机械可靠性设计 西北工业大学机电学院吴立言 wulian(@nwpu.edu.cn
机械可靠性设计 西北工业大学 机电学院 吴立言 wuliyan@nwpu.edu.cn
NWI 机械可靠性设计 第一章机械可靠性设计概述 第二章机械可靠性设计基础 第三章可靠性设计基本方法 第四章机械系统的可靠性分析 第五章机械系统的故障分析 第六章机械零件的疲劳强度可靠度分杬
机械可靠性设计 机械可靠性设计 第一章 机械可靠性设计概述 第二章 机械可靠性设计基础 第三章 可靠性设计基本方法 第四章 机械系统的可靠性分析 第五章 机械系统的故障分析 第六章 机械零件的疲劳强度可靠度分析
NWI 可靠性设计概述逾 可靠性是衡量产品质量的一项重要指标。 可靠性长期以来是人们设计制造产品时的一个追求目标。 但是将可靠性作为设计制造中的定量指标的历史却还不长,相关技术也 尚不成熟,工作也不普及。 、可靠性发展简史 第二次世界大战:可靠性问题突出的时期; 上世纪五十年代:开始系统地进行可靠性研究,主要的工作是由美国军 事部门展开。 1952年,美国军事部门、工业部门和有关学术部门联合成立了“电子设备 可靠性咨询组”一 AGREE小组。( Advisory group on reliability of electronic Equipment) 1957年提出了《电子设备可靠性报告》( AGREE报告)该报告首次比较完 整地阐述了可靠性的理论与研究方向。从此,可靠性工程研究的方向才大体 确定下来
可靠性设计概述 机械可靠性设计概述1 可靠性是衡量产品质量的一项重要指标。 可靠性长期以来是人们设计制造产品时的一个追求目标。 但是将可靠性作为设计制造中的定量指标的历史却还不长，相关技术也 尚不成熟，工作也不普及。 一、可靠性发展简史 第二次世界大战：可靠性问题突出的时期； 上世纪五十年代：开始系统地进行可靠性研究，主要的工作是由美国军 事部门展开。 1952年，美国军事部门、工业部门和有关学术部门联合成立了“电子设备 可靠性咨询组”—AGREE小组。（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment） 1957年提出了《电子设备可靠性报告》(AGREE报告)该报告首次比较完 整地阐述了可靠性的理论与研究方向。从此，可靠性工程研究的方向才大体 确定下来
NWI 机械可靠性设计概述 除美国以外,还有前苏联、日本、英国、法国、意大利等一些国家,也 相继从50年代末或60年代初开始了有组织地进行可靠性的研究工作。 本阶段工作的特点: 研究的问题较多集中于针对电器产品; 确定可靠性工作的规范、大纲和标准 组织学术交流等。 在上世纪60年代后期,美国约40%的大学设置了可靠性工程课程。目前 美国等发达国家的可靠性工作比较成熟,其标志性的成果是阿波罗登月计划 的成功。 国内的可靠性工作起步较晚,上世纪50年代末和60年代初在原电子工 业部的内部期刊有介绍国外可靠性工作的报道。 发展最快的时期是上世纪80年代初期,出版了大量的可靠性工作专著、 国家制定了一批可靠性工作的标准、各学校由大量的人投入可靠性的研究
概述2 机械可靠性设计概述 除美国以外，还有前苏联、日本、英国、法国、意大利等一些国家，也 相继从50年代末或60年代初开始了有组织地进行可靠性的研究工作。 在上世纪60年代后期，美国约40％的大学设置了可靠性工程课程。目前 美国等发达国家的可靠性工作比较成熟，其标志性的成果是阿波罗登月计划 的成功。 本阶段工作的特点： 研究的问题较多集中于针对电器产品； 确定可靠性工作的规范、大纲和标准； 组织学术交流等。 国内的可靠性工作起步较晚，上世纪50年代末和60年代初在原电子工 业部的内部期刊有介绍国外可靠性工作的报道。 发展最快的时期是上世纪80年代初期，出版了大量的可靠性工作专著、 国家制定了一批可靠性工作的标准、各学校由大量的人投入可靠性的研究
