机械结构可靠性设计_2天_大纲_王东南

课程名称：机械结构可靠性设计（2天）
课程简介
◆本课程针对机械类产品可靠性的相关问题展开、工作能力和技能雷达图展开，围绕可靠性的理念、可靠性的参数、可靠性的工具和可靠性的设计等日常工作展开。在授课期间，有针对性的组织训练和练习。
◆目的是确保公司产品达到规定的可靠性要求，满足系统的完好性和任务成功性要求、降低对保障资源的要求、减少寿命周期费用。
◆在最后，本课程设置独立地章节介绍可靠性管理的内容。现阶段的大部分培训是围绕可靠性设计和课堂训练展开的。
授课时间
2天，12小时最佳
授课方式
激情授课+互动体验+案例分享+现场行动
关键字
机械产品的可靠性 可靠度 产品可靠性设计
适合对象
◆从事可靠性工作的相关人员。
◆即将从事可靠性工作的相关人员。
课程收益◆通过本课程，学员可以掌握可靠性相关工作技能要求和理论基础；
◆针对可靠性工作的特点，本课程设置有效地练习和训练课题；
◆通过本课程，学员可以充分地掌握产品可靠性的分析、设计和验证的流程和方法，有效地提高工作能力；
◆通过本课程学习，学员可熟练地掌握“可靠性”理念，可靠性参数，可靠性预计、分配、分析和设计，可靠性试验和验证等工作方法，并在产品研发、设计、量产和客户感知等阶段有效地应用；
◆通过本课程，学员掌握的软件有：“FreeFta”、“Minitab”和“Microsoft office Visio”。
课程大纲
课前沟通
课前沟通
讲师简介
学员介绍：姓名+行业+企业+岗位+职责+日常工作
学习的“目的+期望”
工作中的“困惑+困难+疑问”在哪里？
需求分析
机械可靠性设计都包括哪些方面？
机械可靠性设计工作包括哪些方面？
如何描述这些产品和工作的需求？
理解机械产品的可靠性与其他产品的不同，关注产品在研发设计中的可靠性特征；
掌握机械产品可靠性参数特征值，学会描述机械可靠性设计的思维和方法；
掌握机械产品可靠性设计方法，科学地分配、预计、分析和设计产品的可靠性。
课程分析
课程目标：课程雷达图
课程日程安排
技能
机械可靠性理念
机械可靠性参数
概率和概率分布
设计内容
常用物理量
典型零件和系统分配
内容分布（%）
15
20
10
20
15
20
学员承诺
可靠性的发展历程和理念
产品的可靠性
可靠性和可靠度
可靠性的发展历程
可靠性的其余四性
维修性
保障性
测试性
安全性
可靠性的专家
产品可靠性与随机事件概述
全寿命周期和浴盆曲线
定义
概述
发展历程
企业生命周期和产品生命周期
浴盆曲线
浴盆曲线
失效率的三个阶段
六种故障模型
案例分析
可靠性工程
预防故障
发现故障
纠正故障
验证故障
产品可靠性设计
可靠性尺度
可靠度和不可靠度
失效概率密度
失效率
平均寿命
可靠寿命
中位寿命
特征寿命
维修度
平均修复时间
有效度
重要度
可靠度
可靠度观测值函数
案例分析：某电子产品元器件有1000个，开始工作至500h内有元器件损坏100个，工作至1000h共有500个元器件损坏，求该批元器件工作500h-1000h的可靠度。
累计失效概率函数
失效概率密度函数
失效概率密度函数和可靠度的关系
失效率
故障率
失效率的观测值
可靠度函数
失效率曲线：机械和电子
案例分析：有1000个零件，其工作到3年、4年、5年末的失效零件个数分别是10个、30分、60个。试计算这批零件在3年、4年末时候的失效率。
案例分析：某元件的可靠度函数为R(t)=e-λt，求其失效率。
产品的特征寿命
平均寿命
可靠寿命
中位寿命
特征寿命
案例分析：已经某产品的可靠性函数为R(t)=e-λt，求其可靠度R=99%时的可靠寿命、中位寿命和特征寿命。
可靠性特征量的关系
应力
强度与可靠度
设计原则
安全状态
失效状态
极限状态
维修特征量
维修度
平均修复时间
概率
随机事件的概率
概率的基本公式
随机变量的概率分布及数字特征
方差和标准差
案例分析：测得5个元件的使用寿命分别是12年、7.5年、13年、9.5年、8.5年，试求它们寿命的均值和标准差；若已知其寿命分布密度函数为f(t)=0.1e-0.1t，其中t为时间，t≥0，求其寿命的均值和标准差。
