机械系统可靠性灵敏度设计.docx
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机械系统可靠性灵敏度设计
机械系统可靠性灵敏度设计
口贺向东1,2口张义民2口闻邦椿z
1.大连工鼗穴学撬械王凝与自动化学院辽宁失连116034
2.东北大学机械工程与自动化学院沈阳110004
★
摘要:
在机械系统可靠慷设计理论与灵敏度分橱方法的基础上,研究了机械系统可靠性灵敏度分析问题。
提出了规械系统可靠疆灵敏度分橱畿静算方法,给癜了可靠疆灵敏疫的变化规律,研究了设诤参数的改变对氟械系统可靠曛的影响,为机械系统可靠性设计提供了理论依据。
关键词:
机械系统可靠性设计灵敏度分析可靠性灵敏度设计
审黧分类号:
TU318;TBll4。
3文藏稼谖弱:
A文章缡鼍:
1000—4998（200905—0026—03Abstract:
Basedonthereliability.baseddesigntheoryandthesensitivityanalysismethodofthemechanicalsystem。
therelia-bility..basedsensitivityanalysisofthemechanicalsystemisstudiedandaealculationmetlledofthereliability--basedsensitivityanal-ysisofthemechanicalsystempresented。
两evariationregularitiesofthereliabihty—basedsensitivityafeobtainedandtheeffectsofthechangeofdesignparametersonthereliabilityofthemechanicalsystemstudied,thusprovidingthetheoreticbasisforthereliabili-ty-baseddesignofthemechanicalsystem.
KeyWords:
MechanicalSyst.凳m甓硝黛b滋ty-basedDesignSensitivityAnalysisRefiability-basedSensitivityDesign
在科学技术现代化的今天,机械系统网益大规模化和复杂化,因此机械系统要具衣较高的可靠性。
于是近年来在槐械设计领城,产生并发矮起来了一门包含许多技术的“机械可靠性设计理论”。
实践表明,机械可靠性设计方法已经成为机械设计领域的一个非常重要黪态容¨“。
事实主,若莱因素对机械系统失效有较大的影响,则:
敝设计制造过程中就黉严格加以控制,使其变化较小以保证结构有足够的安全可靠性;反之,如果莱因素的变异性对撬械系统可靠性酶影响不显著,则柱进行机械系统可靠饿设计时,就可以把它当作确定量值处理以减少随机变量的数豳。
对反映这种不确定性的机械系统可靠性灵敏度进行研究,给蹴一个用以确定设计参数的改变对机械系统可靠性影响的可靠性灵敏度计算方法是十分必要和璧要的,从黼为机械系统的设计、制造、使用和评估提供合理和可靠的理论依据。
目前,单一失效模式的机械可靠性灵敏度设计方法已有很大进展t““,丽在实际工程中机械零部件发垒多种失效模式的情况是菲常蚤遍的。
擎一失效模式的机械可靠性灵敏度设计方法只考虑主要失效模式,忽略次要失效模式,但实际工程中次要失效模式是客瓿存在的,跌瑟规藏零部俸的安全牲能没蠢褥爨充分的保障。
既娶考虑主要失效模式对机械町靠性的影响,叉瑟考虑次要失效模式对机械可靠性的影响,仅仅用★审嚣簿±赢秘警基金资秘磺毽《壤号:
2005038593{
收稿日期:
2008年lO月
囹2009/￥单一失效模式的机械可靠性灵敏度设计方法悬不能实现的,因此必须进行多失效模式的机械系统可靠性灵敏痍设计方法的研究。
本文采用机械系统可靠性理论和灵敏度分析方法,研究多失效模式的机械系统可靠性灵敏度设计同蘧,提出多失效模式的枧械系统可靠性灵敏魔设计方法。
.1机械系统可靠性设计
在实际工稷中,机械零部件的失效,绝大部分是由多种失效模式弓l起的。
因此考虑多失效模式的机械系统可纛性设计方法,一直是入魏所关注的闷题。
一般薅言,机械系统可分为串联系统、并联系统和混联系统。
串联系统是指只甍有一个元件失效,就不能完成其规定功能的系统。
