機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)分析-案例

案例教學(xué)機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)分析10/18/20231某鎖機(jī)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)分析某鎖機(jī)構(gòu)產(chǎn)品說(shuō)明某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析了解強(qiáng)度分析仿真了解動(dòng)力學(xué)分析仿真了解可靠性分析仿真10/18/20232錐桿式概述10/18/20233概述錐桿式10/18/20234概述錐桿式10/18/20235概述周邊外翻式10/18/20236概述周邊內(nèi)翻式10/18/20237產(chǎn)品說(shuō)明某鎖結(jié)構(gòu)示意圖10/18/20238單鎖運(yùn)動(dòng)仿真10/18/20239鎖系運(yùn)動(dòng)仿真10/18/202310某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析某鎖機(jī)構(gòu)FMEA實(shí)施

對(duì)接鎖系功能分析故障判據(jù)對(duì)接鎖系故障模式分析嚴(yán)酷度定義危害性定性分析

FMECA輸出I、II類故障模式(零件)清單危害性矩陣

10/18/202311某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析圖1主動(dòng)鉤組件結(jié)構(gòu)功能圖

10/18/202312某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析某鎖機(jī)構(gòu)〔正?！硨?duì)接階段功能流程圖10/18/202313某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析故障判據(jù)在正常的設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)和環(huán)境條件下，但凡滿足不了對(duì)接鎖系設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求的故障，都定為系統(tǒng)故障。壽命期內(nèi)某鎖系自身引起的故障〔不含人為故障〕均計(jì)為影響系統(tǒng)根本可靠性的關(guān)聯(lián)故障；在任務(wù)剖面中，凡不能完成某鎖系正常功能的故障計(jì)為影響任務(wù)的關(guān)聯(lián)故障。零件級(jí)產(chǎn)品故障判據(jù)組件級(jí)產(chǎn)品故障判據(jù)部件級(jí)產(chǎn)品故障判據(jù)10/18/202314某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析表

