第五章 习题
1．汽车装有四个完全一样，相互独立的轮胎，可靠度均为0.97，计算关于轮胎的车辆可靠度。（双轴汽车，此时4个轮胎组成什么形式的可靠性模型？）
2．试建立你所熟悉的汽车液压制动系统的可靠性模型（考虑双管路制动系）。
3．计算如图示的系统的可靠度。各组单元相互独立，它们的可靠度如图中所示。
4．什么是串联模型，并联模型，表决)(n of uf r ---θ模型和特命模型（开关模型）？若有n 个相同的单元组成上述各种模型，试比较它们的可靠度。
5．提高串联模型和并联模型的可靠性，你将有哪些方法。
6．一元件工作过1000h 后，其可靠度为0.99，试求该元件的平均寿命（按指数分布）。
7．由五个元件组成的串联系统，它们的失效率分别为0.0001, 0.0003, 0.0002, 0.0005和0.0008（1/h ），试计算系统的100小时的可靠度R （100）=？
若希望把R s （100）提高5%，更换一个元件使其失效率能满足要求，在下列条件下
I ）不考虑费用的限制；II ）当五个元件的费用分别为500，400，600，1000和800（单位）。
8．一系统由5个完全相同的子系统组成。假如该系统至少要有两个子系统必须正常工作，系统才正常工作。试计算1000小时和200小时的系统可靠度（各子系统的失效率均为常数h /0001.0=λ。服从指数分布）。
9．什么是可靠性分配？可靠性分配的主要目的是什么？分配时，应考虑哪些因素？
10．试叙述增加（提高）多单元系统可靠性的方法？
11．一汽车的传动系由离合器，变速器和差速器三个总成串联而成，已知它们的现有失效率水平
分别为：
]100/[0006.0,00005.0,0004.0321公里===λλλ。
要求传动系统的失效率为0.00025/[100公里]，试用相对比例法进行可靠性分配。
12．汽车的可靠度为0.95，由六个子系统组成，它们的预计可靠度分别为：
发动机R 发=0.98，传动系R 传=0.97，制动系R 制=0.97，转向系R 转=0.96，悬挂系R 悬=0.95，车架R 架=0.95。试进行可靠性分配。
13．某一测试系统由四个子系统串联组成，每个子系统工作是相互独立的，寿命分布为指数分布，
每个子系统又由n i 个元件串联组成，其重要度W i 和n i 取值如下表所列：
分系统号
1 2 3 4 N i
50 60 40 100 W i 0.8 1.0 0.7 1.0 如要求测试系统工作10小时的可靠度为0.98，试进行可靠性分配。
第六章 习题
1．在产品设计过程中，为什么要进行潜在失效模式及后果分析？
2．简述潜在失效模式及后果分析（FMEA ）方法的主要内容。
3．何谓预防设计控制？何谓探测设计控制？应该优先采用那种设计控制？
4．故障分为几种类型？故障和失效有何区别？
5．为什么要进行故障树分析？系统失效概率如何计算？
6．何谓割集？何谓最小割集？如何找出最小割集？ 0.96 0.7 0.8 0.96 0.95
0.97
A C D B E 0.90.90.9 0.9 0.9 1、 可靠度和失效率如何计算？失效率与可靠度有何关系？ 2、 在可靠性的的定义中“规定时间”，“规定功能”分别指的是什么？ 3、 可靠度、失效概率、失效率、平均寿命、可靠寿命、它们的定义是什么？ 4、 机械系统的逻辑图与结构图有什么区别，零件之间的逻辑关系有哪几种？ 5、 试写出串联系统、并联系统的可靠度计算式。 6、 什么是割集？什么是最小割集？ 7、 什么是故障树分析？故障树符号常用的分为哪几类？ 8、 在建立故障树时应注意哪几个方面的问题？ 9、 在可靠性工程中应力的含义是什么？强度的含义是什么？ 10、从广泛的意义上讲可靠性试验的含义是什么？它主要包括那些个方面？ 11、加速寿命试验根据应力施加的方式可分？ 1、一个系统由五个单元组成,其可靠性逻辑框图如图所示.求该系统可靠度和画出故障树。并求出故障树的最小割集与最小路集。 解：最小割集A,B C,D,E A,E B,C,D R=1-(1-0.9x0.9)(1-0.9[1-0.1x0.1])=0.8929 2、抽五个产品进行定时截尾的可靠性寿命试验,截尾时间定为100小时,已知在试验期间产品试验结果如下：t 150=小时,和t 270=小时产品失效,t 330=小时有一产品停止试验，计算该产品的点平均寿命值？ 解:总试验时间 350100)35(307050=?-+++=n T 小时 点平均寿命 MTTF=1752 350=小时 3、一个机械电子系统包括一部雷达,一台计算机,一个辅助设备,其MTBF 分别为83小时,167小时和500小时,求系统的MTBF 及5小时的可靠性？ 解: 5002.01002.0006.0012.01500 1167183111 ==++=++==λMTBF 小时 02.0=λ, %47.90)5(1.0502.0===-?-e e R
机械可靠性设计大作业 题目：扭杆 姓名：刘昀 班号： 05021104 学号： 59 日期：机械可靠性设计大作业 一、题目： 扭杆：圆截面直径D为（μ，σ）=（20，）mm，受扭矩T为（μ，σ）=（677400，），工作循环次数N≥4000，材料疲劳极限S为（μ，σ）=（，）MPa。 二、思路： 给定强度分布与应力有关的随机参数分布条件，确定应力计算公式，计算相应的分布参数，假定各随机变量都服从正态分布。然后根据应力--强度干涉理论计算可靠度，主要考虑载荷的均值与方差两项变化可靠度如何变化，以上要求编程实现。 三、输入的数据：扭矩T的均值与标准差T（μ），T（σ） 四、输出的结果：可靠度R 五、计算的模型：
