机电产品可靠性设计教案

1、教 师 教 案（20122013学年第2学期）课 程 名 称：机电产品可靠性设计授 课 学 时：32授 课 班 级：2010级任 课 教 师：朱顺鹏教 师 职 称：讲师教师所在学院：机械电子工程学院电子科技大学教务处1 / 15课程名称机电产品可靠性设计授课专业机械设计制造及其自动化班级2010课程编号08084025修课人数164课程类型必修公共基础课( )；学科基础课( )；专业核心课( )选修专业选修()；任选课（ ）；公选课( )；理论课()；实践课( )授课方式课堂讲授为主（）；实验为主（ ）；自学为主（ ）；专题讨论为主（ ）；其他：是否采用多媒体授课是考核方式及成绩构成考 试()

2、考 查( )成绩构成及比例：考试80%+平时成绩20%是否采用双语教学否学时分配讲授32学时；实验 学时；上机 学时；习题 学时；课程设计 学时教材名称作者出版社及出版时间机电产品可靠性设计凌丹自编讲义，2012参考书目1.机械可靠性设计2.机械可靠性设计3.机械零件的可靠性设计4.系统可靠性设计与分析5.Reliability in Automotive and Mechanical Engineering. 6.电子元器件可靠性工程孟宪铎刘惟信卢玉明宋保维Bertsche B.孙青, 庄奕琪冶金工业出版社, 2008清华大学出版社, 2000高等教育出版社, 1987西北工业大学出版社,

3、2008Springer, 2008电子工业出版社, 2002授课时间第 1 周第 16 周第一章 可靠性设计概论 4学时一、教学内容及要求教学内容 共4学时可靠性基本概念 2学时(1) 可靠性的内涵(2) 可靠性工程发展现状(3) 可靠性特征量可靠性数学基础 2学时(1) 数理统计基本概念(2) 可靠性常用概率分布(3) 随机变量均值与方差的近似计算教学要求(1) 了解可靠性学科发展历程(2) 掌握可靠性学科研究的内容(3) 了解我国可靠性研究的发展现状(4) 了解可靠性设计工作的重要意义及面临的主要挑战(5) 掌握可靠性的定义(6) 掌握可靠度、不可靠度、失效率的定义(7) 掌握常用的概率

4、分布（正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布）在可靠性设计工作中的应用(8) 掌握随机变量均值与方差的近似计算方法二、教学重点、难点教学重点可靠性的定义可靠性特征量定义及相互关系常用概率分布的统计特征量教学难点失效率的定义威布尔分布的相关概念及应用三、教学设计列举航空航天产品（如卫星天线、卫星指向机构、太阳翼展开机构）、民用产品（如汽车）、制造装备（如数控机床）的实例，突出开展可靠性工作的重要意义。随机变量及数理统计的知识系学生在先修课程中所学内容的复习，可以简要介绍，并要求学生查阅以前的书籍。正态分布是学生熟知的内容，在教学过程中着重讲解其实际应用；指数分布、对数正态分布和威布尔分布是

5、学生先修课程中没有学习过的，应详细讲解。威布尔分布是难点内容，应重点介绍其发展历史，统计特征，以及威布尔分布在机械可靠性中的特殊作用，列举工程实例。随机变量函数的均值与方差计算是后续机械产品可靠性设计需要用到的基本方法，讲解三种常用的方法原理即可，公式可以查表。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料1. 盛骤, 谢式千, 潘承毅. 概率论与数理统计(第四版), 高等教育出版社,20102. 刘惟信. 机械可靠性设计. 北京:清华大学出版社, 2000六、教学后记第二章 系统可靠性设计 8学时一、教学内容及要求教学内容 共8学时系统可靠性框图 2学时串联系统；并联系统；混联系统；表决系统；旁联系