14對(duì)接鎖系故障嚴(yán)酷度的定義嚴(yán)酷度類別嚴(yán)重程度定義Ⅰ類(災(zāi)難的)這是一種會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)（被動(dòng)）航天器毀壞或引起航天員傷亡的故障。Ⅱ類(致命的)這種故障會(huì)導(dǎo)致航天器部分系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞，不能完成基本功能或影響航天員健康的故障。Ⅲ類(臨界的)這種故障會(huì)引起航天器的部分功能無(wú)法完成，為了完成這些功能，需要采取應(yīng)急措施，對(duì)航天員的健康有些影響。Ⅳ類(輕度的)這種故障對(duì)航天器的功能及航天員健康無(wú)影響，僅輕度影響產(chǎn)品有效使用和操作。嚴(yán)酷度定義10/18/202315某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析對(duì)接鎖系故障模式發(fā)生概率等級(jí)定義等級(jí)定義故障模式發(fā)生概率的特征故障模式發(fā)生概率（在產(chǎn)品使用時(shí)間內(nèi)）A經(jīng)常發(fā)生高概率某一故障模式發(fā)生概率大于產(chǎn)品總故障概率的20%B有時(shí)發(fā)生中等概率某一故障模式發(fā)生概率大于產(chǎn)品總故障概率的10%，小于20%C偶然發(fā)生不常發(fā)生某一故障模式發(fā)生概率大于產(chǎn)品總故障概率的1%，小于10%D很少發(fā)生不大可能發(fā)生某一故障模式發(fā)生概率大于產(chǎn)品總故障概率的0.1%，小于1%E極少發(fā)生近乎為零某一故障模式發(fā)生概率小于產(chǎn)品總故障概率的0.1%危害性定性分析10/18/202316某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析FMEA輸出I、II類故障模式(零件)清單10/18/202317某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析頂事件的選擇和描述故障樹的建造故障樹的定性分析故障樹分析的結(jié)果和建議10/18/202318某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析某鎖機(jī)構(gòu)頂事件的選擇和描述序號(hào)頂事件定義說(shuō)明1不同步是指同一組鎖的主動(dòng)鎖鉤不能滿足同步性要求2鎖緊失敗是指在主、被動(dòng)航天器對(duì)接過(guò)程中，鎖系正常鎖緊失敗后，備份鎖緊失敗。（這里對(duì)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換裝置的可靠性不進(jìn)行展開分析）3鎖緊保持失敗是指在主、被動(dòng)航天器在聯(lián)合飛行期間，主、被動(dòng)鎖系結(jié)構(gòu)無(wú)法保持結(jié)構(gòu)完整性。10/18/202319某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析故障樹的建造鎖緊失敗故障樹10/18/202320某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析故障樹定性分析鎖緊失敗故障樹的最小割集10/18/202321某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析故障樹定性分析底事件清單10/18/202322某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析故障樹分析的結(jié)果和建議10/18/202323強(qiáng)度分析仿真輸入條件功能分析材料屬性工作環(huán)境載荷分析計(jì)算輸出結(jié)果零件靜強(qiáng)度分析計(jì)算組合件整體分析計(jì)算零件、組件比照分析10/18/202324強(qiáng)度分析仿真材料屬性10/18/202325載荷分析計(jì)算某鎖載荷、約束示意圖10/18/202326傳力路線分析主動(dòng)鉤組件傳力路線10/18/202327鎖系靜強(qiáng)度分析計(jì)算零件的應(yīng)力變形云圖零件承載能力分析組件的應(yīng)力變形云圖零件、組件計(jì)算結(jié)果比照分析10/18/202328零件計(jì)算例如主動(dòng)鎖鉤常溫下的應(yīng)力變形云圖10/18/202329零件計(jì)算結(jié)果10/18/202330動(dòng)力學(xué)分析仿真由于多柔體動(dòng)力學(xué)分析仿真計(jì)算量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于剛性體動(dòng)力學(xué)分析，為了仿真效率，采用了雙Xeon核心處理器的工作站進(jìn)行計(jì)算，仿真計(jì)算環(huán)境如下：〔1〕軟件環(huán)境操作系統(tǒng)：windows2000serversp4仿真軟件：MSC.adams2005r2〔2〕硬件環(huán)境處理器：雙XeonP42.8GHz處理器物理內(nèi)存：KingstonEccReg奇偶校驗(yàn)工作站專用內(nèi)存4×1G儲(chǔ)存介質(zhì)：雙SataII80G×2組raid0磁盤陣列為了充分利用系統(tǒng)資源，采用了多線程處理技術(shù)來(lái)提高仿真速度，利用外部單獨(dú)的adamssolver求解模塊進(jìn)行多線程計(jì)算。仿真時(shí)間：16916.78cpuseconds〔約4.7小時(shí)〕10/18/202331動(dòng)力學(xué)分析仿真單組鎖動(dòng)力學(xué)模型〔含柔性繩索，顯示了全部的約束和碰撞關(guān)系〕10/18/202332動(dòng)力學(xué)分析仿真繩輪驅(qū)動(dòng)力矩vs偏心軸轉(zhuǎn)角10/18/202333動(dòng)力學(xué)分析仿真鎖系鎖緊前期的繩輪轉(zhuǎn)角vs時(shí)間10/18/202334動(dòng)力學(xué)分析仿真被動(dòng)鎖碟簧力vs偏心軸轉(zhuǎn)角性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)低溫-50℃10/18/202335動(dòng)力學(xué)分析仿真滑輪、繩輪與鋼絲繩索之間的空間摩擦特性對(duì)同步性影響較大；鋼絲繩索和碟簧的預(yù)緊力對(duì)鎖系同步性影響較大；碟簧的阻尼系數(shù)對(duì)鎖系動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的穩(wěn)定性影響較大；電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩曲線對(duì)鎖系同步性較大；按照理論模型優(yōu)化結(jié)果，設(shè)置遞增預(yù)緊力，滯后最嚴(yán)重的不一定是最后一把單鎖，鎖系各單鎖之間存在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，該過(guò)程受多種因素影響，主要有摩擦系數(shù)以及剛性阻尼系數(shù)等。10/18/202336動(dòng)力學(xué)分析仿真動(dòng)力學(xué)仿真分析總結(jié)：通過(guò)仿真模擬了對(duì)接、拉緊保持和解鎖三個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，得到的結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較吻合。建立了空間三維載荷環(huán)境，給出了對(duì)接鎖中各重要零部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及受力情況，并且充分考慮了碰撞摩擦力、運(yùn)動(dòng)副摩擦力、碰撞作用力等對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程影響較大的關(guān)鍵參數(shù)。實(shí)現(xiàn)了離散化多柔體動(dòng)力學(xué)仿真，解決了柔性繩索動(dòng)力學(xué)