【文章內(nèi)容簡介】 否則，可選用 相對低些值 ，具體可見 機械可靠性手冊 。 （ 2）計算載荷的類別 對按工作狀態(tài) 正常載荷 (第 Ⅰ 類載荷 )進行 疲勞強度計算 ，或按工作狀態(tài) 最大載荷 (第 Ⅱ 類載荷 )進行 靜強度計算 時，應(yīng)選 較高的 [R]值 ； 而對按 驗算載荷 (第 Ⅲ 類載荷 )，即按非工作狀態(tài) 最大載荷 (如強風載荷等 )或 特殊載荷 (如安裝載荷、運輸載荷、事故沖擊載荷等 )進行 靜強度驗算 時，則 [R]值 可以相對取低些。 （ 3）各項費用的經(jīng)濟分析 在確定 許用可靠度 [R]值 時還應(yīng) 考慮 產(chǎn)品的 經(jīng)濟性 并進行 優(yōu)化綜合分析 ，應(yīng)使所取的 [R]值 使 總費用最小 為原則。 產(chǎn)品的 可靠性 與 費用 間的關(guān)系如 下圖 a所示。 費用 0 產(chǎn)品可靠性 生產(chǎn)費用 維修費用 總費用 圖 a 可靠性與費用的關(guān)系曲線 機械零部件強度可靠性設(shè)計的應(yīng)用 機械強度可靠性設(shè)計 ，是以 應(yīng)力 強度分布干涉理論 與 可靠度計算為基礎(chǔ)。 由于零部件的 疲勞強度 與很多因素有關(guān)，計算比較麻煩，因此 疲勞強度設(shè)計 常以 驗算為主 。 ?機械靜強度可靠性設(shè)計 ?機械疲勞強度可靠性設(shè)計 機械強度可靠性設(shè)計 可分為如下 兩部分 ： 進行 機械靜強度 的 可靠性設(shè)計 ： 首先 ，應(yīng)根據(jù)零部件的 受載情況 ，確定其最危險部位的 工作應(yīng)力(μs， σs)； 然后 ，根據(jù)零部件的材料及熱處理情況，由手冊查出其 強度的分布參數(shù) (μc， σc)； 最后 ，根據(jù) 應(yīng)力 和 強度 的 分布類型 ，代入 相應(yīng)的公式 計算 可靠度或確定 結(jié)構(gòu)參數(shù) 等未知量，以保證和滿足 可靠性設(shè)計要求 。 下面通過一個 計算實例 ，來說明 機械強度可靠性設(shè)計 的方法和步驟。 例 37 某專業(yè)機械中的 傳動齒輪軸 ，材料為 40Cr鋼，鍛制，調(diào)質(zhì)熱處理。經(jīng)載荷計算已求得危險截面上的最大彎矩 ；最大扭矩 ；等效彎矩 ；等效扭矩 。試按強度可靠性設(shè)計理論確定該軸的直徑。 1 5 k N c mM ??彎 (II)1350 kN c mM ??扭 (II) ) 8 0 0 k N c mM ? ??彎 (70 0 k N c mM ??扭 (I)1 1 0 . 9 9 0 . 0 1FR? ? ? ? ? ? 解 ： 1. 按靜強度設(shè)計 （ 1）選定許用可靠度 [R]值及強度儲備系數(shù) n 值 按該專業(yè)機械的要求，選 R = [R] = ， n = 。 （ 2） 計算零件發(fā)生強度失效的概率 F （ 3） 由 F 值查表 31，求 值 當 F = ，由表 31可查得： 。 RZ ,cc??12, 0 . 1c s c c?? ? ? ????（ 4）計算材料承載能力的分布參數(shù) = 5 3 9 .5 M Pas? 1 ? ?2 ? ?1 . 0 5 3 9 . 5 4 9 0 ( M P a ) , 0 . 1 4 9 0 4 9 ( M P a )1 . 1cc??? ? ? ? ? ? 軸材料為 40Cr鋼，調(diào)質(zhì)熱處理，由 材料手冊 查得相應(yīng)尺寸的 拉伸屈服極限 ，對合金鋼零件的 ，軸是段件，所以 。因此得 RZ s?2 2 2 2 2 . 3 2()c s c sRc s c snnZk? ? ? ?? ? ? ???? ? ???2 9 1 .3 M P as? ?s?2 2 222II()( ) 4 ( )spMMMMW W W?? ? ? ?? ? ? ? 彎 (II) 扭 (II)彎 (II) 扭 (II)（ 5）按已求得的 值，計算 解上式得： （ 6）按已求得的 值，計算軸的尺寸 由 223 () sMMd ???? 彎 (II) 扭 (II)?? ??223 4 36( 1 5 0 0 0 ) ( 0 .8 3 1 3 5 0 0 ) 6 .4 3 1 0 ( m )0 .1 2 9 1 .3 1 0d???? ? ???可得 式中， 是軸計算 應(yīng)力換算系數(shù) ，用于考慮彎曲與扭轉(zhuǎn)極限應(yīng)力的差別，以及變曲與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力循環(huán)特性的不同， 值可查 機械工程手冊 或直接取值。