王腾浩可靠性

1、、/ TATVE1AN irNTVraSHY OF StTFHCE AND TTCHX函KY可靠性课程设计题目：螺栓连接可靠性分析学院:环境与安全学院姓名:王腾浩学号：201323010124完成日期：2015年12月27日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 一、可靠性及所选课题概述3 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 1.1可靠性概述3 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.2螺栓连接可靠性概述3 HYPERLINK

2、 l bookmark43 o Current Document 二、可靠性分析、设计方法3 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 2.1 FTA3 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 2.2故障模式、效应及危害度分析法32.3概率可靠性设计法3 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 2.4模糊可靠性设计法4 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 2.5灰色可靠性设计法4 HYPERLINK l bookmar

3、k59 o Current Document 2.6疲劳强度的概率可靠性设计4 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 三、螺栓疲劳断裂定量分析53.1螺栓结构疲劳强度确定错误！未定义书签。3.2不同应力比条件下结构疲劳强度的转换错误！未定义书签。3.3螺栓结构疲劳应力确定错误！未定义书签。3.4螺栓疲劳可靠性的计算错误！未定义书签。3.5联结螺栓疲劳可靠性随时间变化规律错误！未定义书签。3.6疲劳可靠度影响因素分析错误！未定义书签。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 四、

4、结论6 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 五、提高螺栓联接强度的对策7 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 5.1调整螺纹牙的受力分配7 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 5.2增大被联接件刚度7 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 5.3减轻应力集中7一、可靠性及所选课题概述1.1可靠性概述可靠性在实际当中有着极其重要的作用。对于产品来说，可靠性问题和人身安全经济效 益密切相关。因此，研究产品的可靠

5、性问题，显得十分重要，非常迫切。提高产品的可靠性， 可以防止故障和事故的发生，尤其避免灾难性的事故发生，从而保证人民生命财产安全；可 以使产品总的费用降低；可以减少停机时间，提高产品可用率，一台设备可以顶几台设备的 工作效率；对于企业来讲，提高产品的可靠性可以改善企业信誉，增强竞争力，扩大产品销 路，从而提高经济效益；还可以减少产品责任赔偿案件的发生，以及其它处理产品事故费用 的支出，避免不必要的经济损失。可靠性分析方法中故障树分析是可靠性工程中的一种重要 的分析方法，它通过对造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，建立故障树 模型，从而确定产品故障的原因的各种可能组合方式和其发生概

6、率的一种分析技术。1.2螺栓连接可靠性概述螺栓是一种广泛应用于连接、固定的重要零件。影响其可靠性的因素很多，且工况多变， 工艺水平各异，因而增加了研究这一问题的困难，应用可靠性分析设计方法，可以很好的解 决这一难题。二、可靠性分析、设计方法2.1 FTA故障树分析又称失效树分析FTA，是大型复杂系统可靠性、安全性分析和风险评价的 一种有效方法。故障树分析法是一种将系统故障形成原因按树枝状逐级细化的图形演绎方 法，它系统所不希望发生的时间作为分析目标，找出导致这一事件发生的所有直接因素和可 能原因，并将这些直接因素和可能原因作为第二级事件，然后再往下找出造成第二级事件发 生的全部直接因素和可能原

7、因，按照这种方式逐级地找下去，直至追溯到引起系统发生故障 的那些最基本的直接因素，采用相应的符号表示这些事件，在用描述事件间逻辑因果关系的 逻辑门符号把上述各种级别的事件，即顶事件，中间事件和底事件连接起来，就形成了一个 倒立的树状逻辑因果关系图，称之为故障树。2.2故障模式、效应及危害度分析法故障模式、效应及危害度分析法包括故障模式及影响分析和危害度分析两部分。该方法 是与产品设计并行的可靠性分析技术，可以对产品进行全面、规范的故障及影响分析和对策 研究，在产品的设计过程中，不断改进产品的设计方案一最终满足产品设计的可靠性要求。 2.3概率可靠性设计法概率可靠性设计融入了概率论和数理统计的方

8、法，并以普通集合论和二值逻辑为基础， 其可靠性设计的本质特征是将产品的设计变量是为随机变量，并运用随机过程方法对产品使 用的二值状态、如故障或正常，成功或失败等进行量化的概率描述。从设计过程和效果上看， 该方法传统设计扩展到一个新的水平。2.4模糊可靠性设计法模糊可靠性设计法是利用模糊数学来解决产品可靠性问题的一种理论评价和系统设计 的方法。其主要是考虑了产品的模糊状态和设计过程中模糊的客观因素。比如，好与坏、高 与低等均是相对模糊的评价，产品的状态中除了故障或正常的二值状态，实际中海油处于非 好非坏的模糊状态。并且社会和经济等因素日益融入设计过程，改变了其技术单一的面貌， 使设计过程存在着形

9、形色色的模糊性问题。从这个角度看，常规可靠性设计可视为模糊可靠 性设计的特例。并且，模糊可靠性不是否认常规可靠性的设计理论，而是在系统中有不容忽 视的模糊现象或信息时，是对常规可靠性设计的一个有益的补充，它将常规可靠性设计理论 处理模糊现象或信息提供一种途径。2.5灰色可靠性设计法灰色可靠性设计法师基于湖色理论进行产品可靠性设计的方法。该方法为概率可靠性设 计和模糊可靠性设计的补充。在可靠性设计中，概率可靠性设计解决的是大样本、数据多但 缺乏明显规律的问题，即“大样本不确定”问题；模糊可靠性设计解决的是人的经验与认知 先验信息的不确定问题，即“认知不确定“问题；而灰色可靠性设计则是解决既无经验

