機械可靠性設計的其他應用介紹2

1、可靠性設計分析的可靠性設計分析的其他應用介紹其他應用介紹 東北大學機械工程與自動化學院東北大學機械工程與自動化學院現代設計與分析研究所現代設計與分析研究所何雪何雪浤浤機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤機械可靠性設計的其他應用介紹機械可靠性設計的其他應用介紹n 1. 磨損可靠性問題磨損可靠性問題 n 2. 腐蝕可靠性問題腐蝕可靠性問題n 3. 機構功能可靠性問題機構功能可靠性問題機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1. 磨損可靠性問題磨損可靠性問題n1.1 磨損的基本概念磨損的基本概念n1.2 給定壽命下的耐磨可靠度計算給定壽命下的耐磨可靠度

2、計算 n1.3 給定耐磨可靠度時可靠壽命的計算給定耐磨可靠度時可靠壽命的計算機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1.1 磨損的基本概念磨損的基本概念n1磨損和磨損量磨損和磨損量在組成摩擦副的兩個對偶件之間，由于接觸和相對運動在組成摩擦副的兩個對偶件之間，由于接觸和相對運動而造成其表面材料不斷損失的過程稱為磨損。例如機械而造成其表面材料不斷損失的過程稱為磨損。例如機械軸承、傳動機構的磨損。軸承、傳動機構的磨損。由磨損所造成的摩擦副表面材料質量的損失量，稱為磨由磨損所造成的摩擦副表面材料質量的損失量，稱為磨損量。用符號損量。用符號W表示，單位表示，單位m n沿摩擦表面垂直

3、方向測量的表面尺寸的減少量 （多種表達方式）n2磨損量與時間的關系磨損量與時間的關系磨損量是時間的函數。磨損量隨時間的變化率稱為磨損磨損量是時間的函數。磨損量隨時間的變化率稱為磨損速度速度u(u=W/t)，單位，單位m/s。機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1.1 磨損的基本概念磨損的基本概念n磨損過程：磨損過程：磨合期；磨合期；穩(wěn)定磨損期；穩(wěn)定磨損期；劇烈磨損期。劇烈磨損期。 磨損量W、磨損速度u與t的關系機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1.1 磨損的基本概念磨損的基本概念n穩(wěn)定磨損期內磨損速度恒定穩(wěn)定磨損期內磨損速度恒定 n穩(wěn)定磨損

4、階段的磨損速度與載荷、摩擦表穩(wěn)定磨損階段的磨損速度與載荷、摩擦表面正壓力面正壓力P、摩擦表面相對滑動速度、摩擦表面相對滑動速度v及摩及摩擦表面材料特性和加工處理潤滑情況有關。擦表面材料特性和加工處理潤滑情況有關。 utW bavkPu 摩擦副特性與工作條件影響系數，當摩擦副與工作條件給定時，k為定值 載荷因子(摩擦表面正壓力)，a=0.53，一般情況下可取1 速度因子，受相對運動速度的影響 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1.1 磨損的基本概念磨損的基本概念n3磨損速度和磨損量的分散特性磨損速度和磨損量的分散特性當摩擦副載荷當摩擦副載荷P與相對運動速度與相對運動速

5、度v看成相互獨立的看成相互獨立的隨機變量時，磨損速度隨機變量時，磨損速度u的分布特性參數為的分布特性參數為2222vvPPuubvaPubakbavkPu 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1.1 磨損的基本概念磨損的基本概念n當給定摩擦副工作壽命當給定摩擦副工作壽命t，且，且u和和u為已知時，穩(wěn)為已知時，穩(wěn)定磨損量的均值和標準差可由下式計算定磨損量的均值和標準差可由下式計算 ttuWuWutW 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1.1 磨損的基本概念磨損的基本概念n若考慮磨合階段磨損量的分布，則總磨損量的分若考慮磨合階段磨損量的分布，則

6、總磨損量的分布參數布參數W如下如下 2211WWWWWW1WWW磨合階段初始磨損量的均值 磨合階段初始磨損量的均值 磨合階段初始磨損量的標準差 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1.2 給定壽命下的耐磨可靠度計算給定壽命下的耐磨可靠度計算n1耐磨可靠度定義耐磨可靠度定義在給定的工作時間在給定的工作時間t內，摩擦副的表面磨損總量內，摩擦副的表面磨損總量小于等于其最大磨損量的概率，即小于等于其最大磨損量的概率，即max)(WtWPR摩擦副在給定壽命t下的耐磨可靠度 工作到t時刻時摩擦副磨損表面的磨損總量 摩擦副摩擦表面允許的最大磨損量 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大