（1）几何参数（扭杆圆截面直径）D、扭矩T和工作循环次数大于等于4000时的材料疲劳极限，亦即此时的疲劳强度S，均为随机变量且服从正态分布； （2）应力--强度干涉模型： 大多数机电产品的应力和强度都是服从一定统计分布规律的随机变量，我们用L表示应力，S表示强度。它们的概率密度函数f(S)和f(L)两曲线出现部分交叉和重叠，亦即出现干涉时，有可能出现强度小于应力的情况，但可把这种引起失效的概率限制在允许的范围内。在干涉的情况下，我们研究的是如何在保证一定可靠度的前提下，使零件结构简单、重量较轻，价格较低。 对于强度和应力均为正态分布时，我们采用联结方程来计算可靠度，公式如下： SM称为可靠性系数，在已知、、、的条件下，利用上式可直接计算出SM，根据SM从标准正态分布表中查出可靠度R的值。也即： 六、程序流程图
Y 七、算例分析结果说明及结论 （1）程序运行结果 T(μ)↑，T(σ)不变时，可靠度R的变化情况：T(μ) T(σ) R 120677 180677 240677 300677 360677 420677 480677
第四章 可靠性设计 一、单选题(每题1分，共20分) 1.机电产品的平均失效率λ(t)，它表征了该产品工作到t 时刻后（ ） A.单位时刻内发生失效的概率 B.单位时刻内发生失效的产品数 C.累积失效数与受试产品总数之比 D.的累积失效数与仍正常工作的产品数之比 则该产品的存活频率R (200)为（ ） A. 0.00125 B. 0.8 C. 0.001 D. 0.2 3. 现有某种产品100件，工作五年失效4件，工作六年失效7件，则该产品的平均失效密度为( )/年。 A. 0.034 B. 0.03 C. 0.033 D. 0.0312 4. 若知某产品的失效密度f(t)，则其平均寿命T 可表为（ ） A.f t dt t ()0 ? B.f t dt t ()∞ ? C. f t f t dt t () ()∞ ? D. tf t dt t ()∞ ? 5. 任选N 0个产品，在规定的条件下进行可靠性实验。记录了对应时间间隔t ～t+△t 的产品 失效数△N f (t);t 时刻的累积失效数N f (t)；和仍正常工作的产品数N s (t)。拟计算t 时刻的累计失效频率F (t),其计算式为 A.N t N f ()0 B. N t N s ()0 C. ??N t N t f ()0 D. ??N t N N t t f f () [()]0- 6. 在t ～t ＋Δt 的时间间隔内的平均失效密度f (t)表示（ ） A. 平均单位时间的失效频数 B. 平均单位时间的失效频率 C. 产品工作到t 时刻，单位时间内发生失效的概率 D. 产品工作到t 时刻，单位时间内发生失效的产品数与仍在正常工作的产品数之比 7. 标准正态分布的均值和标准离差为（ ） A.μ=1,σ=0 B.μ=1,σ=1 C.μ=0,σ=0 D.μ=0,σ=1 8. 如果两个随机变量A 和B 均服从正态分布，即A ～N （100，0.05），B ～N （200，0.02），则随机变量A 在±0.05之间分布的百分数与随机变量B 在±0.02之间分布的百分数（ ） A ．之比为2.5 B ．之差为0.5 C ．之比为0.4 D ．相等 9. 决定正态分布曲线形状的参数是（ ） A ．正态变量 B ．均值和标准差 C ．均值 D ．标准差 10. 设一电力系统有100台相同的电机组成，每台电机的故障率为2%，如果系统中电机失效数符合泊凇分布，则系统恰好有4台电机失效的概率是( )。 A.0.090 B.0.182 C.0.091 D.0.008 11. 某产品的寿命服从指数分布，若知其失效率λ=0.002，则该产品的平均寿命为（ ） A.200 B.1000 C.500 D.2000 12. 下列应力与强度均属正态分布，可靠度最低的是( )。 A.μs =300,σs =100,μr =700,σr =100 B.μs =300,σs =100,μr =700,σr =50 C.μs =300,σs =100,μr =800,σr =50 D.μs =300,σs =100,μr =800,σr =100 13. 若强度r 的概率密度函数为f r (r)=λr e r r -λ,则知其分布为（ ） A 正态分布 B 对数正态分布 C 指数分布 D 威布尔分布 14. 零件的强度和应力均服从正态分布，即N(μr ,σr );N(μs ,σs ),且知μr >μs ，当σr 增大时，零件的可靠度（ ） A.提高 B.降低 C.不变 D.不定 15. 根据强度—应力干涉理论，可以判定，当强度均值μr 大于应力均值μs 时，则零件可靠度R 的值（ ） A ．小于0.5 B ．等于0.5 C ．大于0.5 D ．等于1 16. 由甲、乙组成的工作冗余系统，要使系统不能正常工作，须有( )。 A.甲、乙均不能正常工作 B.甲均不能正常工作 C.乙均不能正常工作 D.甲、乙有一个均不能正常工作 17.若组成系统的诸零件的失效相互独立，但只有某一个零件处于工作状态，当它出现故障后，其它处于待命状态的零件立即转入工作状态。这种系统称为（ ） A.串联系统 B.工作冗余系统 C.非工作冗余系统 D.r/n 表决系统 18．如图所示的2／3表决系统，下列情况中，系统不能正常工作的是（ ） A ．a 、b 失效，c 正常 B ．a 失效，b 、c 正常
习题与参考答案 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能。 A. 好 B. 差 C. 相同 D. 不一定 2 用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹。 A. 牙根强度高，自锁性能好 B. 传动效率高 C. 防振性能好 D. 自锁性能差 3 若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的。 A. 螺距和牙型角 B. 升角和头数 C. 导程和牙形斜角 D. 螺距和升角 4 对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用。 A. 升角小，单线三角形螺纹 B. 升角大，双线三角形螺纹 C. 升角小，单线梯形螺纹 D. 升角大，双线矩形螺纹 5 用于薄壁零件连接的螺纹，应采用。 A. 三角形细牙螺纹 B. 梯形螺纹 C. 锯齿形螺纹 D. 多线的三角形粗牙螺纹 6 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓。