NWI 机械可靠性设计概述 许多工业部门将可靠性工作列在了重要的地位。如原航空工业部明确 规定,凡是新设计的产品或改型的产品,必须提供可靠性评估与分析报告 才能进行验收和坚定 但国内的可靠性工作曾在90年代初落入低谷,在这方面开展工作的人很 少,学术成果也平平。主要的原因是可靠性工作很难做,出成果较慢。 但在近些年,可靠性工作有些升温,这次升温的动力主要来源于企业对 品质量的重视,比较理智。 我认为,目前国内的可靠性工作仍在一个低水平上徘徊,研究的成果多, 实用的方法少;研究力量分散,缺乏长期规划;学术界较混乱,低水平的文 章随处可见,高水平的成果无人过问
概述3 但国内的可靠性工作曾在90年代初落入低谷，在这方面开展工作的人很 少，学术成果也平平。主要的原因是可靠性工作很难做，出成果较慢。 许多工业部门将可靠性工作列在了重要的地位。如原航空工业部明确 规定，凡是新设计的产品或改型的产品，必须提供可靠性评估与分析报告 才能进行验收和坚定。 但在近些年，可靠性工作有些升温，这次升温的动力主要来源于企业对 产品质量的重视，比较理智。 我认为，目前国内的可靠性工作仍在一个低水平上徘徊，研究的成果多， 实用的方法少；研究力量分散，缺乏长期规划；学术界较混乱，低水平的文 章随处可见，高水平的成果无人过问… 机械可靠性设计概述
NWI 机械可靠性设计概述 二、常规设计与可靠性设计 常规设计中,经验性的成分较多,如基于安全系数的设计。 常规设计可通过下式体现 σ=f(F,l,E,L.)≤[o] Im 计算中,F、l、E、μ、σm等各物理量均视为确定性变量,安全系数则 是一个经验性很强的系数。 上式给出的结论是:若∝[d则安全;反之则不安全 应该说,上述观点不够严谨。首先,设计中的许多物理量明是随机变 量;基于前一个观点,当∝[刁时,未必一定安全,可能因随机数的存在 而仍有不安全的可能性。 在常规设计中,代入的变量是随机变量的一个样本值或统计量,如均 值。按概率的观点,当4。=μl时,∝刁的概率为50%,即可靠度为50%, 或失效的概率为50%,这是很不安全的
二、常规设计与可靠性设计 概述4 常规设计中，经验性的成分较多，如基于安全系数的设计。 常规设计可通过下式体现： S f F l E lim ( , , , ...) [ ] = = 计算中，F、l、E、μ、lim等各物理量均视为确定性变量，安全系数则 是一个经验性很强的系数。 上式给出的结论是：若≤[]则安全；反之则不安全。 应该说，上述观点不够严谨。首先，设计中的许多物理量明是随机变 量；基于前一个观点，当≤ []时，未必一定安全，可能因随机数的存在 而仍有不安全的可能性。 在常规设计中，代入的变量是随机变量的一个样本值或统计量，如均 值。按概率的观点，当μσ= μ [σ]时， ≤[]的概率为50%，即可靠度为50%， 或失效的概率为50%，这是很不安全的。 机械可靠性设计概述
NWI 机械可靠性设计概述 glo] Mol 显然有必要在设计之中引入概率的观点,这就是概率设计,是可靠 性设计的重要内容。 概率设计就是要在原常规设计的计算中引入随机变量和概率运算, 并给出满足强度条件(安全)的概率一可靠度。 机械可靠性设计是常规设计方法的进一步发展和深化,它更为科学 地计及了各设计变量之间的关系,是高等机械设计重要的内容之
概述5 概率设计就是要在原常规设计的计算中引入随机变量和概率运算， 并给出满足强度条件（安全）的概率─可靠度。 机械可靠性设计是常规设计方法的进一步发展和深化，它更为科学 地计及了各设计变量之间的关系，是高等机械设计重要的内容之一。 显然有必要在设计之中引入概率的观点，这就是概率设计，是可靠 性设计的重要内容。 机械可靠性设计概述 g( f f x
