机械可靠性设计的其他应用介绍 2

可靠性设计分析的其他应用介绍东北大学机械工程与自动化学院现代设计与分析研究所何雪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1.磨损可靠性问题

2.腐蚀可靠性问题

3.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1.1磨损的基本概念1.2给定寿命下的耐磨可靠度计算1.3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1．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。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W表示，单位μm

沿摩擦表面垂直方向测量的表面尺寸的减少量（多种表达方式）2．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速度u(u=W/t)，单位μm/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过程：磨合期；稳定磨损期；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磨损的基本概念稳定磨损期内磨损速度恒定稳定磨损阶段的磨损速度与载荷、摩擦表面正压力P、摩擦表面相对滑动速度v及摩擦表面材料特性和加工处理润滑情况有关。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=0.5～3，一般情况下可取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3．磨损速度和磨损量的分散特性当摩擦副载荷P与相对运动速度v看成相互独立的随机变量时，磨损速度u的分布特性参数为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磨损的基本概念当给定摩擦副工作寿命t，且μu和σu为已知时，稳定磨损量的均值和标准差可由下式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磨损的基本概念若考虑磨合阶段磨损量的分布，则总磨损量的分布参数WΣ如下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1．耐磨可靠度定义在给定的工作时间t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2．耐磨可靠度的计算方法由于总磨损量WΣ(t)可看成正态随机变量，故耐磨可靠度由下式可求得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可根据联系方程解决。由联系方程得上式唯一的未知数为工作时间t，方程符合工程意义的解就是可靠寿命的值。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1已知某零件的磨损速度u为N(0.02，0.002772)μm/h，最大允许磨损量WΣmax=16μm，初始磨损量W1为N(6.0，1.02)μm。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。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2.腐蚀可靠性问题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。腐蚀虽然有很多形式，但总的可分为均匀腐蚀和局部腐蚀。对于均匀腐蚀，腐蚀引起厚度均匀减小，直到不能保持材料的允许厚度为止的时刻，就是腐蚀寿命。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用介绍——东北大学机械工程与自动化学院——何雪浤例2（1）（2）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3.1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实现预期运动功能、承受并传递动力功能的构件系统。机构的两大基本功能：实现预期运动；承受或传递动力。机构可靠性问题：与承载能力相关的可靠性问题——结构零部件的可靠性问题；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3.2机构的运动功能可靠性机构的运动功能可靠性是指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。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；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3.3影响机构可靠性的因素设计因素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。生产因素主要包括加工精度误差，如机械加工、热处理。环境因素主要包括高(低)温、沙尘、腐蚀等。使用因素主要包括运动副的磨损、动力源的恶化等。人为因素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.机构功能可靠性问题3.4机构功能可靠性分析的基本方法

1．机构工作过程的分解（1）机构的共同特点①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。②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3.4机构功能可靠性分析的基本方法

1．机构工作过程的分解（2）工作过程划分原则：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：对应机构动作的不同阶段，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3.4机构功能可靠性分析的基本方法

2．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，必须保证驱动力(矩)Md大于阻抗力(矩)Mr，即启动可靠度就是驱动力(矩)大于阻抗力(矩)的概率，即当已知驱动力(矩)和阻抗力(矩)的分布特性时，即可求出机构的启动可靠度。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3.机构功能可靠性问题3.4机构功能可靠性分析的基本方法

3．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机构，对运动过程中的参数(如速度、加速度、时间和位移等)并无明确要求，其机构运动正常的判定准则为运动过程中驱动力(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.机构功能可靠性问题3.4机构功能可靠性分析的基本方法

3．运动功能可靠性分析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3.4机构功能可靠性分析的基本方法