1、零部件的可靠性設計班級：學號：XX：文威威摘要：本學期選修了電子設備可靠性工程，對這項科學有了更深的了解，進一步了解了本學科在工業生產和科學研究上的重要性。據國外有關資料介紹，在船用電子設備的故障原因中，屬設計不合理的占40%，電子元器件質量問題約占 30%，由操作和維護引起的故障占10%，由制造工藝引起的故障約占 10%；對我國某炮瞄雷達現場故障統計數據分析表明， 約有 25%以上是由設計不合理所造成的。引言：在可靠性技術迅速發展的今天， 從指標試驗評價發展到從指標論證、設計、原材料選擇到工藝控制及售后服務的全過程的綜合管理和評價，許多產品打出“零失效” 的王牌。產品的可靠性在很大程度上取決

2、于設計的正確性，而這又基于零部件的可靠性設計。零部件的可靠性設計是以提高產品可靠性為目的、以概率論與數理統計理論為基礎，綜合運用數學、物理、工程力學、機械工程學、人機工程學、系統工程學、運籌學等多方面的知識來研究機械工程的最佳設計問題。利用可靠性設計，可以降低元器件及系統的使用失效率，降低設備的成本，提高設備的可靠性。電子設備可靠性設計技術主要包括熱設計、降額設計、動態設計、三防設計、電磁兼容設計、振動與沖擊隔離設計等。正文：國內外的實踐經驗表明，機械結構的可靠性是由設計決定的，而由制造、安裝和管理來保證的。因此將概率設計理論和可靠性分析與設計方法應用于機械結構設計中，才能得到既有足夠安全可靠

3、性，又有適當經濟性的優化結構。這樣，以估計結構系統可靠度為目標的、以概率統計和隨機過程理論為基礎的、以各種結構分析技術為工具的多種結構可靠性分析與設計方法迅速發展。 Raizer 綜述了一次二階矩法和以一次二階矩法為基礎的現代可靠性分析理論。趙國藩等建立了廣義隨機空間內考慮隨機變量相關性的結構可靠度實用分析方法，擴大了現有可靠度計算方法的適用X圍。并且貢金鑫和趙國藩還研究了原始空間內的可靠性分析方法，這種方法不需要將非正態隨機變量映射或當量正態化為正態隨機變量，因而特別適合于當隨機變量的概率分布函數不存在顯式時可靠度的計算。李云貴和趙國藩提出了計算可靠度的 4 次高階矩法，提高了可靠度的計算精

4、度。胡云昌等在分析現有可靠性計算方法的基礎上，給出了較全面的評價結構系統可靠性的標準，從而為結構系統的最優可靠性設計提供了可靠的設計依據。X寧、呂震趙國藩綜合評述了可靠性理論研究和應用的發展與現狀。建立極限狀態函數是進行可靠性分析的前提條件，對于復雜的機械結構，大部分情況下狀態變量與基本變量之間的顯式函數關系是不存在的，這為進一步的可靠性分析帶來困難。 文 Raashekhar 等以及 Zheng 等為解決此類復雜機械結構的可靠性問題而提出了可靠性分析的響應面法，該方法便于與通用的有限元軟件連接， 以便對大型復雜機械結構進行可靠性分析與設計計算。但如果問題的規模很大且隨機變量很多時，響應面法的

5、計算量是難以接受的。Wu等提出的修改均值法是在隱式極限狀態函數下進行可靠性分析的有效方法。與響應曲面法相比，它有其計算量小、精度高的優點。當前，在確定性有限元基礎上發展起來的隨機有限元法已成為對隨機參數結構進行不確定分析的十分有效的數值方法。X義民等應用隨機有限元法和一階可靠性技術對隨機結構可靠性問題進行了研究，開辟了以一次二階矩法、攝動技術、有限元理論和實用概率統計學為基礎的現代結構可靠性分析與設計理論的新途徑。在可靠性的設計方面，通過合適的熱設計、電磁防護設計、機械防震設計等可以十分有效的提高零件的可靠性。( 一)熱設計：熱設計有一些基本規則： 包括凡有溫差的地方就有熱傳遞；熱傳遞的過程可

6、區分為穩定過程和不穩定過程兩大類；在純導熱中，單位時間內通過給定面積的熱量，與該點的溫度及垂直于導熱方向的截面積成正比，即傅里葉定理；有三種基本的傳遞方式即導熱、對流和輻射。熱設計的基本理論依據是傳熱學。掌握了不同傳熱過程的機理、理論和計算方法，就能有效地解決電子設備熱設計中的各種實際問題。為了提高導熱能力，應減小接觸電阻。方法包括：提高接觸表面光潔度，增加接觸面間壓力，在接觸面涂一薄層導熱脂或加一層延展性好、導熱系數高的材料薄片。風路設計方法強迫冷卻的風路設計設計要點：1，如果發熱分布均勻，元器件的間距應均勻，以使風均勻流過每一個發熱源。2，如果發熱分布不均勻，在發熱量大的區域元器件應稀疏排