7、學機械工程與自動化學院何雪浤1.2 給定壽命下的耐磨可靠度計算給定壽命下的耐磨可靠度計算n2耐磨可靠度的計算方法耐磨可靠度的計算方法由于總磨損量由于總磨損量W(t)可看成正態(tài)隨機變量，故耐可看成正態(tài)隨機變量，故耐磨可靠度由下式可求得磨可靠度由下式可求得 11maxmaxmax22 2( )( )( )WWWuWuRP W tWWttWtt 最大允許磨損量 磨合期初始磨損量 穩(wěn)定磨損期磨損速度 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤1.3 給定耐磨可靠度時可靠壽命的計算給定耐磨可靠度時可靠壽命的計算n可根據聯(lián)系方程解決。由聯(lián)系方程得可根據聯(lián)系方程解決。由聯(lián)系方程得n上式唯

8、一的未知數為工作時間上式唯一的未知數為工作時間t，方程符合，方程符合工程意義的解就是可靠壽命的值。工程意義的解就是可靠壽命的值。 222max11ttWZuWuWR機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤例例1n已知某零件的磨損速度已知某零件的磨損速度u為為N(0.02，0.002772) m/h，最，最大允許磨損量大允許磨損量 Wmax =16m，初始磨損量，初始磨損量W1為為N(6.0，1.02) m。求平均磨損壽命及可靠度分別為。求平均磨損壽命及可靠度分別為0.9、0.99、0.999時的磨損壽命。時的磨損壽命。 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化

9、學院何雪浤2. 腐蝕可靠性問題腐蝕可靠性問題n在環(huán)境介質的作用下，金屬材料和介質元素發(fā)生化學或電在環(huán)境介質的作用下，金屬材料和介質元素發(fā)生化學或電化學反應引起的損壞稱為腐蝕。化學反應引起的損壞稱為腐蝕。n腐蝕雖然有很多形式，但總的可分為腐蝕雖然有很多形式，但總的可分為均勻腐蝕均勻腐蝕和和局部腐局部腐蝕。蝕。 n對于均勻腐蝕，對于均勻腐蝕，腐蝕引起厚度均勻減小，直到不能保持材腐蝕引起厚度均勻減小，直到不能保持材料的允許厚度為止的時刻，就是腐蝕壽命料的允許厚度為止的時刻，就是腐蝕壽命。 n均勻腐蝕的概率計算與磨損概率計算的方法相同。均勻腐蝕的概率計算與磨損概率計算的方法相同。機械可靠性設計的其他應

10、用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤例例2n（1）n（2）22max10)0()9999. 0(tthuus8 .104T9989. 0)065. 3(0)0()110(22maxtthtRuu機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤3. 機構功能可靠性問題機構功能可靠性問題n3.1 機構的基本概念機構的基本概念機構：把構件通過運動副實現可動連接并能夠機構：把構件通過運動副實現可動連接并能夠實現預期運動功能、承受并傳遞動力功能的構實現預期運動功能、承受并傳遞動力功能的構件系統(tǒng)。件系統(tǒng)。機構的兩大基本功能：機構的兩大基本功能：n實現預期運動；n承受或傳遞動力。機構可靠性

11、問題：機構可靠性問題：n與承載能力相關的可靠性問題結構零部件的可靠性問題 ；n與運動功能相關的可靠性問題 。機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤3. 機構功能可靠性問題機構功能可靠性問題n3.2 機構的運動功能可靠性機構的運動功能可靠性機構的運動功能可靠性是指機構的運動功能可靠性是指機構在規(guī)定的條件機構在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定運動功能的能力下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定運動功能的能力。n完成一定的運動形式。例如飛機起落架收放機構執(zhí)行收和放動作的功能； n在完成規(guī)定運動形式時，機構的運動參數保持在規(guī)定的范圍內，包括機構運動位移、速度、加速度和時間等運動參數。例

12、如，飛機起落架收放機構要求起落架在十秒鐘內收起。 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤3. 機構功能可靠性問題機構功能可靠性問題n3.3 影響機構可靠性的因素影響機構可靠性的因素 設計因素設計因素n主要包括機構的工作原理、動力源(電機、氣液動馬達等)、質量和轉動慣量等的隨機特性。生產因素生產因素n主要包括加工精度誤差，如機械加工、熱處理。環(huán)境因素環(huán)境因素n主要包括高(低)溫、沙塵、腐蝕等。使用因素使用因素n主要包括運動副的磨損、動力源的惡化等。人為因素人為因素n主要包括不能及時維護、更換等。機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤3. 機構功能可

13、靠性問題機構功能可靠性問題n3.4 機構功能可靠性分析的基本方法機構功能可靠性分析的基本方法1機構工作過程的分解機構工作過程的分解（1）機構的共同特點）機構的共同特點n 機構的整個過程是由一個或幾個動作來完成的。飛機起落架收放機構要完成收上動作、放下動作、開鎖動飛機起落架收放機構要完成收上動作、放下動作、開鎖動作和上鎖動作等；作和上鎖動作等；某坦克自動裝彈機要完成回轉、提升、推送、拋射等動作。某坦克自動裝彈機要完成回轉、提升、推送、拋射等動作。n 機構附在機體上，在運動之前機構相對于機體是靜止的。為完成規(guī)定的動作，機構相對于機體要做相對運動，在動作完成后，又要求機構相對于機體靜止。機械可靠性設

14、計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤3. 機構功能可靠性問題機構功能可靠性問題n3.4 機構功能可靠性分析的基本方法機構功能可靠性分析的基本方法1機構工作過程的分解機構工作過程的分解（2）工作過程劃分原則：）工作過程劃分原則：n把機構從靜止到運動再到靜止這一完整過程定義為一個動作，而每個動作又可劃分為三個階段，即啟動階段、運動階段及定位階段。（3）機構工作過程分解的目的）機構工作過程分解的目的：對應機構動對應機構動作的不同階段，進行相應的功能可靠性分析。作的不同階段，進行相應的功能可靠性分析。機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤3. 機構功能可靠性問題機

15、構功能可靠性問題n3.4 機構功能可靠性分析的基本方法機構功能可靠性分析的基本方法2啟動功能可靠性分析啟動功能可靠性分析機構實現啟動，從靜止狀態(tài)到相對運動狀態(tài)，必須保機構實現啟動，從靜止狀態(tài)到相對運動狀態(tài)，必須保證驅動力證驅動力(矩矩)Md大于阻抗力大于阻抗力(矩矩)Mr，即，即啟動可靠度就是驅動力啟動可靠度就是驅動力(矩矩)大于阻抗力大于阻抗力(矩矩)的概率，即的概率，即 當已知驅動力當已知驅動力(矩矩)和阻抗力和阻抗力(矩矩)的分布特性時，即可求的分布特性時，即可求出機構的啟動可靠度。出機構的啟動可靠度。 drMM)(rdstMMPR機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院

16、何雪浤3. 機構功能可靠性問題機構功能可靠性問題n3.4 機構功能可靠性分析的基本方法機構功能可靠性分析的基本方法3運動功能可靠性分析運動功能可靠性分析 對于某些只要求從初始位置運動到指定位置的對于某些只要求從初始位置運動到指定位置的機構，對運動過程中的參數機構，對運動過程中的參數(如速度、加速度、如速度、加速度、時間和位移等時間和位移等)并無明確要求，其機構運動正常并無明確要求，其機構運動正常的判定準則為的判定準則為 rdWW 運動過程中驅動力(矩)所作的功，即主動功 運動過程中阻抗力(矩)所作的功，即被動功 機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤3. 機構功能可靠性

17、問題機構功能可靠性問題n3.4 機構功能可靠性分析的基本方法機構功能可靠性分析的基本方法3運動功能可靠性分析運動功能可靠性分析機構運動可靠度機構運動可靠度 當已知主動功和被動功的分布特性時，即可求出機構當已知主動功和被動功的分布特性時，即可求出機構的運動功能可靠度。當主動功和被動功都為正態(tài)分布的運動功能可靠度。當主動功和被動功都為正態(tài)分布且無關時，有且無關時，有 )(rdmWWPR22rdrdWWWWRZ機械可靠性設計的其他應用介紹東北大學機械工程與自動化學院何雪浤3. 機構功能可靠性問題機構功能可靠性問題n3.4 機構功能可靠性分析的基本方法機構功能可靠性分析的基本方法4定位階段可靠性分析定位階段可靠性分析定位階段是機構從運動狀態(tài)到靜止狀態(tài)的過渡階段。定位階段是機構從運動狀態(tài)到靜止狀態(tài)的過渡階段。定位階段的失效模式除強度類失效模式定位階段的失效模式除強度類失效模式(本文不考