机械可靠性设计.pptVIP

第六节系统的可靠性设计;系统是指由相互间具有有机联系的若干要素组成，能够完成规定功能的综合体。这里所说的要素是指零件、部件和子系统等。 系统可靠性设计主要内容： 1）可靠性预测：按已知零部件的可靠性数据计算系统的可靠性指标； 2）可靠性分配：按规定的系统可靠性指标，对各组成零部件进行可靠性分配。 系统的可靠度决定于两个因素：一是零件（部件）本身的可靠程度；二是他们彼此组合起来的形式。;一、系统结构模型的分类;系统的逻辑图表示系统元件的功能关系，它以系统的结构图为基础，根据元件事故对系统工作的影响，用方框表示元件功能关系而构成。 系统的逻辑图指出了系统为完成规定的功能，哪些元件必须成功地工作（成功地运行）。 系统逻辑图也称为可靠性框图。;系统逻辑图与系统结构图的区别;两个并联安装的电容器系统结构图与逻辑图的区别; 由上述例子可以看出，同样一个物理关系图，根据故障形式的不同可以得出两个不同的逻辑图；同样，不同的物理关系图，根据故障形式的不同却可以得出一个相同的逻辑图。 系统的结构图与逻辑图是两个不同的概念，使用时一定不能混淆。;2.系统结构模型分类 ; 并联系统又分为工作贮备系统和非工作贮备系统。 工作贮备系统：分纯并联系统和r/n系统两种。 前者是使用多个零部件来完成同一任务的系统。在这样的系统中，所有零部件一开始就同时工作，但其中任何一个零部件都能单独保证系统正常运行。实例：飞机发动机设计、葛洲坝船闸设计 有些工作贮备系统，有多个（n）零部件并联，但要求有两个以上（r）的零部件正常工作系统才能正常运行，这样的系统称为r-out-of-n系统（r/n系统）或表决系统。实例：美国航天飞机上的调姿计算机系统(有3个，当两个以上发出调姿指令才执行）;非工作贮备系统：系统中，并联组合的零部件中，一个或几个处于工作状态，而其它则处于“待命状态”，当某一零部件出现故障之后，处于“待命状态”的部分才投入工作。这就是非工作贮备系统。 实例：神舟飞船上的控制系统（地面控制、手动）、飞机上的起落架收放装置（电传、手动） 非工作贮备系统存在一个所谓的“开关”问题，即运行的零部件出现故障时，将“待命”零部件投入工作的“开关”是否可靠的问题，因此，这种系统又被分为“理想开关”和“非理想开关”两种类型。;理想 开关;下图是一个串连系统的逻辑图串联系统： 该系统有n个零部件串连，要求系统的失效时间大于t，则每个零部件的失效时间必须大于t。每个零部件的失效时间依次为t1、t2、……、tn，由于各零部件的失效时间是相互独立的随即变量，则 ;【例1】 设某系统由四个零件组成，可靠度分别为0.9、0.8、0.7、0.6，系统的可靠度为 【例2】 设某系统由10个零件串连组成，每个零件的可靠度均为0.95，系统的可靠度为 如果是100个零部件，则 ;　　由于　　　　　 ，所以　　随单元数量的增加和单元可靠度的减小而降低，则串联系统的可靠度总是小于系统中任一单元的可靠度。 　　因此，简化设计和尽可能减少系统的零件数，将有助于提高串联系统的可靠性。;三、并联系统的可靠度计算 ;【例3】四个可靠度分别为0.9、0.8、0.7、0.6的零件组成一个纯并联系统，系统的可靠度为 这个结果比例1的结果大得多，因此，并联的组合方法将大大提高系统的可靠度。 在机械系统中，实际应用较多的是n=2的情况，而且R1=R2=R。此时，并联系统的可靠度为 ;; 为简单起见，讨论三单元系统中要求二单元正常工作系统才能正常运行的系统，即2-out-of-3系统。 设有A、B、C三个子系统组成的并联系统，系统正常运行情况有下面四种： 1）A、B、C全部正常工作 2）A失效，B、C正常工作 3）B失效，A、C正常工作 4）C失效，A、B正常工作 当各个单元的失效时间相互独立时，以上四种情形是互斥的。 ;系统的可靠度 上式可以改写为 若每个子系统的可靠度均为R，则 ;【例4】有三个可靠度均为0.9的子系统组成的并联系统，比较纯并联及2-out-of-3系统的可靠度。 纯并联系统： 2-out-of-3系统： 可以看出，r-out-of-n系统的可靠度比纯并联系统要低一些。 ;3. 非工作贮备系统;当 n = 2，则;四、复杂系统可靠度预测 ;;五、系统可靠性分配 ;1. 等分配法 ;:;2. 相对失效率法 ;3. AGREE分配法 ;　 3）第i个单元的工作时间用 来表征 4）基本原则：认为各单元的分配失效率 应与重要度成反比，与复杂度成正比，与工作时间成反比，即 若各子系统寿命均服从指数分布，有 则分配给单元 i