并联系统魑指所有元件都失效,整体才失效的系统。
混联系统是融串联系统和并联系统混合连接而成的各种系统。
混联系统可靠度的计算,是先求出其中部分系统（并联或蹬联的可靠度,将熬个系统转化为等效的单纯系统（南联或并联>,扶孬求毽系统的可靠度。
本文只研究机械串联系统的可靠性设计理论及其方法。
考虑具有拜个失效穰_忒酶橇械系统,第i个失效模式的状态函数为:
舒（X=舻（Xl,兄,…,‰i=（1,2,…,,1（1枧械系统欹态丞数先:
g（X=g（Xt,恐,…,‰（2机械制造47卷第s剪期盘
万方数据
根据可靠度的定义,机械系统的口】鼯度司表琢为:
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A（g-,92,…,g.dgld鼢…dg.（3,式中:
菇（g,,92,…,骆为系统状态亟数g{鳓=g（置,恐,…,双}酶联合概率密度藤数。
由予应用理论方法往往很难得到系统状态函数的联合j税率密度,辩且复杂的多麓积分难予求解等原因,使得式（3计算比较困难。
霞此,为了简化计算,入粕提出了各静瑕设条件下的机械系统可靠性设计方法。
主要包括:
独立假设（完全无关方法和嫩薄弱环节（完全相关方法等。
越中,独立骰设方法骨算麓荸,可以灌是一般实际工程要求,因而褥劐了广泛应用。
设机械串联蘸统由n个零部件缳成,零部件的可靠度分剃为:
霆|、怒、…、豫,照在独立段没条辫下槐攘系统可靠度秀:
R.=H怒;R,・R2…・・兄（4式孛:
鼹=牵《露>礤由隧橇摄秘技术求褥淄。
2机械系统可靠性灵敏度设计
枫城系统酶哥靠度黠基本隧瓿交藿淘量x。
【熬,整,…,双】。
均值和方差（协方差的灵敏度为:
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碱0裔0"=去￡署圆案】（㈣把已知条件翮霹靠性计算结果健入式（5》、（6,就可获得荼统可靠慷灵敏度dR./d矛和d尼/dVat（X。
ally枕械籍造4≯卷第sa71拳13数值算例
匿1黪示秀悬臀粱承受载翁的计算简图。
p、蚕、E、Y、r分别寝示载荷力、梁长、弹性模鼍、襻许挠度和材料强度,6、h为截蘑设计尺寸。
纂本随枧变爨向量髫=【r
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（200,1.0mm;《E=（203ooo,5860MPa;<,,=《0.3,氇00l5≥trim;（r》=《200,20》MPa;《矗≥=《38,0.19mm;（^=（74,0.37mm。
考虑结构的主要失效模式是刚胰失效和强度失效。
用机械系统可靠性灵敏度分舞方法计算越怒臀梁懿系统霹靠度张系统可靠性爱敏度。
计算得到悬臂粱的系统可靠度和系统可靠性灵敏度分剐秀:
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从灵敏度矩阵d怒/d矛可以看出,悬臂梁的材料强度r、容许挠度Y、弹性模量嚣、截面几何尺寸b和h的均值增热,其结果将使悬臂粱趋于更热谢靠;嚣悬鬻粱承受的载荷口和长度￡的均值增加,其结果将使灏:
臂梁趋于熨加不可靠（失效,其变化率最火的为悬臀粱的容许挠度,最小的为弹性模溪。
也就是说,使悬繁粱趋向可靠（或失效的速度为容许挠度比截面几何尺寸的大、截丽几何尺寸比材料强魔的大、材料强度比弹性模壤的大。
从灵敏度矩阵d豫/dVar（X可以看出,基本隧橇参数贽方差的增加,都会使悬臀粱趋于更加不可靠（失效,但基本随机参数协方差的变化对悬臀粱的可靠与否的影响却不尽相同。
数值计算结果可为王程设计入受精确设计悬譬梁提供定量鹃依据。
丽主面的计算结果与通常的定性分析结果完全一致,这进一步说明了灵敏度矩阵对悬臂梁各因素分析的全面性帮正确性。
4结论
在机械系统可靠髅设计理论零瑟灵敏度分析技术的基础上,提出一种计算机械系统可靠性灵敏度的数值方法。
有效地反映了机械系统的各闪索对其失效的影响程度。
本数艇方法在隧机参数蘸二酚矩已朗鹣情况下,放松了对隧机参数的分布概型的限制,使之更接近于工程实际中的结构可靠性问题,为分析和修改机械系统霹靠性水平提供了理论依据,《见在枧械系统的设计、翩造、使用和评话中,要严格控制敏感参数的变化。
参考文献
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165一182.
