6 可靠性设计
6.1概述
可靠性是衡量产品质量的一个重要指标。可靠性设计是一种很重要的现代设计方法。
目前，这一设计方法已在现代机、电产品设计中得到愈来愈广泛的应用，它对提高产品的设计水平和质量，降低成本，保证产品的可信性、安全性起着极其重要的作用。
长期以来，一切讲究产品信誉的厂家，为了争取顾客都在追求其产品具有好的可靠性。
因为只有那些可靠性好的产品，才能长期发挥其使用性能而受到用户的欢迎。不仅如此，有些产品如汽车、轮船iiE机，如果其关键零部件不可靠，不仅会给用户带来不便，耽误时间、推迟日程，造成经济损失，甚至还可能直接危及使用者的生命安全。美国“挑战者”号航天飞机、前苏联切尔诺贝利核电站等发生的大的可靠性事故所引起的严重后果，都足以说明产品的可靠性差会引起一系列严重问题，甚至会危及国家的荣誉和安全。1957年苏联第一颗人造卫星升天，1969年美国阿波罗Ⅱ号宇宙飞船载人登月等可靠性技术成功的典范，不仅为其国家带来荣耀，而且说明了高科技的发展要以可靠性技术为基础，科学技术的发展又要求高的可靠性。
早期，人们对“可靠性”这一概念的理解仅仅从定性方面，而没有数值量度。但为了更好地表达可靠性的准确台义，不能只从定性方面来评价它，而应有定量的尺度来衡量它。
6.1.1可靠性科学的发展
可靠性设计是可靠性学科的一个重要分支，而对可靠性学科的系统研究则始于1952年。二战期间雷达系统已发展很快，而通讯设备、航空设备、水声设备中的电子元件却屡出故障，因此美国开始研究电子元件和系统的可靠性问题。为此，美国国防部研究与发展局于1952年成立了“电子设备可靠性顾问团咨询组”( Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment，AGREE)，其下设9个任务小组，对电子产品的设计、试制、生产、试验、储存、运输、使用等各个方面的可靠性问题，作了全面的调查研究，并于1957年提出了“电子设备可靠性报告”，即AGREE报告。该报告正式地将可靠性的定义确定下来，全面地总结了电子产品的失效原因与情况，提出了比较完整的评价产品可靠性的一套理论和方法，从
而为可靠性科学的发展奠定了理论基础。
在20世纪60、70年代，随着航空航天事业的发展，可靠性问题的研究取得了长足的进展，引起了国际社会的普遍重视。许多国家相继成立了可靠性研究机构，对可靠性理论进行了深入的研究。美国宇航局( NASA)以1965年起开始进行机械可靠性研究，例如，用超载负荷进行机械产品的可靠性试验验证；在随机动载荷下研究机械结构和零件的可靠性；将预先给定的可靠度目标值直接落实到应力分布和强度分布都随时间变化的机械零件的设计中去，等等。日本科学技术联盟于1958年设立了可靠性研究委员会，1960年成立了可靠性及质量控制专门小组，并于l971年在日本召开了第一届可靠性学术讨论会。日本将可靠性技术推广应用到民用工业部门取得很大成功，大大地提高了其产品的可靠度，使其高可靠性产品，例如汽车、彩电、照相机、收录机、电冰箱等，畅销到全世界，带来巨大的经济效益。英国于1962年出版了《可靠性与傲电子学）(Reliahility And Microelectronics)杂志。法国国立通讯研究所也在1962年成立了”可靠性中心”，进行数据的收集与分析，并于1963年出版了《可靠性》杂志一国际电子技术委员会( IEC)于1965年设立了可靠性技术委员会，1977年又改名为可靠性与可维修性技术委员会它对可靠性方面的定义、用语、书写方法、可靠性管理、数据收集等，进行了国际间的协调工作。
我国对可靠性科学的研究与应用工作予以了高度重视。1986年1 1月25日原机械工业部发布的《关于加强机电产品可靠性工作的通知》加速了我国机电产品可靠性工作的推广和应用，1990年，原机械电子工业部印发的“加强机电产品设计工作的规定”中明确指出：
可靠性、适虚性、经济性三性统筹作为我国机电产品设计的原则。如今，可靠性的观点和方法已成为质量保证、安全性保证、产品责任防预等不可缺少的依据和手段，也是我国工程技术人员掌握现代设计方法所必须掌握的重要内容之一：6.1.2可靠性的概念
人们对于可靠性( Reliability)的一般理解，就是认为可靠性表示零件、部件或系统等产品，在正常使用条件下的工作是否长期可靠，性能是否长期稳定的特性，即可靠性是产品质量的重要指标，它标志着产品不会丧失工作能力的可靠程度：可靠性的定义是：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。它包括四个要素：
(1)研究对象。产品即为可靠性的研究对象，一般包括系统、机器、部件等等，可以是非常复杂的东西，也可以是一个零件。如果对象是一个系统，则不仅包括硬件，而且也包括软件和人的判断、操作等因素在内。
(2)规定的条件。它包括使用时的环境条件（如温度、湿度、气压等）、工作
条件（如振动、冲击、噪声等）、动力、负荷条件（如载荷、供电电压、输出功率等）、储存条件、使用和维护条件等。“规定的条件”不同，产品的可靠性也不同。例如，同一机械使用时载荷不同，其可靠性也不同；同一设备在实验室、翳外（寒带或热带、干燥地区或潮湿地区）、海上、空中等不同环境条件下的可靠性也是各不相同的；同一产品在不同的储存环境下储存，其可靠性也各不相同。
(3)规定的时间。时间是表达产品可靠性的基本因素，也是可靠性的重要特征。一般
情况下，产品“寿命”的重要量值“时间”是常用的可靠性尺度：一般说来，机械零部件经过筛选、整机调试和跑合后，产品的可靠水平经过一个较长的稳定使用和储存阶段后，便随着使用时间的增长而降低。时间愈长，故障（失效）愈多。对于一批产品，若无限制的使用下去，必将全部失效，也就是说它们的失效概率是100%。
(4)规定的功能。它是指表征产品的各项技术指标，如仪器仪表的精度、分辨率、线性度、重复性、量程等。不同的产品其功能是不同的，即使同一产品，在不同的条件下其规定功能往往也是不同的。产品的可靠性与规定的功能有密切关系，一个产品往往具有若干个功能。完成规定的功能是指完成这若干项功能的全体，而不是指其中的一部分。
6.1.3可靠性设计的内容和特点
可靠性科学是研究产品失效规律的学科。由于影响失效的因素非常复杂。有时甚至是不可捉摸的，因而产品的寿命（即产品的失效时间）只能是随机的。对此，只有用大量的实验和统计办法来摸索它的统计规律，然后再根据这个规律来研究可靠性工作的各个方面。因此，应用概率论与数理统计理论，对产品的可靠性进行定量计算，是可靠性理论的基础。
利用概率论的方法可把产品发生故障的规律作为随机现象来研究。所以，通常所说的可靠度，一般不是指某一特定具体产品的可靠程度，而是对该种型号产品总体的可靠程度而言。当然，就一些单个的产品而言，如果能在其长期运行的条件下，观测其故障规律，则不仅能够估计出一些产品的可靠性，也能估计出该种产品总体的可靠性。
可靠性理论在科学实验、生产实践和人们的日常生活等方面都有很重要的意义。经过多年的补充和发展，逐步形成了今天的可靠性学科。可靠性学科就目前所涉及的内容来讲，大致有以下几方面：
(1)可靠性数学：是可靠性研究最重要的基础理论之一，主要研究与解决各种可靠性问题的数学方法和数学模型，研究可靠性的定量规律。
(2)可靠性物理：又称失效物理，是研究失效的物理凶素与数学物理模型、检
测方法与纠正措施的一门可靠性理论。
(3)可靠性工程：是对产品的失效及其发生的概率进行统计、分析，对产品进行可靠性设计、可靠性预测、可靠性试验、可靠性评估、可靠性检验、可靠性控制、可靠性维修及失效分析的一门综合运用多种学科知识的工程技术学科。
6.1.3.1可靠性设计的基本内容
可靠性设计是可靠性工程的一个重要分支，因为产品的可靠性在很大程度上取决于设计的正确性。在可靠性设计中要规定可靠性和维修性的指标，并使其达到最优。目前，进行可靠性设计大致包括以下几个方面：
(1)根据产品的设计要求，确定所采用的可靠性指标及其量值。
(2)进行可靠性预测。可靠性预测是指在设计开始时，运用以往的可靠性数据资料计算机械系统可靠性的特征量，并进行详细设计。在不同阶段，系统的可靠性预测要反复进行多次。
(3)对可靠性指标进行合理的分配。首先，将系统可靠性指标分配到各子系统，并与各子系统能达到指标相比较，判断是否需要改进设计。然后，再把改进设计后的可靠性指标分配到各子系统。按照同样的方法，进而把子系统分配到的可靠性指标分配到各个零部件。采用最优化万法进行系统的可靠性分配，是当前可靠性研究的重要方向之一，称为可靠性优化设计。
(4)把规定的可靠性直接设计到零件中去。
6.1.3.2可靠性设计的特点
可靠性设计具有以下特点：
(1)传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大的盲目性。可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中去，即由设计直接确定固有的可靠性。
(2)传统设计方法是把设计变量视为确定性的单值变量并通过确定性的函数进行运算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。
(3)在可靠性设计中，由于应力和强度都是随机变量，所以判断一个零件是否安全可靠，就以强度大于应力的概率大小来表示。
(4)传统设计与可靠性设计都是以零件的安全或失效作为研究内容，因此，两者间又有着密切的了解。可靠性设计是传统设计的延伸与发展。在某种意义上，也可以认为可靠性设计只是在传统设计的方法上把设计变量视为随机变量，并通过随机变量运算法则进行运算而已。
6.1.3.3机械可靠性设计
机械可靠性设计又称为机械概率设计，是可靠性工程学的主要内容之一，是