A. 必受剪切力作用 B. 必受拉力作用 C. 同时受到剪切与拉伸 D. 既可能受剪切，也可能受挤压作用 7 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 倍。 A. B. C. D. 8 采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时，。 A. 螺栓的横截面受剪切 B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压 C. 螺栓同时受剪切与挤压 D. 螺栓受拉伸与扭转作用 9 在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是。 A. 单线矩形螺旋副 B. 单线梯形螺旋副 C. 双线矩形螺旋副 D. 双线梯形螺旋副 10 在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是。 A. 提高强度 B. 提高刚度 C. 防松 D. 减小每圈螺纹牙上的受力 11 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了。 A. 受力均匀 B. 便于装配. C. 外形美观 D. 降低成本
第一章 机械可靠性设计概论 1、为什么要重视和研究可靠性？ 可靠性设计是引入概率论与数理统计的理论而对常规设计方法进行发展和深化而形成的一种新的现代设计方法。1）工程系统日益庞大和复杂，是系统的可靠性和安全性问题表现日益突出，导致风险增加。2）应用环境更加复杂和恶劣3）系统要求的持续无故障任务时间加长。4）系统的专门特性与使用者的生命安全直接相关。5）市场竞争的影响。 2、简述可靠性的定义和要点？ 可靠性定义为：产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。主要分为两点：1）可靠度，指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。1）失效率，定义为工作到时可t 时尚未失效的产品，在时刻t 以后的单位时间内发生失效的概率。 第二章 可靠性的数学基础 1、某零件工作到50h 时，还有100个仍在工作，工作到51h 时，失效了1个，在第52h 内失效了3个，试求这批零件工作满50h 和51h 时的失效率)50(-λ、)51(- λ 解：1）1,100)(, 1)(=?==?t t t n n s f 01.01 1001 )50(=?= - λ 2）2,100)(, 3)(=?==?t t t n n s f 015.02 1003 )51(=?= - λ 2、已知某产品的失效率1 4 103.0)(--- ?==h t λλ。可靠度函数t e t R λ-=)(，试求可靠度 R=99.9%的相应可靠寿命t 0.999、中位寿命t 0.5和特征寿命1-e t 解：可靠度函数 t e t R λ-=)( 故有 R t R e R t λ-=)( 两边取对数 t t R R R λ-=)( ln 则可靠度寿命 =?- =-=-h R t t 4 999.0999.010 3.0999 .0ln ) (ln λ 33h 中位寿命 =?- =- =-h R t t 4 5.0999.0103.05 .0ln ) (ln λ23105h 特征寿命 =?- =- =--h R e t 4 1 999.010 3.03679 .0ln ) (ln λ 33331h
汽车制动系统可靠性分析 摘要：随着经济的发展，汽车数量迅速增长，同时道路交通事故就严重影响人们的安全，人人谈虎变色。作为道路交通事故发生的非人为因素中选取所占比例最大的汽车制动系统故障，减小这种因素引起的故障成为保障道路交通安全中的至关重要的一部分。本文运用系统工程的可靠性分析的方法对此类故障进行研究分析。同时基于故障树分析法开展了对汽车制动系统的可靠性分析，通过对系统零部件的故障因素，故障原因和故障种类进行定性的分析，为汽车制动系统的设计和维修提供了理论依据，对提高汽车制动系统的可靠性及减少因汽车制动系统而导致的道路交通事故起到了积极的指导作用。 关键词：道路交通事故汽车制动系统可靠性分析故障树分析法 引言： 自从1885年卡尔本茨(Karl Benz)在曼海姆制出了第一辆汽车以来，道路交通安全则成为所有人共同关心的话题。纵观道路交通事故发生的原因，除了与道路的使用者——人的因素、道路本身的因素、道路交通环境因素有关外，还与道路上行驶的车的因素有关。其中减少人为因素引起的事故需要所有交通参与者的仔细观察和相互谦让。而减少非人为因素造成的道路安全事故则成为减少道路交通事故保证驾驶安全的最重要的一部分。车辆是组成道路交通的三大因素之一，与交通安全有着密切的关系。虽然在交通事故原因的统计中，人为原因占很大比例，直接因汽车问题所引起的事故不足10%，但这并不意味着车辆对安全的影响不大。而在这些非人为因素中，汽车制动系统发生故障占60%-70%。因此，对汽车制动系统进行可靠性分析，提高汽车制动系统的可靠度，可以减少道路交通事故的发生，减少不必要的损失，也保证了所有交通参与者的安全。对于保护国家集体的财产安全，维护交通秩序，提高道路交通能力具有极其重要的意义]1[。 1995年机械故障事故统计表 故障种类制动失效制动不良转向失效灯光不良其他 事故次数3545 54421299688 2520
