浅析机械可靠性设计.ppt

机械可靠性设计分析(第五部分),比应用传统的设计方法要花费较多的时间和费用。据粗略统计,需要增加的时间大约为1/4~2倍,而需要增加的费用约为1/5~1/2。但是在取得了设计经验和积累了设计数据之后,情况便会大有改善。而且,多花费的时间和费用在以后能够得到补偿。因为可靠性设计能够消除保守的、不合理的设计,同时,在零件和设备的整个寿命期内,失效次数会减少,而维修费用也会降低。3机械零件设计应考虑的问题解决主要问题与主要矛盾进行可靠性设计时,应当注意,并不是所有的零部件都要求很高的可靠度,也不是所有的零部件都要求同样的可靠性指标。例如一架有30000多个零(元)件的飞机,经常发生故障的零件只有600多个,即只占2%左右。根据帕累托定理(ParetoLaw),这600多个零件称为主要少数,其余30000多个称为次要多数。又如,在国外,对一架大型民用客机的目标可靠度的要求,应当高于对一架军用飞机的要求。4机械零件设计应考虑的问题一些参考因此应当根据不同的情况提出不同的可靠度要求。在缺乏经验时,表9-1所列的可靠度荐用值可以作为参考。但是应当注意,由于可靠性设计的历史不长,这样的分类只是暂时的。等到有了足够的设计经验和数据时,相信会有更加具体和切实可用的推荐值。表9-2所列为国外七十年代的一些机械产品的可靠性指标,可供参考和比较。:这一方法认为,现代的复杂而昂贵的零件和系统要求高可靠性,所以必须保证把规定的可靠性目标值设计到零件中去,从而设计到系统中去。在实际使用和工作环境下零件的应力的所有参数,实际零件的强度的所有参数,都是随即变量或呈分布状态。一旦用不同的综合方法把应力和强度的统计分布联结起来,就能计算出与分布相关的可靠性,以及可靠度置信度和置信区间。可靠度计算结果与目标可靠度比较,如果它等于或大于目标可靠度,则设计是可以接受的。否则,设计应当进行迭代,对应力分布和强度分布中最敏感的设计参数进行适当调整,直到规定的可靠度要求得到满足为止。6可靠性设计步骤(包括15个步骤)1)确定设计的问题及任务剖面如果要设计的是一个常用零部件,例如轴,其设计问题简单而明确,目的是为了确定轴的危险断面的直径。对于复杂的系统,例如航天飞行器,则必须确定完整的任务剖面以及相应的环境剖面,如图3-3及图3-4所示,并在此基础上,确定各子系统的目标可靠度,如图3-5和表3-3所示。7可靠性设计步骤(2步)2)确定有关的设计变量和参数这些设计变量和参数应当是:(1)对设计任务是有意义的;(2)唯一的和不重复的;(3)在试验前后和进行期间都能度量的。凡设计任务涉及的所有基本方程都能用这些设计变量和参数来进行计算。例如在设计同时受弯矩和扭矩作用的轴时,需要确定的设计变量和参数有:轴的直径d,弯应力,剪应力,材料的持久极限,以及应力集中系数、尺寸系数和表面质量系数等。8可靠性设计步骤(3步)3)进行失效模式、影响及危害性分析(FMECA)目的找出所设计系统的关键件与重要件,找出影响系统功能和可靠性的主要失效模式。使设计人员在设计时抓住主要矛盾。因为进行可靠性设计时,应当注意,并不是所有的零部件都要求很高的可靠度,也不是所有的零部件都要求同样的可靠性指标。9可靠性设计步骤(4步)4)确定零件的失效模式是独立的还是相关的如果所有的失效模式是互相独立的,也就是说一种失效模式不影响任何其它失效模式的性质,则在进行一种失效模式下的应力及强度计算时,不需考虑所有其它失效模式的影响。如果一种失效模式的性质受到另一个可能同时发生的失效模式的影响,则受到影响的应力和强度应当加以修正。这样计算出的每种失效模式的可靠度,将是互相独立的。10