機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)分析案例

某鎖機(jī)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)分析某鎖機(jī)構(gòu)產(chǎn)品說明某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析了解強(qiáng)度分析仿真了解動力學(xué)分析仿真了解可靠性分析仿真當(dāng)前第1頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20231錐桿式概述當(dāng)前第2頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20232概述錐桿式當(dāng)前第3頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20233概述錐桿式當(dāng)前第4頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20234概述周邊外翻式當(dāng)前第5頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20235概述周邊內(nèi)翻式當(dāng)前第6頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20236產(chǎn)品說明某鎖結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)前第7頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20237單鎖運(yùn)動仿真當(dāng)前第8頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20238鎖系運(yùn)動仿真當(dāng)前第9頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/20239某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析某鎖機(jī)構(gòu)FMEA實(shí)施

對接鎖系功能分析故障判據(jù)對接鎖系故障模式分析嚴(yán)酷度定義危害性定性分析

FMECA輸出I、II類故障模式(零件)清單危害性矩陣

當(dāng)前第10頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202310某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析圖1主動鉤組件結(jié)構(gòu)功能圖

當(dāng)前第11頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202311某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析某鎖機(jī)構(gòu)（正常）對接階段功能流程圖

當(dāng)前第12頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202312某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析故障判據(jù)在正常的設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)和環(huán)境條件下，凡是滿足不了對接鎖系設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求的故障，都定為系統(tǒng)故障。壽命期內(nèi)某鎖系自身引起的故障（不含人為故障）均計(jì)為影響系統(tǒng)基本可靠性的關(guān)聯(lián)故障；在任務(wù)剖面中，凡不能完成某鎖系正常功能的故障計(jì)為影響任務(wù)的關(guān)聯(lián)故障。零件級產(chǎn)品故障判據(jù)組件級產(chǎn)品故障判據(jù)部件級產(chǎn)品故障判據(jù)當(dāng)前第13頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202313某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析表