可靠性工程学在机械设计中的应用。由于对机械破坏机理认识的日益深化，对机械故障概率资料的逐步累积，以及概率与统计在机械零件的应力与强度分析方面的应用等等，都为机械可靠性设计提供了理论基础和实践经验，使可靠性理论的应用扩展到结构设计、强度分析、疲劳研究等方面。
在采用传统的机械设计方法进行机械设计时，不能预测零部件在运行中破坏的概率，一是因为在设计中所采用的材料性能等数据，是它们的平均值，没有考虑数据的分散性；二是为了保证机械的可靠性，往往对计算载荷、选用的强度等分别乘以各种系数，例如载荷系数尺寸系数等，最后还要考虑安全系数。这种传统方法是人们对这些因素的随机变化所作的经验估计。同时表明由于对这些随机变化情况无法进行精确计算，只好将机械的尺寸、重量等作经验的但又不精确的放大。即使如此，传统的机械设计方法，用于某些可靠性要求高的产品设计上，仍不能令人放心。相比之下，采用机械可靠性设计方法，所得结果则更接近亍实际情况。
在机械可靠性设计中，将载荷、材料性能与强度及零部件的尺寸，都视为属于某种概率分布的统计量，应用概率和统计理论及强度理论，求出在给定设计条件下零部件不产生破坏的概率公式。应用这些公式，就可以在给定可靠度条件下求出零部件的尺寸，或在给定其尺寸的情况下确定其安全寿命。
机械可靠性设计的主要特点：
(1)以应力和强度为随机变量作为出发点。这是由于载荷、强度、结构尺寸、工况等餐具有变动性和统计本质；在数学上必须用分布函数来描述。
(2)应用概率和统计方法进行分析、求解。这是基于应力和强度都是随机变量这一客观事实和认识。
(3)能定量地回答产品的实效概率和可靠度。
(4)强调设计对产品可靠性的主导作用。
(5)必须考虑环境的影响。温度、振动、湿度、腐蚀、磨损等环境条件对应力有很大量响。研究表明，应力分布的尾部比强度分布的尾部对可靠性的影响要大得多。因此，对环境的质量控制比对强度的质量控制可能会带来大得多的效益。
(6)必须考虑维修性。从设计一开始，就必须将固有可靠性和使用可靠性了解起来作为整体考虑，分析为了使设备或系统达到规定有效度，究竟是提高维修度还是提高可靠度至刀苜埋。
(7)从整体的、系统的、人机工程的观点出发。考虑设计问题更重视产品在寿命期间的总费用而不只是购置费用。
6.1.4可靠性设计常用尺度指标
可靠性的定义只是一个一般的定性定义，并没有给出任何数量表示，而在产
品可靠性的设计、制造、实验和管理等多个阶段中都需要“量”的概念，因此可靠性设计的常用数值指标非常重要。
可靠性的数值指标就是可靠性的尺度，常用可靠度、失效率、寿命、维修度、有效度和重要度等指标来表示。
6.1.4.1可靠度与不可靠度
可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率，通常用R(t)表示，是时间t的函数，也称为可靠度函数。由于可靠度表示的是一个概率，所以R(t)的取值范围为[0，1]。
设有N个相同的产品在相同的条件下工作，到任一给定的工作时间t时，累积有n(t)个产品失效，其余N-n(t)个产品仍能正常工作，那么该产品到时间t的可靠度为：
(6-1)
R(t)≈N−n(t)
N
不可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内丧失规定功能的概率，通常用F(t)表示，也称为失效概率函数。
F(t)≈n(t)
(6-2)
N
由于失效和不失效是相互对立事件，根据概率互补定理，两独立时间的概率之和恒等于1，因此可靠度和不可靠度之间有如下关系：
R(t)+F(t)=1(6-3) 综上可知，产品开始使用（t=0）时，认为所有产品都是好的，即n(0)=0，固有R(0)=1，F(0)=0。随着工作时间的增加，产品的失效数不断增加，可靠度就相应地降低。所有产品不管其寿命其寿命多长，最后总是要失效的。因此n(∞)=N，R(∞)=0，F(∞)=1。即在[0，∞]区间内，可靠度函数R(t)为递减函数，而F(t)为递增函数，如图6-1(a)所示。
例6-1 某批电子器件有1000个，开始工作至500h 内有100个失效，工作至1000h 共有500个失效，试求该批电子器件工作到500h 的可靠度，以及工作到1000h 的不可靠度。
解：由已知条件可知：N=1000，n (500)=100，n (1000)=500。
由式(6-1)得该批电子器件工作到500h 的可靠度：
R (500)≈N −n(500)N
=0.9 由式(6-2)得该批电子器件工作到1000h 的不可靠度或失效概率：
F (1000)≈n(1000)N
=0.5 6.1.4.2失效概率密度函数
对失效概率函数F (t )求导，则得失效概率密度函数以f (t )，即：
f (t )=dF(t)dt =−dR(t)dt ( 6-4)
失效概率密度函数又称为故障密度函数，如图6-1(a)所示，R (t )和F (t )相对应的失效密度函数f (t )示于图6-1(b)。由式(6-4)可得：
F (t )=∫f (t )dt t
0 (6-5)
由此，F (t )又称为累计失效密度函数。将式(6-5)代人式(6-3)得：
R (t )=1−F (t )=1−∫f (t )dt =∫f (t )dt ∞t t 0 (6-6)
6.1.4.3失效率
失效率又称为故障率，其定义为：产品工作到f 时刻后，单位时间内失效的概率。
设有N 个产品从t =0时开始工作，到时刻t 时的失效数为n (t )，则时刻t 的残存产品数为N -n (t )，又若在(t ，t +Δt )时间区间内有Δn (t )个产品失效，则定义时刻t 的失效率为：
λ(t )=
∆n(t)[N−n (t )]∆t =n (t+∆t )−n(t)[N−n (t )]∆t (6-7) 失效率是标志产品可靠性常用的数量特征之一，失效章愈低，则可靠性愈高。由式(6-7)可得：
λ(t )=n (t +∆t )−n(t)[N −n (t )]∆t =1N −n(t)∙n (t +∆t )−n(t)∆t =1N −n(t)∙dn(t)dt
对上式分子、分母各乘以N ，得： λ(t )=N N−n(t)∙dn(t)N∙dt =1R(t)∙dF(t)dt =f(t)R(t)=−1R(t)∙dR(t)dt (6-8)
将上式从0到t 进行积分，则得：
∫λ(t )dt =−lnR(t)t
于是得：
R (t )=e −∫λ(t )dt t 0 (6-9)
式(6-9)称为可靠度函数R (t )的一般方程，当λ(t)为常数时，就是常用到的指数分布可靠度函数表达式。
综上所述，产品的可靠性指标R (t )、F (t )、f (t )和λ(t )都是相互了解的，式(6-3)、式(6-4)、式(6-8)和式(6-9)给出了它们之间的关系，这是可靠性分析中的重要关系式。需要指出的是，R (t )和F (t )均为无量纲值，以小数或百分数表示；而f (t )和λ(t )均为有量纲值(1/h)，常用的失效率单位还有1／kh(1／103 h)，1/Mh( 1/106 h)。
有了可靠性的尺度，产品在可靠性方面就具有了明确而又统一的指标：这样，在设计和生产产品时，就可利用各种数学方法来计算和预测它们的可靠性；在产品生产出来之后，就可用一定的试验方法来评定其可靠性。
6.2机械强度可靠性设计原理
机械产品的可靠性取决于其零件、部件的结构形式与尺寸、选用的材料及热处理、制造工艺、检验标准、润滑条件、维修的方便性以及各种安全保护措施等，而这些都是在设计中决定的。设计决定了产品的可靠性水平即产品的固有可靠度。产品的制造和使用固然也对其可靠性有极其重要的影响，但毕竟制造是按设计进行，制造和使用的主要任务是保证产品可靠性指标的实现。由此，产品可靠性设计的重要性也就不言而喻了。
6.2.1机械可靠性设计原理——应力一强度分布干涉理论
应力一强度分布干涉理论是以应力一强度分布干涉模型为基础的，该模型可清楚地揭示机械零件产生故障而有一定故障率的原因和机械强度可靠性设计的本质。
前已述及，机械零件的强度和工作应力均为随机变量，呈分布状态。这是由
于影响零件强度的参数如材料的性能、尺寸、表面质量等均为随机交量，影响应力的参数如载荷工况、应力集中、工作温度、润滑状态也都是随机变量的缘故。
在机械设计中，强度与应力具有相同的量纲，因此可以将它们的概率密度曲线表示在同一个坐标系中。通常要求零件的强度高于其工作应力，但由于零件的强度值与应力值的离散性，使应力强度两概率密度函数曲线在一定的条件下可能相交，这个相交的区域如图6-2的右图所示（图中的阴影线部分），就是产品或零件可能出现故障的区域，称为干涉区。如果在机械设计中使零件的强度大大地高于其工作应力而使两种分布曲线不相交，如图6-2的左图所示，则该零件在工作初期在正常的工作条件下，强度总是大于应力，不会发生故障。即使是在这种设计使应力与强度分布曲线无干涉的情况下，该零件在动载荷、腐蚀、磨损、疲劳载荷的长期作用下，强度也将会逐渐衰减，可能会由图6-2中的位置a沿着衰减退化曲线移到位置b，而使应力、强度分布曲线发生干涉，即由于强度的降低导致应力超过强度而产生不可靠的问题。由应力一强度干涉图还可以看出：当零件的强度和工作应力的离散程度大时，干涉部分就会加大，零件的不可靠度也就增大；当材质性能好、工作应力稳定而使应力与强度分布的离散度小时，干涉部分会相应地减小，零件的可靠度就会增大。另外，由该图还可以看出，即使在安全系数大于1的情况下，仍然会存在一定的不可靠度。所以，以往按传统的机械设计方法只进行安全系数的计算是不够的，还需要进行可靠度的计算，这正是可靠性设计有别于传统的常规设计最重要的特点。机械可靠性设计，就是要搞清楚零件的应力与其强度的分布规律，严格控制发生故障的概率，以满足设计要求。图6-3给出了机械强度可靠性设计的过程。
