第6章机械零部件的可靠性分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,江西农业大学,*,第,6,章机械零部件的可靠性设计,11/15/2024,1,江西农业大学,概述,主要有校核和设计两个内容：,1,）已知零件工作应力和材料强度的分布及其分布参数和设计目标要求的可靠性（可靠度或可靠寿命），对零件进行可靠性校核。,2,）依据零件的许用可靠性指标校核材料性能，确定零件的几何尺寸。,解决两大问题：,1,）所设计的产品在规定条件下和运行时间内，其失效情况及破坏概率；,2,）可以根据零件的重要程度来决定可靠度的大小，从而得到更合理的设计参量。,11/15/2024,2,江西农业大学,螺栓联接的可靠性设计,受拉螺栓：,失效模式：,螺栓杆螺纹部分发生断裂,设计准则：,保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度,受剪螺栓：,失效模式：,螺栓杆和孔壁的贴和面上出现压溃或螺栓杆被剪断。,设计准则：,保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中连接的挤压强度对联结的可靠性起决定性作用。,11/15/2024,3,江西农业大学,1,、受拉松螺栓联接的可靠性设计,进行可靠性设计时，将工作拉力,F,、危险截面,d,看作是互相独立的随机变量，均服从正态分布。,当变异系数不大时，应力也近似为正态分布，其均值和标准差分别为：,试验表明，轴向静载荷下螺栓材料强度分布近似正态分布，有关数据有表可据。,设计问题：已知轴向静载荷、材料及可靠度指标，求螺栓直径及其公差。,11/15/2024,4,江西农业大学,所以，对于轴向受拉松螺栓的可靠度为：,例,1,：设计一螺栓连接。已知作用于螺栓上的载荷近于正态分布，其均值和标准差分别为,F,=30000N,，,S,F,=0.2,F,/3,。求可靠度,R(t,)=99.5%,时的螺栓直径。,解：,螺栓材料强度的均值和标准差：,根据可靠度可选螺栓等级为,4.8,，材料为,10,钢，相应有,11/15/2024,5,江西农业大学,螺栓工作应力的均值和标准差：,设螺栓抗拉危险截面的直径均值为,d,，其,容许偏差,，由于尺寸偏差呈正态分布，按正态分布的“,3,倍标准差原则”有：,11/15/2024,6,江西农业大学,求螺栓直径：,解得：,11/15/2024,7,江西农业大学,2,、受拉紧螺栓联接的可靠性设计,受拉紧螺栓受拧紧力的拉伸和扭转复合应力，计算时只按拉伸强度计算，并将所受的拉力增大,30,来考虑扭转的影响。,设计问题：,1,）确定螺栓的应力分布，计算应力的均值及标准差。,2,）选择螺栓材料，确定其强度分布及强度均值和标准差。,3,）用联接方程求螺栓直径。,螺栓的总拉力,F,可用下式表示：,材料,金属,皮革,铜皮石棉,橡胶,K,0.20.3,0.7,0.8,0.9,11/15/2024,8,江西农业大学,3,静载荷受剪螺栓的可靠性设计,螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压,联接接合面处，螺栓杆则受剪切力,11/15/2024,9,江西农业大学,例：受剪螺栓连接如图所示，已知载荷,F,为等幅交变载荷，呈正态分布，其均值和标准差为,承剪面数,2.,预紧力忽略，可靠度为,0.9998,，设计该螺栓。,解：,1,）按受剪螺栓进行设计,（,1,）确定失效判据：剪切疲劳强度（交变载荷）。,（,2,）材料,45,钢，等级为,6.8,，则按表,6-5,有，,11/15/2024,10,江西农业大学,（,3,）确定螺栓的应力分布,（,4,）按联结方程求螺栓直径,11/15/2024,11,江西农业大学,2,）按受挤压螺栓进行设计,（,1,）确定失效判据：被联结件孔壁材料的挤压强度。,（,2,）被联结件材料,HT250,11/15/2024,12,江西农业大学,（,3,）确定螺栓的应力分布,（,4,）按联结方程求螺栓直径,11/15/2024,13,江西农业大学,11/15/2024,14,江西农业大学,圆柱压缩（拉伸）螺旋弹簧静强度可靠性设计,分类：,1,）按承受载荷不同：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。,2,）按形状不同：螺旋弹簧、环形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧等。,弹簧设计主要在满足强度、弹性特性要求的前提下确定弹簧的基本参数：有效圈数、钢丝直径、弹簧中径等。,主要失效模式,：疲劳破坏和断裂,11/15/2024,15,江西农业大学,步骤：,必须满足强度要求，使剪切力不引起失效；,满足刚度要求，使弹簧的变形不超过规定值。,满足所需的有效圈数。,受压弹簧静力载荷可靠性设计,11/15/2024,16,江西农业大学,可根据弹簧质量标准中的弹簧精度等级要求查表求得。,所以，剪切应力的标准差为：,11/15/2024,17,江西农业大学,查表,11/15/2024,18,江西农业大学,静强度安全极限：,n,s,为许用安全系数，一般取,1.31.7,之间。,4.,验算,11/15/2024,19,江西农业大学,=13501600MPa,=6mm,+6,=36.5mm,36.5,6,6.083,6.083,1.25,0.036,1.25,11/15/2024,20,江西农业大学,3,1.25,6.083,14983,6,0.0022,0.036,2,+0.007,2,+0.005,2,+90.0022,2,0.0376,0.0376,14983,563.32,11/15/2024,21,江西农业大学,14983,563.3,5.824,6,11/15/2024,22,江西农业大学,6,6.083,18.51,18.75,6,1.25,1160,1160,1.58,11/15/2024,23,江西农业大学,受压弹簧疲劳强度可靠性设计,受压弹簧疲劳强度可靠性设计,应力,强度,11/15/2024,24,江西农业大学,可靠度,安全系数验算,11/15/2024,25,江西农业大学,轴的可靠性设计,功用：,支承回转零件（齿轮、带轮等）；传递运动和动力。,分类：,1,）转轴：既承受弯矩又承受扭矩的轴。,2,）心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴。,3,）传动轴：只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴。,设计：,1,）结构设计：结构形式和尺寸,2,）工作能力计算：强度、刚度和振动稳定性的计算,失效模式：,断裂、表面损伤、塑性变形等。,11/15/2024,26,江西农业大学,转轴的可靠性设计,首先确定轴在运转过程中可能出现最大弯矩和扭矩的危险截面，分别求出相应的弯曲应力和扭转应力；,然后根据变形能强度理论求弯扭合成应力。,求出应力和强度的均值和标准差，联合联结方程进行设计计算。,转轴的静强度可靠性设计,11/15/2024,27,江西农业大学,例：设计一轴。求可靠度,R,(t)=0.999,时轴的直径。,已知：危险截面上所受弯矩,所受扭矩 ，轴的材料是钼钢，均值和标准差为 ，按制造工艺，轴直径的公差为 。,解：假设轴上的弯矩和扭矩是相互独立的随机变量，轴的直径公差为,11/15/2024,28,江西农业大学,11/15/2024,29,江西农业大学,