1、可靠性理论和方法在机械制定中的应用
引言
可靠性理论是近几十年发展起来的一门新兴学科，从60年代开始，逐渐进入机电产品制定领域，使机械制定及机电产品制定发生了前所未有的变化，特别是近一、二十年间，国内外一些有代表性的机电产品制定方面的著作增添了可靠性技术方面的内容。在这些科学的理论指导下，制定、制造出来的机械类产品，平均无故障工作时间提升了3倍，产品缺陷大大降低了，很好地维护了用户和社会效益，可靠性制定方法现已逐步成为现代机械产品制定方法的一个重要组成部门，它比常规制定方法更能反映事物的本质。
1 可靠性理论
1.1 常规的机械制定中，通常采纳
2、安全系数法或许用应力法，它的出发点是使作用在危险截面上的工作应力S小于或等于其许用应力[S]，而[S]是由极限应力S除以大于1的安全系数n而得到的；也可以使机械零件的计算安全系数n大于预期的许用安全系数[n]。即：
S≤[S]=S/n n=S/n≥[n]
这种常规制定方法沿用了许多年，只要安全系数选用适当，是一种可行的制定方法，但是随着产品日趋复杂，对其可靠性要求愈来愈高，常规方法就显得不够完善。首先，大量的实验说明，现实的制定变量如截荷、极限应力以及材料硬度、尺寸等都是随机变量，都浮现或大或小的离散性，都应该依概率取值，不合计这一点，制定出来的结果不免与实际脱节。其次，常
3、规制定方法的关键是选取安全系数，过大，造成浪费，过小，影响正常使用，但在选取安全系数时经常没有确切的选择尺度，其结果是使制定极易受局部经验所影响。所以为了使制定更符合实际，应该在常规方法的基础上进行概率制定。概率制定的主要特点是：第一，概率制定与常规制定的关系不是对立的，而是继承和发展的，在概率制定中同样用到各种符合实际的力学模型、系数和经验公式，但是，概率制定所使用的数据是以统计数据为基础，要在统计分布的基础上观察所有制定变量。比如在选用材料时，只有均值高、标准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〔平均安全系数〕和可靠度作为制定目标，尤以后者更为重要。因为可靠度综合合计了各
4、制定变量的统计分布特性，定量地用概率表达所制定产品的可靠程度，因而更能反映实际状况。第三，概率制定重视收集和积存各种可靠性数据，特别注意信息反馈，从而在客观上形成了良性循环，并能使制定和管理工作有机结合。最终使概率制定逐步走上有用化的道路。
1.2 应力--强度干涉模型
概率制定所依据的模型主要是应力--强度干涉模型。在常规制定中，将强度γ和应力S都视为常量，然而，零件本身的固有强度要受许多偶然因素的影响。比如，零件材料和金相不均匀、零件表面光洁度具有离散性、零件尺寸加工具有随机误差等等，因此实际中强度是一个随机变量。当然工作应力由于温度、载荷、湿度及振动等偶然因素的影响，
5、在实际中也是一个随机变量。这样机械零件的强度和工作应力在实际中都服从一定的概率分布，两者的pdf曲线通常都部分堆叠或称干涉。如图1所示。其堆叠程度或干涉面积直接反映了可靠度的大小，应用应力与强度的干涉模型提出的一种概率制定理论是进行概率制定的基本依据。
图1 应力—强度干涉模型
2 应用实例
由常规制定得到图2所示的转轴结构，其危险截面的参数如表1所示。轴的材料为45钢。由手册查得σ=650N/mm，σ—I截面的轴径〔按正态分布计算〕。
图2 转轴结构
表1 转轴危险截面的主要参数
解：①
由变
6、差系数公式得
V=
②计算极限应为。暂取综合影响系数
K=3.5，V=0.04，Vσ
σ
V=V+V+V·V〕=
×
tgθ=·
σ
σ=·σ
③σ。此时取V=Vσβ=Φ〔R〕=3.090，故
β=1－β×
β=1－β×
σ=ι=
④制定轴径
d=()=(·
3 结论
应用干涉理论进行的概率制定是为了保证所制定的产品的可靠性而采纳一系列分析与制定技术，它的任务是在猜测和预防产品所有可能发生故障的基础上，使所制定的产品达到规定的可靠性目标值。显然这种制定方法降低了产品的缺陷，提升了产品的无故障工作时间，更好地保证了产品使用过程中的安全可靠性。
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