品都观测到发生失效或故障时，平均寿命的观测值是指它们的算数平均值，即niitnt11ˆ设N件产品（不可修复）按照从开始工作到发生故障的时间可分为a组，ti为第i组的无故障工作时间，产品件数为Δni，则平均寿命aiiintNt11课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业产品可靠度等于给定值R时的寿命称为可靠寿命，记作t(R)，R称为可靠水平。)()(1RRRttetf)(tetR)(如某产品的寿命服从指数分布，即5.可靠寿命和中位寿命则可靠度为R时的寿命可以这样计算:)(RteR/)/1ln(/ln)(RRRt课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业6.失效率典型曲线(浴盆曲线)它对应3个不同阶段或时期，即早期失效期、随机失效期和损耗失效期三个阶段。课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业第3章机械可靠性设计原理与可靠度计算一、可靠性设计方法机械可靠性一般分为结构可靠性和机构可靠性。机械可靠性设计可分为定性可靠性设计和定量可靠性设计。什么是定性而可靠性设计？什么是定量可靠性设计？课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业二、应力-强度分布干涉理论可靠度是“强度”大于“应力”作用效果的概率，那么可靠度应该可以从强度与应力的平面干涉模型计算出来。•几个概念扩展：–失效–强度–应力课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业应力—强度平面干涉模型干涉区应力—强度平面干涉模型课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业三、应力—强度干涉模型求可靠度ddgfdRR])()[(ddfgR])()[(可靠度的一般计算式课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业四、可靠性设计常用的分布函数1.指数分布——连续型分布函数其概率密度函数为:可靠度函数为：(t0)故障函数（失效率）为：数学期望为：标准差为：tteetf1)()0,0(tθ为平均故障间隔时间tteetR)(11)()()(tteetRtfth1)()(00dtedttRtEt1s课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业2.正态分布——连续型分布函数正态故障率函数为：)()()()()(tRtztRtfth其中：为标准正态随机变量z的密度函数值（可查表）。)(z课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业五、机械零件的可靠度计算1.应力和强度均服从正态分布时的可靠度计算22sssZyyR联结方程：ZR与可靠度的取值关系可查附表。课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业2.应力和强度均服从指数分布时的可靠度计算课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业3.应力和强度均服从对数正态分布的可靠度计算称为强度和应力的变差系数分别为强度和应力的对数标准差，分别为强度和应力的对数均值，其中，强度和应力的对数服从正态分布，此时仍然可以用联结方程求可靠度。ssLLLL，sCsCCCCCssZLLLLLLR222222lnln课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业第4章机械系统可靠性设计一、系统与单元系统是由某些彼此相互协调工作的零部件、子系统组成，以完成某一特定功能的综合体。组成系统相对独立的机件统称为单元。系统的可靠性不仅取决于组成系统各个单元的可靠性，而且也与组成该系统各单元间的组合方式和相互匹配有关。课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业二、可靠性模型可靠性模型(reliabilitymodel)是指为预计和估算产品的可靠性所建立的可靠性框图和数学模型。它包括基本可靠性模型和任务可靠性模型。建立可靠性模型的目的是用于定量分配、估算和评估产品的可靠性。课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业三、系统的结构框图与可靠性框图结构框图是表示组成系统的部件(分系统)之间的物理关系和工作关系。可靠性框图是描述系统的功能和组成系统的部件(分系统)之间的可靠性功能关系。结构框图与可靠性框图(逻辑图)的区别？课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业四、系统可靠性计算串联系统的可靠度计算并联系统的可靠度计算表决系统的可靠度计算复杂系统的可靠性计算课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业五、系统的可靠性分配1.比例组合法2.按子系统重要性和复杂度法分配——AGREE分配法3.评分分配法课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业六、故障树分析法1.什么是故障树（FT）？2.什么是故障树分析法(FTA)？3.故障树分建立：人工建树、计算机辅助建树4.故障树定性分析割集与最小割集5.故障树定量分析课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业第6章机械零部件的可靠性设计一、机械零件可靠性设计与传统设计的相同点与不同点；二、机械零件可靠性设计的内容和步骤；两方面内容：(1)对已有的设计进行可靠性水平的评估或预测，即计算可靠度大小；(2)按给定的可靠性指标进行设计计算，如设计零部件尺寸、选择型号、材料等。课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业(1)确定零部件强度的分布参数；(2)确定零部件工作应力的分布参数；(3)根据联结方程计算可靠度或确定有关参数。),(s),(s基本分为三大步骤：根据受力情况，零部件的可靠性设计可分为两大类：(1)静强度的可靠性设计；(拉杆？？)(2)疲劳强度的可靠性设计。课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业三、材料的全概率疲劳曲线（R-S-N曲线）0lgNσlgN0r=1(静载荷）rr=0(脉动循环）r=-1(对称循环)0rb1)(1-常用疲劳极限材料的对称循环—材料的静强度—b课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业R-S-N曲线。工程上一般按3倍标准差原则绘制三条曲线：均值曲线、+3s曲线和-3s曲线。如图所示。R-S-N曲线σlgN0)3%(1.0曲线SR均值曲线）%(50R)3%(9.99曲线SRS3S31lgN2lgN3lgN课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业四、材料的分布化等寿命疲劳极限图（图）amS30αAB45°mam1曲线amCa脉动循环疲劳极限—点处，静强度—，点处，对称循环疲劳极限—，点处，010101-rCrBrAbam课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业曲线，按三倍标准差原则绘。amS3定的场合一适用于寿命曲线NSam30αma1113S131SbbbS3bbS3)3%(1.0曲线SR均值曲线）%(50R)3%(9.99曲线SR课程总结《机械可靠性设计》机械设计制造及其自动化专业五、影响零件疲劳强度的因素1）应