6、统可靠性分配 2学时可靠性分配的目的和原则可靠性分配方法（等分配法、再分配法、比例分配法、AGREE法）可靠性预计 1学时可靠性预计的目的可靠性预计的方法（应力分析法、元器件计数法、相似产品法、上下限法）故障模式、影响及危害性分析FMECA 1学时FMECA的定义及分类FMECA的一般过程风险优先数和危害性矩阵故障树分析FTA 2学时故障树的各种符号故障树建树步骤常用故障树分析方法介绍教学要求(1) 了解系统可靠性设计的任务；(2) 掌握系统可靠性建模方法；(3) 了解可靠性分配与预计的目的；(4) 掌握可靠性分配与预计的常用方法。(5) 了解FMECA的步骤；(6) 掌握故障影响严酷度、发生

7、度、探测度的基本概念；(7) 掌握风险优先数和危害性矩阵图的计算。(8) 掌握故障树分析常用的术语与逻辑门；(9) 掌握故障树定性、定量分析方法。二、教学重点、难点教学重点常用可靠性框图及其可靠性指标计算方法FMECA分析的过程FMECA中风险优先数计算及危害度矩阵图的绘制FTA的常用事件符号和逻辑门符号割集与最小割集的概念及确定方法路集与最小路集的概念及确定方法故障树的定量分析教学难点表决系统的可靠度计算旁联系统的可靠度计算利用最小割集进行故障树的定量分析底事件重要度的计算三、教学设计系统的可靠性不仅取决于其组成单元的可靠性，而且与各单元的连接方式有关。系统可靠性框图不同于系统的功能框图，针

8、对不同失效模式可以绘制不同的可靠性框图，以滤油器为例讲解。讲解各种典型可靠性框图（串联、并联、混联、表决、旁联）的可靠度计算方法时，要给出工程实例。以美国“挑战者”号（1986）、“哥伦比亚”号（2003）航天飞机坠毁事故、切尔诺贝利核反应堆事故、美国F22隐形战机坠毁事故引出FMECA工作的重要意义。以某型军用飞机升降舵系统FMECA为例介绍分析过程。介绍故障树的发展历史，以泰坦尼克沉船为顶事件，介绍故障树的常用符号和建树过程，并给出一些故障树分析实例，如剪草机发动机不启动、柴油发动机燃油泄漏为顶事件的故障树。故障树定性分析，割集与最小割集的上行法与下行法，课堂练习。故障树定性分析，路集与最

9、小路集的成功树法，课堂练习。故障树定量分析是本章的难点，在教学过程中强调数据积累的重要性，可靠性数学如何应用于故障树分析；强调底事件重要度对于改进设计和设备维修的重要意义。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料1. (挪)劳沙德 著. 郭强, 王秋芳, 刘树林 译. 系统可靠性理论：模型、统计方法及应用. 国防工业出版社, 20102. 梅启智, 廖炯生, 孙志中. 系统可靠性工程基础.科学出版社, 19923. 周海京, 遇今. 故障模式、影响及危害性分析与故障树分析. 航空工业出版社, 2003六、教学后记第三章 机械可靠性设计原理 6学时一、教学内容及要求教学内容 共6学时概述 1学时机

10、械产品可靠性设计的任务传统机械设计与可靠性设计的区别机械可靠性设计的步骤应力强度干涉模型及可靠度计算 4学时应力-强度模型的基本思想用应力-强度干涉模型求可靠度的计算方法几种常用分布的可靠度计算应力分布类型及其参数的确定强度分布类型及参数的确定机构运动可靠性概述 1学时教学要求(1) 了解机械产品可靠性设计与传统设计的区别；(2) 了解机械可靠性设计的过程；(3) 掌握应力强度干涉模型的基本理论及可靠度计算方法；(4) 掌握应力、强度分布的确定方法；(5) 了解机构运动可靠性基本概况。二、教学重点、难点教学重点传统机械设计与可靠性设计的区别应力-强度模型的基本思想用应力-强度干涉模型求可靠度的