简述可靠性设计传统设计方法的区别。 答：传统设计是将设计变量视为确定性单值变量，并通过确定性函数进行运算。 而可靠性设计则将设计变量视为随机变量，并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。 1.可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。 可靠度：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。是对产品可靠性的概率度量。 可靠度是对产品可靠性的概率度量。 2）可靠性工程领域主要包括以下三方面的内容： 1.可靠性设计。它包括了设计方案的分析、对比与评价，必要时也包括可靠性试验、生产制造中的质量控制设计及使用维修规程的设计等。 2.可靠性分析。它主要是指失效分析，也包括必要的可靠性试验和故障分析。这方面的工作为可靠性设计提供依据，也为重大事故提供科学的责任分析报告。 3.可靠性数学。这是数理统计方法在开展可靠性工作中发展起来的一个数学分支。 。可靠性设计具有以下特点： 1.传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大盲目性。可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中去，即由设计直接决定固有的可靠度。 2.传统设计是把设计变量视为确定性的单值变量并通 过确定性的函数进行运算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量并运用随机方法对设计变量进行描述和 运算。 3.在可靠性设计中，由于应力S和强度R都是随机变量，所以判断一个零件是否安全可靠，就以强度R大于应力S的概率大小来表示，这就是可靠度指标。 4.传统设计与可靠性设计都是以零件的安全或失效作 为研究内容，因此，两者间又有着密切的联系。可靠性设计是传统设计的延伸与发展。在某种意义上，也可以认为可靠性设计只是在传统设计的方法上把设计变量 视为随机变量，并通过随机变量运算法则进行运算而已。 。平均寿命（无故障工作时间）：指一批产品从投入运行到发生失效（或故障）的平均工作时间。 对不可修复的产品而言，T是指从开始使用到发生失效的平均时间，用MTTF表示； 对可修复的产品而言，是指产品相邻两次故障间工作时间的平均值，用MTBF表示； 平均寿命的几何意义是：可靠度曲线与时间轴所夹的面积。 6.正态分布曲线的特点是什么？什么是标准正态分布？ ：正态分布曲线f(x)具有连续性，对称性，其曲线与横坐标轴间围成的总面积恒等于 1.在均值μ和离均值的距离为标准差的某一指定倍数z。之间，分布有确定的百分数，均值或数学期望μ表征随机变量分布的集中趋势，决定正态分布曲线位置；标准差σ，他表征随机变量分布的离散程度，决定正态分布曲线的形状。定义μ=0,σ=1，即N(0,1)为标准正态分布。 7.系统可靠性的大小主要取决于：(1)组成系统的零部件的可靠性 (2)零部件的组合方式。 1.什么是3σ法则？已知手册上给出的16Mn的抗拉强度为1100~1400MPa，试利用3σ法则确定该材料抗拉强度的均值和标准差。 在进行可靠性计算时，引用手册上的数据，可以认为它们服从正态分布，手册上所给数据范围覆盖了该随机变量的+-3σ，即6倍的标准差，称这一原则为3σ法则。均值=（1100+1400）/2=1250MPa 标准差=（1400-1100）/6=50Mpa。从正态分布知，对应+-3σ范围的可靠度已为0.9973. 2. 简述强度—应力干涉理论中“强度”和“应力” 的含义，试举例说明之。 答：强度一应力干涉理论中“强度”和“应力”具有 广义的含义：“应力”表示导致失效的任何因素；而 “强度”表示阻止失效发生的任何因素。“强度” 和“应力”是一对矛盾的两个方面，它们具有相同的 量纲；例如，在解决杆、梁或轴的尺寸的可靠性设计 中，“强度”就是指材料的强度，“应力”就是指零件 危险断面上的应力，但在解决压杆稳定性的可靠性设 计中，“强度”则指的是判断压杆是否失稳的“临界 压力”，而“应力”则指压杆所受的工作压力。 3.说明常规设计方法中采用平均安全数的局限性。 答：平均安全系数未同零件的失效率联系起来，有很 大的盲目性。 从强度一应力干涉图可以看出 1）即使安全系数大于 1，仍然会有一定的失效概率。2）当零件强度和工作 应力的均值不变（即对应的平均安全系数不变），但 零件强度或工作应力的离散程度变大或变小时，其干 涉部分也必然随之变大或变小，失效率亦会增大或减 少。 1.所谓系统，是为完成某一功能而由若干零部件相互 有机地组合起来的综合体。系统的可靠度取决于两个 因素：一是组成系统的零部件的可靠度；二是零部件 的组合方式。 3.串联系统：若系统中诸零件的失效相互独立，但当 系统中任一个零件发生故障都会导致整个系统失效 时，则这种零件的组合形式称为串联模型。 3.串联系统的可靠度：串联系统的可靠度Rs低于组 成零件的可靠度Ri。因此，要提高串联系统的可靠 度，最有效的措施是减少组成系统的零件数目。 4.并联系统：有冗余系统和表决系统。冗余系统又可 分为工作冗余系统和非工作冗余系统。 5.工作冗余系统：在该系统中，所有零件都同时参加 工作，而且任何一个零件都能单独支持整个系统正常 工作。即在该系统中，只要不是全部零件失效，系统 就可以正常工作。 6.非工作冗余系统：在该系统中，只有某一个零件处 于工作状态，其它零件则处于非工作状态。只有当工 作的零件出现故障后，非工作的零件才立即转入工作 状态。 。非工作冗余系统的可靠度高于工作冗余系统，这是 因为工作冗余系统的零件虽然都处于不满负荷状态 下，但它们总是在工作，必然会磨损或老化。