可靠性中常用的概率分布
二项分布
分布特点
案例分析
指数分布
分布特点
案例分析
正太分布
分布特点
案例分析
对数正太分布
分布特点
案例分析
威布尔分布
分布特点
案例分析
泊松分布
分布特点
案例分析
产品可靠度的方法
案例分析
某一期的寿命T服从指数分布，其平均无故障连续工作时间MTBF为25h，试求其失效率为多少？若要求可靠性为90%，问应如何选择连续工作时间？
有100个某种材料的试件进行抗拉强度试验，现测得试件材料的强度均值μ=600MPa，标准差σ=50MPa。求：试件强度=600MPa时的存活率、失效概率和失效试件数；强度落在550-450MPa区间内的失效概率和失效试件数；失效概率为0.05（存活率为0.95）时材料的强度值。
已知某轴在精加工后，其直径尺寸呈正太分布，均值μ=19.90mm，标准差σ=0.05mm。规定直径规格尺寸为19.90±0.1mm内时就为合格品，求合格品的概率？
机械可靠性设计的基本内容
主要内容和方法
机械产品的特点
应力-强度
失效判据
应力-强度干涉理论和可靠性计算的表达式
应力-强度干涉理论
可靠性计算的表达式
随机变量的统计特征值问题
随机变量进行数学运算的常用方法
矩阵（泰勒级数展开）
变异系数法
迭代法
机械零件的可靠度计算
强度和应力都服从正太分布的可靠度计算
公式
案例分析
强度和应力都服从指数分布的可靠度计算
公式
案例分析
强度和应力在给定寿命下的可靠度计算
公式
案例分析
强度为正太和应力为指数下的可靠度计算
强度-应力概率密度函数
可靠度函数
案例分析
强度为指数和应力为正太下的可靠度计算
强度-应力概率密度函数
可靠度函数
可靠度与安全系数的关系
安全系数的均值
安全系数的标准差
案例分析
可靠性中常用的物理量
载荷的统计数据
动载荷
确定性载荷：周期性和非周期性
随机载荷
静载荷
案例分析
几何尺寸的统计方法
极差
标准差
案例分析
材料力学的特性参数
弹性模量
静强度指标
拉伸
剪切
扭转
抗弯
材料的疲劳强度
疲劳强度
疲劳寿命
案例分析
复合疲劳强度概率分布曲线
案例分析
典型机械零件的可靠性设计
受拉松螺栓的可靠性设计
参数值
强度条件
拉应力值
案例分析
设计步骤
求应力均值和标准差
选择材料，并确定强度的均值和标准差
求罗双危险截面直径
确定螺栓直径
求可靠度
受拉紧螺栓联接的可靠性设计
受力模型
预紧螺栓总拉力与危险截面拉应力
预紧螺栓的扭转切应力
紧螺栓联接的可靠性设计
计算螺栓的工作载荷
确定预紧力或残余预紧力
计算螺栓总拉力
计算拉应力及扭转切应力
计算复合应力
选择材料、确定其强度分布均值和标准差
用联结方程计算可靠度，或按可靠度要求确定螺栓直径
案例分析
受剪螺栓联结的可靠性设计
特点
螺栓受剪切失效
确定螺栓的剪切应力分布
选择螺栓材料、确定其强度分布
用联结方程求螺栓杆部直径或标准差
螺栓受挤压失效
确定挤压分布
选择螺栓及被联结件材料
用联结方程求螺栓杆部直径或标准差
案例分析
轴的可靠性设计
轴载荷
传动轴：扭矩
心轴：弯矩
转轴：扭矩+弯矩
传动轴可靠性设计
设计步骤
案例分析
转轴可靠性设计
设计步骤
案例分析
心轴可靠性设计设计步骤
案例分析
滚动轴承的疲劳寿命与可靠度
寿命与可靠度之间的关系
特点
案例分析
载荷与可靠度之间的关系
特点
案例分析
圆柱螺旋弹簧的可靠性设计
弹簧设计的基本问题
确定应力分布
确定各变量均值和标准差的方法
轴向载荷
曲度系数
弹簧中径
弹簧丝直径
有效圈数
剪切弹性模量
案例分析
有限元计算
实体单元
网格划分
材料特性
载荷工况
有限元计算
系统可靠性模型与可靠性分配
系统可靠性模型
串联系统
并联系统
表决系统
储备系统
案例分析
复杂系统可靠性预测
系统逻辑图法
布尔真值表法
案例分析
系统可靠度分配
系统的可靠度
各零部件的可靠性预测的结果
等同分配法
相对失效率法和相对失效率概率法
AGREE分配法

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