机械可靠性设计8.pptx

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1、机械可靠性设计机械可靠性设计 8 8 系统可靠性系统可靠性 8.1 8.1 系统可靠性的基本概念系统可靠性的基本概念 8.1.18.1.1系统的组成与类型系统的组成与类型 系系统统是是由由某某些些彼彼此此相相互互协协调调工工作作的的零零件件、部部件件、子子系系统统组组成成，为为完完成成某某一一特特定定功功能能的的综综合合体体。组组成成该该系系统统并并相相对对独独立立的的机机件件，通通称称为为单单元元。系系统统与与单单元元的的含含义义是是相相对对的的概概念念，视视研研究究对对象象而而定定。系系统统可可分分为为不不可可修修复复系系统统和和可可修修复系统。复系统。8.1.28.1.2 系统可靠性的类

2、型系统可靠性的类型 系系统统可可靠靠性性设设计计的的目目的的，就就是是要要使使系系统统在在满满足足规规定定的的可可靠靠性性指指标标、完完成成额额定定功功能能的的前前提提下下使使系系统统的的技技术术指指标标、重重量量指指标标、制制造造本本钱钱和和使使用用寿寿命命等等获获得得协协调调并并到到达达最最优优化化的的结结果果。系系统统可靠性设计方法可归纳为两种类型：可靠性设计方法可归纳为两种类型：1.按按照照已已知知零零件件或或单单元元的的可可靠靠性性数数据据，计计算系统的可靠性指标，称为可靠性预测。算系统的可靠性指标，称为可靠性预测。2.按按照照给给定定的的系系统统可可靠靠性性指指标标，对对组组成成系

3、系统统的的单单元元进进行行可可靠靠性性分分配配，并并在在多多种种设设计计方方案案中比较优选。中比较优选。8.2 8.2 可靠性预测可靠性预测 可可靠靠性性预预测测是是在在设设计计阶阶段段定定量量地地估估计计未未来来产产品品的的可可靠靠性性的的方方法法。它它是是运运用用以以往往的的工工程程经经验验、故故障障数数据据以以及及当当前前的的技技术术水水平平尤尤其其是是以以元元器器件件、零零件件的的失失效效率率作作为为依依据据，预预测测产产品品实实际际可能到达的可靠度。可能到达的可靠度。8.2.18.2.1可靠度预测的目的可靠度预测的目的 1.检验本设计是否满足给定的可靠性目标，检验本设计是否满足给定的

4、可靠性目标，预测产品的可靠度；预测产品的可靠度；2.协协调调设设计计参参数数及及性性能能指指标标，以以提提高高产产品品的的可靠性；可靠性；3.比比较较不不同同设设计计方方案案的的特特点点及及可可靠靠度度，选选择择最正确的设计方案；最正确的设计方案；4.发发现现影影响响产产品品可可靠靠性性的的主主要要因因素素，找找出出薄薄弱弱环环节节，采采取取必必要要的的措措施施，降降低低产产品品的的失失效效率率，提高其可靠性。提高其可靠性。可可靠靠性性预预测测包包括括单单元元可可靠靠性性预预测测和和系系统统可可靠性预测。靠性预测。8.2.2 8.2.2 单元可靠性预测单元可靠性预测 单单元元可可靠靠性性预预测

5、测是是系系统统可可靠靠性性预预测测的的基基础础，预预测测单单元元的的可可靠靠度度，首首先先要要确确定定单单元元的的失失效效率率，可通过从手册、资料中查得。，可通过从手册、资料中查得。常用零部件的失效率常用零部件的失效率 当使用条件与工作条件不相同时当使用条件与工作条件不相同时,应加应加以修正，即：以修正，即：8.2.38.2.3 系统可靠性预测系统可靠性预测 1.1.系统逻辑图系统逻辑图 1）串联系统）串联系统 定定义义：系系统统中中各各单单元元从从逻逻辑辑关关系系上上看看,好好象象由由许许多多环环链链连连接接成成的的链链条条，一一个个单单元元失失效效就就会会导导致致整整个个系系统统失失效效，

6、这这个个系系统统叫叫做做串串联联系系统。统。2）并联系统）并联系统 定定义义：如如果果组组成成系系统统的的所所有有单单元元失失效效，整整个个系系统统才才会会失失效效，这这个个系系统统叫叫做做并并联联系系统统。特特点点：单单元元数数n n和和单单元元可可靠靠度度愈愈大大，系系统统的的可可靠度就愈高。靠度就愈高。为为了了减减少少系系统统失失效效概概率率，可可采采用用冗冗余余法法或或贮贮备备法法，使使用用两两个个或或更更多多的的相相同同功功能能单单元元来来完完成成同同一一任任务务，当当其其中中一一个个单单元元失失效效时时，其其它它单单元仍能完成这一功能而使系统不失效。元仍能完成这一功能而使系统不失效