从应力一强度干涉模型可知，就统计数学的观点而言，由于干涉的存在，任一设计都存在着故障或失效的概率。设计者能够做到的仅仅是将故障或失效概率限制在某一可以接受的范围内而已。
图6-2应力强度分布曲线的相互关系图6-3机械强度可靠性设计过程框图
上述对应力一强度干涉模型的分析表明，机械零件的可靠度主要取决于应力一强度分布曲线干涉的程度。如果应力与强度的概率分布曲线已知，就可以根据其干涉模型计算该零件的可靠度。例如，像图6-2中的左图既表示的那样，应力与强度的概率分布曲线不发生干涉，即最大可能的工作应力都要小于最小可能的极限应力（即强度的下限值）。这时，工作应力大于零件强度是不可能事件。即工作应力大于零件强度的概率等于零：
P(S>δ)=0(6-10) 式中S——工作应力；
δ——强度。
具有这样的应力一强度模型的机械零件是安全的，不会发生故障。
当应力与强度的概率分布曲线发生干涉时，虽然工作应力的平均值μ。仍远小于极限应力（强度）的平均值μδ，但不能绝对保证工作应力在任何情况下都不大于极限应力。即工作应力大于零件强度的概率大于零：
P(S>δ)>0(6-11) 当应力超过强度时，将产生故障或失效。应力大于强度的全部概率则为失效概率——不可靠度，并以下式表示：
F=P(S>δ)=P[(δ−S)<0](6-12) 当应力小于强度时，则不发生故障或失效。应力小于强度的全部概率即为可靠度，并以下式表示：
R=P(S<δ)=P[(δ−S)>0](6-13) 令f(S)为应力分布的概率密度函数，g(δ)为强度分布的概率密度函数，如图6-4所示，两者发生干涉。相应的分布函数为F(δ)及G(δ)（关于F(δ)及G(δ)的确定方法将在下面讨论），可按下述两种方法来计算零件破坏的概率和可靠度的一般表达式。
图6-4应力一强度分布干涉
6.2.1.1概率密度函数联合积分法
如图6-4所示，应力值落于S 1附近宽度为dS 的小区间内的概率等于该小噩间昕决定的单元面积A 1，即
P [(S 1−dS 2
)≤S ≤(S 1+dS )]=f (S 1)dS =A 1 强度δ大于应力S 1的概率为：
P(δ>S 1)=∫g (δ)dδ=A 2∞
S 1 考虑到f (S 1)dS 与∫g (δ)dδ∞
S 1是两个独立的随机事件，它们同时发生的概率等
于两个事件单独发生的概率的乘积，即：
f (S 1)dS ∙∫
g (δ)dδ∞S 1 这个概率就是应力S 在dS 小区间内不会引起故障或失效的概率（因为δ>S ），如果将S 1变为随机变量S ，则可得到对应于零件的所有可能应力值S ，强度δ均大于应力S 的概率，即可靠度为：
R =P (δ>S )=∫f (S )[∫g (δ)dδ]dS ∞S ∞−∞
(6-14a) 可靠度也可以按应力始终小于强度这一条件进行计算。这时零件的可靠度为：
R =∫g (S )[∫f(s)]dδ=P(S <δ)δ−∞∞−∞ ( 6-14b)
因R=1 -F ，且∫g (δ)dδ+∫g (δ)dδ∞
S S −∞，则由式(6-14a)得相应的不可靠度或失
效概率：
F =P (δ≤S )=1−∫f (s )[∫g (δ)dδ]dS ∞S ∞−∞
=1−∫f (S )[1−G δ(S )]dS ∞−∞
=∫G δ(S )f (S )dS ∞
−∞ (6-15)
这里，G δ(S )=∫g (δ)dδs −∞。
6.2.1.2强度与应力之差的概率密度函数积分法
令y=δ-S ，式中零件的强度δ及工作应力S 均为随机变量，所以它们的差y 也是随机变量，称作干涉随机变量（又称为强度差）。
设δ与S 均为独立的随机变量，分布区间为(0，∞)，则干涉随机变量y 的分布区间为（-∞，∞）。这样，零件的可靠度可表示为R=P(y>o)。
根据概率论中的卷积公式，可得干涉随机变量y 的概率密度函数为：
ℎ(y )=∫g (y +S )f (S )ds ∞
S
干涉随机变量y<0的概率就是失效概率，故有：
F =P (y <0)=∫ℎ(y )dy 0−∞=∫∫g (y +S )f (S )dSdy ∞S 0−∞ (6-16) 而y>0的概率就是可靠度，故有：
R =P (y >0)=∫ℎ(y )dy ∞0=∫∫g (y +S )f (S )dSdy ∞
S ∞0 (6-17)
根据上述应力一强度分布干涉理论，为了计算零件的可靠度，首先应确定应力分布与强度分布。
6.2.2零件工作应力分布的确定
零件危险截面上的工作应力S 与其承受的载荷、几何尺寸、温度、物理特性、时间等参数有关，一般考虑工作应力S 主要是载荷，P =∑P i n i=1及截面尺寸A 的函数，即：
S =f(∑P i n i=1
，A)
目前机械工程中采用的强度计算法的基本出发点是，认为强度计算载荷及其各组成项都是确定量，因而零件截面上的工作应力也是确定量。实际上，强度计算载荷及其各组成项都是随机变量且服从一定的分布规律，因而零件截面上的工作应力也是随机变量，通常可采用代数法、矩阵法或蒙特卡洛模拟法把与应力有关参数的分布综合成应力分布规律。
在强度问题中，很多实际问题均可用正态分布来进行研究。根据概率论的中心极限定理，我们知道，若影响应力分布的因素很多，且这些因素是彼此独立的，每一因素的影响并不比其他因素特别大，则应力的分布必服从正态分布N （μS ，σS ）。其概率密度函数为：
f (S )=√2πσ[−12(S−μS σS )2] ( 6-18)
工作应力的分布参数（数学期望μS 与均方差σS ）应按各类机械的大量载荷或应力实测资料，应用数理统计方法，按以下公式计算： μS =1n ∑S i n
i=1 σS =√1
n−1∑(S i −μS )2n i=1 ( 6-19) 目前我国这方面的实测资料较少，因而难以提出确切数据。现为实用起见，建议按下列近似计算法来确定：
(1) 对静强度计算：
μS =σII
σS=kμS(6-20)
(2)对疲劳强度计算：
μS=σI
σS=kμS(6-21) 式中μS，σS——分别为零件危险截面上工作应力（对静强度计算为最大工作应力，对疲劳强度计算为等效工作应力）的数学期望和均方差；
σI，σII——分别为根据工作状态的正常载荷（或称第I类载荷）和根据工作状态的最大载荷（或称第Ⅱ类载荷），按常规应力计算方法算得的零件危险截面上的等效工作应力和最大工作应力；
k——工作应力的变差系数。
工作应力的变差系数k值，应按实测应力试验数据统计得出，也可通过分析各项计算载荷的统计资料按下式近似计算：
k=√∑(k i P i)2
∑P i
(6-22) 式中P i——第i项载荷。对静强度计算按最大载荷取值，对疲劳强度计算按等效载荷取值。各项载荷的具体计算方法应针对各类机械，参照有关专业书刊进行；
k i——第i项载荷的变差系数，可按计算零件的实际载荷分布情况，应用数理统计方法来确定。
在确定工作应力的变差系数k值时，若缺乏足够的统计资料难以计算时，也可按各类专业机械提供的经验数据近似取值。
通过上述计算可以求出零件危险截面上工作应力的分布参数μS及σS。将μS
及σS代入式(6-18)，即可求出其概率密度函数f(S)。
6.2.3强度分布的确定
零件承载能力（强度δ）的分布规律一般服从正态分布率N(μS，σS)。其概率密度函数为：
g(S)=
√2πσS exp[−1
2
(δ−μδ
σδ
)
2
](6-23)
承载能力的分布参数（数学期望μS与均方差σS）较精确的确定方法是，根据大量零件样本试验数据，应用数理统计方法，按下列公式计算：
μδ=1
n
∑δi
n
i=1
σδ=√1
n−1∑(S i−μδ)2
n
i=1
( 6-24)
但在大多数情况下，这样的数据是难以取得的。因此，为实用起见，可通过材料的机械特性资料，并考虑零件的载荷特性及制造方法对零件承载能力的影响，
近似地确定分布参数。建议方法如下。
6.2.3.1对静强度计算
μδ=k1μδ0
σδ=k1σδ0(6-25) 式中，μδ0及σδ0分别为材料样本试件拉伸机械特性的数学期望及均方差。
材料的强度极限σ
b 及屈服极限σ
s
大都服从于正态分布律的，通常从相关手
册中查得的数值，一般是强度值的数学期望，强度值的均方差经统计约为数学期望值的10%。k1为计及载荷特性及制造方法的修正系数，
k1=ε1
ε2
( 6-26) 式中ε1——按拉伸获得的机械特性转化为弯曲或扭转特性的转化系数，对钢质零件可按表6—1选用；
ε2——考虑零件锻（轧）或铸的制造质量影响系数。它考虑了材料的不均匀性，内部可能的缺陷，以及实际尺寸与名义尺寸的误差等因素。对锻
件和轧制件可取ε2=1.1；对铸件可取ε2=1.3。
由此可得出零件静强度承载能力分布参数的近似计算公式：
对塑性材料：
μδ=ε1ε2σs
σδ=0.1μδ=0.1(ε1
ε2
)σs(6-27)
对脆性材料：
μδ=ε1ε2σb
σδ=0.1μδ=0.1(ε1
ε2
)σb(6-28) 6.2.3.2对疲劳强度计算
μδ=k2μ(σ−1)
σδ=k2σ(σ−1)(6-29) 式中μ(σ-1)和σ(σ-1)分别为材料样本试件对称循环疲劳极限的数学期望和均
方差。材料的疲劳极限也可以认为是服从于正态分布规律的，通常从相关手册中查得的σ-
1
值是对称循环疲劳极限值的数学期望，按现有资料统计，对称循环疲劳极限的均方差为数学期望值的4%~ 10%，对于一般计算可以近儆地取为8%。K2为疲劳极限修正系数，按表6-2所列公式计算。
2
注：r一应力循环不对称系数，r=σminσmax
⁄；K-有效应力集中系数。具体取值可参阅有关书刊资料；η一材料对应力循环不对称性的敏感系数。对碳钢、低合金钢η=0, 2；对合金钢η=0. 3。
由此可得出零件疲劳强度承载能力分布参数的近似计算公式如下：
μδ=k2σ−1
