1、可靠性理論和方法在機(jī)械制定中的應(yīng)用 引言 可靠性理論是近幾十年發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，從60年代開始，逐漸進(jìn)入機(jī)電產(chǎn)品制定領(lǐng)域，使機(jī)械制定及機(jī)電產(chǎn)品制定發(fā)生了前所未有的變化，特別是近一、二十年間，國內(nèi)外一些有代表性的機(jī)電產(chǎn)品制定方面的著作增添了可靠性技術(shù)方面的內(nèi)容。在這些科學(xué)的理論指導(dǎo)下，制定、制造出來的機(jī)械類產(chǎn)品，平均無故障工作時(shí)間提升了3倍，產(chǎn)品缺陷大大降低了，很好地維護(hù)了用戶和社會(huì)效益，可靠性制定方法現(xiàn)已逐步成為現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品制定方法的一個(gè)重要組成部門，它比常規(guī)制定方法更能反映事物的本質(zhì)。 1 可靠性理論 1.1 常規(guī)的機(jī)械制定中，通常采納安全系數(shù)法或許用應(yīng)力法，它的出發(fā)點(diǎn)是使作用在危險(xiǎn)截

2、面上的工作應(yīng)力S小于或等于其許用應(yīng)力S，而S是由極限應(yīng)力S除以大于1的安全系數(shù)n而得到的；也可以使機(jī)械零件的計(jì)算安全系數(shù)n大于預(yù)期的許用安全系數(shù)n。即： SS=S/n n=S/nn 這種常規(guī)制定方法沿用了許多年，只要安全系數(shù)選用適當(dāng)，是一種可行的制定方法，但是隨著產(chǎn)品日趨復(fù)雜，對(duì)其可靠性要求愈來愈高，常規(guī)方法就顯得不夠完善。首先，大量的實(shí)驗(yàn)說明，現(xiàn)實(shí)的制定變量如截荷、極限應(yīng)力以及材料硬度、尺寸等都是隨機(jī)變量，都浮現(xiàn)或大或小的離散性，都應(yīng)該依概率取值，不合計(jì)這一點(diǎn)，制定出來的結(jié)果不免與實(shí)際脫節(jié)。其次，常規(guī)制定方法的關(guān)鍵是選取安全系數(shù)，過大，造成浪費(fèi)，過小，影響正常使用，但在選取安全系數(shù)時(shí)經(jīng)常沒有

3、確切的選擇尺度，其結(jié)果是使制定極易受局部經(jīng)驗(yàn)所影響。所以為了使制定更符合實(shí)際，應(yīng)該在常規(guī)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行概率制定。概率制定的主要特點(diǎn)是：第一，概率制定與常規(guī)制定的關(guān)系不是對(duì)立的，而是繼承和發(fā)展的，在概率制定中同樣用到各種符合實(shí)際的力學(xué)模型、系數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式，但是，概率制定所使用的數(shù)據(jù)是以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，要在統(tǒng)計(jì)分布的基礎(chǔ)上觀察所有制定變量。比如在選用材料時(shí)，只有均值高、標(biāo)準(zhǔn)差又得到控制的才是好材料。第二，概率制定用平均安全裕度平均安全系數(shù)和可靠度作為制定目標(biāo)，尤以后者更為重要。因?yàn)榭煽慷染C合合計(jì)了各制定變量的統(tǒng)計(jì)分布特性，定量地用概率表達(dá)所制定產(chǎn)品的可靠程度，因而更能反映實(shí)際狀況。第三，概率制定

4、重視收集和積存各種可靠性數(shù)據(jù)，特別注意信息反饋，從而在客觀上形成了良性循環(huán)，并能使制定和管理工作有機(jī)結(jié)合。最終使概率制定逐步走上有用化的道路。 1.2 應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型 概率制定所依據(jù)的模型主要是應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型。在常規(guī)制定中，將強(qiáng)度和應(yīng)力S都視為常量，然而，零件本身的固有強(qiáng)度要受許多偶然因素的影響。比如，零件材料和金相不均勻、零件表面光潔度具有離散性、零件尺寸加工具有隨機(jī)誤差等等，因此實(shí)際中強(qiáng)度是一個(gè)隨機(jī)變量。當(dāng)然工作應(yīng)力由于溫度、載荷、濕度及振動(dòng)等偶然因素的影響，在實(shí)際中也是一個(gè)隨機(jī)變量。這樣機(jī)械零件的強(qiáng)度和工作應(yīng)力在實(shí)際中都服從一定的概率分布，兩者的pdf曲線通常都部分堆疊或稱干涉。

5、如圖1所示。其堆疊程度或干涉面積直接反映了可靠度的大小，應(yīng)用應(yīng)力與強(qiáng)度的干涉模型提出的一種概率制定理論是進(jìn)行概率制定的基本依據(jù)。 圖1 應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型 2 應(yīng)用實(shí)例 由常規(guī)制定得到圖2所示的轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，其危險(xiǎn)截面的參數(shù)如表1所示。軸的材料為45鋼。由手冊(cè)查得=650N/mm，I截面的軸徑按正態(tài)分布計(jì)算。 圖2 轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu) 表1 轉(zhuǎn)軸危險(xiǎn)截面的主要參數(shù) 解： 由變差系數(shù)公式得 V= 計(jì)算極限應(yīng)為。暫取綜合影響系數(shù) K=3.5，V=0.04，V V=V+V+V·V=× tg=· =· 。此時(shí)取V=V=R=3.090，故 =1× =1× = 制定軸徑 d=()=(· 3 結(jié)論 應(yīng)用干涉理論進(jìn)行的概率制定是為了保證所制定的產(chǎn)品的可靠性而采納一系列分析與制定技術(shù)，它的任務(wù)是在猜測(cè)和預(yù)防產(chǎn)品所