車輛可靠性-第5章-汽車機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)ppt課件

1、1,車 輛 可 靠 性,第5章 汽車可靠性設(shè)計(jì),2,5.1 汽車可靠性設(shè)計(jì)規(guī)范 5.1.1可靠性設(shè)計(jì)的含義及重要地位 汽車設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證汽車可靠性的重要環(huán)節(jié)。汽車設(shè)計(jì)階段所賦予的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性水平，對(duì)汽車產(chǎn)品的壽命和可靠性具有根本性的影響。 所謂汽車可靠性設(shè)計(jì)，就是在汽車產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)的同時(shí)，運(yùn)用可靠性理論和分析方法，明確汽車系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)，進(jìn)行汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種方法。所以，汽車可靠性設(shè)計(jì)決不是掘棄以往的汽車常規(guī)設(shè)計(jì)方法，而是在常規(guī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，使汽車設(shè)計(jì)更趨完善、更加精確、更為科學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,3,5.1.2 汽車設(shè)計(jì)階段可靠性工作的主要環(huán)節(jié) 在可靠性設(shè)計(jì)階段，應(yīng)著重抓好五個(gè)環(huán)節(jié)。 (1)

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 進(jìn)行科學(xué)的、合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選定目標(biāo)樣車，掌握同類車型的各種試驗(yàn)參數(shù)和可靠性水平，明確開發(fā)新車型的系統(tǒng)、分系統(tǒng)的可靠度要求和目標(biāo)（即可靠度的預(yù)測(cè)和分配），賦予各子系統(tǒng)的容差和空間位置。 (2)詳細(xì)設(shè)計(jì) 嚴(yán)格按照系統(tǒng)要求，進(jìn)行各子系統(tǒng)、零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。重點(diǎn)把握結(jié)構(gòu)、材料的選擇，應(yīng)力、強(qiáng)度的精確計(jì)算，注意部件與整車的協(xié)調(diào)、配合,4,汽車設(shè)計(jì)階段可靠性工作的5個(gè)主要環(huán)節(jié) (3)考核評(píng)審 通過可靠性試驗(yàn)、分析、研究、階段性的設(shè)計(jì)評(píng)審，考核設(shè)計(jì)方案是否合適;并及時(shí)反饋設(shè)計(jì)部門予以修訂設(shè)計(jì)。 (4)工藝設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)文件中，明確零部件的質(zhì)量要求和工藝規(guī)范，建立、健全質(zhì)量驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)，從生產(chǎn)角度 (

3、或外加工進(jìn)貨角度)保證零部件的可靠性。 (5)試驗(yàn)反饋 運(yùn)用可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)和可靠性分析、研究的成果，及時(shí)反饋到有關(guān)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中去,5,5.1.3汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本要求 5.1.3.1可靠性設(shè)計(jì)的辯證思維 (1)可靠性與成本的辯證關(guān)系 汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，汽車設(shè)計(jì)的方法實(shí)屬系統(tǒng)工程學(xué)的方法，對(duì)于系統(tǒng)而言，就是在有限的資源 (人力、物力、時(shí)間)條件制約下，盡可能地獲得最大的系統(tǒng)有效性。 還應(yīng)考慮到質(zhì)量指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、外觀形貌、生產(chǎn)和開發(fā)能力，諸如性能、成本、安全、時(shí)間、尺寸、重量以及使用、維修等方面的限制 產(chǎn)品的壽命不一定是越長(zhǎng)越好,6,可靠度與費(fèi)用的關(guān)系,7,5.1.3.1可靠性設(shè)計(jì)的辯證思