對 靜強度計算 ，材料為 合金鋼 ， ，則 d = (m) 2. 按疲勞強度計算 ， ,cc??2 1 ( ) , 0. 08c c ck? ? ? ????彎(1)、 (2)、 (3)步驟的計算同 靜強度設(shè)計 。 （ 4）計算零件強度的分布參數(shù) (1 ( ) 0. 43 73 5. 7 31 6. 4 ( MPa )b??? ??拉 ）彎 ＝ ＝( 7 3 5 M P ab? ?拉 ）(b? 拉）對鋼質(zhì)零件，可按如下 近以關(guān)系 來計算對循環(huán)的 彎曲疲勞極限 ： 式中， 拉伸強度極限 ，由 材料手冊 查得 40Cr鋼，調(diào)質(zhì)熱處理， 相應(yīng)尺寸的 。 疲勞極限修正系數(shù) ， 其值按 表 32所列公式計算 。 按第 三強度理論 ， 將載荷換算成 相當彎矩 進行 合成應(yīng)力 計 算 ， 則 值接 r = － 1計算 ， 得 ； 這里 ， K為有 應(yīng)力集中系數(shù) ， 由于軸與齒輪采用緊密配 合 ， 查設(shè)計手冊： K=2。 2k 2 1/kK?2 1 / 0 .5kK??2k所以 ： 0 . 5 3 1 6 . 4 1 5 8 . 2 ( M P a )c? ? ? ?0 . 0 8 1 5 8 . 2 1 2 . 7 ( M P a )c? ? ? ?從而求得 零件疲勞強度 的 分布參數(shù) ： RZ22I()sMMW??? ??? 彎 (I) 扭 (I)2 2 2 21 5 8 . 2 1 . 2 5 2 . 3 2( 1 2 . 7) (0 . 0 8 )c s sRc s snZ ? ? ?? ? ???? ? ???s?9 8 .8 M Pas? ?22 223 4 36() ( 800 0) ( 5 700 0) 9 10 ( m ) 98. 8 10sMMd ???? ??? ? ? ???彎 (I) 扭 (I)? ?3 49 . 6 9 1 0 0 . 0 9 9 ( m )d ?? ? ?（ 5） 按已求得的 值，計算 值 s?解上式，得 。 （ 6）按已求得的 值，計算軸的尺寸 所以 式中取 。 所以 由上可知 ， 該軸 應(yīng)按 疲勞強度設(shè)計 ， 軸的危險截面的直徑 ： d = l 0cm。 疲勞強度的可靠性分析 （略） 系統(tǒng)可靠性設(shè)計 進行 系統(tǒng)可靠性設(shè)計 ，這里 所謂的 系統(tǒng) 是指由零件、部件、子系統(tǒng)所組成，并能完成某一特定功能的 整體 。 系統(tǒng)的可靠性 不僅 取決于 組成系統(tǒng)零、部件的可靠性，而且也 取決于 各組成零部件的相互組合方式。 系統(tǒng)可靠性設(shè)計的內(nèi)容 可分為 兩方面 ： 1） 按 已知 零部件的可靠性數(shù)據(jù)， 計算 系統(tǒng)的可靠性指標 。 2） 按規(guī)定的 系統(tǒng)可靠性指標 ，對各組成零部件 進行 可靠性分配 。 這兩方面工作簡稱作： ■ 系統(tǒng)的可靠性預(yù)測 ■ 系統(tǒng)的可靠性分配 系統(tǒng)可靠性設(shè)計 的 目的 ： 就是要使 系統(tǒng) 在滿足規(guī)定的可靠性指標、完成預(yù)定功能的前提下，使系統(tǒng)的技術(shù)性能、重量指標、制造成本、壽命等各方面取得協(xié)調(diào)，并 求得 最佳的設(shè)計方案 ； 或是在性能、重量、成本、壽命和其它要求的約束下， 設(shè)計出 最佳的 可靠性系統(tǒng) 。 元件可靠性預(yù)測 可靠性預(yù)測 是一種預(yù)報方法，它是從所得的失效率數(shù)據(jù) 預(yù)報 一個元件、部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng) 實際可能達到的可靠度 ，即 預(yù)報 這些元件或系統(tǒng)等在特定的應(yīng)用中 完成規(guī)定功能的概率 。 可靠性預(yù)測 的 目的 是： (1) 協(xié)調(diào)設(shè)計參數(shù)及指標，提高產(chǎn)品的可靠性； (2) 對比設(shè)計方案，以選擇最佳系統(tǒng)； (3) 預(yù)示薄弱環(huán)節(jié)，以采取改進措施。 可靠性預(yù)測 是 可靠性設(shè)計 的重要內(nèi)容之一， 它包括 ： ?元件可靠性預(yù)測 ?系統(tǒng)可靠性預(yù)測 進行 元件可靠性的預(yù)測 ，其主要 工作步驟 如下： （ 1）確定 元件 （ 零件 ） 的基本失效率 元件 （ 零件）的基本失效率 是在一定的使用（或