NWI 机械可靠性设计概述 、可靠性工作的意义 可靠性是产品质量的一项重要指标。 重要关键产品的可靠性问题突出,如航空航天产品; 量大面广的产品,可靠性与经济性密切相关,如洗衣机等; 高可靠性的产品,市场的竞争力强 四、可靠性学科的内容 ◆可靠性基础理论:数学、失效物理学(疲劳、磨损、蠕变机理)等; 可靠性工程:可靠性分析、设计、试验、使用与维护等 ◆可靠性管理:可靠性规划、评审、标准、指标及可靠性增长; 固有可靠性:由设计所决定的产品固有的可靠性; 使用可靠性:在特定的使用条件下产品体现出的可靠性;
三、可靠性工作的意义 概述6 可靠性是产品质量的一项重要指标。 重要关键产品的可靠性问题突出，如航空航天产品； 量大面广的产品，可靠性与经济性密切相关，如洗衣机等； 高可靠性的产品，市场的竞争力强； 四、可靠性学科的内容 可靠性基础理论：数学、失效物理学(疲劳、磨损、蠕变机理）等； 可靠性工程：可靠性分析、设计、试验、使用与维护等； 可靠性管理：可靠性规划、评审、标准、指标及可靠性增长； 固有可靠性：由设计所决定的产品固有的可靠性； 使用可靠性：在特定的使用条件下产品体现出的可靠性； 机械可靠性设计概述
NWI 机械可靠性设计概述 五、可靠性工作的特点 可靠性是涉及多种科学技术的新兴交叉学科,涉及数学、失效物理学、 设计方法与方法学、实验技术、人机工程、环境工程、维修技术、生产管 理、计算机技术等; 可靠性工作周期长、耗资大,非几个人、某一个部门可以做好的,需 全行业通力协作、长期工作; 目前,可靠性理论不尽成熟,基础差、需发展。 与其他产品相比机械产品的可靠性技术有以下特点 ∞因设计安全系数较大而掩盖了矛盾,机械可靠性技术落后; ∞机械产品的失效形式多,可靠性问题复杂; ∞机械产品的实验周期长、耗资大、实验结果的可参考性差; 机械系统的逻辑关系不清晰,串、并联关系容易混淆
五、可靠性工作的特点 概述7 可靠性是涉及多种科学技术的新兴交叉学科，涉及数学、失效物理学、 设计方法与方法学、实验技术、人机工程、环境工程、维修技术、生产管 理、计算机技术等； 可靠性工作周期长、耗资大，非几个人、某一个部门可以做好的，需 全行业通力协作、长期工作； 目前，可靠性理论不尽成熟，基础差、需发展。 与其他产品相比机械产品的可靠性技术有以下特点： 因设计安全系数较大而掩盖了矛盾，机械可靠性技术落后； 机械产品的失效形式多，可靠性问题复杂； 机械产品的实验周期长、耗资大、实验结果的可参考性差； 机械系统的逻辑关系不清晰，串、并联关系容易混淆； 机械可靠性设计概述
NWI 机械可靠性设计基础 、可靠性定义与指标 1、可靠性定义 G可靠性:( Reliability) 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 维修性:( Maintainability) 在规定的条件下和规定的时间内,按规定的程序和方法完成维 修的能力 G有效性:( Availability) 可维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的能力 有效性→广义可靠性=(狭义)可靠性⊕维修性
机械可靠性设计基础1 机械可靠性设计基础 一、可靠性定义与指标 １、可靠性定义 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。 可靠性：(Reliability) 维修性：(Maintainability) 可维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的能力。 有效性：(Availability) 有效性→广义可靠性＝（狭义）可靠性维修性 在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完成维 修的能力