非工作 冗余系统虽不存在这个问题，却存在一个转换开关的 可靠度问题。 。r/n表决系统:在n个零件组成的并联系统中，n个 零件都参加工作，但其中要有r个以上的零件正常工 作，系统才能正常工作。它是属于一种广义的工作冗 余系统。当r=1时，就是工作冗余系统，当r=n时， 就是串联系统。 。复杂系统的可靠性预测方法：等效功能图法、布尔 真值表法； 。故障树分析的步骤：1，在充分熟悉系统的基础上， 建立故障树；2，进行定性分析，识别系统的薄弱环 节；3，进行定量分析，对系统的可靠性作出评价。 。故障树：是一种倒立的树状逻辑因果关系图，它是 用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种 事件之间因果关系的图。 。故障树的定性分析是寻找故障树的全部最小割集或 最小路集。其目的是为了找出引了系统故障的全部可 能的起因，并定性的识别系统的薄弱环节。 。最小割集：如果将割集中任意去掉一个基本事件后就不再 是割集。 。最小路集：路集也是一些基本事件的集合，当该集合所有 的基本事件同时不发生时，则顶事件必然不发生。如果将路 集中任意去掉一个基本事件后就不再是路集的话，则称此路 集为最小路集。 。最小割集代表系统的一种失效模式；一个最小路集代表系 统的一个正常模式。 。故障树的全部最小割集即是顶事件发生的全部可能原因， 构成了系统的故障谱。因此，在产品设计中要努力降低最小 割集发生的可能性，这就是产品的薄弱环节。反过来说，为 保证系统正常工作，必须至少保证一个最小路集存在。 。故障树的定量分析就是根据基本事件的概率求出顶事件发 生的概率，从而对系统的可靠性作出评价。 。可靠度分配按分配原则的不同，有等同分配法、加权分配 法和动态规划最优分配法； 。等同分配法：它按照系统中各单元（子系统或零部件）的 可靠度均相等的原则进行分配。其计算简单，缺点是没有考 虑各子系统现有的可靠度水平、重要性等因素。 。加权分配法：它是把各子系统在整个系统中的重要度以及 各子系统的复杂度作为权重来分配可靠度的。 。最优分配法：采用动态规划最优分配法，可以把系统的成 本、重量、体积或研制周期等因素为最小作为目标函数，而 把可靠度不小于某一给定值作为约束条件进行可靠度分配； 也可以把系统可靠度尽可能大作为目标函数，而将成本等因 素视为约束条件进行可靠度分配。这要根据具体问题来确定。 特点：机电产品的可靠性指标不仅取决于零部件的可靠度， 而且还将受制造成本、研制周期、重量、体积等因素的制约。 因此，要全面考虑这些因素的影响，必须采用优化方法分配 可靠度。 。一是可靠性设计的有效性取决于所采用的统计参数是否准 确可靠；二是应用明确规定产品失效的形式和判据。 。试简述强度和应力均为正态分布时，强度和应力干涉的三 种典型情况下手失效率情况。 1.强度的均值大于应力的均值，这时的干涉概率，即不可靠 度F小于50%。当强度的均值减去应力的均值为一定值时， 概率F的大小，随强度和应力的标准增大而增大。常规设计 的安全系数大于1时属于这种情况。这种情况下，还可能出 现失效。 2.强度的均值等于应力的均值，此时，失效率F为50% 3.强度的均值小于应力的均值，此时安全系数小于1，失效 概率大于50%，零件仍具有一定的可靠度。
机械可靠性习题Newly compiled on November 23, 2020
第一章 机械可靠性设计概论 1、为什么要重视和研究可靠性 可靠性设计是引入概率论与数理统计的理论而对常规设计方法进行发展和深化而形成的一种新的现代设计方法。1）工程系统日益庞大和复杂，是系统的可靠性和安全性问题表现日益突出，导致风险增加。2）应用环境更加复杂和恶劣3）系统要求的持续无故障任务时间加长。4）系统的专门特性与使用者的生命安全直接相关。5）市场竞争的影响。 2、简述可靠性的定义和要点 可靠性定义为：产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。主要分为两点：1）可靠度，指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。1）失效率，定义为工作到时可t 时尚未失效的产品，在时刻t 以后的单位时间内发生失效的概率。 第二章 可靠性的数学基础 1、某零件工作到50h 时，还有100个仍在工作，工作到51h 时，失效了1个，在第52h 内失效了3个，试求这批零件工作满50h 和51h 时的失效率)50(-λ、)51(-λ 解：1）1,100)(, 1)(=?==?t t t n n s f 2）2,100)(, 3)(=?==?t t t n n s f 2、已知某产品的失效率14103.0)(---?==h t λλ。可靠度函数t e t R λ-=)(，试求可靠度 R=%的相应可靠寿命、中位寿命和特征寿命1-e t 解：可靠度函数 t e t R λ-=)( 故有 R t R e R t λ-=)( 两边取对数 t t R R R λ-=)(ln
则可靠度寿命 =?-=-=-h R t t 4999.0999.0103.0999.0ln )(ln λ 33h 中位寿命 =?-=- =-h R t t 45.0999.0103.05.0ln )(ln λ23105h 特征寿命 =?-=-=--h R e t 41999.010 3.03679.0ln )(ln λ33331h 第三章 常用的概率分布及其应用 1、次品率为1%的的大批产品每箱90件，今抽检一箱并进行全数检验，求查出次品数不超过5的概率。（分别用二项分布和泊松分布求解） 解：1）二项分布：3590559055901087.199.001.0! 85!5!90)5(---?=???===q p C x P 2）泊松分布：取9.001.090=?==np μ 2、某系统的平均无故障工作时间t=1000h ，在该系统1500h 的工作期内需要备件更换。