1、可靠性理論和方法在機械制定中的應用 引言 可靠性理論是近幾十年發展起來的一門新興學科，從60年代開始，逐漸進入機電產品制定領域，使機械制定及機電產品制定發生了前所未有的變化，特別是近一、二十年間，國內外一些有代表性的機電產品制定方面的著作增添了可靠性技術方面的內容。在這些科學的理論指導下，制定、制造出來的機械類產品，平均無故障工作時間提升了3倍，產品缺陷大大降低了，很好地維護了用戶和社會效益，可靠性制定方法現已逐步成為現代機械產品制定方法的一個重要組成部門，它比常規制定方法更能反映事物的本質。 1 可靠性理論 1.1 常規的機械制定中，通常采納安全系數法或許用應力法，它的出發點是使作用在危險截

2、面上的工作應力S小于或等于其許用應力S，而S是由極限應力S除以大于1的安全系數n而得到的；也可以使機械零件的計算安全系數n大于預期的許用安全系數n。即： SS=S/n n=S/nn 這種常規制定方法沿用了許多年，只要安全系數選用適當，是一種可行的制定方法，但是隨著產品日趨復雜，對其可靠性要求愈來愈高，常規方法就顯得不夠完善。首先，大量的實驗說明，現實的制定變量如截荷、極限應力以及材料硬度、尺寸等都是隨機變量，都浮現或大或小的離散性，都應該依概率取值，不合計這一點，制定出來的結果不免與實際脫節。其次，常規制定方法的關鍵是選取安全系數，過大，造成浪費，過小，影響正常使用，但在選取安全系數時經常沒有

3、確切的選擇尺度，其結果是使制定極易受局部經驗所影響。所以為了使制定更符合實際，應該在常規方法的基礎上進行概率制定。概率制定的主要特點是：第一，概率制定與常規制定的關系不是對立的，而是繼承和發展的，在概率制定中同樣用到各種符合實際的力學模型、系數和經驗公式，但是，概率制定所使用的數據是以統計數據為基礎，要在統計分布的基礎上觀察所有制定變量。比如在選用材料時，只有均值高、標準差又得到控制的才是好材料。第二，概率制定用平均安全裕度平均安全系數和可靠度作為制定目標，尤以后者更為重要。因為可靠度綜合合計了各制定變量的統計分布特性，定量地用概率表達所制定產品的可靠程度，因而更能反映實際狀況。第三，概率制定

4、重視收集和積存各種可靠性數據，特別注意信息反饋，從而在客觀上形成了良性循環，并能使制定和管理工作有機結合。最終使概率制定逐步走上有用化的道路。 1.2 應力-強度干涉模型 概率制定所依據的模型主要是應力-強度干涉模型。在常規制定中，將強度和應力S都視為常量，然而，零件本身的固有強度要受許多偶然因素的影響。比如，零件材料和金相不均勻、零件表面光潔度具有離散性、零件尺寸加工具有隨機誤差等等，因此實際中強度是一個隨機變量。當然工作應力由于溫度、載荷、濕度及振動等偶然因素的影響，在實際中也是一個隨機變量。這樣機械零件的強度和工作應力在實際中都服從一定的概率分布，兩者的pdf曲線通常都部分堆疊或稱干涉。

5、如圖1所示。其堆疊程度或干涉面積直接反映了可靠度的大小，應用應力與強度的干涉模型提出的一種概率制定理論是進行概率制定的基本依據。 圖1 應力強度干涉模型 2 應用實例 由常規制定得到圖2所示的轉軸結構，其危險截面的參數如表1所示。軸的材料為45鋼。由手冊查得=650N/mm，I截面的軸徑按正態分布計算。 圖2 轉軸結構 表1 轉軸危險截面的主要參數 解： 由變差系數公式得 V= 計算極限應為。暫取綜合影響系數 K=3.5，V=0.04，V V=V+V+V·V=× tg=· =· 。此時取V=V=R=3.090，故 =1× =1× = 制定軸徑 d=()=(· 3 結論 應用干涉理論進行的概率制定是為了保證所制定的產品的可靠性而采納一系列分析與制定技術，它的任務是在猜測和預防產品所