7、。注注意意：单单元元是是否否为为串串联联或或并并联联，是是以以功功能能关系确定，不是结构关系。关系确定，不是结构关系。2.2.数学模型数学模型 1）串联系统的可靠性预测）串联系统的可靠性预测 假假设设串串联联系系统统由由n个个单单元元组组成成，系系统统正正常常工工作作必必需需要要求求n个个单单元元都都能能同同时时正正常常工工作作。因因此系统可靠度为：此系统可靠度为：由由此此可可见见，随随单单元元数数的的增增加加和和单单元元可可靠靠度度的的减减小，串联系统的可靠度迅速降低。小，串联系统的可靠度迅速降低。设串联系统各单元的失效率为：设串联系统各单元的失效率为：则：则：，令：令：则：则：串联系统的失

8、效率等于各单元失效率之和。串联系统的失效率等于各单元失效率之和。当串联系统的各单元失效率为常数时，串当串联系统的各单元失效率为常数时，串联系统的失效率为常数，这时，有：联系统的失效率为常数，这时，有：2）并联系统的可靠性预测）并联系统的可靠性预测 假假设设并并联联系系统统由由n个个单单元元组组成成，系系统统发发生生失失效效要要求求n个个单单元元都都同同时时失失效效。因因此此系系统统的的不不可靠度和可靠度分别为：可靠度和可靠度分别为：可可见见，并并联联系系统统随随单单元元数数和和单单元元的的可可靠靠度度增增大大，系统可靠度增大。系统可靠度增大。3）贮备系统的可靠性预测）贮备系统的可靠性预测 当并

9、联系统中只有一个单元工作，其它单当并联系统中只有一个单元工作，其它单元不工作而作贮备，而当工作单元失效时，则元不工作而作贮备，而当工作单元失效时，则贮备单元中的一个单元立即顶替上，将失效单贮备单元中的一个单元立即顶替上，将失效单元换下，使系统工作不至中断，这种系统称为元换下，使系统工作不至中断，这种系统称为贮备系统。在给定时间内，只要累积的失效单贮备系统。在给定时间内，只要累积的失效单元不多余元不多余n-1n-1个，则系统不会失效。设各单元个，则系统不会失效。设各单元的失效率均为的失效率均为时，常用泊松分布计算系统可时，常用泊松分布计算系统可靠度。靠度。4）表决系统的可靠度预测）表决系统的可靠

10、度预测 由由n个个单单元元组组成成的的并并联联系系统统，只只要要任任意意k k个个单单元元不不失失效效，则则系系统统就就不不会会失失效效，这这种种系系统统称称为为 n 中中取取k 的的表表决决系系统统k/nk/n，在在机机械械系系统统中中常常用的表决系统用的表决系统2/32/3。2/32/3的表决系统的可靠度为：的表决系统的可靠度为：5）串并联系统的可靠性预测）串并联系统的可靠性预测 先先求求串串联联系系统统单单元元3，4，及及5，6子子系系统统的可靠度的可靠度 ，求求 ，7，8的可的可靠度靠度 求系统可靠度求系统可靠度8.3 8.3 可靠性分配可靠性分配 可可靠靠性性分分配配是是指指将将工工

11、程程规规定定的的系系统统可可靠靠度度指指标标合合理理地地分分配配给给组组成成该该系系统统的的各各个个单单元元，确确定定各各组组成成单单元元的的可可靠靠性性度度，从从而而使使整整个个系系统统的的可靠性指标得到保证。可靠性指标得到保证。可可靠靠性性分分配配的的本本质质是是一一个个工工程程决决策策问问题题，应应按按系系统统工工程程原原则则：“技技术术上上合合理理，经经济济上上效效益益高高，时时间间方方面面见见效效快快”来来进进行行。在在进进行行可可靠靠性性分分配配时时，必必须须明明确确目目标标函函数数和和约约束束条条件件，随随着着目目标标函函数数和和约约束束条条件件的的不不同同，可可靠靠性性分分配配

12、方方面也不同。面也不同。8.3.1 8.3.1 等分配法等分配法 1.1.串联系统可靠度分配串联系统可靠度分配 2.2.并联系统可靠度分配并联系统可靠度分配 3.3.串并联系统可靠度分配串并联系统可靠度分配 利利用用等等分分配配法法对对串串并并联联系系统统进进行行可可靠靠度度分分配配时时，可可将将串串并并联联系系统统简简化化为为等等效效串串联联系系统统和和等等效效单单元元，再再按按串串联联系系统统的的等等可可靠靠度度分分配配方方法法给给各各等等效效单单元元分分配配可可靠靠度度。假假设设等等效效单单元元为为并并联联子子系系统统，则则按按并并联联系系统统可可靠靠度度分分配配方方法法给给并并联子系统

13、各单元分配可靠度。例如：联子系统各单元分配可靠度。例如：求等效串联系统求等效串联系统给等效串联系统各等效单元分配可靠度给等效串联系统各等效单元分配可靠度给等效单元给等效单元 中各单元分配可靠度中各单元分配可靠度 给等效单元给等效单元 中各单元分配可靠度中各单元分配可靠度 8.3.2 8.3.2 再分配法再分配法 如如果果已已知知串串联联系系统统或或串串并并联联系系统统的的等等效效系系统统各各单单元元的的可可靠靠度度预预测测值值 ，则则系系统的可靠度的预测值为：统的可靠度的预测值为：假假设设设设计计规规定定的的系系统统可可靠靠度度指指标标 ，需需要要改改进进单单元元的的可可靠靠度度指指标标并并按