σδ=0.08μδ=0.08k2σ−1(6-30) 在求得了零件承载能力的分布参数后，代入式(6-23)，即可求出其概率密度函数g(δ)。
6.2.4典型强度一应力分布模式的可靠度计算
上面讨论了应力、强度分布发生干涉时可靠度的一般表达式，当应力、强度分布模式确定之后，可由其计算出相应的可靠度。下面给出其他几种典型应力、强度分布的可靠度计算公式。
6.2.4.1应力和强度均呈正态分布时的可靠度计算
根据概率论的研究，当应力S和强度δ均呈正态分布时，其差y=δ-S也呈正态分布，其数学期望纵与均方差，分别为：
可靠度：
R=
√2π
z2
2dz
∞
−δs
√σδ+σs
(6-34)
零件破坏的失效概率为：
F=P(y<0)=
√2π
e−z
2
2dz
−Z R
−∞
(6-35)
其中
Z R=δs
√σδ+σs
(6-35)
称为可靠性系数或可靠度指数。
式(6-33)实际上是将应力分布参数、强度分布参数和可靠度三者了解起来考虑，称为“联结方程”或称为“耦合方程”，是可靠性设计的基本方程。
当应力和强度均呈正态分布时，可靠度的计算便可大大简化。可以由式(6-33a)求出可靠性系数Z R，然后利用标准正态分布表（附表1）可求出零件破坏的失效概率F值。
6.2.4.2应力和强度均呈对数正态分布时的可靠度计算
6.2.4.3应力和强度均呈指数分布时的可靠度计算
6.2.4.4应力呈指数（正态）分布而强度呈正态（指数）分布时的可靠度计算
限于篇幅，有关应力与强度均呈伽玛分布、应力呈伽玛（指数）分布而强度呈指数（伽码）分布、应力呈正态分布而强度呈威布尔分布，应力与强度均呈威布尔分布和极值分布下的可靠度计算，以及用数值积分法、图解法、蒙特卡洛模拟法求可靠度的计算可参见有关文献等。
6.3机械强度可靠性设计应用
6. 3.1强度可靠性计算条件式与许用可靠度
根据上述分析，在确定了应力和强度的分布规律后，可方便地计算出可靠度。对于正态分布问题，可求出以应力表示的零件承载能力和零件工作应力的概率密度函数f(δ)、g(δ)及其分布参数（μS，σS）和（μδ，σδ），从而可以算出：
Z R=δs
(6-50)
√σδ+σs
由于考虑到决定载荷和应力等的现行计算方法具有一定的误差，并计及计算零件的重要性，使之具有一定的强度储备，可把零件工作应力的数学期望μδ扩大n倍作为零件受载时的极限状态，此时：
Z R=δs
(6-51)
√σδ+σs
式中n——强度储备系数，具体数值按各类专业机械的要求选取，一般可取n= 1.1～1. 25。
将式(6-51)求得的Z R值代人式( 6-34)，可求出零件已考虑了强度储备后的强度可靠度R值（亦可直接查本章附表I）。所求得的尺值应不小于计算零件的许用可靠度[R]。
许用可靠度[R]值的确定是一项直接影响产品质量和技术经济指标的重要科研工作，目前可供参考的资料甚少。选择时应根据所计算零件的重要性，计算载荷的类别，并考虑到决定载荷和应力等计算的精确程度，以及产品的经济性等方面综合评定。
确定许用可靠度[R]值的主要原则是：
(1)根据零件的重要性对破坏后将引起严重事故的重要零件，如破坏会引起物品坠落，机械倾覆，重要生产过程中断等事故的，应选较高的[R]值；对破坏后仅使机械停止工作，不引起严重事故且易于更换修复的一般零件，则[R]位可以相对取低些。
(2)根据计算载荷的类别对按工作状态正常载荷（第I类载荷）进行疲劳强度计算，或按工作状态最大载荷（第Ⅱ类载荷）进行静强度计算时，应选较高的[R]值；而对按验算载荷（第Ⅲ类载荷），即按非工作状态最大载荷（如强风载荷等）或特殊载荷（如安装载荷，运输载荷，事故冲击载荷等）进行静强度验算时，则[R]值可以相对取低些。这是因为第Ⅲ类载荷出现的概率远较第I、Ⅱ类载荷为小，且即使发生破坏，因该时机械处于非工作状态，所造成的事故及经济损失也较工作状态时发生破坏为小，所以[R]值可相对取得低些。
(3)根据各项费用的经济分析零件强度可靠度的提高，需在材料、工艺、设备等方面采取相应措施，因而要导致生产费用的增加，但维修费用却随着可靠性的提高而降低。反之，如果可靠性降低，就必然导致维修费用大大增加，甚至造成事故，影响安全和正常生产，在经济上造成更大损失。
在确定许用可靠度[R]值时应重视综合经济分析，所取的[R]值应以使总费用最小为原则。
6.3.2强度可靠性设计方法及步骤
本节所介绍的强度可靠性计算理论，可用来进行机械零件的设计计算，也可用来对已有机械零件进行强度可靠性验算。
现以某专业机械传动告轮轴的强度计算为例，阐明如何应用本章所介绍的强度可靠性计算理论及方法来解决实际问题。
6.3.2.1设计计算
已知零件的载荷和材料，求零件危险截面的尺寸。
例6-2某专业机械传动齿轮轴，材料为40Cr钢，锻制，调质热处理，经载
荷计算已求得危险截面上的最大弯矩M
弯（II）=1500kN·cm;最大扭矩M
扭（II）
=1350kN·cm;等效弯矩M弯（I）=800kN·cm;等效扭矩M扭（I）=700kN·cm。试按强度可靠性设计理论确定该轴的直径。
解：
（1）按静强度计算
d=8.63cm
(2)按疲劳强度计算
d=9.9cm
该轴应按疲劳强度设计，危险截面的直径取d=10cm 。
6.3.2.2强度可靠性验算
对于已有机械零件，当载荷、材料及尺寸均已知时，应用强度可靠性计算理论，可求出它的强度可靠度，从而判别其是否满足强度可靠性要求。
例6-3要求疲劳强度可靠度不低于97%的某专业机械传动齿轮轴，材料为45碳钢，锻制，调质热处理，危险截面的直径d=10 cm ，经载荷计算已求得危险截面上的疲劳强度计算载荷为：等效弯矩M 弯（I ）=750kN ·cm; 等效扭矩M 扭（I ）=660 kN ·cm 。试验算该轴的疲劳强度可靠度R 是否满足要求。
解：
按疲劳强度计算获得的强度可靠度R 值：
R=0.9783>[R]=0.97
该轴的疲劳强度可靠度指标满足要求。
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机械零件结构设计的可靠性分析 摘要：随着科技的发展，机械产品在国内的各个行业中得到了越来越多的应用，尤其是在目前的农业生产中，各地区都在根据自己的农业发展的实际情况来 选择适合自己的农具，但是在实际使用前，却很难准确的判断出机器的可靠性， 因此，我们必须加强对机械部件的可靠性的研究，以便更好的了解机械零件的性能。 关键词：机械零件；结构设计；可靠性 机械零件的可靠性设计是现代机械零件制造的基础，而飞机、汽车、船舶等 重工业和机械产品的关键零部件都是以零件的可靠性为基础进行的。此外，在我 国核动力仪表控制自动化系统中，零件的结构设计也是必不可少的。因此，机械 部件的结构可靠性设计受到了国内有关部门的高度重视。提高机械部件的结构可 靠性，能够加快国内工业发展步伐。 一、机械可靠性概述 机械零件的可靠度分析，是以建立数学模型或建立功能函数模型为基础的， 采用概率、模糊、强度、敏感性等方法对传统的设计参数进行处理，并建立起一 个合理的数学模型。通过计算出各零件的总体外型、局部尺寸、使用寿命，可以 获得各设计参数的最佳值，通过可靠性分析求出最佳值，然后利用最佳参数直接 进行机械部件的设计与加工，从而大大提高了工作效率。同时，可以更好地为创 新提供更多的可能。因此，对机械部件的结构设计进行可靠性分析，在汽车、飞机、船舶甚至是宇航工业中得到了广泛的应用。以往采用的安全系数法较为保守，各项指标在某一区间是安全的，但是所设计的零件并不是最合理的。运用可靠度 分析法，既能确保产品的安全，又能延长产品的使用寿命，节省原材料，既能为 制造商带来效益，又能为节能作出贡献。机械部件可靠性分析比常规的设计和安 全系数法要好，其原因在于，其可靠性分析既要兼顾各设计指标的平均，又要兼 顾离散度。在常规的设计中，一般都采用经验公式来求解机械部件的故障概率，
6 可靠性设计 6.1概述 可靠性是衡量产品质量的一个重要指标。可靠性设计是一种很重要的现代设计方法。 目前，这一设计方法已在现代机、电产品设计中得到愈来愈广泛的应用，它对提高产品的设计水平和质量，降低成本，保证产品的可信性、安全性起着极其重要的作用。 长期以来，一切讲究产品信誉的厂家，为了争取顾客都在追求其产品具有好的可靠性。 因为只有那些可靠性好的产品，才能长期发挥其使用性能而受到用户的欢迎。不仅如此，有些产品如汽车、轮船iiE机，如果其关键零部件不可靠，不仅会给用户带来不便，耽误时间、推迟日程，造成经济损失，甚至还可能直接危及使用者的生命安全。美国“挑战者”号航天飞机、前苏联切尔诺贝利核电站等发生的大的可靠性事故所引起的严重后果，都足以说明产品的可靠性差会引起一系列严重问题，甚至会危及国家的荣誉和安全。1957年苏联第一颗人造卫星升天，1969年美国阿波罗Ⅱ号宇宙飞船载人登月等可靠性技术成功的典范，不仅为其国家带来荣耀，而且说明了高科技的发展要以可靠性技术为基础，科学技术的发展又要求高的可靠性。 早期，人们对“可靠性”这一概念的理解仅仅从定性方面，而没有数值量度。但为了更好地表达可靠性的准确台义，不能只从定性方面来评价它，而应有定量的尺度来衡量它。 6.1.1可靠性科学的发展 可靠性设计是可靠性学科的一个重要分支，而对可靠性学科的系统研究则始于1952年。二战期间雷达系统已发展很快，而通讯设备、航空设备、水声设备中的电子元件却屡出故障，因此美国开始研究电子元件和系统的可靠性问题。为此，美国国防部研究与发展局于1952年成立了“电子设备可靠性顾问团咨询组”( Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment，AGREE)，其下设9个任务小组，对电子产品的设计、试制、生产、试验、储存、运输、使用等各个方面的可靠性问题，作了全面的调查研究，并于1957年提出了“电子设备可靠性报告”，即AGREE报告。该报告正式地将可靠性的定义确定下来，全面地总结了电子产品的失效原因与情况，提出了比较完整的评价产品可靠性的一套理论和方法，从
