第七章机械结构地可靠性设计.PDFVIP

1 第七章 机械结构的可靠性设计 （静强度设计） 内 容 提 要 §7-1 可靠性设计理论 一、可靠性设计的两个假设 二、可靠性设计的安全系数 2 可靠性的研究起源于电子设备，因为电子 设备比较容易出现故障，但是电子设备发生的 故障不一定都会造成后果。 机械结构虽然不容易出现故障，但是也 可能发生罕见的故障从而造成灾难性的后果。 例如大型压力贮罐破裂，锅炉爆炸，飞机 失事等，如一九八六年元月二十八日美国“挑战 者”号航天飞机点火升空73秒后焚毁，机上七 名宇航员全部遇难之事。 造成这次悲剧的原因并不是电子设备的故 障，而是固体火箭助推器的密封环的可靠性出 了问题。 3 有人可能会认为在进行机械结构设计中使 用安全系数就是已经考虑了产品的可靠性。这 种想法起码是不全面的，诚然在设计某一种产 品时，当选用材料、加工工艺、使用条件完全 相同时，设计选用的安全系数越大该产品的可 靠性越高。 但选用安全系数并不能代替可靠性设计。 因为传统设计使用的安全系数是根据经验确 定的某一常数。 而仅根据安全系数是不能确定产品的可 靠度，因此,即使安全系数选得很大也不敢 保险产品可靠。 4 在产品的生产中可能出现两种现象： (1) 由於安全系数选的过大，使设计的产 品过重，不但浪费材料，还使某些产品如新设 计的飞机不能飞行； (2) 使采同一安全系数的某一产品上各 零件使用寿命的长短相差过大，因此一旦产 品产生故障不论淘汰还是维修都是很不经济 的。 另外，如果需要你提供某机械结构的可靠 性，你应采集什么信息？ 5 因此 ，工程技术人员都应掌握机械结构 的可靠性设计方法。 机械结构不可靠，即机械结构失效或俗 称破坏，常有以下几种情况： 1. 静强度破坏， 2. 疲劳强度破坏， 3. 刚度破坏 ， 4. 磨损破坏等。 四种情况各有其可靠性设计理论和方法。 为了便于大家了解可靠性设计的理论和与 传统功能设计的区别。 重点介绍机械结构静强度的可靠性设计。 6 机械结构静强度的可靠性设计既常用又 是基础，在了解它的基础上便于学习和掌握其 他情况的可靠性设计。 §7-1 可 靠 性 设 计 理 论 传统的设计方法,把零部件的工作载荷, 以及尺寸、工作环境、材料强度、加工工 艺、结构形式等因素都看成是固定不变的。 即把零部件实际承受的载荷xl （应力） 和允许承受的应力(强度) xs 均作为常量。 7 可用下图表示： xl