11、计算方法几种常用分布的可靠度计算教学难点应力分布类型及其参数的确定强度分布类型及参数的确定机构运动可靠性分析方法三、教学设计机械可靠性设计中，概率设计是一种主要的方法，以传统的机械可靠性设计方法为基础，将设计变量视为随机变量，运动概率运算方法，计算零件的可靠度或在给定可靠度时进行零件主要尺寸的设计。讲解传统设计与可靠性设计的区别与联系。以简单拉杆设计为例，分析设计过程中的不确定性，分析安全系数法的优缺点。应力-强度干涉理论是机械可靠性设计的基本理论。通过狭义应力与强度的概念引出广义应力与强度的概念。利用第一章中的随机变量的概率密度曲线，绘制应力-强度干涉曲线。详细讲解利用干涉计算可靠度的方法，

12、重点讲解应力和强度均服从正态分布时可靠度的计算，并列举例题。应力和强度分布参数的确定是应用应力-强度干涉理论的前提，要求学生了解各种设计手册的使用方法，理解工程中一些实用计算方法。以飞机起落架为例介绍研究机构运动可靠性分析的意义，列举机构可靠性常用的分析方法，介绍机构可靠性的研究现状与发展趋势。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料1. 卢玉明, 机械零件的可靠性设计, 北京:高等教育出版社, 19892. 徐灏. 机械强度的可靠性设计. 北京:机械工业出版社, 19843. 孟宪铎, 机械可靠性设计. 北京:冶金工业出版社, 20084. 王超, 王金. 机械可靠性工程. 北京:冶金工业出版

13、社, 1992六、教学后记第四章 疲劳可靠性设计 4学时一、教学内容及要求教学内容 共4学时疲劳失效及材料的疲劳曲线1学时材料的疲劳曲线全概率P-S-N曲线呈分布状态的疲劳极限应力图零件疲劳极限的分布1学时疲劳可靠度计算 2学时稳定变应力下疲劳强度的可靠度计算不稳定变应力下的疲劳强度的可靠度计算教学要求(1) 掌握呈分布状态的S-N曲线和疲劳极限应力图；(2) 掌握稳定变应力下的疲劳可靠度计算；(3) 了解疲劳累积损伤理论；(4) 了解非稳定变应力下的疲劳可靠度计算。二、教学重点、难点教学重点全概率P-S-N曲线呈分布状态的疲劳极限应力图稳定变应力下疲劳强度的可靠度计算教学难点零件疲劳极限分布

14、的确定不稳定变应力下的疲劳强度的可靠度计算三、教学设计疲劳是机械零件的主要失效形式。列举实例说明疲劳失效的危害。疲劳寿命曲线和疲劳极限曲线是机械设计课程中学生已经掌握的内容，教学中应强调设计过程中存在的不确定性和全概率P-S-N曲线的重要意义，简单介绍全概率P-S-N曲线的获得方法。在多个不同应力循环特性的全概率P-S-N曲线的基础上，能够获得呈分布状态的疲劳极限应力图。建议学生查阅资料，自学疲劳应力载荷谱的处理方法；结合机械设计手册讲解零件疲劳极限分布参数的确定方法，注意强调零件疲劳极限与材料疲劳极限的区别。稳定循环变应力下进行疲劳可靠性设计的主要是根据全概率P-S-N曲线或呈分布状态的疲劳

15、极限应力图。讲解基本方法，并列举例题。简要介绍疲劳累积损伤理论及不稳定变应力下进行疲劳可靠性设计的方法。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料卢玉明, 机械零件的可靠性设计, 北京:高等教育出版社, 1989徐灏. 机械强度的可靠性设计. 北京:机械工业出版社, 1984孟宪铎, 机械可靠性设计. 北京:冶金工业出版社, 2008王超, 王金. 机械可靠性工程. 北京:冶金工业出版社, 1992六、教学后记第五章 机械零件可靠性设计 4学时一、教学内容及要求教学内容 共4学时轴的静强度可靠性设计 1学时传动轴的静强度可靠性设计转轴的静强度可靠性设计圆柱齿轮轮齿强度的可靠性设计 1学时齿面接触疲