基于鞍点估计的机械零部件可靠性灵敏度分析 摘要 对机械结构来说，可靠性指标一般随材料特性、几何参数、工作环境等不确定性因素变化而减弱，所以结构的可靠度、灵敏度就显得尤为重要，对机械零部件可靠性灵敏度的分析也是亟不可待。 本文利用鞍点估计技术可以无限逼近非正态变量空间中线性极限状态函数概率分布的特点，能有效解决统计资料或实验数据较少而难以确定设计变量的分布规律的问题。将可靠性设计理论、灵敏度分析技术与鞍点逼近理论相结合，以前面可靠性数学模型为基础，系统地推导了基于鞍点估计的可靠性灵敏度公式，讨论了基于鞍点估计法的机械零部件可靠性灵敏度计算问题，为进一步分析机械零部件的可靠性稳健设计奠定了理论基础。 关键词：不确定性鞍点灵敏度可靠性 第一章绪论 1.1机械可靠性设计理论研究进展 很早以来人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量问题，这只是靠人们的经验评定产品可靠还是不可靠，并没有一个量的标准来衡量；从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性再到非概率可靠性以及最近提出的结构系统概率-模糊-非概率混合可靠性，表明定量衡量产品质量问题的理论方法从产生到现在已有了长足的发展；对于复杂结构的复杂参数由单纯的概率非概率可靠性分析方法发展到可靠性灵敏度分析的各种分析方法，使得这一理论日续丰富和完善，并深入渗透到各个学科和领域。可靠性当今已成为产品效能的决定因素之一，作为一个与国民经济和国防科技密切相关的科学，未来的科技发展中也必将得到广泛的研究和应用。 20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析，已标志着结构可靠性理论研究的初步开始。20世纪40年代以来，机械可靠性设计理论有了长足的发展，目前为止己
机械产品结构可靠性设计的十种方法 机械可靠性一般可分为结构可靠性和机构可靠性。结构可靠性主要考虑机械结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效；机构可靠性则主要考虑的不是强度问题引起的失效，而是考虑机构在动作过程由于运动学问题而引起的故障。 机械可靠性设计可分为定性可靠性设计和定量可靠性设计。所谓定性可靠性设计就是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上，有针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的。所谓定量可靠性设计就是充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上，通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系设计出满足规定可靠性要求的产品。 机械可靠性设计方法是常用的方法，是目前开展机械可靠性设计的一种最直接有效的方法，无论结构可靠性设计还是机构可靠性设计都是大量采用的常用方法。可靠性定量设计虽然可以按照可靠性指标设计出满足要求的恰如其分的零件，但由于材料的强度分布和载荷分布的具体数据目前还很缺乏，加之其中要考虑的因素很多，从而限制其推广应用，一般在关键或重要的零部件的设计时采用。 机械可靠性设计由于产品的不同和构成的差异，可以采用的可靠性设计方法有： 1.预防故障设计 机械产品一般属于串联系统.要提高整机可靠性,首先应从零部件的严格选择和控制做起。例如，优先选用标准件和通用件；选用经过使用分析验证的可靠的零部件；严格按标准的选择及对外购件的控制；充分运用故障分析的成果，采用成熟的经验或经分析试验验证后的方案。
2.简化设计 在满足预定功能的情况下，机械设计应力求简单、零部件的数量应尽可能减少，越简单越可靠是可靠性设计的一个基本原则，是减少故障提高可靠性的最有效方法。但不能因为减少零件而使其它零件执行超常功能或在高应力的条件下工作。否则，简化设计将达不到提高可靠性的目的。 3.降额设计和安全裕度设计 降额设计是使零部件的使用应力低于其额定应力的一种设计方法。降额设计可以通过降低零件承受的应力或提高零件的强度的办法来实现。工程经验证明，大多数机械零件在低于额定承载应力条件下工作时，其故障率较低，可靠性较高。为了找到最佳降额值，需做大量的试验研究。 当机械零部件的载荷应力以及承受这些应力的具体零部件的强度在某一范围内呈不确定分布时，可以采用提高平均强度(如通过大加安全系数实现)、降低平均应力，减少应力变化(如通过对使用条件的限制实现)和减少强度变化(如合理选择工艺方法，严格控制整个加工过程，或通过检验或试验剔除不合格的零件)等方法来提高可靠性。对于涉及安全的重要零部件，还可以采用极限设计方法，以保证其在最恶劣的极限状态下也不会发生故障。 4.余度设计 余度设计是对完成规定功能设置重复的结构、备件等，以备局部发生失效时，整机或系统仍不致于发生丧失规定功能的设计。当某部分可靠性要求很高，但目前的技术水平很难满足。 比如采用降额设计、简化设计等可靠性设计方沙土，还不能达到可靠性要求，或者提高零部件可靠性的改进费用比重复配置还高时，余度技术可能成为较好的一种设计方法，例如采用双泵或双发动机配置的机械系统，但应该注意，余度设计往往使整机的体积、重量、费用均相应增加。余度设
机械可靠性设计 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
机械可靠性设计概述 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机制（2）班 组员： 黄佳辉 芦朝晖
摘要 可靠性就是产品在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的能力，无论任何产品或是零件能否在复杂多变的环境下发挥其应有的功能是至关重要的，目前几乎所以的机器在设计制造的过程中都必须考虑其可靠性，可靠性设计已经变得越来越重要，怎样合理的采用科学的可靠性设计方法使机器能够在要求的工作环境下不会失效损坏是设计中必须考虑的重要问题，只有这样才能提高和稳定产品的可靠性。 关键词：可靠性发展趋势设计方法意义原理 正文 机械可靠性设计的目的就是确保其设计的机械零件能够在规定的工作时间，规定的条件下完成规定的功能。机械产品是在综合学科交叉作用下的高新技术的衍生物， 其主要功效就是实现产品运行过程中的安全性、可靠性[1] 。一个产品如果无法保证其 运作的稳定性，将会极大的威胁到人生安全，而且稳定性也是对产品质量的一种保证。 一机械可靠性设计研究发展状况 国内主要的可靠性研究机构有中国赛宝实验室（CEPREI，工业和信息化部电子第五 研究所）、摩尔实验室（MORLAB）等。中国赛宝实验室是中国唯一专业进行电子产品质量与可靠性研究的权威机构。可靠性研究分析中心（RAC）是中国赛宝实验室的核心技术部门，是按国际标准ISO17025管理和运行的实验室，主要开展电子产品失效分析、破坏性物理分析、电子制造技术服务、电子产品污染控制技术项目等。 经过多年的建设和发展，分析中心在电子材料、元器件、封装、组装和电子辅料的质量与可靠性方面，具有完善的检测、分析和试验能力；开展有毒有害物质（RoHS）、环境评估与监测、ODS替代技术检测等方面的技术服务，是目前国内最先进、综合技术能力最强的电子制造技术支持实验室和环保检测实验室。 摩尔实验室中的可靠性实验室主要实验为：气候环境实验、机械环境实验、高温可靠性实验。环境试验室拥有一批国际、国内着名的专业环境试验设备制造商生产的气候环境试验设备；设备技术先进、性能稳定、功能齐全，可编程控制，自动绘制试验曲线；可按IEC、ISO等国际标准和国家标准(GB)、行业标准、企业标准，以及客户的要求进行高温、低温、恒温恒湿、交变湿热、温度变化、温度/湿度组合循环、低气压等气候环境试验。环境试验室还拥有面积40余平方米的具有国内领先水平的大型淋雨试验室，配备了可编程控制、不锈钢材料的垂直淋雨、摆管淋雨、花洒淋雨、防
()2 2σ2 μx 21 )(-- σ π= e x f 第一章 绪论 1.3可靠性定义及特征量 1、可靠性：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。 对象：指某个不可拆卸的独立体（如弹簧、齿轮），也可指某一部件或机器（如发动机或减速器），还可指某个系统（如某条生产线、某个车间等），甚至包括人的判断与人的操作因素在内。 2、失效概率：产品在规定的条件下和规定的时间内未完成规定功能的概率，记为F (t)。 F(t)=1-R(t) 3、失效率：失效率是工作到某时刻t 尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。一般记为λ，它也是时间t 的函数，故也记为λ(t)，称为失效率函数，有时也称为故障率函数或风险函数。 假设有N 个产品，从t=0开始工作，到时刻t 时产品的失效数为n(t)，而到时刻(t+Δt)时产品的失效数为n(t+ Δt)，即在[t ，t+ Δt]时间内有Δn(t)=n(t+ Δt)-n(t)个产品失效，则在该区间内产品平均失效率为 式中， 为开始时投入试验产品的总数； 为到时刻产品的失效数； 为到时刻产品的失效数；为时间间隔。 失效率反映了t 时刻产品失效的速率，也称为瞬时失效率。失效率愈低，则可靠性愈高。 平均失效率：在某一定时间内失效率的平均值。 例如，在（t1，t2）时间内失效率平均值为： 练习 1、若有100 1小时，发现有1件失效，求此 时失效率。 2、若实验到50小时时共有10件失效。再观测1小时，也发现有1件失效，求此时失效率。 第二章可靠性数学基础 4平均寿命 MTTF ：Mean Time to Failure ，无故障工作时间或首次故障平均时间，指开始工作到发生故障的平均时间。 MTBF ：Mean Time between Failure ，故障间隔平均时间或平均无故障时间，指寿命期内累计工作时间与故障次数之比。MTTF 和MTBF 都称为平均寿命 2.3.3 重要的连续性随机变量及其分布 3、正态分布（高斯分布） 概率密度函数： N )(t n t )(t t n ?+t t ?+t ?dt t t t t t t ? -=211 2)(1 )(λλ
