零件可靠性設(shè)計(6)

1、 l “短板效應(yīng)” 整機的可靠性往往取決于最薄弱環(huán)節(jié)l 靜強度問題 屈服、失穩(wěn)、塑性變形、斷裂l 時間有關(guān) 疲勞問題、磨損問題、老化問題、腐蝕問題l 典型零部件的概率設(shè)計是人們設(shè)計經(jīng)驗的一個總結(jié)考慮零部件的特點 結(jié)合了失效模式和失效原因1、軸的概率設(shè)計分析l 軸的分類按形狀：直軸、階梯軸、曲軸按載荷：傳動軸(扭矩)、心軸（彎）、轉(zhuǎn)軸（彎扭）l 軸的主要失效模式屈服失效疲勞斷裂變形超過允許值磨損腐蝕 扭振1、軸的概率設(shè)計分析 軸可靠性的主要影響因素n扭矩 主要對長軸的強度可靠性影響比較大n轉(zhuǎn)速 影響軸系的振動，易發(fā)生共振問題，進(jìn)而使軸發(fā)生變形和異常磨損n彎矩 短軸強度可靠性的主要影響因素n半徑

2、影響軸的強度和剛度可靠性的重要因素n倒角 主要影響軸的應(yīng)力集中系數(shù)1.1 傳動軸的概率設(shè)計扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)變形量 GdMlGIMlp432傳動軸的長度波松比彈性模量剪切彈性模量，lEEGG)1 (2不同的失效判據(jù)，建立不同的功能函數(shù)316dMWMSTTT(1) 傳動軸應(yīng)力的計算公式1.1 傳動軸的概率設(shè)計常用國產(chǎn)機械材料剪切疲勞強度極限（光滑試樣）材 料-1/MPa材 料-1/MPa45（正火）167.940Cr(調(diào)質(zhì))296.945（調(diào)質(zhì)）200.340CrNiMo(調(diào)質(zhì))407.9標(biāo)準(zhǔn)差的確定:(1)查手冊(2)3準(zhǔn)則(3)統(tǒng)計試驗性能參數(shù)變異系數(shù)金屬抗拉強度0.05(0.05-0.10

3、)金屬屈服強度0.07（0.05-0.10）金屬疲勞極限0.08（0.05-0.10），試驗確定焊接結(jié)構(gòu)疲勞極限0.1（0.05-0.15）金屬的斷裂韌性0.07（0.05-0.13）(2) 傳動軸強度的確定1.1 傳動軸的概率設(shè)計n屈服失效n變形過大n疲勞失效3TT161dMSZT剪切應(yīng)力剪切靜強度GdMlZ4322變形量許用變形量316)()(3dMNSNZT剪切應(yīng)力剪切疲勞強度(3)根據(jù)失效模式失效判據(jù)建立功能函數(shù)1.1 傳動軸的概率設(shè)計 其他影響因素隨機性的確定n均值，采用名義值n標(biāo)準(zhǔn)差 圓形、矩形、方形截面影響載荷扭矩影響疲勞強度材料熱處理影響應(yīng)力集中倒角影響疲勞強度表面處理半徑傳動

4、軸的長度波松比彈性模量剪切彈性模量，dlEEGG)1 (2 找出或建立量化關(guān)系1.2 彎軸、轉(zhuǎn)軸的概率設(shè)計彎曲應(yīng)力 彎曲變形 332dMSnEIlMEIMlynsn316max2maxl 應(yīng)力、強度的計算公式不同l 失效準(zhǔn)則不同屈服失效變形過大疲勞失效與傳動軸類似2、齒輪的概率設(shè)計分析l 齒輪的分類2、齒輪的概率設(shè)計分析l 齒輪的主要失效模式輪齒折斷：疲勞、過載、隨機磨損：摩擦、磨粒、腐蝕齒面接觸疲勞：點蝕、剝落齒面膠合：熱膠合、冷膠合齒面塑性變形2、齒輪的概率設(shè)計分析n 齒根彎曲疲勞強度失效判據(jù)n 齒面接觸疲勞強度失效判據(jù))(FFSFFSPRZ2.1 漸開線圓柱齒輪的概率設(shè)計)(HHSHHS

5、PRZ2、齒輪的概率設(shè)計分析FFVAFSnFKKKKYYnbdmP31095492重合度與螺旋角系數(shù)齒形系數(shù)齒間載荷分析系數(shù)齒向載荷分配系數(shù)動載系數(shù)使用系數(shù)YYKKKKFSFFVA齒根彎曲應(yīng)力的計算公式齒根彎曲強度的計算公式minFFXRrelrelNEFSSYYYY螺旋角傳遞的功率齒寬轉(zhuǎn)速齒數(shù)法面模數(shù)Pbnzmn數(shù)彎曲強度最小安全系尺寸系數(shù)表面狀況系數(shù)齒根圓角敏感系數(shù)壽命系數(shù)本值齒輪材料彎曲強度基limFFXRrelrelNESYYYY2、齒輪的概率設(shè)計分析、齒輪的概率設(shè)計分析復(fù)合齒形系數(shù)壽命系數(shù)尺寸系數(shù)2、齒輪的概率設(shè)計分析l 彎曲疲勞強度失效的功能函數(shù)FFVAFSnXRrelrelNEF

