第六章 機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)

第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)概述：

機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)：1.已知零件工作應(yīng)力和材料強(qiáng)度的分布及其分布參數(shù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的可靠性(可靠度或可靠壽命)，對(duì)零件進(jìn)行可靠性校核。2.依據(jù)零件的許用可靠性指標(biāo)和材料性能，確定零件的幾何尺寸。

常規(guī)設(shè)計(jì)零件強(qiáng)度的判據(jù)：存在的問(wèn)題：1.產(chǎn)品在整個(gè)使用過(guò)程中任一時(shí)刻的失效概率；2.產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的條件和壽命下，是否會(huì)因?yàn)榭煽慷忍叨斐沙杀静槐匾募哟螅蛘咭驗(yàn)榭煽慷忍投斐刹粦?yīng)有的破壞。第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)能解決：概述：故障后果允許可靠度機(jī)器類(lèi)別災(zāi)難性失事事故完不成任務(wù)飛行器、軍事裝備、化工設(shè)備、醫(yī)療器械、器重機(jī)械等經(jīng)濟(jì)性修理停歇時(shí)間增加工藝設(shè)備、農(nóng)業(yè)機(jī)械、家用生活機(jī)械降低工況，輸出參數(shù)惡化無(wú)后果(修理費(fèi)用在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍)機(jī)器中的一般零部件1.所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在規(guī)定條件下和運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，其失效情況及破壞概率2.可以根據(jù)零件的重要程度來(lái)決定可靠度的大小，從而得到更合理的設(shè)計(jì)參量表6-1故障后果及可靠度第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)松螺栓連接裝配時(shí)，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前螺栓沒(méi)有預(yù)緊力，也常稱(chēng)為拉桿連接。進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，將F，d1看成是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，均服從正態(tài)分布。因此，當(dāng)其變異系數(shù)不大時(shí)，應(yīng)力也近似為正態(tài)分布，其均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為：螺栓直徑d1的變異系數(shù)工作拉力F的變異系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)度極限屈服極限推薦材料最小值均值變異系數(shù)最小值均值變異系數(shù)4.64.84004750.053240320272.5387.50.060.07420，105.65.85006000.055300400341.5483.70.0520.07430，35，20，Q2356.66.96007000.048360540408.85800.0510.07435，45，40Mn8.88009000.037640774.90.07535，35Cr10.912030.0269001080100813820.0770.09440Mn2表6-5螺栓材料強(qiáng)度均值與變異系數(shù)估算值第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)例：設(shè)計(jì)一松螺栓連接。已知作用于螺栓上的載荷近于正態(tài)分布，其均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為F＝30000N，SF＝0.2F/3，求可靠度R(t)＝99.5％時(shí)的螺栓直徑。解:(1)螺栓材料強(qiáng)度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差因螺栓可靠度要求較高，由表6-5選螺栓4.8級(jí)，材料為10鋼，屈服極限均值，變異系數(shù)，則標(biāo)準(zhǔn)差為(2)螺栓工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差考慮到制造中半徑的公差，螺紋當(dāng)量半徑公差，因?yàn)槌叽缙钍钦龖B(tài)分布，公差，所以第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)螺栓計(jì)算截面積的標(biāo)準(zhǔn)差為：則有：工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)(3)利用連接方程求螺栓直徑因強(qiáng)度、應(yīng)力均為正態(tài)分布，查正態(tài)分布表，當(dāng)R(t)＝0.995時(shí)，可靠性指數(shù)uR=2.575，則有解得：螺栓直徑：取標(biāo)準(zhǔn)直徑M14×2±0.12mm，其實(shí)際可靠度R(t)>0.995，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，可用。第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)螺栓危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件為：螺栓所受的總拉力分析螺栓連接的受力和變形關(guān)系得知，螺栓的總拉力F2和預(yù)緊力F0、工作拉力F、殘余預(yù)緊力F1、螺栓剛度Cb及被連接件剛度Cm有關(guān)，其關(guān)系式為螺栓的相對(duì)剛度墊片材料金屬皮革銅皮石棉橡膠0.2～0.30.70.80.9表6-6螺栓的相對(duì)剛度第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)對(duì)于受軸向變載荷的緊螺栓連接，除按靜強(qiáng)度計(jì)算外，還應(yīng)校核其疲勞強(qiáng)度。受變載荷的緊螺栓連接的主要失效形式是螺栓的疲勞斷裂。應(yīng)力幅及應(yīng)力集中是導(dǎo)致螺栓疲勞斷裂的主要原因。