4、維,2)可靠性與簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化、冗余性的辯證關(guān)系 在通常情況下，系統(tǒng)愈簡(jiǎn)單，零部件愈少，則可靠性就愈高;愈是簡(jiǎn)單化、 標(biāo)準(zhǔn)化，也就愈能增加互換性、更換性和易檢性，從而提高了產(chǎn)品的可維修性。 對(duì)某些關(guān)鍵性部件采用冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì) (貯備設(shè)計(jì))，雖然增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，但它是提高系統(tǒng)可靠性的有效辦法。所以，簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化與冗余系統(tǒng)的采用，要辯證地分析。 (3)可靠性與可維修性的辯證關(guān)系 汽車是可維修產(chǎn)品，不應(yīng)單純追求產(chǎn)品的固有可靠性，必須重視可維修性設(shè)計(jì)，著眼于汽車的有效度,8,5.1.3.1可靠性設(shè)計(jì)的辯證思維 (4)可靠性與設(shè)計(jì)程序的辯證關(guān)系 如可靠性數(shù)據(jù)的調(diào)查、收集、預(yù)測(cè)、分配等。可靠性預(yù)測(cè)、分

5、配的工作質(zhì)量如何，主要取決于數(shù)據(jù)本身的可靠性水平。為保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性，可靠性設(shè)計(jì)必須依賴于完備的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括:準(zhǔn)備優(yōu)選的原材料、部件的規(guī)格參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù);重要部件和低可靠度部件的一覽表;規(guī)格說明書;故障、應(yīng)力等完備的技術(shù)資料;同時(shí)還包括收集、分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和確定反饋路線。雖然嚴(yán)格的設(shè)計(jì)程序有時(shí)顯得繁瑣，會(huì)牽制精力甚至影響開發(fā)周期，然而科學(xué)規(guī)范的設(shè)計(jì)程序是整車質(zhì)量和可靠性的必要保證,9,5.1.3.1可靠性設(shè)計(jì)的辯證思維 (5)設(shè)計(jì)審查與可靠性的關(guān)系 將可能發(fā)現(xiàn)的問題解決在產(chǎn)品開發(fā)階段，必須在設(shè)計(jì)工作的各個(gè)階段，組織設(shè)計(jì)評(píng)審工作。故障模式及危害度分析和審定是設(shè)計(jì)開發(fā)工作計(jì)劃的重要

6、組成部分，是形成自主開發(fā)能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 主要有以下幾種評(píng)審:市場(chǎng)調(diào)研、項(xiàng)目確立的可行性評(píng)審。圖樣設(shè)計(jì)完成后的評(píng)審。樣機(jī)試制后的評(píng)審。性能、可靠性試驗(yàn)結(jié)束后的評(píng)審。產(chǎn)品鑒定。 評(píng)審的主要目的:審查可靠性、可維修性與質(zhì)量是否取得了均衡，審查費(fèi)用、功能、加工性、生產(chǎn)效率、使用性等與設(shè)計(jì)有關(guān)的各個(gè)要素是否有不完備的地方;審查系統(tǒng)、分系統(tǒng)與零部件的匹配與協(xié)調(diào)。評(píng)審應(yīng)當(dāng)是有組織的、客觀的、公正的、有理論或試驗(yàn)依據(jù)的,10,5.1.3.2 設(shè)計(jì)的基本要求 (1) 設(shè)計(jì)之初應(yīng)力求避免已考慮到的缺陷，即使由于某種原因一時(shí)難于避免，也應(yīng)從設(shè)計(jì)角度考慮容易診斷和修理。從根本上提高汽車的有效度和可靠性。 (2)

7、 設(shè)計(jì)應(yīng)包括:汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)、可靠性分配、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及與其相應(yīng)的預(yù)測(cè)、分析、試驗(yàn)和設(shè)計(jì)審查等。 (3)設(shè)計(jì)要在過去的技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，提高效率。為了做好設(shè)計(jì)工作，要有計(jì)劃、有組織地積累必要的數(shù)據(jù)資料 (建立數(shù)據(jù)庫(kù))。 (4) 必須綜合平衡可靠性、維修性、整車系統(tǒng)協(xié)調(diào)性、產(chǎn)品質(zhì)量要求、成本費(fèi)用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)要素。這些因素概括起來有:時(shí)限性、功能性、商業(yè)性、生產(chǎn)性、物理性、藝術(shù)性、舒適性,11,5.1.3.3 汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 (1) 從系統(tǒng)方面考慮 確定整車的可靠性數(shù)據(jù)指標(biāo) 根據(jù)市場(chǎng)、用戶要求和使用環(huán)境，明確汽車系統(tǒng)的可靠性要求，確定預(yù)期的可靠性和可維修性指標(biāo)，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。 確定汽車的工作環(huán)