7、列，而發熱量小的區域元器件布局應稍密些，或加導流條，以使風能有效的流到關鍵發熱器件。3，如果風扇同時冷卻散熱器及模塊內部的其它發熱器件，應在模塊內部采用阻流方法，使大部分的風量流入散熱器。4，進風口的結構設計原則：一方面盡量使其對氣流的阻力最小，另一方面要考慮防塵，需綜合考慮二者的影響。風道的設計原則1，風道盡可能短，縮短管道長度可以降低風道阻力；2，盡可能采用直的錐形風道，直管加工容易，局部阻力小；3，風道的截面尺寸和出口形狀，風道的截面尺寸最好和風扇的出口一致，以避免因變換截面而增加阻力損失，截面形狀可為園形， 也可以是正方形或長方形；垂直封閉夾層的自然對流換熱問題分為三種情況：1，在夾層

8、內冷熱壁的兩股流道邊界層能夠相互結合，形成環流；2，夾層厚度與高度之比 /h>0.3時，冷熱的自然對流邊界層不會相互干擾，也不會出現環流，可按大空間自然對流換熱計算方法分別計算冷熱的自然對流換熱；3，冷熱壁溫差及厚度均較小，以厚度為定型尺寸的Gr=(Bgt3)/ 3<2000 時，通過夾層的熱量可按純導熱過程計算。水平夾層的自然對流換熱問題分為三種情況。( 二)電磁防護設計電磁脈沖的電磁防護原則：任何電子設備都能按原設計要求正常運行，并且設備或系統自身產生的電磁噪聲所造成的干擾不致對周圍的電磁場環境造成嚴重污染和影響其他設備的正常運行，該設備或系統即具有電磁兼容性要使設備或系統具有

9、電磁兼容性， 就必須采取適當的電磁防護措施。屏蔽與接地防護實施電磁屏蔽時，應該分別對電場與磁場分量進行屏蔽并且應該考慮脈沖的寬帶特性。電場屏蔽主要是為了防止電子元器件或設備的電容耦合，采用金屬屏蔽層包封電子元器件或設備， 其屏蔽體應采用良導體 （銅、鋁等）制作并有良好的接地。 磁場屏蔽主要是抑制噪聲源和敏感設備間的磁場耦合， 把磁力線封閉在屏蔽體內， 阻擋內部磁場向外擴散或外界磁場的進入。 一般選擇鐵或其他高導磁率材料構成低磁阻通路來分流磁場。在具體實施屏蔽時， 應根據屏蔽效能的要求， 結合相應的屏蔽理論確定屏蔽方式以及屏蔽材料，并防止可能發生的諧振現象。復雜電磁系統一般包括很多高低壓設備，在

10、接地方面也應考慮各種接地需求，一般包括防雷接地、保護性接地、直流工作地和交流工作地。一般要求防雷接地電阻小于 ，其接地極應遠離其他接地極以上，防止產生干擾。為了保護人身和設備安全， 必須將各種儀器儀表的外殼接地， 保護性接地電阻一般要小于 。由于工作和安全運行的需要， 必須將直流電源的輸出端外殼通過地網接在一起， 使其成為穩定的零電位， 直流工作地的接地電阻要小于 ；同時，交流電源零線也必須與大地相接。( 三 )機械防震設計防震設計的原則保證設備在機械環境中長期可靠地工作， 常用的防護設計有減弱或去除震源， 去諧、去耦，阻尼減震，剛性化、小型化，隔離震源等。采取適當的防振設計1，在設計儀器的機

11、箱部分時要針對不同儀器所工作的環境而選用合適的材料以便能抗振， 保護機箱內元器件安全。 在機械振動較大的工作環境中機箱材料要選用鋼質等剛性材料。 從材料力學知道， 構件的材料一定時， 則抗扭剛度取決于構件的截面形狀和尺寸，所以對機箱材料板材要選擇合理的截面形狀和尺寸，增加機箱壁緣也可有效提高剛度，因此在滿足結構要求， 工藝性，重量指標的情況下，選擇截面慣性矩較大的截面形狀，是提高彎曲剛度的有效措施。其次，提高機箱各部分的連接剛度。2，加厚電路安裝結構材料的強度（如電路 PCB板），在滿足強度的條件下，盡量選用剛性好質量輕的材料。3，注意元器件的安裝位置。對于振動強烈的電子設備，電氣控制部分最好獨立安裝。在無法獨立安裝時， 應盡可能地遠離振動源； 以使振動的影響減小到最低限度。強度較大元器件可放在電路板中心， 起加強筋的作用。 元器件盡量分布在靠圍框近的地方， 尤其是對大質量的器件。 要盡量減少倒懸結構的安裝， 對倒懸的結構在其根部要強化支撐，以減少懸臂粱的影響。4，采取必要的減振措施。 將電氣元件或部件與振動機體的剛性連接改為柔性連接，即利用機械阻尼， 把機械波最大限度地衰減， 給電氣元件加裝防振彈簧，墊上防震墊圈等。( 四)結論與展望集成電路的快速發展，給可靠性保證帶來了巨大的挑戰。集成電