第三讲 数字化设计-第三节 可靠性设计(6学时).ppt

* （3）规定的时间指预期寿命。不同的产品的寿命有不同规定，如海底电缆要求使用时间长达三、四十年；机床、汽车、家电则规定一个合适的使用年限，火箭发射要求一次工作等。 例如滚动轴承用小时，齿轮、轴的疲劳寿命用应力循环次数，车辆用行使里程表示。 （4）功能常以技术指标体现，如汽车的功率、最大行驶速度、排量等等。不同产品功能是不同的，例如汽车的功能是运输，机床的功能是加工零件，洗衣机的功能是洗衣服。所谓产品可靠是必须在实际使用中能实现其规定的功能。 环境适应性:温度\湿度\气压 * * 3）可靠性数学研究可靠性的数学模型、计算方法和定量规律等。 * 传统的机械零件设计方法是以计算安全系数为主要内容的：安全系数=零件强度/零件应力，计算安全系数时时以零件材料强度和应力都是取单值的。而可靠性设计方法则认为零件的应力、强度等参数都是多值的，呈分布状态。为了便于说明问题，假设强度分布和应力分布都是正态分布。此时零件是否安全不仅取决于平均安全系数的大小，还取决于强度分布和应力分布的离散程度，即标准离差的大小。例如随着时间的推移和环境的变化，材料可能出现老化，可能导致应力分布和强度分布发生干涉，可能出现应力大于强度的工作条件，此时零件就发生失效。干涉部分在性质上就是零件的失效概率即不可靠度。 * 　　设各单元的可靠度分别为 ，则各单元的失效概率分别为 。如果各个单元的失效互相独立，根据概率乘法定理，则由n个单元组成的并联系统的失效概率可按下式计算 （3-48） （3-50） （3-49）※※ 所以并联系统的可靠度为 当 时，则有 　　由此可知，并联系统的可靠度　 随单元数量的增加和单元可靠度的增加而增加。 在提高单元的可靠度受到限制的情况下，采用并联系统可以提高系统的可靠度。 * （3） 贮备系统的可靠性 　　如果组成系统的元件中只有一个元件工作，其它元件不工作而作贮备，当工作元件发生故障后，原来未参加工作的贮备元件立即工作，而将失效的元件换下进行修理或更换，从而维持系统的正常运行。则该系统称为贮备系统，也称后备系统。其逻辑图见图3-22。 图3-22 贮备系统逻辑图 飞机起落架的收放系统，一般是采用液压或气动， 并装有应急的机械释放系统。 各并联单元在同一时刻并不是全部投入运行。 * （3-51） 当 n = 2，则 　　当开关非常可靠时，贮备系统的可靠度要比并联系统高。 　　由n 个元件组成的贮备系统，在给定的时间t 内，只要失效元件数不多于n－1个，系统均处于可靠状态。 设各元件的失效率相等，即 则系统的可靠度按泊松分布的部分求和公式得： 若随机变量X 只取非负整数值，取k值的概率为 * (k=0,1,2,…) 则随机变量X 的分布称为泊松分布，记作P(λ)。 参数λ是单位时间(或单位面积)内随机事件的平均发生率。 * （4）表决系统的可靠性 　　如果组成系统的n个元件中，只要有k个（1≤k≤n）元件不失效，系统就不会失效，则称该系统为n 中取k 表决系统，或称 k/n系统。 　　在机械系统中，通常只用3中取2表决系统，即2/3系统，其逻辑图见图3-23。 图3-23 2/3表决系统逻辑图 * 　　 2/3系统要求失效的元件不多于1个，因此有4种成功的工作情况，即没有元件失效、只有元件1失效（支路③通）、只有元件2失效（支路②通）和只有元件3失效（支路①通）。 　　若各单元的可靠度分别为　　　　 ，则根据概率乘法定理和加法定理，2/3系统的可靠度为 （3-52） 　　当各元件的可靠度相同时，即　　　　　 ，则有 由此，可以看出表决系统的可靠度要比并联系统低。 （3-53） * （5） 串并联系统的可靠性※ 　　串并联系统是一种串联系统和并联系统组合起来的系统。 　　图3-24(a)所示为一串并联系统，共由8个元件串、并联组成，若设各元件的可靠度分别为： 则对于这种系统的可靠度计算，其处理办法如下： 图3-24 一串并联系统及其简化 (a) (c) (b) * 　　(1)先求出串联元件3、4和5、6两个子系统　 、　　的可靠度分别为： 　　(2)求出　 和　 以及并联元件7、8子系统 的可靠度分别为： 　　(3)最后得到一个等效串联系统 ，如图3-23(c)所示，该系统的可靠度　 为 * （6）复杂系统的可靠度 　　在实际问题中，有很多复杂的系统不能简化为串联、并联或串并联等简单的系统模型而加以计算，只能用分析其成功