6、FSKKKKYYnbdmPYYYYZ3F10954921 簡化計算時，可選定P、n、KA、KV、b、FE6個基本參量作為隨機變量，其它基本參量按常量對待。2、齒輪的概率設(shè)計分析HHVAEHHKKKKuunbdPZZZ1109549223齒面接觸應(yīng)力的計算公式齒面接觸強度的計算公式minlimHXWLVRNHHSSZZZZ齒面接觸疲勞強度失效的功能函數(shù)HHVAEHXWLVRNHHHSKKKKuunbdPZZZZZZZZ11095492223lim 簡化計算時，可選定P、n、KA、KV、b、Hlim6個基本參量作為隨機變量，其它基本參量按常量對待。l 接觸疲勞強度失效的功能函數(shù)3、螺栓的概率設(shè)計分

7、析l 螺栓的主要失效模式剪斷或擠壓變形拉斷、塑性變形、疲勞破壞3、螺栓的概率設(shè)計分析ndFj24受剪時的剪應(yīng)力計算公式 受軸向載荷時的計算公式 214dFAFgFCCCFF211212(1) 螺栓應(yīng)力的計算公式3、螺栓的概率設(shè)計分析(2) 螺栓強度的確定屈服極限，疲勞極限等，查閱相關(guān)手冊(3) 功能函數(shù)靜強度，利用應(yīng)力的計算公式建立交變載荷作用下的螺栓，應(yīng)按照疲勞可靠性理論具體的失效模式和失效判據(jù)建立4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析l 按受載分類壓縮彈簧拉伸彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧彎曲彈簧l 按形狀分螺旋鋼板彈簧蝶形彈簧4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析l 彈簧的主要失效模式過量塑性變形

8、（拉伸彈簧的簧絲/鉤環(huán)）疲勞斷裂屈曲失效靜拉伸斷裂（扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧）共振失效（承受高頻載荷）4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析4.1 螺旋彈簧(1)剪切疲勞強度：剪切疲勞強度大于循環(huán)應(yīng)力(2)剪切靜強度：剪切屈服極限s大于最大剪應(yīng)力max(3)屈曲：屈曲臨界載荷Pn大于最大工作載荷Pmax (4)抗共振：彈簧的最大工作頻率與固有頻率 之比不落在區(qū)間（a，b）范圍內(nèi))( PR)(maxsPR)(maxPPPRn)()(baPR4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析(1)螺旋彈簧應(yīng)力/應(yīng)變的計算l 公式法l 有限元法)615. 04414(83CCCdFD4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概

9、率設(shè)計分析(2)螺旋彈簧強度的確定載荷循環(huán)次數(shù)N104105106107N0.45b0.35b0.33b0.3b彈簧材料的疲勞極限 彈簧材料的剪切強度極限 4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析 實例： 某復(fù)位簧為圓柱螺旋壓縮彈簧，材料為60Si2MnA，為油淬回火的鋼絲。彈簧剛度k=15.3N/mm，彈簧中徑=20mm，鋼絲直徑=3.5mm，有效圈數(shù)n=12，最大軸向壓縮載荷Pmax=417.7N，載荷性質(zhì)為II組?；山z剪切屈服極限為686MPa 4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析隨機變量說明分布類型均值標(biāo)準(zhǔn)差D彈簧中徑正態(tài)200.01d簧絲直徑正態(tài)3.50.002Pmax最大載

10、荷正態(tài)417.710剪切屈服極限正態(tài)68648最大剪切應(yīng)力公式法計算-)615. 04414(83maxCCCdDPZ主要參數(shù)的分布參數(shù)剪切屈服的功能函數(shù)4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析l 剪切屈服可靠度計算結(jié)果：R=0.912壽命 (次)3000100001000005000001000000500000010000000可靠度R1.01.00.999920.999790.999750.998770.997674、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析4.2 鋼板彈簧l 主要失效模式鋼板疲勞斷裂 疲勞強度判據(jù)少數(shù)靜強度失效 靜強度判據(jù)4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析(1) 鋼板彈簧應(yīng)力的計算n展開法n板端法n有限元法4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析牌號熱處理機械性能淬火溫度冷卻劑回火溫度屈服極限強度極限55Si2Mn870C油480 C1200MPa1300MPa55Si2MnVB860C油460 C1250MPa1400MPa60Si2Mn870C油480 C1200MPa1300MPa60Si2MnA870C油480 C1400 MPa1600MPa(2) 鋼板彈簧強度的確定注：疲勞強度應(yīng)該按照疲勞理論確定常用鋼板彈簧材料的強度極限4、彈簧的概率設(shè)計分析、彈簧的概率設(shè)計分析4.3 蝶形彈簧變剛度特性墊圈、離合器壓力、壓力