机械设计基础机械设计中的可靠性分析与可 靠性工程 机械设计基础：机械设计中的可靠性分析与可靠性工程 一、引言 机械设计中的可靠性分析与可靠性工程是确保机械产品性能和质量的重要手段。本文将从可靠性的定义和重要性入手，探讨机械设计中可靠性分析和可靠性工程的相关概念与方法，并介绍其在实际工程中的应用。 二、可靠性的定义和重要性 可靠性是指机械产品在一定时间范围内以及特定工作条件下正常使用的概率。可靠性的高低直接关系到产品的使用寿命、安全性和用户体验。在机械设计中，不仅要满足产品的功能需求，同时也要考虑其可靠性表现，以确保产品的可持续发展和用户满意度。 三、可靠性分析 1. 可靠性要求分析 可靠性要求分析是根据产品的具体应用场景和使用要求，确定产品的可靠性指标和要求。这需要结合产品的功能特点、工作环境、使用寿命等因素进行分析和综合考虑，以制定出适应实际需求的可靠性要求。 2. 故障模式与影响分析（FMEA）
故障模式与影响分析（FMEA）是一种常用的可靠性分析方法。它通过对机械产品可能出现的故障模式、故障原因和故障对系统性能的影响进行分析和评估，以提前预防潜在的故障，并采取相应的措施。 3. 统计学可靠性分析方法 统计学可靠性分析方法主要包括故障数据分析、可靠性增长试验和可靠性验证试验等。通过对故障数据的统计分析，可以评估产品的可靠性水平和寿命分布特征。而可靠性增长试验和可靠性验证试验则是通过实际测试验证产品的可靠性能力。 四、可靠性工程 1. 设计阶段的可靠性工程 在机械设计的初级阶段就应该考虑可靠性工程的内容。通过应用一系列的强度学和可靠性设计理论，在设计阶段就能够预测产品的可靠性表现，减少故障率和提高设计的合理性。 2. 制造阶段的可靠性工程 制造阶段的可靠性工程主要包括质量控制和质量管理。通过合理的工艺设计和操作规程，确保产品在制造过程中的质量可控性，减少制造过程中的偶然误差和缺陷率。 3. 运维阶段的可靠性工程
机械设计基础机械系统的可靠性与改善 机械设计基础：机械系统的可靠性与改善 可靠性是机械系统设计中一个非常重要的指标，它直接关系到机械设备的工作性能和使用寿命。本文将探讨机械系统可靠性的概念、影响因素以及如何改善机械系统的可靠性。 一、机械系统可靠性的概念 可靠性是指机械设备按照一定时间内按照规定工作的能力和水平。一般来说，机械系统的可靠性可以通过失效率来衡量，即在一定的工作时间内，机械系统的失效次数与总工作时间的比值。 为了提高机械系统的可靠性，设计者需要考虑以下几个方面：一是选择适用的传动零件和元件，保证其品质和质量；二是进行充分的抗振动和抗冲击设计；三是采用合适的润滑方式和材料，减少磨损；四是加强设备的维护和保养，及时发现和解决潜在问题。 二、影响机械系统可靠性的因素 1. 材料选择：机械系统的可靠性与所使用的材料直接相关。在设计阶段，需要选择强度高、韧性好、抗疲劳性能优良的材料，以保证机械系统的可靠性。 2. 结构设计：合理的结构设计是确保机械系统可靠性的关键。结构不合理会导致应力集中、疲劳速度增加等问题，从而影响机械系统的可靠性。
3. 抗振动与抗冲击设计：机械系统在运行过程中会受到振动和冲击 的影响，而振动和冲击则会导致机械系统的损坏和失效。设计时需考 虑采取适当的减振和抗冲击措施，提高机械系统的可靠性。 4. 润滑设计：适当的润滑设计能减少机械系统的磨损和摩擦，提高 机械系统的可靠性。合理选择润滑方式和润滑材料，保证机械系统的 正常运行。 5. 维护管理：机械系统的维护管理直接影响到其可靠性。定期的检 查和维护能够及时发现潜在问题，并采取相应措施修复，从而避免机 械系统的失效。 三、改善机械系统的可靠性 1. 优化设计：在机械系统的设计过程中，可以采取一些措施来优化 设计，如采用可靠性设计方法，引入故障模式和影响分析（FMEA）等方法，对系统进行全面的分析和设计优化，确保其可靠性。 2. 合理安全系数：在设计过程中，要合理设置安全系数。过高或过 低的安全系数都会对机械系统的可靠性产生负面影响，因此需要综合 考虑各种因素来确定适当的安全系数。 3. 提高制造工艺：改进制造工艺是提高机械系统可靠性的重要手段。采用现代生产技术和先进的制造设备，能够提高零部件的加工精度和 装配质量，进而提高整个机械系统的可靠性。
机械设计基础了解机械设计中的常见可靠性 与可维护性考虑 机械设计是一门综合性学科，它涉及到各种工程学科的知识，其中 包括可靠性和可维护性考虑。在机械设计中，可靠性和可维护性是至 关重要的因素，它们直接影响到机械设备的性能、寿命和使用成本。 因此，了解和应用常见的可靠性和可维护性考虑是机械设计师必备的 基础知识。 1. 可靠性考虑 可靠性是指机械设备在规定条件下进行预定任务的概率。在机械设 计中，常见的可靠性考虑包括以下几个方面： 1.1. 材料和工艺的选择：选择合适的材料和工艺对机械设备的可靠 性有着重要影响。应根据具体应用情况和使用环境选择耐磨、耐腐蚀、强度高等性能良好的材料，并采用优良的工艺进行加工和制造，以提 高机械设备的可靠性。 1.2. 结构设计：良好的结构设计是机械设备可靠性的关键。合理的 结构设计可以减小应力集中和疲劳破坏的风险，提高机械设备的可靠性。例如，在零件连接处使用圆角，避免应力集中；对于关键部件， 应进行强度校核，以确保在额定工作条件下不会发生失效。 1.3. 强度计算和试验验证：通过强度计算和试验验证可以评估机械 设备在工作过程中的可靠性。强度计算可以用于估算零件和结构的强
度，有助于发现设计缺陷和弱点。而试验验证可以通过实际测试获取 数据，验证设计的可靠性和合理性。 2. 可维护性考虑 可维护性是指机械设备在故障发生后进行维修和保养的能力，包括 维修的难易程度、维修部件的易获得性等。在机械设计中，常见的可 维护性考虑包括以下几个方面： 2.1. 模块化设计：采用模块化设计可以将机械设备分为多个独立的 模块，使得维修和更换零部件更加便捷。模块化设计不仅可以提高设 备的可维护性，还可以降低维修成本和时间。 2.2. 维修空间和维修操作：在机械设备的设计中，应充分考虑维修 空间的大小和维修操作的便捷性。保留足够的空间，使得维修人员可 以方便地进行维修和保养工作，减少维修时间，提高设备的可维护性。 2.3. 预防性维护：预防性维护是指通过定期保养和检查，预测和预 防可能发生的故障和损坏。在机械设备的设计和制造中，应考虑到预 防性维护的要求，例如在关键部位设置检修口、提供易损件更换建议等，以提高设备的可维护性。 3. 可靠性与可维护性之间的关系 可靠性和可维护性是相互关联的，二者在机械设计中相辅相成。良 好的可靠性设计可以减少故障和损坏的发生，降低维修的次数和维修 成本，从而提高设备的可维护性。同时，合理的可维护性设计可以方 便维修和保养工作，提高设备的可靠性。
机械设计中的机械结构可靠性分析机械结构的可靠性是指在一定的使用条件下，机械结构能够保持正常运行的程度。机械设计中的可靠性分析是为了评估机械结构的可靠性，并通过分析得出相应结论和建议。本文将从可靠性的定义、分析方法、计算指标及应用等方面进行探讨。 一、可靠性的定义 在机械设计中，可靠性是指机械结构在一定使用条件下能够正常运行的概率。可靠性分析的目的是通过对机械结构的设计、制造、使用等环节进行分析和评估，以提高机械结构的可靠性，并避免或减少故障和损坏的发生。 二、可靠性分析方法 1.故障模式分析（FMEA） 故障模式分析是一种通过分析和识别机械结构可能发生的故障模式和潜在故障原因的方法。该方法通过对机械结构进行系统化的分解和分析，识别潜在的风险和故障点，并制定相应的改进措施以提高可靠性。 2.可靠性预测 可靠性预测是一种基于统计和仿真分析的方法，通过模拟机械结构在使用过程中的故障和损坏情况，来预测机械结构在给定使用条件下
的可靠性水平。该方法可以通过引入故障率、平均寿命、失效模型等 指标，来评估机械结构的可靠性。 3.可靠性试验 可靠性试验是一种通过对机械结构进行实际测试和观测，来评估机 械结构可靠性的方法。通过在实际使用条件下对机械结构进行试验， 可以直接获得机械结构的可靠性数据，并根据试验结果来评估和改进 机械结构的可靠性。 三、可靠性的计算指标 1.失效率（Failure Rate） 失效率是指单位时间内机械结构发生故障的概率。失效率可以通过 可靠性试验或可靠性预测来计算，是评估机械结构可靠性的重要指标。 2.平均寿命（Mean Time Between Failures，MTBF） 平均寿命是指机械结构连续正常运行的平均时间。它可以通过对机 械结构的使用状态和维修记录进行统计和计算得出。 3.可用性（Availability） 可用性是指机械结构在给定时间段内是可靠的，且进行维修和维护 的时间较短的概率。可用性可以通过计算机械结构的失效率和维修时 间来评估。 四、可靠性的应用 1.机械设计优化