16、劳强度可靠性设计齿根弯曲疲劳强度可靠性设计滚动轴承的可靠性设计 1学时滚动轴承的寿命计算滚动轴承的可靠性模型机械零件的可靠性优化设计 1学时可靠性优化设计的意义以可靠度最大为目标的可靠性优化设计以可靠度为约束条件的可靠性优化设计教学要求(1) 掌握轴的可靠性设计方法；(2) 掌握齿轮的可靠性设计方法；(3) 掌握滚动轴承的可靠性设计方法；(4) 了解机械可靠性优化设计的基本思想。二、教学重点、难点教学重点圆柱齿轮轮齿强度的可靠性设计教学难点无三、教学设计本章介绍几种常用机械零件的可靠性设计方法，对于轴仅讲解其静强度可靠性设计方法，轴的疲劳可靠性计算过程较为复杂，建议学有余力的学生自学。齿轮则介

17、绍其接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度可靠度计算和零件设计。对于滚动轴承，主要讲解疲劳寿命可靠性建模及计算方法，滚动轴承的疲劳寿命服从威布尔分布。紧密结合第三章的应力强度干涉模型，按照可靠性设计流程，针对不同零件，依次讲解确定应力分布类型和参数的方法及确定强度分布类型和参数，建立连接方程求解可靠度或进行给定可靠度下的零件几何尺寸计算。列举例题。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料卢玉明, 机械零件的可靠性设计. 高等教育出版社, 1989徐灏. 机械强度的可靠性设计. 机械工业出版社, 1984孟宪铎, 机械可靠性设计. 冶金工业出版社, 2008王超, 王金. 机械可靠性工程. 冶金工业出版社

18、, 1992六、教学后记第六章 电子产品可靠性设计 4学时一、教学内容及要求教学要求 共4学时电子元器件的选用与控制 1学时电子元器件的质量等级电子元器件的选用电子元器件的控制电子元器件的可靠性管理电子元器件的失效分析 1学时电子元器件失效模式与失效机理电子元器件失效分析的目的和内容电子元器件失效分析方法电子元器件可靠性设计方法 2学时元器件的降额设计冗余设计热设计电磁兼容设计容差和参数漂移设计教学要求(1) 了解电子产品可靠性的特点；(2) 了解电子产品可靠性设计的一般程序;(3) 了解电子元器件选用与控制原则；(4) 了解电子元器件失效分析方法；(5) 掌握电子产品可靠性设计的常用方法（降

19、额设计、冗余设计、热设计、电磁兼容设计、容差设计）。二、教学重点、难点教学重点电子元器件的质量等级划分电子元器件失效模式与失效机理的定义电子产品可靠性设计方法教学难点无三、教学设计（如何讲授本章内容，尤其是重点、难点内容的设计、构思）电子元器件是元件和器件的总称。电子元器件是电子、电气系统的基础产品，是能够完成预定功能而不能再分割的电路基本单元，其可靠性影响整机的可靠性水平。航天工业电子元器件可靠性在国、内外的研究状况。列举因为电子元器件失效造成的事故，如欧洲航空局的Ariane火箭、1998年8月至1999年5月美国火箭发射的6次失利；高可靠性非常成功的例子-俄罗斯的和平号空间站。电子产品的可靠性试验方法较为成熟，已有很多适用于电子产品可靠性的标准。介绍国标及国军标中的各项标准及其应用。列举统计数据，说明近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者对元器件选择不当或使用有误。引入电子元器件选用规则和依据。概要介绍元器件常用可靠性设计方法。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料曹白杨. 电子产品设计