机械可靠性设计的其他应用介绍2

1、可靠性设计分析的可靠性设计分析的其他应用介绍其他应用介绍 东北大学机械工程与自动化学院东北大学机械工程与自动化学院现代设计与分析研究所现代设计与分析研究所何雪何雪浤浤机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤机械可靠性设计的其他应用介绍机械可靠性设计的其他应用介绍n 1. 磨损可靠性问题磨损可靠性问题 n 2. 腐蚀可靠性问题腐蚀可靠性问题n 3. 机构功能可靠性问题机构功能可靠性问题机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1. 磨损可靠性问题磨损可靠性问题n1.1 磨损的基本概念磨损的基本概念n1.2 给定寿命下的耐磨可靠度计算给定寿命下的耐磨可靠度

2、计算 n1.3 给定耐磨可靠度时可靠寿命的计算给定耐磨可靠度时可靠寿命的计算机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1.1 磨损的基本概念磨损的基本概念n1磨损和磨损量磨损和磨损量在组成摩擦副的两个对偶件之间，由于接触和相对运动在组成摩擦副的两个对偶件之间，由于接触和相对运动而造成其表面材料不断损失的过程称为磨损。例如机械而造成其表面材料不断损失的过程称为磨损。例如机械轴承、传动机构的磨损。轴承、传动机构的磨损。由磨损所造成的摩擦副表面材料质量的损失量，称为磨由磨损所造成的摩擦副表面材料质量的损失量，称为磨损量。用符号损量。用符号W表示，单位表示，单位m n沿摩擦表面垂直

3、方向测量的表面尺寸的减少量 （多种表达方式）n2磨损量与时间的关系磨损量与时间的关系磨损量是时间的函数。磨损量随时间的变化率称为磨损磨损量是时间的函数。磨损量随时间的变化率称为磨损速度速度u(u=W/t)，单位，单位m/s。机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1.1 磨损的基本概念磨损的基本概念n磨损过程：磨损过程：磨合期；磨合期；稳定磨损期；稳定磨损期；剧烈磨损期。剧烈磨损期。 磨损量W、磨损速度u与t的关系机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1.1 磨损的基本概念磨损的基本概念n稳定磨损期内磨损速度恒定稳定磨损期内磨损速度恒定 n稳定磨损

4、阶段的磨损速度与载荷、摩擦表稳定磨损阶段的磨损速度与载荷、摩擦表面正压力面正压力P、摩擦表面相对滑动速度、摩擦表面相对滑动速度v及摩及摩擦表面材料特性和加工处理润滑情况有关。擦表面材料特性和加工处理润滑情况有关。 utW bavkPu 摩擦副特性与工作条件影响系数，当摩擦副与工作条件给定时，k为定值 载荷因子(摩擦表面正压力)，a=0.53，一般情况下可取1 速度因子，受相对运动速度的影响 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1.1 磨损的基本概念磨损的基本概念n3磨损速度和磨损量的分散特性磨损速度和磨损量的分散特性当摩擦副载荷当摩擦副载荷P与相对运动速度与相对运动速

5、度v看成相互独立的看成相互独立的随机变量时，磨损速度随机变量时，磨损速度u的分布特性参数为的分布特性参数为2222vvPPuubvaPubakbavkPu 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1.1 磨损的基本概念磨损的基本概念n当给定摩擦副工作寿命当给定摩擦副工作寿命t，且，且u和和u为已知时，稳为已知时，稳定磨损量的均值和标准差可由下式计算定磨损量的均值和标准差可由下式计算 ttuWuWutW 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1.1 磨损的基本概念磨损的基本概念n若考虑磨合阶段磨损量的分布，则总磨损量的分若考虑磨合阶段磨损量的分布，则

6、总磨损量的分布参数布参数W如下如下 2211WWWWWW1WWW磨合阶段初始磨损量的均值 磨合阶段初始磨损量的均值 磨合阶段初始磨损量的标准差 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1.2 给定寿命下的耐磨可靠度计算给定寿命下的耐磨可靠度计算n1耐磨可靠度定义耐磨可靠度定义在给定的工作时间在给定的工作时间t内，摩擦副的表面磨损总量内，摩擦副的表面磨损总量小于等于其最大磨损量的概率，即小于等于其最大磨损量的概率，即max)(WtWPR摩擦副在给定寿命t下的耐磨可靠度 工作到t时刻时摩擦副磨损表面的磨损总量 摩擦副摩擦表面允许的最大磨损量 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大

