機械可靠性設(shè)計分析(已修改)
2025-01-19 17:45 本頁面
【正文】 北京航空航天大學(xué)工程系統(tǒng)工程系 2022/2/4 1 機械可靠性設(shè)計分析 Mechanical Reliability Design ＆ Analysis 2022/2/4 2 內(nèi)容提要 ? 基本隨機變量 ? 應(yīng)力－強度干涉理論 ? 應(yīng)力－強度干涉模型 ? 可靠度的一般表達式 ? 應(yīng)力分布的確定 ? 強度分布的確定 ? 用矩法確定應(yīng)力和強度的分布 ? 一維隨機變量 ? 多維隨機變量 ? 可靠度的計算方法 ? 應(yīng)力和強度均為正態(tài)分布 ? 其它分布類型 2022/2/4 3 基本隨機變量 ? 載荷 ? 載荷類型 ? 載荷性質(zhì) ? 設(shè)計與幾何形狀及尺寸 ? 工作環(huán)境 ? 環(huán)境介質(zhì)與零件失效 ? 環(huán)境溫度與零件失效 ? 材料性能與生產(chǎn)情況 ? 使用維護情況 2022/2/4 4 基本隨機變量 ? 應(yīng)力、強度定義： ? 在機械產(chǎn)品中，廣義的應(yīng)力是引起失效的負荷，強度是抵抗失效的能力。由于影響應(yīng)力和強度的因素具有隨機性，所以應(yīng)力和強度具有分散特性。 ? 要確定應(yīng)力和強度的隨機特性，首先應(yīng)了解影響應(yīng)力和強度隨機性的因素。 ? 影響應(yīng)力的因素 ? 影響應(yīng)力的主要因素有所承受的外載荷、結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸，材料的物理特性等 ? 影響強度的因素 ? 影響強度的主要因素有材料的機械性能、工藝方法和使用環(huán)境等 2022/2/4 5 基本隨機變量 ? 載荷 ? 機械產(chǎn)品所承受的載荷大都是一種不規(guī)則的、不能重復(fù)的隨機性載荷 ，例如 ? 自行車因人的體重和道路的情況差別等原因，其載荷就是隨機變量。 ? 飛機的載荷不僅與載重量有關(guān)，而且飛機重量、飛行速度、飛行狀態(tài)、氣象及駕駛員操作有關(guān)。 ? 零件的失效通常是由于其所承受的載荷超過了零件在當(dāng)時狀態(tài)下的極限承載能力的結(jié)果。 ? 零件的受力狀況包括：載荷類型、載荷性質(zhì)，以及載荷在零件中引起的應(yīng)力狀態(tài)。 2022/2/4 6 載荷 ? 載荷類型 ? 軸向載荷 —— 力在作用在零件的軸線上，大小相等，方向相反，包括軸向拉伸和軸向壓縮（表 1(a)）載荷 ? 在軸向載荷作用下，應(yīng)力沿橫截面的分布式均勻的。 ? 零件上主應(yīng)力與最大切應(yīng)力的關(guān)系為 ? 彎曲載荷 —— 垂直于零件軸線的載荷（有時還有力偶），它使零件產(chǎn)生彎曲變形。 ? 在彎曲載荷作用下，零件橫截面上的主應(yīng)力分布的規(guī)律是：從表面應(yīng)力最大改變到中性軸線處應(yīng)力為零。并且，中性軸線一側(cè)為拉伸應(yīng)力，另一側(cè)為壓縮應(yīng)力。 2?）最大切應(yīng)力（ ）主應(yīng)力（ ??2022/2/4 7 載荷 ? 載荷類型 ? 扭轉(zhuǎn)載荷 —— 作用在垂直于零件軸線平面內(nèi)的力偶，它使零件發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。 ? 在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，橫截面上切應(yīng)力的分布規(guī)律是：從表面最大到橫截面中心處為零（這里講的“ 中心點 ” ，是指扭轉(zhuǎn)中心軸線與橫截面的交點） ? 剪切載荷 —— 使零件內(nèi)相鄰兩截面發(fā)生相對錯動的作用力。 ? 表 1（ d）表示螺栓在連接接合面處受剪切，并與被連接孔壁互壓。螺桿還受彎曲，但在各接合面貼緊的情況下可以不考慮。 ? 在剪切載荷作用下，力大小沿平行于最小切應(yīng)力的橫截面上均勻的。 2022/2/4 8 載荷 ? 載荷類型 ? 接觸載荷 —— 兩個零件表面間的接觸有點接觸、線接觸和面接觸。零件受載后在接觸部位的正交壓縮載荷稱為接觸載荷（表 1（ e）） ? 例如，滾動軸承工作時，滾子與滾道之間，齒輪傳動中輪齒與輪齒之間的壓力都是接觸載荷。 ? 在接觸載荷作用下，主應(yīng)力與最大切應(yīng)力之比是不定。 2022/2/4 9 表 1 載荷基本類型 序 應(yīng)力分布情況 載荷類型 (a) 軸向載荷 (b) 彎曲載荷 拉 伸壓 縮+_+_懸 臂簡 單 彎 曲壓 縮中 性 軸中 性 軸2022/2/4 10 表 1 載荷基本類型 序 應(yīng)力分布情況 載荷類型 (c) 扭轉(zhuǎn)載荷 (d) 剪切載荷 (e) 接觸載荷 中 性 軸2022/2/4 11 載荷 ? 載荷性質(zhì) ? 載荷的性質(zhì)可以分為以下幾種： ? 靜載荷 —— 緩緩地施加于零件上的載荷，或恒定的載荷。 ? 沖擊載荷 —— 以很大速度作用于零件上的載荷，沖擊載荷往往表現(xiàn)為能量載荷。 ? 交變載荷 —— 載荷的大小、方向隨時間變化的載荷，其變化可以是周期性的，也可以是無規(guī)則的。
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