现有3个备件供使用，问系统能达到的可靠度是多少 解：应用泊松分布求解5.115001000 1=?==t λμ 3、设有一批名义直径为d=的钢管，按规定其直径不超过26mm 时为合格品。如果钢管直径服从正态分布，其均值ｕ=，标准差S=，试计算这批钢管的废品率值。 解：所求的解是正态概率密度函数曲线x=26以左的区面积，即： 变为标准型为1.13.04 .2526=-=-=σ μx z 由正态分布表查的1.1<<∞-z 的标准正态分布密度曲线下区域面积是 864.0)1.1(=Φ，所以： 136.0864.01)26(=-= 可靠性设计大作业 测试题目：基于应力-强度理论，完成某机械装备系统的可靠性设计。已知：动力源为37KW 的四级电机，通过三级减速齿轮传动至工作机；系统可靠性R S= 0.93，系统传递效率η= 0.985 × 0.975 × 0.965，工作机输入转速为 120rpm。1、 1.1查资料可知四极电机的额定转速n1=1450r/min，而工作机输入转速为n6= 120r/min，由此可知总传动比为： i=i1+ i2+i3=n1 n4=1450 120 =12.083 对于多级减速传动，可按照“前小后大”（即由高速级向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值不要过大。这种分配方法可使各级中间轴获得较高转速和较小的转矩，因此轴及轴上零件的尺寸和质量下降，结构较为紧凑。 i2=√i3=2.29469477 ,为了便于计算，i2取2.3，i1取1.7，i3取3.1 1.2、三级减速器的运动和参数计算 Ⅰ轴（与电动机直接相连） P1=P0=37KW n1=1450r/min T1=9549P1 n1 =243.66N?m Ⅱ轴 P2=P1η1=36.445KW n2=n1 1 =852.94r/min T2=9549P2 n2 =408.02N?m Ⅲ轴 P3=P2η2=35.534KW n3=n2 i2 =370.84r/min T3=9549P3 n3 =914.99N?m Ⅳ轴(工作轴) P4=P3η3=34.29KW n4=n3 i3 =119.63r/min T4=9549P4 n4 =2737.07N?m 1.3. 齿轮的设计 三级减速器选择外啮合直齿圆柱齿传动，对于第一级,小齿轮模数为6mm,齿数为10,大齿轮模数为6mm,齿数为17；对于第二级,小齿轮模数为5mm,齿数为10,大齿轮模数为5mm,齿数为23；对于第三级,小齿轮模数为7mm,齿数为10,大齿轮模数为7mm,齿数为31。三级减速器模型如图所示。 2、对于30CrMnSiA钢 σr(R)=σr?Z Rσσ r R=0.5时，σr(0.5)=σr?Z Rσσ r ，查标准正态分布表可得Z R=0，则具体参数与上 “机械制造装备设计”部分习题解答 第一章： 1-3 柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里？ 答：机械制造装备的柔性化是机床可以调整以满足不同工件加工的性能。柔性化包括产品结构柔性化和功能柔性化。 按照柔性化从高到低排列应为：普通机床、数控机床、加工中心、FMS、组合机床（专用机床）。 普通机床柔性化表现在功能多、适应性强，为功能柔性化；数控机床和加工中心改变加工程序即可适应新的需要，结构柔性化；FMS加工效率较高，改变调度和程序可适应新的需要，为结构柔性化；组合机床（专用机床）生产率高，专门设计，适应性差，基本上无柔性。 1-9 机械制造装备设计有哪些类型？它们的本质区别是什么？ 答：机械制造装备设计类型有创新设计、变型设计和模块化设计三种类型。 它们的本质区别：创新设计是一种新的理论、概念的设计，变型设计是在原设计基础上改变部分部件、参数或者结构的设计，模块化设计是采用预先设计的模块进行组合的一种设计方法。 目前大多为变型设计，模块化设计缩短了新产品设计开发的时间，创新设计的产品很少。 1-15 设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评价方法较为重要，为什么？ 答：设计的评价方法有：技术经济评价、可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、产品造型评价、标准化评价六种。 对于机械制造装备设计，这六种评价方法按重要程度由高向低排队一般是：可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、标准化评价、技术经济评价、产品造型评价。其原因是机械制造装备投资较大，使用周期较长。为了保证产品质量、降低成本、提高可靠性和竞争能力，六种评价都是不可缺少的。 可靠性评价对产品质量与可靠性进行评价；人机工程学评价产品设计在人机工程方面的合理性；结构工艺性评价是对产品结构便于加工制造的性能进行评价，以降低生产成本，缩短生产时间；技术经济评价综合评价产品技术的先进性和经济的合理性；标准化评价是在标准化方面对产品进行评价；而产品造型评价是对产品的外观设计的合理性和新颖性进行评价。 1-17可靠性指的是什么？有哪些可靠性衡量指标？它们之间有哪些数值上的联系？ 答：可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定任务的能力。 衡量指标有：可靠度R(t)、累计失效概率F(t)、失效率、平均寿命和平均无故障工作时间、可靠寿命、维修度、修复率、平均修复时间等（P37-38）。 它们之间的主要联系：F(t)=1-R(t)。 1-18 从系统设计的角度，如何提高产品的可靠性？ 答：从系统设计角度，提高产品可靠性要提高其组成各单元的可靠性水平，因此要进行系统和单元可靠性的预测。（P39） 此外要将系统可靠性指标合理分配到各组成单元中，明确各组成单元的可靠性设计要求。