數(shù)理統(tǒng)計(jì)CH8_機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)ppt課件

1、第8章機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)Machine Reliability Design可靠性概念可靠性根本實(shí)際機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)第8章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)本章內(nèi)容本章內(nèi)容8.1可靠性概念Reliability Meaning第8章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)可靠性(Reliability)定義 產(chǎn)品在1規(guī)定條件下和2規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成3規(guī)定功能的才干經(jīng)典定義中國(guó)1982年, GB3187-82 美國(guó)1966年, MIL-STD-721B義務(wù)可靠性 GB450-88, MIL-STD-785B 產(chǎn)品在規(guī)定的義務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的才干根本可靠性 GB450-88, MIL-STD-785B 產(chǎn)

2、品在規(guī)定條件下無缺點(diǎn)的繼續(xù)時(shí)間或概率。8.1 可靠性概念(1)可靠性可靠度Reliability 產(chǎn)品在1規(guī)定條件下和2規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成3規(guī)定功能的概率?？煽慷仁菚r(shí)間的函數(shù)，記為R(t)，稱可靠度函數(shù)。用概率論解釋，R(t)是壽命隨機(jī)變量T大于某指定壽命觀測(cè)t的概率。 ( )0( )1R tP TtR t(2)可靠度8.1 可靠性概念不可靠度(Non-Reliability) 亦稱失效概率。指產(chǎn)品在1規(guī)定條件下和2規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能完成3規(guī)定功能的概率。不可靠度也是時(shí)間的函數(shù)，記為Q(t)，稱作失效(缺點(diǎn))概率函數(shù)或不可靠度函數(shù)。用概率論解釋， Q(t)是壽命隨機(jī)變量T的分布函數(shù)。( )0( )1Q

3、 tP TtQ t1)()(tTPtTPtQtR(3)不可靠度8.1 可靠性概念8.2可靠性實(shí)際Reliability Theory第8章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)8.2 可靠性實(shí)際(1)產(chǎn)品壽命的頻數(shù)分布產(chǎn)品壽命T(2)產(chǎn)品壽命的概率分布失效分布函數(shù)失效概率密度 0( )( )1tQ tf t dtR tQ t 8.2 可靠性實(shí)際失效率(Failure Rate) 任務(wù)到某時(shí)辰尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)辰后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。 ( )( )11( )( )( )( )QtttdNtf ttR tNdtR t時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)工作到 時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)(3)失效率N產(chǎn)品總數(shù)產(chǎn)品總數(shù)NQ失效

4、產(chǎn)品數(shù)失效產(chǎn)品數(shù)8.2 可靠性實(shí)際100件產(chǎn)品，任務(wù)件產(chǎn)品，任務(wù)5年失效年失效4件件任務(wù)任務(wù)6年失效年失效7件，求失效率件，求失效率 3333365174 150.031253.125%100410 h36524 108.76 10 h748.76 10 h50.36 10 h1004QQQNttNtttNNttt 以年作時(shí)間單位，則年年年以為時(shí)間單位，則(3)失效率8.2 可靠性實(shí)際(3)失效率早期失效區(qū)正常工作區(qū)功能失效區(qū)使用壽命期和偶然故障期試車跑合期耗損、疲勞、老化期(t)t產(chǎn)品的三種失效摸式 8.2 可靠性實(shí)際(4)失效分布 ( )1ttf tt R tR tee假設(shè)產(chǎn)品失效率等于常

5、數(shù)，那么產(chǎn)品失效服從指數(shù)分布 2211,8.2 可靠性實(shí)際(4)失效分布2212121( )21( )2ttttQ tedtR tedt8.2 可靠性實(shí)際零件應(yīng)力和強(qiáng)度等參數(shù)多是正態(tài)分布部件和機(jī)器壽命多是正態(tài)分布 221212( )( )ttf tetR tedt(4)失效分布8.2 可靠性實(shí)際產(chǎn)品失效服從正態(tài)分布時(shí)的失效率：零件應(yīng)力和強(qiáng)度等參數(shù)多是正態(tài)分布部件和機(jī)器壽命多是正態(tài)分布 MTBF-Mean Time Between Failures201200( )12110tttttMTBFR t dtMTBFedt dttMTBFedtet 計(jì)算公式正態(tài)分布指數(shù)分布(5)平均壽命和平均失效時(shí)