8、境 諸如汽車使用氣候條件、道路條件、載運(yùn)條件等等。 確定整車的系統(tǒng)的構(gòu)成及配置 諸如:動(dòng)力系一電控噴射發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系一ABS裝置。 實(shí)施可靠性預(yù)測(cè)和分配 將汽車系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)分配給各個(gè)分系統(tǒng) (總成)和零部件，并對(duì)可靠性的目標(biāo)值進(jìn)行預(yù)測(cè)。 決定易操作性基本要求（人機(jī)可靠性） 如自動(dòng)變速器、自動(dòng)搖窗機(jī)、轉(zhuǎn)向器變位能力、制動(dòng)助力裝置等等。 決定維修性基本要求 在維修性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用修復(fù)容易的結(jié)構(gòu)、維修方式及診斷方式,12,5.1.3.3 汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 決定安全性基本要求 如安全氣囊、制動(dòng)防鎖裝置、智能化防盜裝置等等。 可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審 有計(jì)劃地、分階段地提出可靠性評(píng)審的基本要求和基本內(nèi)

9、容，發(fā)揮集體智慧和專家作用，聽取建設(shè)性評(píng)價(jià)和采取相應(yīng)對(duì)策從而提高可靠性水平，使設(shè)計(jì)方案更經(jīng)濟(jì)、更有效、更可行。 修改設(shè)計(jì)方案 根據(jù)可靠性試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)不合理的設(shè)計(jì)予以修改，使設(shè)計(jì)方案更加完善，這種修改往往不是一次完成的，需要多次反復(fù)，逐步提高和完善。 確定整車或零部件的運(yùn)輸、包裝以及保管要求 涉及儲(chǔ)運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)。 各項(xiàng)指標(biāo)的綜合平衡 不僅要考慮可靠性和維修性，同時(shí)要考慮其它質(zhì)量要素，如重量、尺寸。外觀等，并把功能，成本費(fèi)用包括在內(nèi)，都應(yīng)取得平衡，當(dāng)某些方面矛盾突出時(shí)，應(yīng)當(dāng)以求得安全性、可靠性、耐久性為優(yōu)先。某些方面也可采用折中處理,13,5.1.3.3 汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 (2)從零部件方

10、面考慮 確定總成或零件的可靠性要求。 制定出零件可靠性一覽表。 制定出高可靠性零件一覽表。 指出可靠性不佳的零件。 確定零件壽命。 確定零件的失效率。 重要的零件采用概率設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵零件的可靠性試驗(yàn)計(jì)劃。 采用標(biāo)準(zhǔn)件和質(zhì)量穩(wěn)定、設(shè)計(jì)成熟、制造水平高的零部件。 貯備設(shè)計(jì):考慮采用冗余 (貯備)設(shè)計(jì)法和備件的使用,14,5.1.3.3 汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容,重要零件及部件上裝設(shè)自動(dòng)監(jiān)視、故障顯示、自動(dòng)校正裝置。制定重要件、易損件的使用、維修方針。盡量減少調(diào)整點(diǎn)。進(jìn)行零件的可靠性預(yù)測(cè)。確定零件報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)、故障模式和失效判據(jù)。進(jìn)行零部件可靠性評(píng)審。制定零件包裝;運(yùn)輸、貯存、使用、維修說明書,15