7、学机械工程与自动化学院何雪浤1.2 给定寿命下的耐磨可靠度计算给定寿命下的耐磨可靠度计算n2耐磨可靠度的计算方法耐磨可靠度的计算方法由于总磨损量由于总磨损量W(t)可看成正态随机变量，故耐可看成正态随机变量，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 最大允许磨损量 磨合期初始磨损量 稳定磨损期磨损速度 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤1.3 给定耐磨可靠度时可靠寿命的计算给定耐磨可靠度时可靠寿命的计算n可根据联系方程解决。由联系方程得可根据联系方程解决。由联系方程得n上式唯

8、一的未知数为工作时间上式唯一的未知数为工作时间t，方程符合，方程符合工程意义的解就是可靠寿命的值。工程意义的解就是可靠寿命的值。 222max11ttWZuWuWR机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤例例1n已知某零件的磨损速度已知某零件的磨损速度u为为N(0.02，0.002772) m/h，最，最大允许磨损量大允许磨损量 Wmax =16m，初始磨损量，初始磨损量W1为为N(6.0，1.02) m。求平均磨损寿命及可靠度分别为。求平均磨损寿命及可靠度分别为0.9、0.99、0.999时的磨损寿命。时的磨损寿命。 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化

9、学院何雪浤2. 腐蚀可靠性问题腐蚀可靠性问题n在环境介质的作用下，金属材料和介质元素发生化学或电在环境介质的作用下，金属材料和介质元素发生化学或电化学反应引起的损坏称为腐蚀。化学反应引起的损坏称为腐蚀。n腐蚀虽然有很多形式，但总的可分为腐蚀虽然有很多形式，但总的可分为均匀腐蚀均匀腐蚀和和局部腐局部腐蚀。蚀。 n对于均匀腐蚀，对于均匀腐蚀，腐蚀引起厚度均匀减小，直到不能保持材腐蚀引起厚度均匀减小，直到不能保持材料的允许厚度为止的时刻，就是腐蚀寿命料的允许厚度为止的时刻，就是腐蚀寿命。 n均匀腐蚀的概率计算与磨损概率计算的方法相同。均匀腐蚀的概率计算与磨损概率计算的方法相同。机械可靠性设计的其他应

10、用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤例例2n（1）n（2）22max10)0()9999. 0(tthuus8 .104T9989. 0)065. 3(0)0()110(22maxtthtRuu机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤3. 机构功能可靠性问题机构功能可靠性问题n3.1 机构的基本概念机构的基本概念机构：把构件通过运动副实现可动连接并能够机构：把构件通过运动副实现可动连接并能够实现预期运动功能、承受并传递动力功能的构实现预期运动功能、承受并传递动力功能的构件系统。件系统。机构的两大基本功能：机构的两大基本功能：n实现预期运动；n承受或传递动力。机构可靠性

11、问题：机构可靠性问题：n与承载能力相关的可靠性问题结构零部件的可靠性问题 ；n与运动功能相关的可靠性问题 。机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤3. 机构功能可靠性问题机构功能可靠性问题n3.2 机构的运动功能可靠性机构的运动功能可靠性机构的运动功能可靠性是指机构的运动功能可靠性是指机构在规定的条件机构在规定的条件下和规定的时间内，完成规定运动功能的能力下和规定的时间内，完成规定运动功能的能力。n完成一定的运动形式。例如飞机起落架收放机构执行收和放动作的功能； n在完成规定运动形式时，机构的运动参数保持在规定的范围内，包括机构运动位移、速度、加速度和时间等运动参数。例

12、如，飞机起落架收放机构要求起落架在十秒钟内收起。 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤3. 机构功能可靠性问题机构功能可靠性问题n3.3 影响机构可靠性的因素影响机构可靠性的因素 设计因素设计因素n主要包括机构的工作原理、动力源(电机、气液动马达等)、质量和转动惯量等的随机特性。生产因素生产因素n主要包括加工精度误差，如机械加工、热处理。环境因素环境因素n主要包括高(低)温、沙尘、腐蚀等。使用因素使用因素n主要包括运动副的磨损、动力源的恶化等。人为因素人为因素n主要包括不能及时维护、更换等。机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤3. 机构功能可