6、間8.2 可靠性實(shí)際8.3機(jī)械強(qiáng)度可靠性Reliability on Mechanical Strength第8章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠性(1)強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)流程載荷統(tǒng)計(jì)和概率分布統(tǒng)計(jì)和概率分布材料機(jī)械性能應(yīng)力統(tǒng)計(jì)和概率分布概率分布強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)和其它隨機(jī)因素幾何尺寸分布和干涉模型機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)力計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算(2)零件應(yīng)力強(qiáng)度形狀8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠性(2)零件應(yīng)力強(qiáng)度形狀8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠性(2)零件應(yīng)力強(qiáng)度形狀8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠性(3)零件應(yīng)力強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化常規(guī)設(shè)計(jì)最初安全度實(shí)際安全裕量強(qiáng) 度 分 布衰 減 曲 線強(qiáng) 度 變 化不 安 全 區(qū)應(yīng) 力 分 布habtx8.3

7、 機(jī)械強(qiáng)度可靠性 strengthstressstrengthstress22stressstrengthstrengthstress22stressstrength0R tP XXP Z (4)零件可靠度計(jì)算應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)的可靠度：8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠性(4)零件可靠度計(jì)算8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠性應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)的可靠度： strengthstress22stressstrengthstrengthstress22stressstrength1可靠度指數(shù)可靠度失效概率zR tQ tR t (4)零件可靠度計(jì)算8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠性 stressstressstrengthst

8、rengthstrength18022.513013ab14某零件強(qiáng)度和工作應(yīng)力和若強(qiáng)度和應(yīng)力均服從正態(tài)分布，試計(jì)算零件的可靠度和失效概率。若使強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差降到，試計(jì)算零件的可靠度和失效概率。MPaMPaMPaMPaMPa零件可靠度計(jì)算例如：(4)零件可靠度計(jì)算零件強(qiáng)度規(guī)范差為22.5MPa時(shí)的可靠度8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠性 strengthstress22stressstrength221801301.92422.5131.9240.9728110.97280.0272可靠度指數(shù)可靠度失效概率zR tzQ tR t (4)零件可靠度計(jì)算零件強(qiáng)度規(guī)范差為14.0MPa時(shí)的可靠度8.3 機(jī)械強(qiáng)度可靠

9、性 strengthstress22stressstrength22180 1302.61814132.6180.9956110.99560.0044可靠度指數(shù)可靠度失效概率zR tzQ tR t 8.4機(jī)械系統(tǒng)可靠性Reliability on Mechanical System第8章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)系 統(tǒng)子 系 統(tǒng) 1子 系 統(tǒng) 2子 系 統(tǒng) 3輸 入輸 出單 元 1單 元 2單 元 3單 元 4單 元 1單 元 2單 元 3單 元 4單 元 1單 元 2單 元 3單 元 48.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性(1)系統(tǒng)的組成和構(gòu)造 系統(tǒng)可靠性不僅取決于組成系統(tǒng)的單元可靠性，而且也取決于單元的組合方式。

10、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面的含義，其一是可靠性預(yù)測(cè)，其二是可靠性分配。 (2)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性nn - 121( c )(3)串聯(lián)模型(a)原理框圖;(b)可靠性框圖;(c)可靠性模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性(3)串聯(lián)模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)行走系統(tǒng)遷延機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠度(3)串聯(lián)模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性發(fā)動(dòng)機(jī)行走系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)懸掛犁懸掛犁耕機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠度(3)串聯(lián)模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性三角膠帶傳動(dòng)帶輪三角膠帶三角膠帶123三角膠帶傳動(dòng)的可靠度串聯(lián)單向閥系統(tǒng)的并聯(lián)可靠性模型 輸 入輸 出12輸 入輸 出(4)并聯(lián)模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性1