14、按规规定定的的系系统统可可靠靠度度指指标做再分配计算。标做再分配计算。显然，提上下可靠度单元的可靠度，效果好且显然，提上下可靠度单元的可靠度，效果好且经济。因此，根据各单元的预测可靠度大小，经济。因此，根据各单元的预测可靠度大小，按由小到大进行排序，即：按由小到大进行排序，即：寻找寻找m m，使之满足下式要求：，使之满足下式要求：则单元可靠度的再分配可按下式计算：则单元可靠度的再分配可按下式计算：8.3.3 8.3.3 相对失效率法与相对失效相对失效率法与相对失效概率法概率法 这这种种方方法法适适合合于于失失效效率率为为常常数数的的串串联联系系统统，即单元的可靠度服从指数分布，这时即单元的可靠

15、度服从指数分布，这时 1.1.串联系统可靠度分配串联系统可靠度分配 即存在：即存在：，故：，故：单元的相对失效率为：单元的相对失效率为：设设系系统统的的可可靠靠度度设设计计指指标标为为 ，则则系系统统的的失失效率指标为：效率指标为：假设已知相对失效率假设已知相对失效率，则单元失效率：，则单元失效率：单元的可靠度：单元的可靠度：同样定义相对失效概率：同样定义相对失效概率：设设系系统统的的不不可可靠靠度度设设计计指指标标为为 ，则则单单元元不可靠度和可靠度为：不可靠度和可靠度为：2.2.并联系统可靠度分配并联系统可靠度分配 假假设设已已知知各各单单元元预预计计失失效效概概率率 ，则则各各分分支支存

16、在如下关系：存在如下关系：则则联联立立求求解解，可可以以求求出出 ，从从而而求求出出单元可靠度单元可靠度 。例：如图示的并联子系统由三个单元组成，例：如图示的并联子系统由三个单元组成，已知它们的预测失效概率：已知它们的预测失效概率：如果该系统允许的失效概率如果该系统允许的失效概率 ，试计算系，试计算系统各单元所允许的失效概率值。统各单元所允许的失效概率值。解：解：列出各单元预测失效概率和预计可靠度列出各单元预测失效概率和预计可靠度 ，求各分支的预计失效概率和预计可靠度求各分支的预计失效概率和预计可靠度 分支分支a：分支分支b：系统的预计失效概率和预计可靠度系统的预计失效概率和预计可靠度 计算各

17、分支许可的失效概率计算各分支许可的失效概率 将各分支许可的失效概率分配给各单元将各分支许可的失效概率分配给各单元 列出最后计算结果列出最后计算结果 8.3.4 AGREE8.3.4 AGREE法法 AGREE法法考考虑虑了了系系统统的的各各单单元元或或子子系系统统的的复复杂杂程程度度、重重要要度度、工工作作时时间间以以及及它它们们与与系系统统之之间间的的失失效效率率关关系系，适适用用于于失失效效率率为为常常数数的的串联系统。串联系统。单元或子系统的复杂度定义为单元中所含单元或子系统的复杂度定义为单元中所含重要零件、组件（其失效引起单元失效）的数重要零件、组件（其失效引起单元失效）的数目目 与系

18、统中重要零件、组件的总与系统中重要零件、组件的总数数N 之比，即：之比，即：单单元元或或子子系系统统重重要要度度定定义义为为：该该单单元元的的失失效效而而引引起起系系统统失失效效的的概概率率。按按照照AGREE法法，系系统统中中第第 单单元元的的失失效效率率 和和分分配配的的可可靠靠度度 分别为：分别为：单元的重要零件、组件数单元的重要零件、组件数系统工作时间系统工作时间T时的可靠度时的可靠度系统重要零件、组件总数系统重要零件、组件总数单元的重要度单元的重要度为为T 时间内单元的工作时间时间内单元的工作时间8.4 故障树分析（故障树分析（FTA)8.4.18.4.1什么是故障树分析什么是故障树

19、分析 根据系统的结构或功能关系，逐级分根据系统的结构或功能关系，逐级分析系统故障的发生原因，把故障传递的析系统故障的发生原因，把故障传递的逻辑关系用树状图来表示，这个树状图逻辑关系用树状图来表示，这个树状图称为故障树。称为故障树。8.4.2 8.4.2 故障树分析步骤故障树分析步骤 1.1.熟悉系熟悉系统统 2.2.确定确定顶顶事件事件 3.3.构造开展的故障构造开展的故障树树 8.4.3 8.4.3 故障树的定性分析故障树的定性分析 8.4.4 8.4.4 故障树的定量分析故障树的定量分析 8.4.5 8.4.5 故障树分析的主要应用范围故障树分析的主要应用范围 1.1.系统可靠性分析；系统可靠性分析；2.2.系统平安性分析和事故分析；系统平安性分析和事故分析；3.3.系统风险评价；系统风险评价；4.4.故障诊断；故障诊断；5.5.管理人员、运行人员培训。管理人员、运行人员培训。谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH