17机械可靠性设计

1、机械可靠性设计课程教学大纲课程代码： 010131075课程英文名称： Mechanical Reliability Design 课程总学时： 24 讲课： 24 实验： 0 上机： 0 适用专业：机械设计制造自动化专业 大纲编写（修订）时间： 2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标“机械可靠性设计” 是机械设计专业基础课之一， 是现代机械产品设计的方法之一。 是 产品质量的关键要素， 是现代机械设计方法的主要内容， 与原有的传统设计方法相比， 将数 理统计应用于机械可靠性设计， 能够定量地计算产品的可靠度， 以及按一定的可靠度要求设 计产品，是一门新兴的科学，在实践中得到了

2、广泛的应用。随着经济的发展，对产品可靠性 要求越来越高，因此，教学的基本要求则是讲清基本概念，掌握机械可靠性设计方法，为今 后能够在实际工作中应用可靠性设计方法提高产品质量打好基础。（二）知识、能力及技能方面的基本要求1. 可靠性概念：掌握可靠性尺度、常用分布等。2. 可靠性设计： 掌握综合强度及应力概率分步分析方法、 计算式及许用可靠度、 计算方 法及步骤，掌握根据规定可靠度进行零件设计。3. 理解并掌握应力强度干涉理论模型， 能够应用应力强度干涉理论模型进行机械强度可 靠度设计。4. 掌握系统可靠性预测与可靠性分配方法。（三）实施说明本课程以提高机械设计制造及自动化专业本科生设计能力为目标

3、，为此， 在教学中采用多媒体教学以使学生扩大知识面、加深理解；教法上采用讲课、提问、讨论相结合的方式。 本课程学时少，有一定难度，要求学生预习概率论知识；教师讲清基本设计方法及步骤，以 原理理解和应用为主，数学推导简明清晰。具体如下：1. 自主学习，布置与本课程知识相关的预习内容，提高学生自学能力和理解力；2. 课堂教学，重点为机械可靠性设计的基本概念，可靠性尺度、常用分布、应力强度理 论模型等关键知识；3. 课内讨论， 通过讨论加深学生对课程关键内容的理解， 掌握学生听课状态， 提高讲授 效率。4. 课外作业，布置一定课外作业，让学生巩固、加深对课堂所学内容的理解，掌握机械 可靠性设计方法。

4、5. 教师执行本大纲时，应着眼于基本概念和设计方法的讲解，至于各章节的教学顺序， 教学环节和教学手段等不拘泥于大纲所限，充分发挥教师的能动性、创造性。（四）对先修课的要求本课程的先修课程是高等数学 、概率论、数理统计 、理论力学 、材料力学 、 机械原理和机械设计课程。（五）对习题课、实践环节的要求 教师布置习题，学生课余时间完成。通过习题促进学生消化、巩固所学内容。习题要结 合教师的讲授概念类、 计算类和设计类习题合理分配， 培养学生的机械可靠性设计和分析计算能力。对作业中的共性问题进行讲解，同时作业也是考核学生的依据。（六）课程考核方式1. 考核方式：综合考查。2. 考试方法：作业、课堂提

5、问、小测验、结课测试（开卷）及出勤考核综合评价形式。3. 课程总成绩：总成绩=平时成绩（包括出勤考核、提问等）30%+乍业及小测验30%+结课测试40%（七）参考书目机械可靠性设计，孟宪铎著，冶金工业出版社，2007机械可靠性设计，刘惟信著，清华大学出版社,2006。二、中文摘要“机械可靠性设计” 是机械设计专业基础课之一，将概率与统计应用于机械设计，能够定量地计算产品的可靠度， 以及按一定的可靠度要求设计产品，是当今机械学科的重要方向。已在实践中得到了广泛应用。本课以掌握可靠性尺度、常用分布、应力强度干涉理论模型、 联结方程等为核心内容，培养学生利用可靠性技术开展设计的能力。三、课程学时分配

6、表序号教学内容学时讲课实验上机1学习可靠性的意义与基本概念881.1概述与可靠性尺度21.2可靠性的概率分布类型21.3分布类型图分析法42可靠性设计原理10102.1应力强度干涉理论模型22.2应力强度不冋分布类型的可靠度公式22.3设计变量的统计处理与计算22.4安全系数及机械静强度设计22.5习题轴弯扭联合作的静强度可靠性设计23疲劳强度可靠性设计简介224系统可靠性设计444.1系统可靠性预测24.2系统可靠性分配2合计2424四、教学内容及基本要求第1部分 学习可靠性的意义与基本概念总学时（单位：学时）：8 讲课：8 实验：0上机：0 第1.1部分 概述与可靠性尺度（讲课 2学时）