11、2n-1n(4)并聯(lián)模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性輸入輸出1n1n1-1212n2-1n212n4-1n412n5-1n512n3-1n3(5)串并型混聯(lián)模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性輸入輸出12n1-1n1n3n3-121n2n2-121(6)并串型混聯(lián)模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性輸入輸出12n-1n工作單元等待單元轉(zhuǎn)換開關(guān)(7)備用冗余模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性輸入輸出14532(8)非并非串的復(fù)雜模型8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性(9)表決模型n-1n輸入輸出12K/n(G)8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性nn - 121( c ) 1n 系統(tǒng)工作單元 工作單元 工作 niiStRtR1串聯(lián)可靠性系統(tǒng)的可靠度(10

12、)串聯(lián)模型可靠度預(yù)測(cè)8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性 1234551 0.99;0.99;0.98;0.97;0.96 0.99 0.99 0.98 0.97 0.960.895SiitR tR tR tR tR ttR tR t某產(chǎn)品可靠性為串聯(lián)模型，各單元 時(shí)刻的可靠度如下：時(shí)刻產(chǎn)品(系統(tǒng))的可靠度預(yù)測(cè)如下： 串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)可靠度隨組成單元數(shù)添加而降低，其值低于單元可靠度最小值，故系統(tǒng)由等壽命單元組成較好，且單元越少越好。 (10)串聯(lián)模型可靠度預(yù)測(cè)8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性12n-1n 1n 系統(tǒng)失效單元 失效單元 失效 niiStQtQ1 niiSStRtQtR1111并聯(lián)可靠性系統(tǒng)的可靠度(11)并聯(lián)模

13、型可靠度預(yù)測(cè)8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性 某飛機(jī)由3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)飛行班次要用10小時(shí)，只需有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)飛機(jī)就不致墜落。假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)失效為指數(shù)分布，且各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的失效率分別為0.01h、0.02h和0.03h，試預(yù)測(cè)此飛機(jī)的航行可靠度。(11)并聯(lián)模型可靠度預(yù)測(cè)8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性(11)并聯(lián)模型可靠度預(yù)測(cè) 0.0001 1010.0002 1020.0003 10331;1,2,3;10h100.999100.998100.9971110110.99910.99810.99710.0000000060.999999994itisiisR teitReReReR tR tR 單元可靠度計(jì)算系

14、統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性(11)并聯(lián)模型可靠度預(yù)測(cè) 由計(jì)算結(jié)果可知，并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)恰好和串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)相反，它的可靠度總是大于系統(tǒng)中任一個(gè)單元的可靠度?；蛘哒f，各單元的可靠度均低于系統(tǒng)的可靠度。另外，并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的組成單元越多，系統(tǒng)的可靠度越大?；蛘哒f，每個(gè)單元的可靠度可以越低。8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性輸入12112212nk-1nkn3-1n2-1n3n2輸出n1-1n1輸入輸出12n1-1n1nknk-121(12)混聯(lián)模型可靠度預(yù)測(cè) 21111inkSijiRtR t 11111inkSijiRtR t 8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性 111;1,2,nnSiSiiiSniSiRtR ttttR tRt

15、tinn 可靠度公式等同法單元可靠度分配：nn - 121( c )(13)串聯(lián)模型可靠性分配8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性 某機(jī)械產(chǎn)品由功能完全一樣的3個(gè)部件構(gòu)成，且一個(gè)部件失效系統(tǒng)亦失效。假設(shè)此機(jī)械產(chǎn)品的可靠度設(shè)計(jì)目的為大于0.98，試計(jì)算分配給每個(gè)部件的最小可靠度。假設(shè)產(chǎn)品的失效率設(shè)計(jì)目的為小于0.0001/h，求各單元的最大失效率。 (13)串聯(lián)模型可靠性分配8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性(13)串聯(lián)模型可靠性分配 350.980.99330.00013.3 10131,2,3niSSiR tRtttni等同法單元可靠度分配：等同法單元失效率分配：h8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性12n-1n(14)并聯(lián)模型可靠性分配 1111111,2,nSiiniSRtR tR tRtin 可靠度公式等同法單元可靠度分配8.4 機(jī)械系統(tǒng)可靠性 某機(jī)械產(chǎn)品由功能完全一樣的3個(gè)部件