螺栓連接的疲勞試驗(yàn)證明，螺栓的疲勞壽命服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。螺栓的疲勞極限應(yīng)力幅值可按下式確定：光滑試件的拉伸疲勞極限尺寸系數(shù)螺紋牙受力不均勻系數(shù)，1.5—1.6制造工藝系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)工作拉力在0到F變化時(shí)，螺栓所受的總拉力將在F0到F2變化。螺栓危險(xiǎn)截面的最大拉應(yīng)力為最小拉應(yīng)力為應(yīng)力幅為第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)緊螺栓連接可靠性設(shè)計(jì)的步驟有以下幾個(gè)方面：(1)確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。(2)選擇螺栓材料，確定其強(qiáng)度分布，求其均值和標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可取螺栓拉伸強(qiáng)度的變異系數(shù)為(3)確定螺栓的應(yīng)力分布，求出應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。(4)應(yīng)用連接方程，確定螺栓直徑。第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)例：已知?dú)飧變?nèi)徑，缸內(nèi)的工作壓力螺栓數(shù)目n=8,采用金屬墊片，設(shè)計(jì)此氣缸蓋螺栓連接。要求螺栓連接的可靠度為0.999999。解：(1)螺栓材料選用45鋼，螺栓性能等級(jí)選用6.8級(jí)，假設(shè)其強(qiáng)度分布為正態(tài)分布，則材料屈服極限的均值為，屈服極限的標(biāo)準(zhǔn)差為第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)(2)假設(shè)螺栓的應(yīng)力分布為正態(tài)分布，確定應(yīng)力的均值及標(biāo)準(zhǔn)差。氣缸蓋上所受的最大工作載荷的均值為：每個(gè)螺栓上所受的最大工作載荷的均值為：可取工作載荷的變異系數(shù)。因此，工作載荷分布的標(biāo)準(zhǔn)差第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)每個(gè)螺栓內(nèi)由工作載荷引起的應(yīng)力的均值為：螺栓的直徑應(yīng)力分布的標(biāo)準(zhǔn)差為：眾所周知，既有預(yù)緊力又受軸向工作載荷的緊螺栓連接在工作時(shí)，螺栓總拉力為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)令，則上式可改寫(xiě)成將上式除以螺栓截面面積A，可得螺栓總應(yīng)力分布的均值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取預(yù)緊應(yīng)力分布的均值為240MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為36MPa。一般認(rèn)為，比較恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)是取比例系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(jì)(3)應(yīng)用連接方程。因此，螺栓的尺寸確定如下：公稱(chēng)直徑d=24mm,內(nèi)徑d1=20.752mm。第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：

受剪切載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計(jì)：受剪切載荷螺栓連接：緊螺栓連接的一種，利用鉸制孔用螺栓抗剪切來(lái)承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無(wú)間隙，接觸表面受擠壓；在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：彈簧分類(lèi)：按所受載荷不同：拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、彎曲彈簧按形狀不同：螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、板簧、平面渦卷彈簧圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題：1.必須滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，使剪應(yīng)力不引起失效；2.滿(mǎn)足剛度要求，使彈簧的變形不超過(guò)規(guī)定值；3.滿(mǎn)足所需的有效圈數(shù)。圓柱螺旋壓縮彈簧的主要失效模式是疲勞破壞和斷裂。第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：螺旋彈簧中的最大剪應(yīng)力：彈簧的曲度系數(shù)彈簧的變形量：力與變形量的關(guān)系為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：剪應(yīng)力的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)分別為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：各變量的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)的確定：1.曲度系數(shù)K與彈簧指數(shù)有關(guān)，可根據(jù)彈簧中徑D和彈簧絲直徑d的公差估算出標(biāo)準(zhǔn)差，一般可取2.軸向載荷F的標(biāo)準(zhǔn)差可取為載荷允許偏差的1/3，即，故