14對接鎖系故障嚴(yán)酷度的定義嚴(yán)酷度類別嚴(yán)重程度定義Ⅰ類(災(zāi)難的)這是一種會導(dǎo)致主動（被動）航天器毀壞或引起航天員傷亡的故障。Ⅱ類(致命的)這種故障會導(dǎo)致航天器部分系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞，不能完成基本功能或影響航天員健康的故障。Ⅲ類(臨界的)這種故障會引起航天器的部分功能無法完成，為了完成這些功能，需要采取應(yīng)急措施，對航天員的健康有些影響。Ⅳ類(輕度的)這種故障對航天器的功能及航天員健康無影響，僅輕度影響產(chǎn)品有效使用和操作。嚴(yán)酷度定義當(dāng)前第14頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202314某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析對接鎖系故障模式發(fā)生概率等級定義等級定義故障模式發(fā)生概率的特征故障模式發(fā)生概率（在產(chǎn)品使用時(shí)間內(nèi)）A經(jīng)常發(fā)生高概率某一故障模式發(fā)生概率大于產(chǎn)品總故障概率的20%B有時(shí)發(fā)生中等概率某一故障模式發(fā)生概率大于產(chǎn)品總故障概率的10%，小于20%C偶然發(fā)生不常發(fā)生某一故障模式發(fā)生概率大于產(chǎn)品總故障概率的1%，小于10%D很少發(fā)生不大可能發(fā)生某一故障模式發(fā)生概率大于產(chǎn)品總故障概率的0.1%，小于1%E極少發(fā)生近乎為零某一故障模式發(fā)生概率小于產(chǎn)品總故障概率的0.1%危害性定性分析當(dāng)前第15頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202315某鎖機(jī)構(gòu)FMEA分析FMEA輸出I、II類故障模式(零件)清單當(dāng)前第16頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202316某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析頂事件的選擇和描述故障樹的建造故障樹的定性分析故障樹分析的結(jié)果和建議當(dāng)前第17頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202317某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析某鎖機(jī)構(gòu)頂事件的選擇和描述序號頂事件定義說明1不同步是指同一組鎖的主動鎖鉤不能滿足同步性要求2鎖緊失敗是指在主、被動航天器對接過程中，鎖系正常鎖緊失敗后，備份鎖緊失敗。（這里對控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換裝置的可靠性不進(jìn)行展開分析）3鎖緊保持失敗是指在主、被動航天器在聯(lián)合飛行期間，主、被動鎖系結(jié)構(gòu)無法保持結(jié)構(gòu)完整性。當(dāng)前第18頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202318某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析故障樹的建造鎖緊失敗故障樹當(dāng)前第19頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202319某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析故障樹定性分析鎖緊失敗故障樹的最小割集當(dāng)前第20頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202320某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析故障樹定性分析底事件清單當(dāng)前第21頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202321某鎖機(jī)構(gòu)FTA分析故障樹分析的結(jié)果和建議當(dāng)前第22頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202322強(qiáng)度分析仿真輸入條件功能分析材料屬性工作環(huán)境載荷分析計(jì)算輸出結(jié)果零件靜強(qiáng)度分析計(jì)算組合件整體分析計(jì)算零件、組件對比分析當(dāng)前第23頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202323強(qiáng)度分析仿真材料屬性當(dāng)前第24頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202324載荷分析計(jì)算某鎖載荷、約束示意圖當(dāng)前第25頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202325傳力路線分析主動鉤組件傳力路線當(dāng)前第26頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202326鎖系靜強(qiáng)度分析計(jì)算零件的應(yīng)力變形云圖零件承載能力分析組件的應(yīng)力變形云圖零件、組件計(jì)算結(jié)果對比分析當(dāng)前第27頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202327零件計(jì)算示例主動鎖鉤常溫下的應(yīng)力變形云圖當(dāng)前第28頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202328零件計(jì)算結(jié)果當(dāng)前第29頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202329動力學(xué)分析仿真由于多柔體動力學(xué)分析仿真計(jì)算量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于剛性體動力學(xué)分析，為了仿真效率，采用了雙Xeon核心處理器的工作站進(jìn)行計(jì)算，仿真計(jì)算環(huán)境如下：（1）軟件環(huán)境操作系統(tǒng)：windows2000serversp4仿真軟件：MSC.adams2005r2（2）硬件環(huán)境處理器：雙XeonP42.8GHz處理器物理內(nèi)存：KingstonEccReg奇偶校驗(yàn)工作站專用內(nèi)存4×1G儲存介質(zhì)：雙SataII80G×2組raid0磁盤陣列為了充分利用系統(tǒng)資源，采用了多線程處理技術(shù)來提高仿真速度，利用外部單獨(dú)的adamssolver求解模塊進(jìn)行多線程計(jì)算。仿真時(shí)間：16916.78cpuseconds（約4.7小時(shí)）當(dāng)前第30頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202330動力學(xué)分析仿真單組鎖動力學(xué)模型（含柔性繩索，顯示了全部的約束和碰撞關(guān)系）當(dāng)前第31頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202331動力學(xué)分析仿真繩輪驅(qū)動力矩vs偏心軸轉(zhuǎn)角當(dāng)前第32頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202332動力學(xué)分析仿真鎖系鎖緊前期的繩輪轉(zhuǎn)角vs時(shí)間當(dāng)前第33頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202333動力學(xué)分析仿真被動鎖碟簧力vs偏心軸轉(zhuǎn)角性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)低溫-50℃當(dāng)前第34頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202334動力學(xué)分析仿真滑輪、繩輪與鋼絲繩索之間的空間摩擦特性對同步性影響較大；鋼絲繩索和碟簧的預(yù)緊力對鎖系同步性影響較大；碟簧的阻尼系數(shù)對鎖系動力學(xué)響應(yīng)的穩(wěn)定性影響較大；電機(jī)驅(qū)動力矩曲線對鎖系同步性較大；按照理論模型優(yōu)化結(jié)果，設(shè)置遞增預(yù)緊力，滯后最嚴(yán)重的不一定是最后一把單鎖，鎖系各單鎖之間存在一個(gè)動態(tài)平衡過程，該過程受多種因素影響，主要有摩擦系數(shù)以及剛性阻尼系數(shù)等。當(dāng)前第35頁\共有39頁\編于星期一\2點(diǎn)6/10/202335動力學(xué)分析仿真動力學(xué)仿真分析總結(jié)：通過仿真模擬了對接、拉緊保持和解鎖三個(gè)運(yùn)動階段，得到的結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較吻合。建立了空間三維載荷環(huán)境，給出了對接鎖中各重要零部件的運(yùn)動參數(shù)及受力情況，并且充分考慮了碰撞摩擦力、運(yùn)動副摩擦力、碰撞作用力等對運(yùn)動過程影響較大的關(guān)鍵參數(shù)。實(shí)現(xiàn)了離散化多柔體動力學(xué)仿真，解決了柔性繩索動力學(xué)仿真的難點(diǎn)，建立了一套比較通用的柔性繩索建模仿真思路和方法。通過參數(shù)化建模，搭建了空間