（P42） 第二章： 2-4 机床系列型谱含意是什么？ 答：先选择用量大的机床为“基型系列”，然后在此基础上派生出若干“变型系列”，基型和变型 一、简答题（每题15分，共45分） 1、汽车可靠性定义四因素的具体内涵是什么？ 答：汽车可靠性是指汽车产品（总成或零部件）在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。 其中，汽车产品指整车、总成、零部件，主要指的是发动机、底盘、车身、电器设备等。规定时间指：汽车使用量的尺度，可以足时间单位(小时、天数、月数、年数)，也可以是行驶里程数、工作循环次数等。在汽车运用工程中，保用期、第1次大修里程、报废周期等都是重要的特征时间。 规定条件包括：汽车产品的工作条件，即气候、道路状况、地理位置等环境条件；汽车产品的运用条件，即载荷性质、载运种类、行驶速度；汽车产品的维修条件，即维修方式、维修水平、保养制度；汽车产品的管理条件，即存放环境、管理水平、驾驶员技术水平。规定功能指：汽车设计任务书、使用说明书、订货合同以及国家标准规定的各种功能、性能和要求。 2.简述可靠性预测的步骤。 答：任何预测都有两个过程：归纳和推论过程。可靠性预测的基本步骤如下： （1）确定预测目的、预测对象及预测类型（短期、中期、长期）； （2）搜集整理资料（有关发展资料、历史资料）； （3）选择预测技术； （4）建立预测模型，包括数学模型（表达式、参数）或概率模型（各种可能结果的概率分布）； （5）评价模型。对建立的预测模型进行检验； （6）利用模型进行预测，与实测结果比较，修正预测模型。 3、简述检验的一般工作程序。 答：检验的一般工作程序包括以下阶段： （1）准备阶段 在这阶段，主要工作内容有：决定检查单位，决定检查项目，决定试验方法，决定质量判定标准，决定在生产过程那个阶段检查，决定全检、抽检还是无试验检查，决定质量指标，选择抽样表(计数、计量和抽样类型)。 （2）实施阶段 在这阶段，主要工作内容有：决定批的构成，决定抽样方法，决定批处理方法。 （3）整理阶段 在这阶段，主要工作内容有：决定检查结果的记录方法，决定检查结果的处理方法。 二、论述题（25分） 1.请阐述频数直方图、频率直方图、频率密度直方图和频率密度曲线及区别和联系。 答：频数直方图是以样本数据表征的质量特性值为横坐标，以频数为纵坐标作出的描述数据分布规律的图形。 频率直方图是将频数直方图的纵坐标改为频率做出的频率直方图，其形状与频数直方图应完全一样。 频率密度直方图是将频率直方图纵坐标改为频率密度、横坐标不变后获得的直方图，形状也 化工工艺课程设计任务书 设计题目：常压甲醇－水筛板精馏塔的设计 设计条件： 常压P=1atm（绝压） 处理量：20kmol/h 进料组成0.2 馏出液组成0.995 釜液组成0.005 （以上均为摩尔分率） 加料热状况q=1.0 塔顶全凝器泡点回流 回流比R=(1.1—2.0)R min 单板压降≤0.7kPa 设计要求： 1．撰写一份设计说明书，包括： （1）概述 （2）物料衡算 （3）热量衡算 （4）工艺设计要求 （5）工艺条件表 2.绘制图纸 (1)设备尺寸图 (2)管道方位图 (3)部分零件结构图 一概述 1．精馏操作对塔设备的要求和类型 ㈠对塔设备的要求 精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求： ⑴气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 ⑵操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 ⑶流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 ⑷结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 ⑸耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 ⑹塔内的滞留量要小。 实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。 ㈡板式塔类型 气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。 筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： ⑴结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。 ⑵处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。 ⑶塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。 ⑷压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。 筛板塔的缺点是： ⑴塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 ⑵操作弹性较小(约2～3)。 ⑶小孔筛板容易堵塞。 2．精馏塔的设计步骤 机械可靠性习题文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08] 第一章 机械可靠性设计概论 1、为什么要重视和研究可靠性 可靠性设计是引入概率论与数理统计的理论而对常规设计方法进行发展和深化而形成的一种新的现代设计方法。1）工程系统日益庞大和复杂，是系统的可靠性和安全性问题表现日益突出，导致风险增加。2）应用环境更加复杂和恶劣3）系统要求的持续无故障任务时间加长。4）系统的专门特性与使用者的生命安全直接相关。5）市场竞争的影响。 