[理學(xué)]第1章可靠性概述-本科-在線瀏覽
2025-03-08 14:56本頁面
【正文】 ht time, works consistently, keeps appointments and finishes tasks on time, backed up by appropriate timely reports. 可靠性 ? Reliability ?可靠性是一個(gè)廣義概念 ?可靠性工程是系統(tǒng)工程 ? 用概率的觀點(diǎn)看問題－不確定性 ? 在系統(tǒng)層面上看問題－整體性 概率論是數(shù)學(xué)科學(xué)中應(yīng)用最廣泛的一個(gè)分支。 概率乃生命之真實(shí)向?qū)В?Cicero,10643BC 應(yīng)用概率論時(shí)常能得到有趣、驚人的發(fā)現(xiàn)。概率論使我們以新的方式看待和思考世界。 ? 如果載荷和材料性能是完全確定的， 令危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力不超過材料的強(qiáng)度 ，就實(shí)現(xiàn)了零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 ? 為了預(yù)防失效，設(shè)計(jì)者有 兩種方法 ： ? 選用一個(gè) 設(shè)計(jì)安全系數(shù) ，保證材料的最小強(qiáng)度大于最大應(yīng)力； ? 用 隨機(jī)變量 描述設(shè)計(jì)參數(shù)，使 失效概率 低于預(yù)先給定的水平。 ? 一個(gè)有效的方法是將 選擇過程 分解為一系列半定量的決策過程，分別權(quán)衡，最終得出可接受的設(shè)計(jì)安全系數(shù)值。 可靠性概念 ? 可靠性 設(shè)計(jì)原則： P｛ S＞ ?｝ ≥R ? 應(yīng)用概率設(shè)計(jì)方法，需要知道危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力分布和強(qiáng)度分布。 設(shè)計(jì)安全系數(shù)與可靠性評(píng)價(jià)實(shí)例 背景 —問題描述 ? KPBV150減速器二級(jí)行星輪運(yùn)行兩年多之后發(fā)生疲勞斷裂。 ? 從斷口瞬斷區(qū)的相對(duì)面積判斷，行星齒輪的最終斷裂是在正常工作載荷下發(fā)生的。 齒輪失效的可能原因－ FMECA： ? 材料中含有夾雜或其它制造缺陷，在正常工作載荷作用下導(dǎo)致裂紋形核、擴(kuò)展。 ? 裝配誤差過大、運(yùn)行載荷沖擊等原因引起齒輪內(nèi)孔與軸承外圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致內(nèi)孔表面擦傷、微動(dòng)磨損、冷焊等失效形式，最終產(chǎn)生表面微裂紋。行星輪每年載荷循環(huán)次數(shù)大約為： ? *60*8760≈10 7 ? 對(duì)于鋼鐵材料，與 107次載荷作用次數(shù)（壽命）對(duì)應(yīng)的疲勞強(qiáng)度即為疲勞極限。 105 106 107 108 n 鐵合金和鈦 疲勞極限 非鐵合金 N次循環(huán)下的的疲勞強(qiáng)度 s 主要零部件應(yīng)力與變形有限元分析 ? 根據(jù)減速器結(jié)構(gòu)及實(shí)際破壞情況，應(yīng)用有限元方法，分析行星輪的應(yīng)力分布，確定應(yīng)力最大的部位及最大應(yīng)力值，作為強(qiáng)度與壽命評(píng)價(jià)的依據(jù)之一。 ? 材料疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果：疲勞極限＝ 432MPa。 ???niis RR1? 第 1章 可靠性工程概述 ? 產(chǎn)品的可靠性與安全性 ? 工程中處處都有可靠性與安全性問題。而核電站、高速列車的安全運(yùn)行，都要以可靠性技術(shù)為基礎(chǔ)。 ? 什么是可靠性呢？ ? 產(chǎn)品（零部件、系統(tǒng)）的可靠性： ? 產(chǎn)品在規(guī)定條件下，規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。因此以數(shù)學(xué)形式表示的可靠性特征量是時(shí)間的函數(shù)。 ? “ 規(guī)定功能 ” 是要明確具體產(chǎn)品的功能是什么，以及怎樣才算是完成規(guī)定功能。 ? 機(jī)械產(chǎn)品一般是可維修的，要使一臺(tái)設(shè)備發(fā)揮更好的作用，不僅要求在單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的故障次數(shù)少，故障間隔時(shí)間長，而且要求維修時(shí)間短。 ? 可靠性是許多工程領(lǐng)域共同關(guān)心的問題 ? 不同領(lǐng)域的可靠性問題有各自不同的特點(diǎn)。 ? 隨著系統(tǒng)的復(fù)雜化，可靠性變得更加重要 : ? (1)工程系統(tǒng)日益龐大和復(fù)雜。 ? (3)系統(tǒng)要求的持續(xù)無故障任務(wù)時(shí)間加長。 ? (5)市場(chǎng)競(jìng)爭的影響。 ? 可靠性物理 －－失效現(xiàn)象、機(jī)理與檢測(cè)方法等。立足于系統(tǒng)工程方法，運(yùn)用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)工具，研究產(chǎn)品故障，找出薄弱環(huán)節(jié)，確定提高產(chǎn)品可靠性的途徑，并綜合地權(quán)衡經(jīng)濟(jì)、功能等方面的得失，使產(chǎn)品的可靠性達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。 。 ? （ 2） 可靠性設(shè)計(jì) －建立可靠性模型，進(jìn)行可靠性分配，選擇和控制部件指標(biāo)，確定可靠性關(guān)鍵部件等。產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)階段的主要內(nèi)容還包括預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)對(duì)象的可靠度、找出并消除薄弱環(huán)節(jié)、不同設(shè)計(jì)方案之間的可靠性指標(biāo)比較等。 ? （ 4） 可靠性評(píng)價(jià) －對(duì)零件及系統(tǒng)的失效模式、影響及危害性分析、故障樹分析、概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等。右上圖是在可靠性活動(dòng)方面所付出的成本的理論 “ 費(fèi)用 效益 ” 關(guān)系的一般表述。 ? 經(jīng)驗(yàn)表明，更為實(shí)際的狀況如右下圖所示。 ? “用在有效可靠性工作上的所有費(fèi)用都是一種投資，通常都會(huì)在短期內(nèi)就有較大的回報(bào)。 ? 可靠性學(xué)科是第二次世界大戰(zhàn)后從電子產(chǎn)品領(lǐng)域發(fā)展起來的。至今為止，應(yīng)力－強(qiáng)度干涉模型仍是機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中使用的最基本的模型。分別用 h(s)和 f(S)表示它們的概率密度函數(shù)，借助于應(yīng)力 強(qiáng)度干涉分析，可以得出如下形式的零件的可靠度 R的計(jì)算公式： () ? 這里，應(yīng)力和強(qiáng)度都是廣義的概念。 ?? ??? s dsdSSfshR ])([)(0? 1957年，美國電子設(shè)備可靠性咨詢委員會(huì)發(fā)表了題為 “ 軍用電子設(shè)備的可靠性 ” 的電子產(chǎn)品可靠性理論和方法的奠基性文獻(xiàn)，標(biāo)志著可靠性工程已經(jīng)發(fā)展成為一門獨(dú)立的工程學(xué)科。 ? 根據(jù)傳統(tǒng)的觀點(diǎn)（假設(shè)），系統(tǒng)的可靠度可以由零件的可靠度確定。 ? 顯然，以上系統(tǒng)可靠性模型都隱含著這樣一個(gè)假定條件：系統(tǒng)中各零件的失效是相互獨(dú)立的。七十年代， D. Kececioglu和 . Haugen等人提出了一整套基于干涉模型的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)方法，并在工程上得到了應(yīng)用。因此，疲勞載荷 疲勞強(qiáng)度干涉模型本質(zhì)上應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)概率模型。這樣，就將動(dòng)態(tài)概率模型轉(zhuǎn)變成了靜態(tài)概率模型。 產(chǎn)品可靠性指標(biāo) ? 1． 可靠度 ? 可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，記為 R(t)。若產(chǎn)品壽命 t的概率密度函數(shù)為 f(t)，可靠度函數(shù)可用公式表示如下： （ t≥0 ） （ 14） ? 顯然，可靠度是時(shí)間的單調(diào)減函數(shù)，隨著時(shí)間 t的增加，可靠度函數(shù) R(t)單調(diào)下降，且有 0≤R(t)≤1 。 ??? t dttftR )()(?? t dttftF 0 )()(? ? 可靠度、失效概率的統(tǒng)計(jì)意義可表述如下： ? 設(shè)有 n個(gè)同一型號(hào)的產(chǎn)品（概率意義上相當(dāng)于屬于同一母體），工作到時(shí)刻 t時(shí)有 n(t)個(gè)失效，則 （ 16）
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