7、具体内容：1）理解可靠性学习意义与机械可靠性发展历程；2）了解机械可靠性设计的基本内容；3）掌握可靠度和不可靠度等定义与计算方法；4）掌握累积失效频数（频率）分布图绘制； 重 点：1) 可靠性的基本概念 : 可靠性、可靠度及失效率；2) 可靠性尺度：可靠性、可靠度及失效率计算方法； 难 点：失效率概念与计算方法；习 题： 可靠度、失效率等可靠性尺度的计算；第 1.2 部分 可靠性的概率分布类型(讲课 2 学时) 具体内容：1)掌握可靠性的概率分布类型特点及其应用-二项分布；2)掌握可靠性的概率分布类型特点及其应用- 伯松分布；3)掌握可靠性的概率分布类型特点及其应用-正态分布；4)掌握可靠性的

8、概率分布类型特点及其应用-对数正态分布；5)掌握可靠性的概率分布类型特点及其应用- 威布尔分布；重点：八、1)正态概率分布类型特点及其应用；2)利用伯松分布计算储备系统的可靠度；难点：八、伯松分布计算储备系统的可靠度；习题：正态概率分布计算；第1.3 部分 分布类型图分析法(讲课 4 学时)具体内容：1) 掌握分布类型图分析法 : 分布类型图分析法的一般步骤；2) 掌握正态分布类型图分析法；3) 掌握对数正态分布类型图分析法；4) 了解威布尔分布类型图分析法； 重 点：1) 分布类型图分析法 : 分布类型图分析法的一般步骤；2) 正态分布类型图分析法；难 点：威布尔分布类型图分析法；习 题：根

9、据失效数据进行正态分布类型的判定与特征值估计； 第 2 部分 可靠性设计原理总学时(单位：学时 )：10 讲课：10 实验： 0 上机： 0 第 2.1 部分 应力强度干涉理论模型(讲课 2 学时) 具体内容：1) 掌握从不同角度推导应力强度干涉理论模型的一般方程的方法；2) 理解应力强度干涉理论模型的具体含义；重 点： 应力强度干涉理论模型的具体含义； 难 点：从不同角度推导应力强度干涉理论模型的一般方程的方法；第 2.2 部分 应力强度不同分布类型的可靠度公式(讲课 2 学时)具体内容：1) 掌握应力强度均为正态分布时的可靠度计算公式 - 联结方程；2) 理解应力强度为不同分布类型时的可靠

10、度的数值计算方法； 重 点：应力强度均为正态分布时的可靠度计算公式 - 联结方程； 难 点：应力强度为不同分布类型时的可靠度的数值计算方法；习 题： 利用联结方程计算可靠度；第 2.3 部分 设计变量的统计处理与计算(讲课 2 学时) 具体内容：1) 掌握图表数值的查找与计算；2) 掌握随机变量函数的均值与方差计算方法 - 泰勒级数近似计算公式；3) 掌握变差系数概念及在复杂数理运算时的近似计算方法； 重 点：1) 随机变量函数的均值与方差计算方法 - 泰勒级数近似计算公式；2) 变差系数概念及在复杂数理运算时的近似计算方法； 难 点：随机变量函数的均值与方差计算方法 - 泰勒级数近似计算公式

11、； 习 题：随机变量函数的均值与方差计算；第 2.4 部分 安全系数及机械静强度设计(讲课 2 学时) 具体内容：1) 掌握可靠性意义下的安全系数计算方法；2) 理解在变差系数较大时如何利用安全系数计算可靠度；3) 了解分布类型不明确时利用均值安全系数估计可靠度的方法；4) 掌握轴的机械静强度设计方法； 重 点：1) 可靠性意义下的安全系数计算方法；2) 分布类型不明确时利用均值安全系数估计可靠度的方法；3) 轴的机械静强度设计方法； 难 点：分布类型不明确时利用均值安全系数估计可靠度的方法； 习 题：利用均值安全系数估计可靠度；第 2.5 部分 习题轴弯扭联合作的静强度可靠性设计(讲课 2

12、学时) 具体内容：1) 理解轴弯扭联合作的静强度可靠性设计方法；2) 掌握轴弯扭联合作的静强度可靠性设计的步骤； 重 点：轴弯扭联合作的静强度可靠性设计的步骤习 题：拉杆的机械静强度可靠性设计；第 3 部分 疲劳强度可靠性设计简介总学时 ( 单位：学时 ) ： 2 讲课： 2 实验： 0 上机： 0 具体内容：1) 理解可靠性意义下的应力循环特性曲线图；2) 理解可靠性意义下的等寿命疲劳极限图与戈贝尔曲线方程；3) 了解弯扭联合作用下轴的疲劳强度设计过程与方法； 重 点：理解弯扭联合作用下轴的疲劳强度设计过程与方法。 第 4 部分 系统可靠性设计总学时 ( 单位：学时 ) ： 4 讲课： 4 实验： 0 上机： 0 第 4.1 部分 系统可靠性预测(讲课 2 学时) 具体内容：1) 掌握绘制逻辑图；2) 掌握串并联系统可靠度计算方法；3) 掌握储备系统，表决系统及复杂系统的可靠度计算方法； 重 点：1) 串并联系统可靠度计算方法；2) 储备系统，表决系统及复杂系统的可靠度计算方