机械可靠性设计—概论及特征量(第一讲)—2015 (2)

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1、第第1章章 绪绪 论论第第2章章 可靠性数学基础可靠性数学基础第第3章章 机械可靠性设计原理与可靠度设计机械可靠性设计原理与可靠度设计第第4章章 机械系统可靠性设计机械系统可靠性设计第第5章章 故障模式影响及危害（故障模式影响及危害（FMECA）与故障树分析）与故障树分析第第6章章 机械零部件的可靠性设计机械零部件的可靠性设计第第7章章 机械可靠性优化设计及可靠性提高（简介）机械可靠性优化设计及可靠性提高（简介）第第1章章 绪绪 论论1.1可靠性研究的历史可靠性研究的历史1.2可靠性研究的意义可靠性研究的意义1.3可靠性的定义及基本内容可靠性的定义及基本内容1.4可靠性的特征量可靠性的特征量可

2、靠性研究的历史可靠性研究的历史 可靠性工程的诞生可追溯到可靠性工程的诞生可追溯到20世纪世纪40年代年代。 第二次世界大战期间，德第二次世界大战期间，德国的国的V1火箭飞弹被大量用于攻火箭飞弹被大量用于攻击英国东南部目标和欧洲大陆击英国东南部目标和欧洲大陆的各种目标。英国称之为的各种目标。英国称之为“有有翼飞弹翼飞弹”或或“飞机飞弹飞机飞弹”。这。这种飞弹长种飞弹长26英尺英尺(7.90米米)，采用中单翼，装有一台简单的采用中单翼，装有一台简单的脉冲喷气发动机脉冲喷气发动机. 在研制中，提出了火箭系在研制中，提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论靠度乘积

3、的理论. 20世纪世纪50年代初期，美国为了发展军事需要，先后成立年代初期，美国为了发展军事需要，先后成立了可靠性问题的研究机构。了可靠性问题的研究机构。1957年年6月月4日，美国发布了日，美国发布了军用电子设备可靠性报告军用电子设备可靠性报告，这就是著名的，这就是著名的“AGREE”报告，可靠性工程学发展的报告，可靠性工程学发展的奠基性文件奠基性文件。 1961年年4月月12日世界上第一艘载人宇宙飞船日世界上第一艘载人宇宙飞船“ 东方东方”号号在苏联发射升空在苏联发射升空 。对可靠性提出了。对可靠性提出了0.999的概率要求。的概率要求。宇航员加加林宇航员加加林东方号东方号 1958年，日

4、本科学技术联盟成立了年，日本科学技术联盟成立了”可靠可靠性研究委员会性研究委员会”，专门对可靠性工作进行，专门对可靠性工作进行研究。研究。 20世纪世纪70年代，人们对非电子设备（机械年代，人们对非电子设备（机械设备）可靠性开始重视。设备）可靠性开始重视。 20世纪世纪80年代，可靠性研究朝广度和深度年代，可靠性研究朝广度和深度发展，中心内容是实现可靠性保证。发展，中心内容是实现可靠性保证。 20世纪世纪90年代，随着软件技术的飞速发展，年代，随着软件技术的飞速发展，软件可靠性问题的重要性更加突出。软件可靠性问题的重要性更加突出。 p我国对可靠性科学和技术的研究也有较长的历史，大约我国对可靠性

5、科学和技术的研究也有较长的历史，大约从从20世纪世纪50年代初期研制年代初期研制“两弹一星两弹一星”就开设。就开设。 20世纪世纪60年代，我国在雷达、通信机、电子计算机等方年代，我国在雷达、通信机、电子计算机等方面开始提出可靠性问题。面开始提出可靠性问题。 70年代，由于我国国家重点工程的需要，以及消费者的年代，由于我国国家重点工程的需要，以及消费者的强烈要求（电视机的质量问题），对各行业开展可靠性强烈要求（电视机的质量问题），对各行业开展可靠性研究起了巨大的作用。研究起了巨大的作用。 1990年我国机械电子工业部印发的年我国机械电子工业部印发的加强机电产品设加强机电产品设计工作的规定计工作