13、靠性问题机构功能可靠性问题n3.4 机构功能可靠性分析的基本方法机构功能可靠性分析的基本方法1机构工作过程的分解机构工作过程的分解（1）机构的共同特点）机构的共同特点n 机构的整个过程是由一个或几个动作来完成的。飞机起落架收放机构要完成收上动作、放下动作、开锁动飞机起落架收放机构要完成收上动作、放下动作、开锁动作和上锁动作等；作和上锁动作等；某坦克自动装弹机要完成回转、提升、推送、抛射等动作。某坦克自动装弹机要完成回转、提升、推送、抛射等动作。n 机构附在机体上，在运动之前机构相对于机体是静止的。为完成规定的动作，机构相对于机体要做相对运动，在动作完成后，又要求机构相对于机体静止。机械可靠性设

14、计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤3. 机构功能可靠性问题机构功能可靠性问题n3.4 机构功能可靠性分析的基本方法机构功能可靠性分析的基本方法1机构工作过程的分解机构工作过程的分解（2）工作过程划分原则：）工作过程划分原则：n把机构从静止到运动再到静止这一完整过程定义为一个动作，而每个动作又可划分为三个阶段，即启动阶段、运动阶段及定位阶段。（3）机构工作过程分解的目的）机构工作过程分解的目的：对应机构动对应机构动作的不同阶段，进行相应的功能可靠性分析。作的不同阶段，进行相应的功能可靠性分析。机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤3. 机构功能可靠性问题机

15、构功能可靠性问题n3.4 机构功能可靠性分析的基本方法机构功能可靠性分析的基本方法2启动功能可靠性分析启动功能可靠性分析机构实现启动，从静止状态到相对运动状态，必须保机构实现启动，从静止状态到相对运动状态，必须保证驱动力证驱动力(矩矩)Md大于阻抗力大于阻抗力(矩矩)Mr，即，即启动可靠度就是驱动力启动可靠度就是驱动力(矩矩)大于阻抗力大于阻抗力(矩矩)的概率，即的概率，即 当已知驱动力当已知驱动力(矩矩)和阻抗力和阻抗力(矩矩)的分布特性时，即可求的分布特性时，即可求出机构的启动可靠度。出机构的启动可靠度。 drMM)(rdstMMPR机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院

16、何雪浤3. 机构功能可靠性问题机构功能可靠性问题n3.4 机构功能可靠性分析的基本方法机构功能可靠性分析的基本方法3运动功能可靠性分析运动功能可靠性分析 对于某些只要求从初始位置运动到指定位置的对于某些只要求从初始位置运动到指定位置的机构，对运动过程中的参数机构，对运动过程中的参数(如速度、加速度、如速度、加速度、时间和位移等时间和位移等)并无明确要求，其机构运动正常并无明确要求，其机构运动正常的判定准则为的判定准则为 rdWW 运动过程中驱动力(矩)所作的功，即主动功 运动过程中阻抗力(矩)所作的功，即被动功 机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤3. 机构功能可靠性

17、问题机构功能可靠性问题n3.4 机构功能可靠性分析的基本方法机构功能可靠性分析的基本方法3运动功能可靠性分析运动功能可靠性分析机构运动可靠度机构运动可靠度 当已知主动功和被动功的分布特性时，即可求出机构当已知主动功和被动功的分布特性时，即可求出机构的运动功能可靠度。当主动功和被动功都为正态分布的运动功能可靠度。当主动功和被动功都为正态分布且无关时，有且无关时，有 )(rdmWWPR22rdrdWWWWRZ机械可靠性设计的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院何雪浤3. 机构功能可靠性问题机构功能可靠性问题n3.4 机构功能可靠性分析的基本方法机构功能可靠性分析的基本方法4定位阶段可靠性分析定位阶段可靠性分析定位阶段是机构从运动状态到静止状态的过渡阶段。定位阶段是机构从运动状态到静止状态的过渡阶段。定位阶段的失效模式除强度类失效模式定位阶段的失效模式除强度类失效模式(本文不考