3.彈簧中徑D的標(biāo)準(zhǔn)差可根據(jù)彈簧質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)(GB1239)中的彈簧精度等級(jí)要求確定。4.彈簧絲直徑d的標(biāo)準(zhǔn)差按規(guī)定的公差確定，標(biāo)準(zhǔn)差Sd和變異系數(shù)Cd的估計(jì)值可查表。5.彈簧有效圈數(shù)n的允許偏差見(jiàn)表。6.剪切彈性模量G的變異系數(shù)可取第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差彈簧的工作應(yīng)力均值可按計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)差為。2.強(qiáng)度極限的均值和標(biāo)準(zhǔn)差在靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)中主要的強(qiáng)度指標(biāo)是剪切屈服極限，一般來(lái)說(shuō)它與抗拉強(qiáng)度極限間的關(guān)系為應(yīng)用變形能理論所得到的關(guān)系，設(shè)計(jì)中常采用對(duì)65Mn來(lái)說(shuō)，第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：考慮到不同捆鋼絲性能的差異，鋼絲抗拉強(qiáng)度的變異系數(shù)為式中，靜強(qiáng)度安全系數(shù)3.可靠性計(jì)算第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差均值變異系數(shù)2.強(qiáng)度極值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：例：試計(jì)算某氣門(mén)彈簧的可靠度。已知彈簧絲直徑d=4.5mm,彈簧中徑D＝32mm，工作圈數(shù)n=8，彈簧安裝壓力Fmin＝200N，最大工作壓力Fmax=4250.15N，彈簧材料為50CrVA，，凸輪軸轉(zhuǎn)速為1400r/min,要求工作壽命N>107。解：(1)計(jì)算彈簧指數(shù)C和曲度系數(shù)K取，故第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：解：(2)確定彈簧工作應(yīng)力的分布因Fmax的波動(dòng)范圍為，按“”原則第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：解：而CFmin按精度2級(jí)n＝8從表6-14查得為0.033，同時(shí)按表6-10和表6-11取故：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：解：(3)確定彈簧材料的強(qiáng)度分布按50CrVA的抗拉強(qiáng)度值得查表6-15知，當(dāng)N>107次時(shí)，取而極限應(yīng)力為第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)差式中，為脈動(dòng)循環(huán)時(shí)材料疲勞極限得變異系數(shù)，未經(jīng)噴丸處理，取(4)計(jì)算安全系數(shù)及可靠度設(shè)強(qiáng)度和應(yīng)力均為正態(tài)分布，故連接系數(shù)查正態(tài)分布表，得第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)彈簧的可靠性設(shè)計(jì)：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)：(5)靜強(qiáng)度驗(yàn)算因，并取，則靜強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算靜強(qiáng)度連接系數(shù)查正態(tài)分布表，得第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒輪輪齒的故障模式及其特征：齒面的疲勞點(diǎn)蝕是閉式軟齒齒面輪常見(jiàn)的失效形式，它主要是由于表面接觸強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的，是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。序號(hào)齒輪故障模式占總故障模式比例/％1疲勞斷齒32.82過(guò)載斷齒19.53輪齒碎裂4.34輪轂撕裂4.65表面疲勞20.36表面磨損13.27齒面塑性變形5.3表6-17齒輪故障模式所占比例第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法主要包括兩方面的內(nèi)容，既要保證齒面有足夠的接觸強(qiáng)度，又要使齒根有足夠的彎曲強(qiáng)度。齒面接觸工作應(yīng)力參數(shù)的分布常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)齒面接觸工作應(yīng)力的計(jì)算公式為齒面接觸工作應(yīng)力齒面許用接觸應(yīng)力節(jié)點(diǎn)嚙合區(qū)域系數(shù)彈性影響系數(shù)重合度系數(shù)螺旋角影響系數(shù)齒輪端面內(nèi)與分度圓相切的工作齒面間的工作力：使用系數(shù)動(dòng)載系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)小齒輪傳遞的名義扭矩齒間載荷分配系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)變異系數(shù)：對(duì)無(wú)齒向修形時(shí)：對(duì)于鼓形齒，即有齒向修形時(shí)：或取第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)計(jì)算齒面接觸應(yīng)力的綜合變異系數(shù)為：式中，，為引進(jìn)均值為1的接觸應(yīng)力模型變異系數(shù)；其他為相應(yīng)參量的變異系數(shù)。計(jì)算接觸應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)2.齒面接觸疲勞強(qiáng)度參數(shù)的分布工作齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式為：理論和試驗(yàn)研究表明，也服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，故其均值及變異系數(shù)分別為將表中已確定的各變異系數(shù)值代可得：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)3.齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠度系數(shù)當(dāng)工作應(yīng)力和強(qiáng)度極限均服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)，可按下式計(jì)算可靠度系數(shù)：式中，為綜合變異系數(shù)，當(dāng)時(shí)，為了安全系數(shù)服從正態(tài)分布模型計(jì)算可靠度，可靠度系數(shù)為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)4.齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)若齒面接觸力為其他分布，則可按等效正態(tài)分布法求解可靠度。式中開(kāi)方后整理得取齒寬系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)例：板材校直機(jī)主動(dòng)齒輪傳遞扭矩，轉(zhuǎn)速，齒數(shù)，模數(shù)，變位系數(shù)，中心矩齒寬，重合度，齒輪精度8級(jí)，表面粗糙度。齒輪材料為40MnB，HBS為250－280，使用5年，每天工作兩班，設(shè)備利用率80％。試校核其接觸疲勞強(qiáng)度的可靠度。解：(1)圓周力均值變異系數(shù)(2)使用系數(shù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作平穩(wěn)；取第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(3)動(dòng)載系數(shù)圓周速度(4)齒向載荷分布系數(shù)(5)齒間載荷分配系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(6)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)嚙合角(7)彈性影響系數(shù)兩齒輪均為鋼制，故取(8)重合度系數(shù)重合度(9)齒數(shù)比系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(10)齒面接觸應(yīng)力均值(11)接觸疲勞強(qiáng)度(12)壽命系數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)可見(jiàn)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(13)潤(rùn)滑油系數(shù)按采用國(guó)際方法求得(14)速度系數(shù)(15)粗糙度系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(16)工作硬化系數(shù)(17)齒面接觸疲勞強(qiáng)度均值(18)齒面接觸疲勞強(qiáng)度的變異系數(shù)設(shè)齒輪為大批生產(chǎn)，則(19)綜合變異系數(shù)(20)求可靠度第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)1.齒根彎曲工作應(yīng)力參數(shù)的分布常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)齒根彎曲工作應(yīng)力的計(jì)算公式為彎曲工作應(yīng)力的綜合變異系數(shù)為彎曲工作應(yīng)力的綜合變異系數(shù)為綜合變異系數(shù)可簡(jiǎn)化為第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度參數(shù)的分布工作齒輪齒根彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式為：彎曲疲勞強(qiáng)度極限均值為：彎曲強(qiáng)度疲勞極限的綜合變異系數(shù)為：綜合變異系數(shù)簡(jiǎn)化為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)3.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度可靠度當(dāng)工作應(yīng)力和強(qiáng)度極限均服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)，可按下式計(jì)算可靠度系數(shù)：式中，為綜合變異系數(shù)，當(dāng)時(shí)，為了安全起見(jiàn)可以按安全系數(shù)服從正態(tài)分布模型計(jì)算可靠度，可靠度系數(shù)為第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)4.齒輪抗彎疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)取，代入上式整理得法面模數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)例：設(shè)計(jì)一級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器，已知輸入功率，轉(zhuǎn)速r/min，傳動(dòng)比，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命15年，2班制，工作時(shí)有輕微振動(dòng)要求可靠度解：(1)選擇齒輪材料、精度等級(jí)及參數(shù)，初估小輪圓周速度和直徑齒輪材料小齒輪40MnB，HRC48-55；大齒輪35SiMn,HRC40-50，均為表面淬火；精度為8級(jí)；齒數(shù)；螺旋角(2)圓周力均值變異系數(shù)第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(3)取綜合系數(shù)K工況系數(shù)：動(dòng)載系數(shù)：齒向載荷分布系數(shù)：取，則求得齒間載荷分配系數(shù)式中所以第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(4)求綜合系數(shù)當(dāng)量齒數(shù)：查齒形系數(shù)，得：查應(yīng)力校正系數(shù)，得：因則螺旋角系數(shù)：重合度系數(shù)：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(5)求抗彎疲勞強(qiáng)度均值計(jì)算兩輪抗彎疲勞強(qiáng)度：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：壽命系數(shù)：應(yīng)力修正系數(shù)：按國(guó)際方法求齒根圓角敏感系數(shù)和齒根表面狀況系數(shù)：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(6)求綜合變異系數(shù)使用系數(shù)和動(dòng)載系數(shù)的變異系數(shù)分別為：應(yīng)力變異系數(shù)：基本疲勞強(qiáng)度變異系數(shù)，得：強(qiáng)度變異系數(shù)：故綜合變異系數(shù)：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)(7)求法面模數(shù)因，得取中心矩取中心矩螺旋角修正傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