6、的规定中指出：中指出：可靠性、适应性、经济性三可靠性、适应性、经济性三性统筹作为我国机电产品设计的原则。在新产品的鉴性统筹作为我国机电产品设计的原则。在新产品的鉴定定型时，必须要有产品可靠性设计资料和试验报告，定定型时，必须要有产品可靠性设计资料和试验报告，否则不能通过鉴定。否则不能通过鉴定。 我国我国”神州五号神州五号”载人航天飞船成功的关键是解决了载人航天飞船成功的关键是解决了可靠性问题。航天员安全性指标达到可靠性问题。航天员安全性指标达到0.997. 挑战者号航天飞机是肯尼迪航天中心发射的第二架航天挑战者号航天飞机是肯尼迪航天中心发射的第二架航天飞机。飞机。1982年，挑战者号正式服役，

7、然而在完成了年，挑战者号正式服役，然而在完成了9次次成功飞行后，成功飞行后，1986年年1月月28日，挑战者号载着日，挑战者号载着7名成员名成员在发射后在发射后73秒爆炸，这一惨剧震惊了世界。秒爆炸，这一惨剧震惊了世界。 挑战者号航挑战者号航天飞机最初被设计为用于进行可靠性测试天飞机最初被设计为用于进行可靠性测试(STA-099)。后因助推火箭燃料箱在低温下失效，使燃料溢出引起爆后因助推火箭燃料箱在低温下失效，使燃料溢出引起爆炸。炸。可靠性问题带来的事故可靠性问题带来的事故 1979年年3月，美国三里岛核电站发生放射月，美国三里岛核电站发生放射性物质泄露事故，主要是由于冷凝器循环性物质泄露事故

8、，主要是由于冷凝器循环泵故障和操作人员的不可靠造成的。泵故障和操作人员的不可靠造成的。2007年又发生泄露事故。年又发生泄露事故。 2003年年2月月1日，美国日，美国“哥伦比亚哥伦比亚”号发射后不号发射后不久从外部燃料箱外脱落的泡沫材料，击中了航久从外部燃料箱外脱落的泡沫材料，击中了航天飞机左翼的第天飞机左翼的第8号增强型碳基复合材料板。这号增强型碳基复合材料板。这一撞击造成的损伤使超高温气体在一撞击造成的损伤使超高温气体在“哥伦比亚哥伦比亚”号重返大气层时得以进入航天飞机内部，最终号重返大气层时得以进入航天飞机内部，最终导致飞机解体。导致飞机解体。 前苏联-1986-切尔诺贝利核泄漏事件-

9、人为，设计 日本-2011.3.11-海啸，核事故-自然，设计 中国-2011.7.23-动车相撞事故-自然，人为，设计是产品质量的重要指标之一。是产品质量的重要指标之一。主要是功能好、可靠性高。为了提高机械主要是功能好、可靠性高。为了提高机械产品的可靠性，首先，必须在产品的可靠性，首先，必须在满足可靠性满足可靠性要求。为此，要求机械设计人员在掌握常规机械要求。为此，要求机械设计人员在掌握常规机械设计方法的基础上，必须掌握设计方法的基础上，必须掌握的的基本理论和方法，从而设计出性能好、可靠性高基本理论和方法，从而设计出性能好、可靠性高的现代机械产品。的现代机械产品。概述概述4二、常规设计与可靠

10、性设计二、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：常规设计可通过下式体现：SElFflim.),(计算中，计算中，F、l、E、 lim等各物理量均视为确定性变量，安全系数则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。是一个经验性很强的系数。上式给出的结论是：若上式给出的结论是：若 则安全；反之则不安全。则安全；反之则不安全。机械可靠性设计概述机械可靠性设计概述为什么按常规设计安全的产品在使用过程中还会出现失效？为什么按常规设计安全的产品在使用过程中还会出现失效？g( f

11、 f x首先，设计中的许多物理量是随机变量；基于前一个观点，当首先，设计中的许多物理量是随机变量；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。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，当值。按概率的观点，当= 时，时， 的概率为的概率为50%，即可靠度为，即可靠度为50%，或失效的概率为或失效的概率为50%，这是很不安全的。，这是很不安全的。概述概述5概率设计就是要在原常规设计的计算中概率设计就是要在原常规设