2、简述可靠性的定义和要点 可靠性定义为：产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。主要分为两点：1）可靠度，指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。1）失效率，定义为工作到时可t 时尚未失效的产品，在时刻t 以后的单位时间内发生失效的概率。 第二章 可靠性的数学基础 1、某零件工作到50h 时，还有100个仍在工作，工作到51h 时，失效了1个，在第52h 内失效了3个，试求这批零件工作满50h 和51h 时的失效率)50(-λ、)51(-λ 解：1）1,100)(, 1)(=?==?t t t n n s f 2）2,100)(, 3)(=?==?t t t n n s f 2、已知某产品的失效率14103.0)(---?==h t λλ。可靠度函数t e t R λ-=)(，试求可靠度 R=%的相应可靠寿命、中位寿命和特征寿命1-e t 解：可靠度函数 t e t R λ-=)( 故有 R t R e R t λ-=)( 两边取对数 t t R R R λ-=)(ln 则可靠度寿命 =?-=-=-h R t t 4999.0999.0103.0999.0ln )(ln λ 33h 中位寿命 =?-=- =-h R t t 45.0999.0103.05.0ln )(ln λ23105h 特征寿命 =?-=-=--h R e t 41999.010 3.03679.0ln )(ln λ33331h 第三章 常用的概率分布及其应用 1、次品率为1%的的大批产品每箱90件，今抽检一箱并进行全数检验，求查出次品数不超过5的概率。（分别用二项分布和泊松分布求解） 解：1）二项分布：3590559055901087.199.001.0! 85!5!90)5(---?=???===q p C x P 2）泊松分布：取9.001.090=?==np μ 2、某系统的平均无故障工作时间t=1000h ，在该系统1500h 的工作期内需要备件更换。现有3个备件供使用，问系统能达到的可靠度是多少 解：应用泊松分布求解5.115001000 1=?==t λμ 3、设有一批名义直径为d=的钢管，按规定其直径不超过26mm 时为合格品。如果钢管直径服从正态分布，其均值ｕ=，标准差S=，试计算这批钢管的废品率值。 解：所求的解是正态概率密度函数曲线x=26以左的区面积，即： 变为标准型为1.13.04 .2526=-=-=σ μx z 由正态分布表查的1.1<<∞-z 的标准正态分布密度曲线下区域面积是 864.0)1.1(=Φ，所以： 136.0864.01)26(=-= 汽车总体设计 ——五座中级轿车设计 学号：*** 姓名：*** 前言 本次的大作业是进行中级五座轿车的设计，其中的大部分资料就在《汽车设计》课本上得到的，但是有的地方不是特别明确，所以在汽车之家的网站上查询了一些现在关注度比较高的中型车的各项参数，比如大众cc，大众迈腾、别克君越和丰田锐志，对德国车、美国车、日本车的质量尺寸参数都拿来做了参考，选取了一些参数。但是也发现了许多实际参数和课本上不同的地方。 比如说对汽车整备质量的计算，课本上表1-3对中型车（发动机排量1.6L-2.5L）人均整备质量值是0.21-0.29t之间，五座轿车的最大整备质量大概就是1.5t左右，但是别克君越的整备质量达到了接近1.8t。 相差比较多的还有燃油经济性参数，对发动机排量1.6L-2.5L的汽车百公里燃油消耗量在10-16L/100km，但是在大多数的车型中，燃油消耗量都没有这么大，特别是大众迈腾的百公里燃油消耗量只有6.2L/100km。 所以在这次的设计中，我没有完全按照课本上所给公式或是图表中的可取范围值进行设计，比如整备质量和燃油经济性参数都有了一些变动。 一汽车形式的选择 1.1 整车总布置设计的任务 (1) 从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质 量和主要尺寸参数，提出总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求； (2) 对各部件进行合理布置和运动校核； (3) 对整车性能进行计算和控制，保证汽车主要性能指标实现； (4) 协调好整车与总成之间的匹配关系，配合总成完成布置设计，使整车 的性能、可靠性达到设计要求。 1.2 设计原则、目标 （1）汽车的选型应根据汽车型谱、市场需求、产品的技术发展趋势和企业的产品发展规划进行。 （2）选型应在对同类型产品进行深入的市场调查、使用调查、生产工艺调查、样车结构分析与性能分析及全面的技术、进行分析的基础上进 行 （3）应从已有的基础出发，对原有车型和引进的样车进行分析比较，继承优点，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先进技术与结构，开发 新车型。 （4）涉及应遵守有关标准、规范、法规、法律，不得侵犯他人专利。 （5）力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。 1.3 汽车的轴数和驱动型式 因为是轿车不像火车有很大的载重量，所以采用二轴式就可以满足道路法规对轴载质量的需要，而且为了使结构简单、降低制造成本和整备质量，所以本车选择4*2的驱动形式。 1.4 布置形式 本次设计采用前置前驱的布置形式。主要是因为前置前驱的轿车前桥轴荷大，有明显的不足转向；动力总成结构紧凑，由于取消了贯穿前后的传动轴，所以车厢内地板中央不会凸起很高，有效的增加了车辆的内部使用空间。可靠性设计大作业
13-11机械制造装备设计-部分习题解答
汽车可靠性技术(大作业)
化工设计大作业(课程设计)剖析
机械可靠性习题
五座中级汽车设计大作业
相关主题
文本预览