11、,5.1.3.3 汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 (3)從外購(gòu)件方面考慮 收集外購(gòu)件使用中的反饋信息，掌握外購(gòu)件供應(yīng)廠的設(shè)計(jì)和制造能力。 對(duì)外購(gòu)件提出性能要求、可靠性要求以及相應(yīng)的定量指標(biāo)。 審查提供產(chǎn)品的工廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)(或質(zhì)量保證書)資料，其中包括可靠性數(shù)據(jù)、質(zhì)量指標(biāo)等等。 接收提供產(chǎn)品的工廠編制的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、使用說明書。 對(duì)確定認(rèn)購(gòu)的產(chǎn)品作入庫(kù)檢驗(yàn)。 定期進(jìn)行確認(rèn)試驗(yàn),16,5.1.3.3 汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 (4)從人機(jī)工程方面考慮 便于駕駛員操作 具有良好的操縱性能和適宜的操作范圍。 視野、燈光、反照鏡等設(shè)計(jì) 都要有利于提高駕駛員的辨清能力。 舒適性設(shè)計(jì) 不易使駕駛員產(chǎn)生疲勞。 易于操作辨

12、認(rèn)，防止產(chǎn)生誤操作 采用易于操作，使用方便、失誤動(dòng)作較少的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)防誤操作的裝置。 信息顯示設(shè)計(jì) 各種儀表 (里程表、轉(zhuǎn)速表、油量指示表等)、指示燈、巡航系統(tǒng)等等。 車內(nèi)環(huán)境 空調(diào)、燈光、制動(dòng)、噪音、振動(dòng)、音響等等。 色彩效果以及心理影響因素的考慮,17,5.1.3.3 汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 (5)從汽車產(chǎn)品制造方面考慮 選用先進(jìn)的加工設(shè)備以及工具、量具、卡具。 正確的工藝設(shè)計(jì)以及工藝流程。 材料的可靠性試驗(yàn)或質(zhì)量驗(yàn)收試驗(yàn)。 外協(xié)產(chǎn)品的接收試驗(yàn)。 制造人員的培訓(xùn)和教育。 制造過程的管理。 制定正確的操作規(guī)程。 制定正確的維修或安裝調(diào)試規(guī)程。 具備適用的維修或安裝調(diào)試設(shè)備和工具。 做好售后

13、服務(wù)。 在生產(chǎn)線上作在線檢查。 定期進(jìn)行質(zhì)量分析,18,5.2 汽車零件可靠性設(shè)計(jì),5.2.1、應(yīng)力強(qiáng)度干涉理論 應(yīng)力與強(qiáng)度的概念 應(yīng)力：產(chǎn)品的工作值，如應(yīng)力、壓力、力、載荷、變形量、磨損量、溫度等，常用s表示。 強(qiáng)度：產(chǎn)品能承受這些工作值的能力，用表示。 產(chǎn)品的可靠度可以說成是產(chǎn)品的強(qiáng)度大于施加于該產(chǎn)品的應(yīng)力概率,19,產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的基本假設(shè)： 強(qiáng)度為一非負(fù)的隨機(jī)變量或隨機(jī)過程 應(yīng)力為一非負(fù)的隨機(jī)變量或隨機(jī)過程 當(dāng)應(yīng)力小于強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)品被認(rèn)為是可靠的，否則被認(rèn)為失效或故障。 失效僅由于應(yīng)力的作用。 計(jì)算應(yīng)力和強(qiáng)度的一切力學(xué)公式仍然適用，但公式中的確定量均視為隨機(jī)變量或隨機(jī)過程,20,應(yīng)力強(qiáng)度

