汽车可靠性第5章

1、车辆可靠性设计车辆可靠性设计 1 重点：重点： 应力应力-强度干涉理论；强度干涉理论； 零件的强度和应力服从不同分布时的可零件的强度和应力服从不同分布时的可 靠度计算；靠度计算； 汽车零件的可靠性设计方法。汽车零件的可靠性设计方法。 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 2 零件承受的载荷零件承受的载荷 确定危险点上工作应力确定危险点上工作应力 零件的应力分布零件的应力分布 确定许用应力确定许用应力 /n 许许极限计算 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 3 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 4 () (0) ( /1) P hsR P hsR P h sR 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 5 0R 1R 1R

2、车辆可靠性设计车辆可靠性设计 6 ( )( ) sh s Rf sfh dh ds ( )( ) h hs Rfhfs ds dh 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 7 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 8 22 1 () 2 1 hshs Re 强度为指数分布强度为指数分布,应力为正态分布应力为正态分布 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 9 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 10 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 11 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 12 ( /1)(ln/0)(lnln0)RP h sPh sPhs lnlnln ,lnyhsy令服从正态分布 lnln 22 lnln hs hs 根据正态分布

3、计算方法,有: R=1- (Z) Z=- 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 13 ln ,lnlnln , hshs 的计算 22 ( ,),ln ,( ,),:yLNxy x 其均值和方差为 2 lnln 22 lnlnln (/2) 2 2 ( ) ( )1 yy yyy y y E ye D yee 2 2 ln 2 2 lnln ln1 1 ln 2 y y y yyy 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 14 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 15 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 16 0 h s n min minmax max min max 3,3 3 , 3 hhss hh ss h nhs

4、 s h n s -5 通常取 此时零部件失效概率为0.169 10 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 17 min max 830/4002.08 38303 80 1.13 34003 40 h s hh ss n h n s 平均安全系数为 安全系数为 min max 38303 140 0.79 34003 40 hh ss h n s 2222 830400 )2.95)0.9984 14040 hs hs R=1- (-)=1- (1- ( 当强度标准差增大到140N/mm2时，平均安全系数不变，安全系数为 可靠度为 可靠度下降。 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 18 min max (

5、) () h s RP hh RP ss 强度的可靠度 应力的可靠度 min max () () h R s hR n sR 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 19 1 1 1(1) 1() hhh R sss CR n CR 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 20 /80/8300.0964/40/4000.1 hhhsss CC min max (0.95)(1 1.65 0.0964)830 1.42 (0.99)(12.33 0.1)400 R h n s 变差系数变差系数 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 21 min 0 max h nn s min 00.5 max (0.5) (0.5)

6、h s h nn s 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 22 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 23 故有故有 解方程得解方程得 可靠度意义可靠度意义 下安全系数下安全系数 与产品可靠与产品可靠 度的关系度的关系 1 min 1 max 22222 1 00 122 0 ()1(1) ()1() 11(1) 1()(1) hhhh R ssss hshs hh ssh hRCR n sRCR CCC CCR CRC 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 24 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 25 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 26 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 27 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 28 车辆可靠

7、性设计车辆可靠性设计 29 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 30 2 ( ), () ( )( )()( )( ) 2! Yf xx x Yf xfxffk 设函数其在处的泰勒展开式的前三项为 2 2 ( ) ( ) () ( )( )( )( ) 2! ( )( )( ) 1/2( )( ) ( ) 1/2( )( )( ) : ( ) ( )()( ) ( )( ) E YE f x x E fE xffEfE K ffffD xE K ffD xf D YD fD xfD K fD x 则数学期望为 方差为 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 31 12 12 2 22 1 , , i N Yn

8、 Yx i i X YfXXX E Yf Y D Z x n 函数： 数学期望： 方差： 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 32 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 33 12 12 12 12 2222 21 2222 112212 (,) 100 200 (,)66.7 100200 200100 0.4440.111 ()(100200)()(100200) RRRR R R Rf R R RR E RfQ RRRR RRRRRR 均值 由于 2 222222 1 (0.444)10(0.111)1522.475822.47584.74 i RRR i i R R Q R n 并联电阻的合成电阻为

9、并联电阻的合成电阻为 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 34 可靠性系数可靠性系数 正态分布的可靠度正态分布的可靠度 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 35 首先首先建立结构的几何尺寸、应力和强度等方面建立结构的几何尺寸、应力和强度等方面 的各设计参数之间的函数关系，即强度的各设计参数之间的函数关系，即强度应力模型应力模型 然后然后根据对结构（零部件）可靠度的要求确定根据对结构（零部件）可靠度的要求确定 出设计参数的具体数值。出设计参数的具体数值。 特点：把传统设计中所涉及的变量都作为随机变特点：把传统设计中所涉及的变量都作为随机变 量处理，用概率设计的方法进行设计计算。量处理，用概率设计的方法进行设

10、计计算。 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 36 : P S A 拉伸应力 P S A 2222 2 1 SAPPA A 22 S R S 22 S R S Ru 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 37 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 38 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 39 N P 20000 P mm.,.N,Nr rr 016023 2 2421076mm/N.,N, N p 30000 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 40 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 41 管形直拉杆的拉应力管形直拉杆的拉应力 计算方法：计算方法： 1 1）根据多维随机变量函数的）根据多维随机变量函数的数学期望和方差数学期望和方