机械设计基础中的安全与可靠性设计机械设计中的安全与可靠性是至关重要的考量因素。在设计过程中，必须确保机械设备在正常运行时能够保持安全和可靠的状态，以防止 事故和故障的发生。本文将就机械设计基础中的安全与可靠性设计进 行探讨。 1. 前期安全性分析 在进行机械设计之前，进行前期安全性分析是关键的一步。该分析 的目的是识别和评估潜在的安全风险，以采取适当的措施进行预防和 管理。这其中包括确定机械设备的工作环境、操作条件和使用目的， 评估设备可能存在的潜在风险，并提出相应的安全解决方案。 2. 设计合理的安全装置 在机械设计中，合理的安全装置是确保操作者安全的关键。安全装 置的设计应考虑到机器的运行过程中可能出现的各种风险和意外情况，并能够及时发现并采取相应措施，包括刹车系统、保护罩、断电保护 装置等。此外，安全装置的安装位置和设计参数也需要根据实际情况 做出合理的选择。 3. 材料选择和强度分析 在机械设计中，正确选择材料并进行强度分析是确保机械设备可靠 性的重要环节。材料的选择要符合机械设备所处环境的要求，同时要 具备足够的强度和刚度，以确保设备在工作时不会发生破坏或变形。
强度分析包括对各个零部件进行载荷分析、应力分析等，以保证设计 的可靠性和长寿命。 4. 可靠性评估和验证 在机械设计过程中，进行可靠性评估和验证是必不可少的步骤。通 过对各个零部件和系统进行可靠性预测、故障模式和影响分析，可以 评估机械设备运行的可靠性。同时，还需要进行模拟实验和性能测试 来验证设计的可靠性，以提高机械设备在使用过程中的稳定性和可信度。 5. 维护和保养 机械设备的维护和保养对于保证其安全和可靠性至关重要。设计过 程中应考虑到设备的易用性和可维护性，方便操作者进行维护工作。 此外，还需要制定相应的维护保养计划，定期对设备进行检查和维护，避免故障和事故的发生。 总结： 机械设计基础中的安全与可靠性设计是确保设备在正常运行时不会 发生事故和故障的重要环节。通过前期安全性分析、合理的安全装置 设计、材料选择和强度分析、可靠性评估和验证，以及维护和保养等 措施，可以提高机械设备的安全性和可靠性。只有在安全可靠的基础上，机械设计才能真正发挥其功能，为人们的工作和生活带来便利和 效益。
机械设计基础认识机械系统的可靠性设计 机械设计基础：认识机械系统的可靠性设计 在机械设计中，可靠性是一个非常重要的概念。可靠性设计旨在保 证机械系统在特定的工作条件下能够稳定和正确地工作。本文将介绍 机械系统的可靠性设计的基础知识和方法。 一、可靠性的定义和重要性 可靠性是指机械系统在一定工作条件下，在规定的时间内能够正常 工作的概率。在机械设计中，可靠性设计是确保机械系统能够满足设 计要求并能够长时间稳定运行的关键。 机械系统的可靠性设计不仅可以提高产品的质量，还能降低维修和 更换成本，延长机械设备的使用寿命，提高用户的满意度。 二、可靠性设计的方法 1. 故障模式与影响分析（FMEA） FMEA是常用的可靠性设计方法之一，它通过对系统中可能出现的 故障模式和其对系统性能的影响进行分析，找出潜在的故障点和故障 原因，从而采取相应的措施来提高系统的可靠性。 2. 设计优化 在机械系统的设计过程中，可以通过优化设计来提高系统的可靠性。例如，通过增加冗余部件、采用更可靠的材料、改变结构等方式，都 可以提高机械系统的可靠性。
3. 可靠性测试 可靠性测试是评估机械系统可靠性的重要手段。通过对机械系统在 实际工作条件下的测试和观测，可以获取系统的故障信息，从而判断 系统的可靠性水平。根据测试结果，可以进一步修改和改进机械系统 的设计。 4. 维护管理 维护管理是确保机械系统长期稳定运行的关键。定期的检查、保养 和维修可以预防故障的发生，并及时处理已经发生的故障，保证机械 系统始终处于良好的工作状态。 三、提高机械系统可靠性的注意事项 1. 合理的设计要求 在机械设计过程中，需要制定合理的设计要求，包括工作条件、使 用寿命、可靠性水平等。这些设计要求需基于实际需求和可行性进行 设定，不能过高或过低，要考虑到机械系统的实际使用环境和工作特点。 2. 合适的材料选择 材料的选择对机械系统的可靠性有着重要影响。应根据机械系统的 工作条件和使用要求选择合适的材料，并进行充分的材料测试和评估，确保材料满足机械系统的可靠性要求。 3. 设计多样性
机械设计基础中的设计中的安全性与可靠性在机械设计领域中，安全性与可靠性是至关重要的考虑因素。一项 设计的安全性确保了机械设备可以在正常运行条件下不对人体或环境 造成任何伤害。而可靠性则表示机械设备在使用寿命内能够持续正常 运行，不发生故障或失效。本文将探讨机械设计中的安全性与可靠性 的重要性以及相应的考虑因素。 首先，安全性是机械设计中首要的考虑因素之一。一项设计必须符 合相关的安全标准和法规，例如国际机械安全标准ISO 12100以及各个国家的国家标准，如ASME和GB。设计师需要对人体接触部位、电 气系统、运动部件等进行安全分析和风险评估，以确保在正常使用过 程中不会对用户造成伤害。例如，在设计工业机器人时，必须考虑到 操作员与机器人的交互，采取适当的保护措施，如安全围栏或光电传 感器，以防止发生意外伤害。 其次，可靠性也是机械设计中不可忽视的因素。一项设计必须能够 在使用寿命内始终保持正常运行，以防止机器事故或停机造成的生产 线中断和经济损失。设计师需要考虑机械设备的结构强度、材料选择、关键部件的寿命等因素。例如，在设计飞机引擎时，需要使用高强度 材料和耐高温材料来确保其在极端条件下的稳定性和可靠性。此外， 设计师还需进行合理的使用寿命评估和维护计划，如定期检查和更换 关键部件。 除了符合安全性和可靠性标准，机械设计中还需要考虑设计的可操 作性。设计师应该确保操作和维护过程简便易行，避免无谓的复杂性，
以便用户能够方便地操作设备和进行维护。例如，为了方便用户操作，设计工程师可以选择使用符合人体工程学原理的控制按钮和手柄，以 减少疲劳和错误操作。 此外，机械设计中的安全性和可靠性还需要与其他设计要素进行综 合考虑。例如，与节能性和环保性需求相结合，设计师需要确定如何 达到节能减排目标的同时确保设备的安全性和可靠性。此外，在设计 初期进行全面的风险分析和故障模式与影响分析（FMEA）是非常重要的步骤，以及时发现和解决潜在的安全和可靠性问题。 综上所述，在机械设计中，安全性与可靠性是至关重要的考虑因素。设计师必须遵守相关的标准和法规，进行安全性和风险评估，以确保 机械设备在正常使用条件下不会对人体或环境造成伤害。同时，设计 师还需要考虑设备的可靠性，使其能够持续稳定地运行，减少故障和 停机时间。只有在安全性和可靠性的基础上，机械设备才能为用户提 供长期稳定的使用体验，并为工业生产带来可持续的效益。
机械设计的可靠性分析 近年来，机械设计领域的可靠性分析成为了一个热门话题。机械设备作为现代 工业生产的重要组成部分，其可靠性直接关系到生产效率和产品质量。因此，在机械设计的过程中进行可靠性分析是至关重要的。 一、可靠性分析的意义 机械设备在使用过程中，会面临各种不可预测的外界因素，如温度变化、振动、冲击等。这些因素可能导致机械设备的故障和运行中断，影响生产线的连续运转。因此，通过可靠性分析，可以评估机械设备在特定工况下的可靠性，并为设计者提供指导意见，减少故障率，提高设备的可靠性。 二、可靠性分析的方法 1. 故障模式与影响分析（FMEA） 故障模式与影响分析是一种常用的可靠性分析方法。通过评估各种故障模式的 可能性和严重性，确定关键故障，进而制定相应的预防措施。这一方法有助于设计者在设计初期，就考虑到故障条件，提高设备的可靠性和安全性。 2. 可靠性增长分析（RGA） 可靠性增长分析是指通过对机械设备的测试和监控，不断积累数据，并进行数 据分析，从而逐渐提高设备的可靠性。这一方法在设备运行过程中持续进行，可以及时发现设备的隐患和故障，并采取相应的维修和改进措施。 三、可靠性分析的挑战与解决方案 1. 数据不确定性
在进行可靠性分析时，常常会面临数据不确定性的挑战。例如，某些故障事件 可能非常罕见，导致难以获得足够的数据进行分析。此时，可以通过模拟和推断的方法来填补数据的空白，提高可靠性分析的可靠性。 2. 参数的不确定性 在可靠性分析中，参数的不确定性也是一个重要的问题。例如，材料的强度、 使用环境的温度等参数都可能存在一定的不确定性。对于这一问题，可以通过概率方法和统计分析来处理，给出参数的可靠性评估结果。 四、案例分析 以某机械设备的可靠性分析为例，该设备应用于高温环境下的生产线。通过FMEA方法，确定了设备的故障模式和严重性，例如温度过高导致的设备损坏，材料老化等。 为了解决温度过高的问题，设计者选择了具有更高散热能力的材料，并采用了 降温系统来降低设备的温度。通过可靠性增长分析，不断监测设备运行情况，并记录故障事件。通过分析这些数据，设计师及时调整设计方案，如增加散热片数量、改进降温系统等，逐渐提高设备的可靠性。 在经过一段时间的运行后，该机械设备的故障率显著降低，生产线的稳定性和 生产效率也得到了明显的提高。 五、结论 可靠性分析在机械设计中扮演着至关重要的角色。通过可靠性分析，设计者可 以评估机械设备的可靠性，并采取相应的措施来提高设备的可靠性和安全性。然而，在进行可靠性分析时，也会面临数据不确定性和参数不确定性等挑战。因此，设计者需要综合运用不同的可靠性分析方法，并结合实际情况进行研究和改进。只有这样，我们才能设计出更加可靠、安全的机械设备，推动工业生产的稳定发展。
