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第六章 概述 机械系统可靠性设计 系统可靠性模型 机械系统可靠性预测 机械系统可靠性分配 系统可靠性最优化 ? 6.1 概述 系统可靠性这一术语，在可靠性工程中是经常遇到 的。对系统进行可靠性分析，在整个可靠性理论与实践 中占有很重要的地位。 随着科学技术的开展，系统的复杂程度越来越高， 而系统越复杂那么其发生故障的可能性就越大，因此，迫 使人们必须提高组成系统的零部件的可靠度。 假设组成系统的零部件的可靠度都等于 99.9% ，那 么，有 40 个零部件组成的串联系统其可靠度约等 96% ，而由 400 个零部件组成的串联系统其可靠度约等于 67% 。 6.1.1 机械系统可靠性概念 系统由某些彼此相互协调工作的零件、子系统组成，以完 成某一特定功能的综合体。组成系统相对独立的机件通称为单 元。系统与单元的含义均为相对的概念，由研究对象而定。例 如，将汽车作为一个系统时，那么其发动机、离合器、变速箱、 传动轴、车身、转向、制动等，都是作为汽车这一系统的单元 而存在的； 当驱动桥作为一个系统进行研究时，那么主减速器、 差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳就是它的组成单元 。因此 ，系统的单元是相对的，系统的单元可以是子系统、机器、总 成、部件或零件等。 系统的可靠性不仅与组成该系统 各单元的可靠性有关 ，而 且也与组成该系统 各单元间的组合方式和相互匹配 有关。 机械系统：是指由假设干个机械零件组成并相互 有机地组合起来，为完成某一特定功能的综合体， 故构成该机械系统的可靠度取决于以下两个因素： 〔 1 〕机械零部件本身的可靠度，即组成系统 的各个零部件完成所需功能的能力。 〔 2 〕机械零部件组合成系统的组合方式，即 组成系统各个零件之间的联系形式。 机械零部件相互组合有两种根本形式，一种为 串 联方式 ，另一种为 并联方式 ，而机械系统的其它更 复杂的组合根本上是在这两种根本形式上的组合或 引申。 机械系统可靠性设计的目的，就是要使机械系统在满 足规定的可靠性指标、完成预定功能的前提下，使该系 统的 技术性能、质量指标、制造本钱及使用寿命 等取得 协调并到达最优化的结果，或者在性能、质量、本钱、 寿命和其他要求的约束下，设计出高可靠性机械系统。 系统可靠性设计方法： 〔 1 〕按照零部件或各单元的可靠性数据，计算系统的 可靠性指标，称为 可靠性预测 。通过对系统的几种机构模型 的计算、比较，以得到满意的系统设计方案和可靠性指标。 〔 2 〕按照已经给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元 进行 可靠性分配 ，并在多种设计方案中比较、选优。 系统的结构框图与可靠性框图 对于系统，常用的系统可靠性分析方法是根据系统的结构组 成和功能绘出可靠性逻辑图，建立系统可靠性数学模型，把系统 的可靠性特征量〔例如可靠度、 MTTF 等〕表示为零部件可靠性 特征量的函数，然后通过零件的可靠性特征量计算出系统可 靠性特征量。 系统的结构框图 ：是表示组成系统的部件〔分系统〕之间的 物理关系和工作关系；是绘制可靠性框图依据。 系统的可靠性框图 ：是描述系统的功能和组成系统的部件 ( 分 系统 ) 之间的可靠性功能关系。为计算系统的可靠度提供数学模 型。 例如，由两个阀门及一根导管所组成的简单系统，其结构框 图如图 6-1 所示。如果要把这一简单系统画成可靠性框图，就需要 进一步考虑了。因为阀门元件的失效为两态〔即关不上和打不开 〕，再加上正常工作状态，共为三态。对于具有多态元件的系统 ，其可靠性逻辑框图确实定，应首先考虑确定系统的功能，对于 不同的功能要求，其系统的可靠性框图是不一样的。 A B 管子阀门系统结构框图 A A B 系统通流时的可靠性框图 B 系统截流时的可靠性框图 1 a) 2 3 b) 1 2 3 1 2 c) 2 1 3 3 a) 系统原理图 b) 电阻串联可靠性框图 c) 三中取二系统的可靠性框图 ↑ ↓ ↑ 某液压功能系统图 ↑ 分析保证该液压系统正常工作时各单元的工作状 态，可以画出系统的可靠性框图： R 5 R 1 R 2 R 3 R 4 R 6 液压系统可靠性框图 R 7 R 8 R 9 例如，汽车可分为以下五大子系统，发动机、变速箱、制动 、转向及轮胎。为了保证一辆汽车能正常工作，此五大系统 缺一不可。因此，汽车系统的可靠性框图如图 6-4 所示。 发动机 变速箱 制动 转向 轮胎 汽车系统的可靠性框图 综上所述，系统的结构关系、功能关系及可靠性逻 辑关系，各有不同的概念。在对系统进行可靠性分析、 建立可靠性模型时，一定要弄清系统的结构关系、功能 关系及可靠性逻辑关系，然后才能画出可靠性框图。 6.1.3 系统可靠性模型建立 建立其可靠性模型主要步骤 : 1. 确定系统所要的功能 一个复杂的机械系统，往