△《缡辑13其
比亚迪将向欧美汽车据兜照遮汽车提供的满惠娃示,比亚遮汽车正就出僚电动车电泡嘲默美汽车裁遗巍最开谈判。
眈难遭总裁王转强在接受外攥的采访中表永,比亚迪正在与一家美国和两墩欧洲汽车制造商就出售锂离子电池展开谈判.但是王传搦和比亚迪其他管理人员拒绝避露有关制造晦的详情。
鬟:
亚遭强瑟在电葫车壤溉技术懿蘩发秘运溺奏霉一塞处于蠢壁镁毙地位。
其开发的插电式双横电动车,采踊安垒、高效的铁魂池代替了过去常用的镍氢电池和锂电池。
同时比亚迪电机的功率比较犬,而且控制系统斑会让电机在最大范围内发挥俸餍,以减少露害镑质的摊敷。
攒悉,王转福表示哥能辆致美汽车翻造商出售蠹孽电游已经在迎鼗邈的F3双模电劬车上使用。
F399模电动车于2008年12月在中国正式面向团体客户销售,媵管销量有限,但是该车在细分市场中属予先驱者,比丰田汽车公司诗划在今年堍鹫霹鬃发布豹羁类率犁魏￡枣瓣鞠提翦了一年。
王传福表泵,相对于外嗣竞争对手,毙驻追的优势在予较低的电池擞
凰,7009/￥制造商出售电动车电池
产成本。
去年,巴菲特旗下鲍中美能源控股公司之所戳以2。
34Z羹元入股览亚谴,主要就是毳叠}跑亚遥靛低域奉电拖生产技术。
面对日益严峻的熊源和环保形势.世界各汽翠制造商展开对电动车和混合动力车商业化的竞赛。
而锂离子材料是车用动力电池发展的主流方庭。
缎鑫子其攘对较裹戆蛰孛舞、锺耀楚翅毒鑫辩麓不长叛及本稳定瑟瀑炸等问题,在应用鞭域受到了一定的限制。
但王传福表示,比亚追的锂电池采_}}I的是化学特性稳定的磷酸铁技术.安全性能得到了保证,另外成本也得到穰好的控制。
嚣戆,毙亚逵丧垒球电动车帝场已经其育一澎鹩鑫薅知名魔,跑涯遥在今年1月份底特律率展上展出的椭电式混合动力率使汽车界震惊。
如果此次比弧迪和欧美汽棼制造商能够成功达成协议.将进一步提升比亚迪在电裁攀泰场懿声望。
《搠援机械制造职卷第537鞫t]盛
万方数据
机械系统可靠性灵敏度设计
作者:
贺向东,张义民,闻邦椿,HeXiangdong,ZhangYimin,WenBangchun
作者单位:
贺向东,HeXiangdong（大连工业大学,机械工程与自动化学院,辽宁大连,116034;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳,110004,张义民,闻邦椿,ZhangYimin,WenBangchun（东北大学机械工程与自动化学院,沈阳,110004
刊名:
机械制造
英文刊名:
MACHINERY
年,卷（期:
2009,47（5
引用次数:
0次
参考文献（8条
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DistributionParameters2005（2
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