机械设计中的可靠性分析方法 在机械设计领域中，可靠性是一个至关重要的概念。可靠性分析方法的应用可以帮助工程师评估和改进机械系统的可靠性，从而提高产品的性能和寿命。本文将介绍几种常用的机械设计中的可靠性分析方法。 一、故障模式与影响分析（FMEA） 故障模式与影响分析（FMEA）是一种常用的可靠性分析方法，用于识别和评估系统中可能发生的故障模式以及其对系统性能的影响。FMEA的主要目的是通过识别潜在的故障模式和影响，提前采取措施来减少故障的发生概率。 FMEA的步骤包括：确定系统的功能和需求、识别潜在的故障模式、评估故障的严重性和频率、确定故障的原因和控制措施、重新评估故障的严重性和频率。通过FMEA，工程师可以识别出可能导致系统故障的关键因素，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。 二、可靠性块图（RBD） 可靠性块图（RBD）是一种用于描述系统结构和可靠性分析的图形工具。RBD 将系统分解为各个组成部分，并通过图形表示它们之间的关系和可靠性参数。 在RBD中，系统的组成部分被称为块，块之间的连接表示它们之间的关系。每个块都有一个可靠性参数，如故障率或可用性。通过计算和分析RBD，工程师可以评估系统的可靠性，并确定系统中的关键组件。 三、失效模式与效应分析（FMEA） 失效模式与效应分析（FMEA）是一种用于识别和评估系统中可能发生的失效模式以及其对系统性能的影响的方法。与FMEA类似，FMEA的目标是通过提前识别潜在的失效模式和影响，采取措施来减少失效的发生概率。
FMEA的步骤包括：确定系统的功能和需求、识别潜在的失效模式、评估失效的严重性和频率、确定失效的原因和控制措施、重新评估失效的严重性和频率。通过FMEA，工程师可以识别出可能导致系统失效的关键因素，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。 四、可靠性增长分析（RGA） 可靠性增长分析（RGA）是一种用于评估和改进系统可靠性的方法。RGA的主要目的是通过收集和分析系统的可靠性数据，识别系统中的关键问题，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。 RGA的步骤包括：收集系统的可靠性数据、分析数据以识别关键问题、确定改进措施并实施、重新评估系统的可靠性。通过RGA，工程师可以了解系统的可靠性水平，并采取措施来提高系统的可靠性。 总结 机械设计中的可靠性分析方法是评估和改进系统可靠性的重要工具。本文介绍了几种常用的可靠性分析方法，包括故障模式与影响分析、可靠性块图、失效模式与效应分析和可靠性增长分析。通过应用这些方法，工程师可以识别系统中的关键问题，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。在机械设计中，可靠性分析方法的应用是提高产品性能和寿命的关键步骤。
机械可靠性设计
机械可靠性设计概述 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机制（2）班 组员： 陈亚超 2013330300044 黄佳辉 芦朝晖
术部门，是按国际标准ISO17025管理和运行的实验室，主要开展电子产品失效分析、破坏性物理分析、电子制造技术服务、电子产品污染控制技术项目等。 经过多年的建设和发展，分析中心在电子材料、元器件、封装、组装和电子辅料的质量与可靠性方面，具有完善的检测、分析和试验能力；开展有毒有害物质（RoHS）、环境评估与监测、ODS替代技术检测等方面的技术服务，是目前国内最先进、综合技术能力最强的电子制造技术支持实验室和环保检测实验室。 摩尔实验室中的可靠性实验室主要实验为：气候环境实验、机械环境实验、高温可靠性实验。环境试验室拥有一批国际、国内著名的专业环境试验设备制造商生产的气候环境试验设备；设备技术先进、性能稳定、功能齐全，可编程控制，自动绘制试验曲线；可按IEC、ISO等国际标准和国家标准(GB)、行业标准、企业标准，以及客户的要求进行高温、低温、恒温恒湿、交变湿热、温度变化、温度/湿度组合循环、低气压等气候环境试验。环境试验室还拥有面积40余平方米的具有国内领先水平的大型淋雨试验室，配备了可编程控制、不锈钢材料的垂直淋雨、摆管淋雨、花洒淋雨、防喷、防溅、水密等防水试验设备，可按IEC、ISO等国际标准和国家标准(GB)、行业标准、企业标准，以及客可按国家标准、行业标准和客户的要求对音视频产品、信息技术产品及其它电子产品进行高温可靠性试验。 国外有许多可靠性的认证机构如德国的TUV认证、美国的UL认证。TÜV 南德意志集团是国际化的认证机构，提供专业管理体系认证服务。TÜV南德掌握了专业的国际管理体系审核认证技能，对质量，环境，能源，安全，风险，健康，教育，商业连续性以及社会责任感等方面进行检测认证。涉及的领域包括汽车，铁路，航空，机械工程，信息技术，银行，金融和健康服务。UL是美国保险商实验室的简写（Underwrites Laboratories Inc.），它是世界上最大的从事安全试验和鉴定的民间机构之一。在100多年的发展过程中，其自身形成了一套严密的组织管理体制、标准开发和产品认证程序。是一个独立的、非盈利的、为公共安全做试验的专业机构。它采用科学的方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害；确定和编写、发行相应的标准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料。 二、什么是可靠性设计 按照国家有关标准，可靠性就是产品在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的
机械可靠性设计 考试复习资料 知识点总结 第一章 ①可靠性(可靠度) 定义：产品在规定的条件下和规定时间内，完成规定功能的能力(概率)。 ②可靠性特征量：表示产品总体可靠性水平高低的各种可靠性指标（理论数值）。包括（可靠度R(t)，失效概率F(t)，失效率λ(t)，平均寿命t ，可靠寿命，中位寿命） ③失效概率：产品在规定条件和规定时间区间内未完成规定功能的概率。(不可靠度) ④失效率：工作到某时刻未失效，在t 时刻后发生失效的概率。反应产品失效的速率 ⑤失效率曲线：反应产品整个寿命期失效率的情况。第一曲线（早期失效期）：特点（递减型）失效率高，但随t 增加失效率迅速降低。原因：设计、制造、存储缺陷及使用不当。第二（偶然失效期）：特点（恒定型）失效率低且稳定可看做常数，为产品的使用寿命阶段。原因：意外过载、误操作、不可抗拒因素等。第三（耗损失效期）：特点（递增型）失效率随t 急速增长。原因：疲劳、磨损。 ⑥可靠度R(t)、概率密度、失效概率、失效率λ(t)之间的关系 )(1)(,)(,)(R t R t F e t f e t t t -===--λλλ 例题：某零件工作到 50h 时，还有 100 个仍在工作，工作到 51h 时，失效了 1 个，在第 52h 内失效了 3 个，试求这批零件工作满 50h 和 51h 时的失效率λ (50)和λ (51)？ 解：λ (50)=1/100，λ (51)=3/991-h 第三章 ①故障：应力s > 强度S ②应力强度正态分布：2 2 S _ Z s S s σσ+-= Z 为连接系数计算后 再查表。 ③应力强度 对数正态分布： 对于Z 的值查表对应的值为不可靠度。 2lg 2lg lg lgS _ Z s S s σσ+-= ④工作循环次数N 对数正态分布：N n σ''-'=1t N _Z 其中11lgn ='n ⑤应力水平越低则失 效循环次数离散程度越大，且成对数正态分布。⑥可靠性设计方法与安全系数设计 方法的区别？ 相同点:机械零件常规设计的原理、准则及计算方法中所使用的各种公式同样适用于可 靠性设计；
机械设计基础中的安全性与可靠性设计 在机械设计基础中，安全性与可靠性设计是非常重要的环节。本文 将从机械设计的角度探讨安全性与可靠性设计的要点和技巧。 一、引言 安全性与可靠性设计是机械设计过程中不可或缺的一环。它直接关 系到机械设备的正常运行、使用者的人身安全以及设备的寿命。因此，合理的安全性与可靠性设计对于机械设备的成功实施至关重要。 二、风险评估与控制 安全性设计首先需要进行风险评估与控制。通过分析机械设备可能 存在的各种风险，并采取相应的措施来减少风险的发生概率和影响程度。在设计过程中，可以运用风险矩阵、故障模式与效应分析等方法 进行风险评估，并结合优化设计来降低风险。 三、材料选择与工艺设计 在机械设计中，材料选择与工艺设计对于安全性与可靠性至关重要。合适的材料选择可以提高机械设备的承载能力、耐磨性以及抗腐蚀能力。同时，优化的工艺设计可以减少材料的加工误差，提高零部件的 精度和可靠性。 四、结构设计与强度计算
结构设计是机械设计中的核心环节。合理的结构设计可以提高机械 设备的安全性和可靠性。通过进行强度计算，确定零部件的强度和承 载能力，从而保证机械设备在正常工作状态下不会发生破坏或失效。 五、安全保护措施 安全性设计还需要考虑安全保护措施。例如，对于旋转部件使用安 全罩，对于运动部件设置防护装置等。这些安全保护措施的设计可以 减少机械设备的运行风险，降低操作人员的伤害概率。 六、故障检测与诊断 安全性与可靠性设计中还需要考虑故障检测与诊断。通过合理的故 障检测与诊断系统，可以及时发现机械设备的故障并采取相应的修复 措施，从而保证设备的正常运行。常用的故障检测与诊断方法包括振 动分析、噪声分析、温度监测等。 七、维护与保养 安全性与可靠性设计不仅涉及到机械设备的设计和制造过程，还需 要考虑设备的日常维护与保养。定期的维护与保养可以延长机械设备 的使用寿命，减少故障的发生概率。 结论 在机械设计基础中，安全性与可靠性设计是不可忽视的环节。通过 合理的风险评估与控制、材料选择与工艺设计、结构设计与强度计算、安全保护措施、故障检测与诊断以及维护与保养，可以提高机械设备 的安全性和可靠性。安全性与可靠性设计的成功实施不仅需要设计者