10、、数 据又少的不确定问题，即”少数据又不确定“问题。2.6疲劳强度的概率可靠性设计随着现代工业产品大型化、集成化程度的加深，机械构件在使用中承受的应力也越来越 复杂，加之疲劳文艺本身的复杂性和难以控制性，使得疲劳问题的研究得到越来越广泛的重 视。据统计，机械零件的破坏有50%90%为疲劳破坏。针对结构在疲劳载荷作用下的特性，确定联结螺栓疲劳可靠性的一般计算方法如下：a）在,=-1 （即平均值S =0，对称恒幅循环载荷）条件下，开展材料的疲劳试验，m获取不同载荷循环次数对应的材料疲劳强度S ，作出材料的S-N曲线； ab）根据螺栓的尺寸、表面状态、应力集中等因素对材料疲劳强度进行修正，采用相应

11、的随机变量综合计算方法，得到在,=-1条件下螺栓结构的疲劳强度概率分布；c）确定螺栓结构的等寿命曲线，得到在特定的应力比尸（与结构疲劳应力比相同）下 螺栓结构疲劳强度的概率分布；d）在应力比尸条件下，计算联结螺栓疲劳应力的概率分布;e）采用修正的强度一应力干涉模型计算联结螺栓可靠性。三、螺栓疲劳断裂定量分析试设计气缸盖紧螺栓联接，如图，已知：气缸工作压力P在0-1N/mm2之间变化，气缸直 径D2=400mm，螺栓材料为5.6级的35钢，螺栓个数14，使F”=1.5F采用石棉铜皮垫片， 工作温度低于15C。1.计算各力大小1)计算每个螺栓承受的最大工作载荷气缸最大载荷n 一n x 400 2=

12、 D 2 p = x 1 = 125664 N4螺栓最大工作载荷F =z = 121464 = 8976村则工作载荷F在0-8976N之间变化。2）剩余预紧力F ff = 1.5 F = 1.5 x 8976 = 13464 N3）螺栓最大拉力F0 = F + F = 8976 +13464 = 22440N4）预紧力F = F - 4 F = 2240 - 0.8 x 8976 = 15259 N 0 c + c5)许用拉应力b = 300N/mm2, b按控制预紧力取安全系数n=1.5， 且卜=,=jo? = 200N/mm2。查机械零件手册知2.按静强度计算螺栓尺寸4 x 1.3Fd14

13、 X 侦 X 22440 = 13.62mmA- 3.14 x 2003.螺栓疲劳强度校核1）计算各参数危险剖面积 TOC o 1-5 h z A = nd2 = 3,14 x(15.294)2 = 183.7mm2 1414螺栓受最大应力。=F / A =44 122.16N / mm2max 01183.7螺栓受最小应力b = F / A = 5259 83.06N / mm 2 min1183.7螺栓应力幅maxmin-2122.16 - 83.06219.55 N / mFS 2螺栓平均应力maxmin-2122.16 + 83.062102.61N /min 2查机械零件手册知 平均

14、应力的折算系数V b - 0-25疲劳极限b 210 N / mm 2-1又查知 k 3.45， = 0.87，p = 0.9则综合影响系数 k - = c c = 4.4 P 0.87 x 0.9n -史bi k 1 _210=1,63 外-1.5 b b 19.5519.55 x 1.5 x 4.42）疲劳强度校核按应力幅规律计算，有 满足强度条件，安全。四、结论通过以上研究，得出以下结论:1）疲劳可靠性与静载可靠性相比更加复杂，不仅需要考虑可靠性随载荷循环次数的变 化，而且需要考虑强度（应力）幅值和均值的综合影响以及材料疲劳强度同结构疲劳强度之 间的关系；2）联结螺栓的疲劳可靠性随时间而

15、不断降低，变化的趋势与S N形态和各随机变量 的影响相关，在寿命期内的最低可靠度是是结构承受了N循环载荷作用后的可靠性；3）在实际工况中，对联结螺栓的可靠性进行控制的有效手段是确保螺栓预紧力大于最 大工作载荷，且尽量降低联结相对刚度。五、提高螺栓联接强度的对策5.1调整螺纹牙的受力分配即使是制造和装配非常精确的螺栓和螺母，传力时其旋合各圈螺纹牙的受力也是不均匀 的。螺栓受拉。螺距增大；而螺母受压。螺距减小。由于螺栓刚度比螺母刚度小得多，螺栓 螺距的增大量也远大于螺母螺距的减小量。这种螺距变化差主要靠旋合各，螺纹牙的变形来 补偿。即各圈螺纹牙的变形是不同的，从传力算起的第，螺纹变开多最大，因而受力也最大， 以后各，递减。螺纹旋合圈数越多。受力不均匀程度也越显著。5.2增大被联接件刚度减小附加应力附加应力主要是弯曲应力，由于螺纹牙根对弯曲很敏感。因此。弯曲应力 常对螺栓断裂起关键作用。如果被联接件刚度不够螺栓受偏心载荷如钩头螺栓。将会引起弯 曲应力。此外。被联接件螺栓头部螺母等的支承面倾斜。螺纹孔不正。也会引起弯曲应力。 减小或避免弯曲应力的措施有保证被联接件具有足够刚度，尽量少