14、可靠性計(jì)算模型的三種基本形式： 應(yīng)力強(qiáng)度隨機(jī)變量模型：應(yīng)力和強(qiáng)度均為隨機(jī)變量。 應(yīng)力強(qiáng)度半隨機(jī)過程（變量）模型：應(yīng)力或強(qiáng)度之一為隨機(jī)變量，另一個(gè)為隨機(jī)過程 應(yīng)力強(qiáng)度隨機(jī)過程模型：應(yīng)力和強(qiáng)度均為隨機(jī)過程,21,5.2.2、壓力強(qiáng)度干涉,1）、如圖中所示的相交的區(qū)域，即干涉區(qū)域，就是產(chǎn)品可能發(fā)生故障的區(qū)域。 （2)、在安全系數(shù)大于1的情況下仍然會(huì)存在一定的不可靠度,22,下面要解決的三個(gè)問題,1）知道了零件的應(yīng)力和強(qiáng)度的分布后，如何求零件的可靠度。 2）一般的安全系數(shù)與可靠度意義下的安全系數(shù)的區(qū)別。 3）一般機(jī)械零件設(shè)計(jì)中，應(yīng)力和強(qiáng)度的分布怎么知道,23,5.2.3 問題一、知道了應(yīng)力和強(qiáng)度的分布

15、，求零件的可靠度5.2.3 .1 特殊情況（公式法）：1） 應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)的可靠性計(jì)算,當(dāng)應(yīng)力S和強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí) ，則它們的差也是正態(tài)分布，且有,不可靠度為,24,化成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，令,則當(dāng)y0時(shí),令,可靠度為,25,當(dāng)強(qiáng)度和應(yīng)力的均值相等時(shí)，可靠度等于0.5,當(dāng)強(qiáng)度均值大于應(yīng)力的均值時(shí)，方差越大，可靠度越小,討論,26,2）當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度均為對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)可靠性計(jì)算,設(shè)隨機(jī)變量s和服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，即它們對(duì)數(shù)lns和ln服從正態(tài)分布，它們的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為,分別是lns和ln的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，即狀態(tài)分布下的均值和標(biāo)準(zhǔn)差,分別是變量S和的均值和標(biāo)準(zhǔn)差,則他們之間具有下列關(guān)系,27,

16、服從正態(tài)分布,當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度均為對(duì)數(shù)狀態(tài)分布時(shí)，有,則變量y的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為,知道了,的均值標(biāo)準(zhǔn)差為,的,28,和正態(tài)分布一樣， 化成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。令,令,則,則有,29,5.2.3.2、概率密度函數(shù)聯(lián)合積分法（一般情況,上述兩事件相互獨(dú)立，同時(shí)發(fā)生的概率應(yīng)當(dāng)是它們的積,即應(yīng)力落在小區(qū)間ds內(nèi)的可靠度為dR,30,應(yīng)力落在整個(gè)區(qū)間（，）的概率R為,同理還可以推出另一個(gè)對(duì)稱的公式,應(yīng)力落在小區(qū)間ds內(nèi)的可靠度dR為,31,例：當(dāng)壓力和強(qiáng)度均為指數(shù)分布時(shí),32,由于指數(shù)分布的強(qiáng)度和壓力的均值分別為,例：當(dāng)壓力和強(qiáng)度均為指數(shù)分布時(shí),所以可靠度為,33,5.2.4 可靠性安全系數(shù)（問題二） （1)傳

17、統(tǒng)的安全系數(shù) 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)以安全系數(shù)確定構(gòu)件的尺寸，僅僅以強(qiáng)度均值與應(yīng)力均值之比作為安全系數(shù)，忽視了強(qiáng)度的波動(dòng)(的變化)以及應(yīng)力的波動(dòng) (s的變化)，這種設(shè)計(jì)不能確切地反映結(jié)構(gòu)的可靠性,34,2）可靠度安全系數(shù),用最小強(qiáng)度與最大應(yīng)力之比表示安全系數(shù),這樣，零件失效的概率為0.130.131.6910-5,概率設(shè)計(jì)條件下的安全系數(shù)n為：（在一定可靠度下）最小的強(qiáng)度min與最大的應(yīng)力Smax之比，即,35,假定當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布,方差相等,且n=1時(shí),有,36,則在強(qiáng)度和應(yīng)力的可靠度分別為R和Rs時(shí)的安全系數(shù)nR，稱為可靠度意義下的安全系數(shù)，用下式表示,可靠度意義下的安全系數(shù),例，當(dāng),時(shí),37

