机械零件可靠性设计研究生大作业格式

1、研究生课程考试成绩单（试卷封面） 任课教师签名： 日期：注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。 3. 学位课总评成绩以百分制计分。系统可靠性设计可靠性的预测一、系统与系统可靠性的基本概念1、系统及单元系统是指由某些彼此相互协调工作的零、部件、子系统组成的，为了完成某一特定功能的综合体。组成系统并相对独立的构件，统称为单元。2、系统的可靠性在系统工作中，由于各种载荷的作用，组成系统的各个单元的功能参数会逐渐劣化，可能导致系统发生故障。（注意：一般在计算中，为了简化计算，认为单元的失效均为独立事

2、件，与其他单元无关。）系统的可靠性不仅与该系统的各单元的可靠性有关，且与组成系统的各单元间的组合方式和相互匹配有关。3、系统可靠性设计的目的进行系统可靠性设计的目的，即使要使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、重量指标、制造成本及实用寿命等取得协调并达到最优化的结果；或者在性能、重量、成本、寿命和其它要求的约束下，设计出高可靠性的系统。4、系统可靠性的设计方法系统可靠性的设计方法，可归结为两种类型：（1）可靠性预测：按照已知零部件或各单元的可靠性数据，计算系统的可靠性指标。此方法中，应进行系统的几种结构模型的计算、比较，以得到满意的系统设计方案和可靠性指标。（

3、2）可靠性分配：按照已给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元进行可靠性的分配，并在多种方案中比较、选优。有时需要联用这两种方法。首先根据各单元的可靠度，计算预测系统的可靠度，看其是否满足规定的系统可靠性指标：若不能满足时，要将系统规定的可靠性指标重新分配到各单元。二、系统可靠性的预测1、系统可靠性预测的目的：（1）检验本设计能否满足给定的可靠性目标，预测产品的可靠度值； （2）协调设计参数及性能指标，以求得合理地提高产品的可靠性；（3）比较不同的设计方案的特点及可靠度，找出薄弱环节，以采取必要的措施，降低产品的失效率，提高其可靠度。可靠性预测包括单元可靠性预测和系统可靠性预测两部分。2、单元可

4、靠性预测1）基本失效率和应用失效率基本失效率是在一定的环境条件（包括一定的试验条件、使用条件）下得到的，设计时可以从手册、资料中查到。而应用失效率是单元在现场使用中的失效率。可以根据不同的使用环选取相应的修正系数值，并用计算式求出该环境下的应用失效率 ： 下表中是一些常见设备的失效率修正系数值2）单元可靠度函数 由于单元多为元件、零部件，而在机械产品中的零部件都是经过磨合阶段才正常工作，因此其失效率基本保持一定，处于偶然失效期，故其可靠度函数服从指数分布，即：3、系统可靠性预测1）数学模型法 a 、串联系统：系统可靠度的表达式为由上式可见，具有串联系统逻辑图的串联系统，其可靠度与功能关系呈串联

5、的单元数量n 及单元的可靠度有关。随着单元数量的增加和单元可靠度的减小，串联系统的可靠度将迅速降低。b 、并联系统： 并联系统的可靠度表达式为并联系统的可靠度总是大于系统中任何一个单元的可靠度，并且并联单元数越多，系统的可靠度越大。随着单元数和单元可靠度的增大，系统可靠度将迅速增大。c 、贮备系统：当并联系统中只有一个单元工作，其他单元不工作而作贮备，当工作单元失效时贮备单元中的一个单元立即顶替上换下失效单元，使系统工作不致中断，这种系统为贮备系统也称后备系统或后冗余系统。 在由n 个单元构成的贮备系统中，如果故障检查器与转换开关可靠度很高，则在给定的时间内，只要累积的失效单元数不多于（n-1

6、）个，则系统均不会失效。贮备系统的可靠度可用泊松分布的部分求和公式计算d 、表决系统（典型为2/3表决系统）： 表决系统的可靠度可由概率乘法定理及加法原理计算e 、串并联系统：串并联系统可靠度的计算思想是转换串并联系统为等效的串联系统。 2）布尔真值表法（状态穷举法）布尔真值表法用于复杂系统的分析。在有n 个单元组成的系统中，系统中各单元有“正常”（1）和“失效”（0）两种状态，列表逐个分析该系统的2n 种状态。对这2n 种状态作逐一分析，即可得出该系统可正常工作的状态有哪几种，并可分别计算其正常工作的概率。然后，将该系统所有正常工作的概率相加，即可得到该系统的可靠度。而这一过程可借助布尔真值

7、表进行。（例题电桥式系统的分析见PPT 中详述）3）卡诺图法（概率法）在布尔真值表的基础上，将表中处于S 状态的各行转移到概率图的相应方格中并标以“*”号。然后将这些标有“*”号的方格按相邻行列分成若干组，每组均以虚线框起来，即得卡诺图。在卡诺图中各组分别代表系统处于S 状态时的相应概率，系统的可靠度就是这些概率值之和。 4）边值法（上、下限法）边值法的基本思想是将复杂系统简单地看成某些单元的串联系统，求出该串联系统的上限值、下限值，然后逐次考虑系统的复杂情况，求出越来越精确的上、下限值，当达到一定的精度要求后，再将上限值和下限值作数学处理，合成一个可靠度单一预测值。在处理复杂的系统时，它比模

8、拟法节省费用，当系统较简单时，此法又比数学模型法简便，且所得的结果也相当精确。 a 、上限值的计算：计算系统可靠度的上限值时只考虑系统中的串联单元。m 系统中各串联单元的可靠度F j F k 并联的两个单元同时失效而导致系统失效时，该两单元的失效概率之积s 一对并联单元同时失效而导致系统失效的单元对数 b 、下限值的计算计算系统可靠度的下限值时把系统中的所有单元都看成是串联的。P1 考虑系统的并联子系统中有一个单元失效，系统仍能正常工作的概率 P2 考虑系统的任一并联子系统中有2个单元失效，系统仍能正常工作的概率 c、按上、下限值综合预测系统的可靠度 参考文献： 1. 金光, 周经伦, 何小怀. 计算机应用研究. 1999. 12: 45-46. 2. N. Valisena & T. de. Mollerat 著, 常亮明译, 国外质量可靠性. 1994. 5: 41-44. 3. 程侃, 寿命分布与可靠性数学理论. 北京: 科学出版社, 1999.陈玉波, 于永利, 封会娟,曲 长征, 聂成龙, 系统仿真学报. 2006. 18: 294-296.