：按照承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸：轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩又承受扭矩的軸心軸：只承受彎矩不承受扭矩的軸傳動(dòng)軸：只承受扭矩而不承受彎矩(或彎矩很小)的軸第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：軸的失效模式模式分類(lèi)說(shuō)明斷裂靜載斷裂一次性施加的靜載荷過(guò)大引起斷裂沖擊斷裂一次性高速?zèng)_擊載荷引起的斷裂應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞斷裂在腐蝕性介質(zhì)中使用的零件，在靜應(yīng)力或交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的斷裂疲勞斷裂零件在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的斷裂表面損傷磨損零件在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的表面損傷腐蝕零件表面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕導(dǎo)致表面損傷接觸疲勞零件在交變接觸應(yīng)力作用下，出現(xiàn)表面剝落現(xiàn)象塑性變形超出設(shè)計(jì)允許的過(guò)度的彈性和塑性變形第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計(jì)1.轉(zhuǎn)軸的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)例：設(shè)計(jì)一軸。求可靠度R(t)=0.999時(shí)軸的直徑。已知參數(shù)如下：軸的計(jì)算截面上所受的彎矩M為軸的計(jì)算截面上所受的扭矩T為軸的材料為鉬鋼，由手冊(cè)查得其強(qiáng)度極限均值和標(biāo)準(zhǔn)差為按制造工藝，軸直徑的公差為第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計(jì)1.轉(zhuǎn)軸的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)解：假設(shè)軸上的彎矩和扭矩是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，軸直徑的公差為3×標(biāo)準(zhǔn)差，即有：直徑的標(biāo)準(zhǔn)差為：彎矩的標(biāo)準(zhǔn)差為：彎矩的標(biāo)準(zhǔn)差為：所以，彎矩：扭矩：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計(jì)1.轉(zhuǎn)軸的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)解：抗彎截面模量的均值：抗彎截面模量的標(biāo)準(zhǔn)差：抗扭截面模量：彎曲應(yīng)力：彎曲應(yīng)力的均值為：彎曲應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計(jì)1.轉(zhuǎn)軸的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)解：所以：扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為：扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的均值為：扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差為：所以：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計(jì)1.轉(zhuǎn)軸的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)為了求合成應(yīng)力，先求的正態(tài)分布參量。求得：代入連接方程：解得：直徑的標(biāo)準(zhǔn)差：直徑的公差：采用軸的直徑：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計(jì)2.轉(zhuǎn)軸的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)例：某減速器主動(dòng)軸，傳遞功率P＝13kW，轉(zhuǎn)速n=200r/min，經(jīng)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)尺寸已定，危險(xiǎn)截面N-N的彎曲應(yīng)力均值，剪切應(yīng)力均值為7.6MPa。軸的材料為45鋼，強(qiáng)度極限均值，疲勞極限均值。如果設(shè)計(jì)要求的可靠度R(t)＝0.999，試校核該軸的可靠度。解:(1)求工作應(yīng)力的分布參數(shù)，假設(shè)強(qiáng)度和應(yīng)力均值為正態(tài)分布。取材料疲勞極限的變異系數(shù)，強(qiáng)度極限變異系數(shù)，假定彎曲應(yīng)力的變異系數(shù)，剪應(yīng)力的變異系數(shù)。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)差等于均值乘變異系數(shù)，故應(yīng)力分布參數(shù)如下。彎曲應(yīng)力剪切應(yīng)力應(yīng)用第四強(qiáng)度理論，求彎扭合成應(yīng)力由疲勞極限應(yīng)力線(xiàn)圖可知，其合成應(yīng)力為第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計(jì)2.轉(zhuǎn)軸的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)比較以上兩式，可知應(yīng)力幅，平均應(yīng)力，即：剪切幅：平均應(yīng)力：工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為：第6章機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)軸的可靠性設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計(jì)2.轉(zhuǎn)軸的疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)解:(2)繪分布狀態(tài)的疲勞極限應(yīng)力線(xiàn)圖零件疲