11、差 的计算公式的计算公式可求出拉应力的均值和方差；可求出拉应力的均值和方差； 2 2）将材料已知的拉伸强度和计算得到的拉应）将材料已知的拉伸强度和计算得到的拉应 力的均值和方差代入力的均值和方差代入可靠性系数计算公式可靠性系数计算公式，计算出，计算出 可靠性系数；可靠性系数； 3 3）查表得出拉杆的可靠度。）查表得出拉杆的可靠度。 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 42 给定拉杆的可靠度，可查得可靠性系数给定拉杆的可靠度，可查得可靠性系数 2224222 2 2 22 22 /,: ()20 412 (0.005) 64 16 (0.005) yy hhdhd QQ Q Q AAB A B 由得设

12、计的圆截面直径的代数方程为 式中 0.005 , dd sh 根据加工公差和3 法则,取拉杆的设计直径的均方差为: 求解以上方程,舍去所对应的虚根 可得拉杆的最小内径的均值和标准差 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 43 1）某中吨位货车转向直拉杆是受拉压载荷作用的管形载）某中吨位货车转向直拉杆是受拉压载荷作用的管形载 面构件，管形载面的内径为（面构件，管形载面的内径为（25,0.125）mm，外径为，外径为 （35,0.175）mm，受载荷为（，受载荷为（170,2.6）kN,材料的拉伸强度材料的拉伸强度 值为（值为（400,11）MPa，试确定该拉杆的可靠度。，试确定该拉杆的可靠度。 2）给定

13、圆形载面的拉杆可靠度为）给定圆形载面的拉杆可靠度为0.989，已知受载荷为，已知受载荷为 （200,3）kN,材料的拉伸强度值为（材料的拉伸强度值为（41076,30）MPa。试设。试设 计此拉杆的最小直径。计此拉杆的最小直径。 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 44 计算方法：计算方法： 1 1）根据多维随机变量函数的）根据多维随机变量函数的数学期望和方差数学期望和方差 的计算公式的计算公式可求出拉应力的均值和方差；可求出拉应力的均值和方差； 2 2）将材料已知的拉伸强度和计算得到的拉应）将材料已知的拉伸强度和计算得到的拉应 力的均值和方差代入力的均值和方差代入可靠性系数计算公式可靠性系数计算公

14、式，计算出，计算出 可靠性系数；可靠性系数； 3 3）查表得出连杆的可靠度。）查表得出连杆的可靠度。 矩形连杆的拉应力矩形连杆的拉应力 /sF bc 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 45 给定连杆的可靠度，可查得可靠性系数给定连杆的可靠度，可查得可靠性系数 2224222 22 2 222 2 222 223 /, ()20 1 1(0.005)(0.005) 21 (0.005)(0.005) yy hhchc F bb bbb FFF Fbb bbbb AAB A B 由得: 式中 0.005 , cc sh 根据加工公差和3 法则,取连杆的设计厚度的均方差为: 求解以上方程,舍去所对应的虚

15、根 可得连杆的最小厚度的均值和标准差 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 46 1）某型汽车一连杆的拉伸疲劳极限为（）某型汽车一连杆的拉伸疲劳极限为（691,38）MPa,其其 矩形载面的宽度为（矩形载面的宽度为（15,0.075）mm,厚度为（厚度为（10,0.05）mm。 宽度和厚度的相关系数为宽度和厚度的相关系数为-0.9,作用在连杆上的载荷为作用在连杆上的载荷为 （60000,4000）N，要求工作循环次数大于等于，要求工作循环次数大于等于235000次，次， 试确定该连杆的可靠度和给定可靠度为试确定该连杆的可靠度和给定可靠度为0.9999的该连杆的最小的该连杆的最小 厚度。厚度。 车辆可靠

16、性设计车辆可靠性设计 47 计算方法：计算方法： 1 1）根据多维随机变量函数的）根据多维随机变量函数的数学期望和方差数学期望和方差 的计算公式的计算公式可求出扭转应力的均值和方差；可求出扭转应力的均值和方差； 2 2）将材料已知的扭转强度和计算得到的扭转）将材料已知的扭转强度和计算得到的扭转 应力的均值和方差代入应力的均值和方差代入可靠性系数计算公式可靠性系数计算公式，计算，计算 出可靠性系数；出可靠性系数； 3 3）查表得出半轴的可靠度。）查表得出半轴的可靠度。 轴上的扭转应力轴上的扭转应力 3 16 /Td 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 48 1）某载货车的半轴所传递的转矩为（）某载货车

17、的半轴所传递的转矩为（11760,980）N.m， 半轴材料的扭转强度为（半轴材料的扭转强度为（1050，40）MPa，半轴的设计直径，半轴的设计直径 为（为（48,0.34）mm，试确定该半轴杆的可靠度和给定可靠度，试确定该半轴杆的可靠度和给定可靠度 为为0.999时的半轴最小直径。时的半轴最小直径。 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 49 计算方法：计算方法： 同上述方法。同上述方法。 轴上的扭转应力轴上的扭转应力 3 16 /Td 轴上的弯曲应力轴上的弯曲应力 3 32/Md 根据第四强度理论，得合成应力根据第四强度理论，得合成应力 2222 3 16 343sMT d 车辆可靠性设计车辆可

18、靠性设计 50 给定半轴的可靠度，可查得可靠性系数给定半轴的可靠度，可查得可靠性系数 2226322 /,: ()20 yy hhdhd AAB 由得设计的圆截面直径的代数方程为 0.005 , dd sh 根据加工公差和3 法则,取拉杆的设计直径的均方差为: 求解以上方程,舍去所对应的虚根 可得拉杆的最小内径的均值和标准差 车辆可靠性设计车辆可靠性设计 51 1）某载货车的半轴所传递的转矩为（）某载货车的半轴所传递的转矩为（113500，9200） N.m，半轴危险载面的弯矩为（，半轴危险载面的弯矩为（14300，1300） N.m, 危险危险 处的载面直径为（处的载面直径为（12,0.06）mm，半轴材料