18、,例51 在結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，已知強(qiáng)度與應(yīng)力均服從正態(tài)分布，二批材料強(qiáng)度的均值都為 =500OO MPa。由于材料內(nèi)在質(zhì)量有所差別，強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差不同，分別為 =1000MPa 和 12000Mpa，二批材料應(yīng)力的均值為S=300O0MPa,應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差均為主s =3000MPa。請(qǐng)分別計(jì)算平均安全系數(shù)和可靠度,解：平均安全系數(shù)為： 可靠度為,38,例5-2 某汽車零件，其強(qiáng)度和應(yīng)力均服從正態(tài)分布，強(qiáng)度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為: =350N/mm2、=30 N/mm2，應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為: =310 N/mm2、S=10 N/mm2，試計(jì)算該零件的安全系數(shù)、可靠度和“3”可靠度意義下的安全系數(shù),解

19、：(1)依照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其安全系數(shù)應(yīng)當(dāng)為,2)如果該零件按照概率設(shè)計(jì)方法，則計(jì)算可靠度得到,39,3）“R3”可靠性含義下的安全系數(shù),40,5.2.4、零件的可靠度設(shè)計(jì)（問題三,1）、零件設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度和應(yīng)力分布 材料的靜強(qiáng)度分布 試驗(yàn)證明，一般材料的強(qiáng)度極限、屈服極限、延伸率和硬度等均符合正態(tài)分布。可查表得到。 應(yīng)力分布 取決于力和尺寸的分布 一般認(rèn)為，力為正態(tài)分布，均值和方差由試驗(yàn)確定 而尺寸也為正態(tài)分布，均值與公稱尺寸相同，標(biāo)準(zhǔn)差為公差的1/3,即： （以上假設(shè)與事實(shí)基本相符，略偏安全,41,2）一般函數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征值,例：實(shí)心圓桿拉伸應(yīng)力 齒輪齒根的彎曲應(yīng)力,式中：F為力，r為圓桿半徑

20、，h為齒輪高度，b為齒輪寬度，t為齒輪厚度 公式中的力F、尺寸r、h、b、t都是隨機(jī)變量，如果知道了這些變量的分布或統(tǒng)計(jì)特征值，如何求得應(yīng)力s的特征值？ 一般將強(qiáng)度和應(yīng)力都近似為正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，這樣關(guān)鍵是求它們的均值和標(biāo)準(zhǔn)差,42,一維隨機(jī)變量的函數(shù),略去三階以上的小量得,43,一維隨機(jī)變量的函數(shù)（續(xù),略去三階以上的小量，求均值,44,如果方差較小，再進(jìn)一步略去二次項(xiàng)，則均值又可進(jìn)一步近似為,同樣，對(duì)于均方差，取泰勒級(jí)數(shù)的前兩項(xiàng)作為近似，則有,0,45,例 設(shè),已知x的均值和均方差分別為,求函數(shù)z的均值和均方差,解：（1）求均值,可進(jìn)一步近似為 （2）求均方差,46,多維隨機(jī)變量的函數(shù)

21、,則在x處展開泰勒級(jí)數(shù)得,式中 R為余項(xiàng),47,多維隨機(jī)變量的函數(shù)的特征值,可以證明，當(dāng)隨機(jī)變量x1,x2,xn相互獨(dú)立時(shí)，取一級(jí)近似值有,均值 方差,48,例：設(shè),則均值,49,基本函數(shù)形式的統(tǒng)計(jì)特征值,函數(shù) 期望 標(biāo)準(zhǔn)差,50,例5-3,某齒輪的載荷和有關(guān)尺寸為正態(tài)分布，數(shù)據(jù)如下：載荷F(24000,1600)N，齒高h(yuǎn)(33,1)mm，齒寬b(16,0.65)mm，齒根厚度t(19,0.9)mm，求齒根彎曲應(yīng)力的均值和方差。 設(shè)應(yīng)力s為隨機(jī)變量x（F，h，b，t）的函數(shù),第1步 求均值,51,例5-3續(xù)解,某齒輪的載荷和有關(guān)尺寸為正態(tài)分布，數(shù)據(jù)如下：載荷F(24000,1600)N，齒高

22、h(33,1)mm，齒寬b(16,0.65)mm，齒根厚度t(19,0.9)mm，求齒根彎曲應(yīng)力的均值和方差,第2步 求S對(duì)各個(gè)變量的偏導(dǎo)數(shù)均值點(diǎn)的值,52,例5-3續(xù)解,第3步 應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差為,據(jù)前面的解,53,根據(jù)零件的可靠度設(shè)計(jì)零件(計(jì)算零件主要尺寸） 例5-4,零件設(shè)計(jì)的一般過程是先按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)（確定尺寸），再檢驗(yàn)可靠可靠度，但也有相反的情況。例如： 例5-4 設(shè)有圓形拉桿，已知受載荷均值和標(biāo)準(zhǔn)差為 材料的拉伸強(qiáng)度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為 ， 求在可靠度R0.99條件下的最小半徑的,54,已知圓管受載荷均值和標(biāo)準(zhǔn)差為 材料的拉伸強(qiáng)度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為 ，求在可靠度R0.99條件下的最小半徑,取公差

23、尺寸為其名義尺寸的0.015倍，即 ,同時(shí)取公差為3水平，即,拉桿斷面積均值和方差 為,1,3,2,解 設(shè)應(yīng)力、強(qiáng)度和可靠度均為正態(tài)分布。 桿件的拉伸應(yīng)力公式為：s=Q/A, 而A=2r2, 為求A的標(biāo)準(zhǔn)差，先要確定r的標(biāo)準(zhǔn)差,零件的可靠度設(shè)計(jì) 例5-4續(xù)解,55,零件的可靠度設(shè)計(jì) 例5-4續(xù)解,設(shè)桿件的拉伸應(yīng)力的均值為,6,5,4,所以有,56,零件的可靠度設(shè)計(jì) 例5-4續(xù)解,當(dāng)可靠度R0.99時(shí)，查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表可得ZR2.33， 將ZR、式（4）和式（5）等數(shù)據(jù)代入上式， 并整理得,解方程得,7,8,將式(8)代入式(1)得,取整后得在可靠度R0.99條件下的最小半徑的均值和方差為,57

24、,第5章 思考題 1.汽車設(shè)計(jì)階段的可靠性工作有哪些環(huán)節(jié)? 2.在可靠性設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)處理好哪些辯證關(guān)系? 3.汽車可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有哪些? 4.何謂人機(jī)工程方法?就人機(jī)工程方面，應(yīng)當(dāng)考慮哪些問題? 5.就系統(tǒng)而言，應(yīng)當(dāng)考慮哪些可靠性問題? 6.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與概率設(shè)計(jì)方法的區(qū)別在什么地方? 7.強(qiáng)度的波動(dòng)因素主要有哪些?應(yīng)力的波動(dòng)因素有哪些? 8.熟悉例題,58,第5章 結(jié)束,59,5.3 疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介（不講,S-N曲線（疲勞曲線） S-N-P曲線 強(qiáng)度時(shí)間衰減曲線,60,5.4、可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念（不講,機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)雖然可以確?；蝾A(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的概率，確保產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但它不能確保產(chǎn)品具有最佳的工作性能和參數(shù)匹配，最小的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量，最低的成本和最大的效益。因此要將可靠性設(shè)計(jì)理論和最優(yōu)化