机电产品可靠性设计教案

121323121312231323121323()()()()()()()()()s R t P A P A A P A A P A A P A A A A P A A A A P A A A A P A A A A A A ==++---+2/3表决系统：()0112101211201()1()t t t S S R t e e e λλλλλλλλλθλλλλ-+--⎡⎤=+-⎣⎦+-=++转换装置的失效率为λ0：第一章:绪论可靠性:是指产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力.可靠性三要素:规定条件:包括使用时的环境条件和工作条件,规定时间:指产品规定了的任务时间,规定功能:指产品规定了的必须具备的功能及技术指标.故障(失效):设备在工作过程中,因某种原因“丧失规定功能”或危害安全的现象.任务可靠性:产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力.基本可靠性:产品在规定条件下,无故障的持续时间或概率.任务可靠性比基本可靠性要求更高.这两者有时是相互矛盾的,提高产品的任务可靠性,可能会降低基本可靠性,反之亦然.在可靠性分配时,要进行两者之间的权衡,或采取其他不相互影响的措施.固有可靠性:产品在生产过程中确立的可靠性.生产厂在模拟实际工作标准环境下,对产品进行检测并给以保证的可靠性.使用可靠性:与产品的使用条件密切相关,受到使用环境、操作水平、保养与维修、使用者的素质等因素的影响.维修性:产品在发生故障或失效后,能迅速修复以维持良好而完善的状态的难易性.广义可靠性:产品在整个寿命周期内完成规定功能的能力.包括狭义可靠性和维修性.可靠性研究内容:可靠性数学、物理、工程(管理、技术).可靠性设计:应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据,在给定的可靠性指标下,对零件、部件、设备或系统进行设计.可靠度R(t):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.产品可靠度是时间的函数.不可靠度(累积失效概率)F(t):产品在规定的条件下和规定的时间内,丧失规定功能概率称为不可靠度R(t)+F(t)=1.可靠度的观测值:直到规定的时间终了为止,能完成规定功能的产品数与该区间开始时刻投入工作产品数之比.失效率(或故障率):工作到某时刻尚未故障的产品,在该时刻后单位时间内发生失效(或故障)的概率.平均失效率:在某一规定的时期内失效率的平均值.浴盆曲线:大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆,称之为浴盆曲线.依次为早期故障期、偶然故障期、损耗故障期.可靠寿命:给定的可靠度所对应的产品工作时间.中位寿命:产品的可靠度等于0.5时的寿命.特征寿命:产品的可靠度等于e -1时的寿命.平均寿命:产品寿命的平均值.对于不可修产品,平均寿命就是平均故障前时间;对于可修复产品,平均寿命就是平均故障间隔时间.平均故障前时间(MTTF)、平均首次故障前时间(MTTFF)、平均故障间隔时间(MTBF)第二章:可靠性数学基础概率:对事件发生的可能性大小的数量的描述值//若对于随机试验的每一个基本可能的结果ω,都对应着一个实数X(ω),且随着ω的不同,X(ω)取不同的实数值,则变量X 为定义在样本空间上的随机变量.按取值形式分为离散性和连续型随机变量.数学期望(均值)E(X)分布的平均值、方差D(X) =E(X-E(X))2、标准差中位数(值)分布密度图的中间值、众数频率(或频数)为最大的随机变量的位置、极差R(最大最小值之差)、变异系数(标准差比均值)、协方差cov(X,Y)=E{[X-E(X)][Y-E(Y)]}相关系数:ρx,y=cov(X,Y)/[√D(X)√D(Y)].协方差和相关系数是描述和研究二维随机变量X 和Y 之间的相互关联程度的两个数字特征.二项分布(0<p<1):P n (k)= C n k p k q n-k (q=1-p)记作X~B(n,p).二项分布中,n 较大且p 很小时,可用泊松分布近似计算.泊松分布:P λ(k)=P(X=k)=(λk e -λ)/k!(k=0,1,2,...,n)均匀分布[a,b]:E(X)=(a+b)/2,D(X)=(b-a)2/12随机变量的统计特征值:寿命概率密度函数f(t),寿命分布函数F(t),可靠度函数R(t)、失效率函数λ(t).指数分布(λ>0):特点:1)失效率是常数,2)平均寿命与特征寿命相同,均为失效率的倒数,3)当产品工作至平均寿命时间时,其可靠度下降到36.8%,4)无记忆性.正态分布(σ>0):E(X)=μ,D(X)=σ2记作X~N(μ,σ2) 1)概率密度函数曲线的形状是中间高、两边低,左右对称2)含有两个未知参数,即均值和方差3)概率密度函数曲线的包络面积为1.对数正态分布:1)概率密度函数呈不对称的山包形,顶部附近失效密度较高,2)含有两个未知参数,即均值和方差,3)概率密度函数曲线的包络面积为1.抽样和样本:抽样是随机的抽取和组成样本的过程.样本是取自总体的部分个体的集合.样本所包含的个体数目,称为样本容量.第三章:系统可靠性设计系统:由相互作用和相互依赖的若干单元结合成的具有特定功能的有机整体.为了完成某一特定功能,由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体,各单元相互协调.(系统和单元的含义是相对的.)系统可靠性设计的目的:1)保证性能指标,获得最大的可靠性,2)根据给定可靠性指标,设计满足各项要求的产品.系统分类:①非储备系统(串联系统)②储备系统A 工作储备(并联系统、混连系统、表决系统、桥联系统)B 非工作储备(旁连系统)③复杂系统.能否修复:可修复/不可修复系统.影响系统可靠性的因素:①各组成单元的可靠性②各单元的组合方式③各单元的性能匹配.原理图:反映了系统及其组成单元之间的物理上的连接与组合关系.表示系统中各部分之间的物理关系.而可靠性逻辑框图则表示系统中各部分之间的功能关系,即用简明扼要的直观方法表现能使系统完成任务的各种串-并-旁联方框的组合.功能框图、功能流程图:反映了系统及其组成单元之间的功能关系.系统的原理图、功能框图和功能流程图是建立系统可靠性模型的基础.基本可靠性模型:用以估计产品及其组成单元发生故障所引起的维修及保障要求的可靠性模型.任务可靠性模型:用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率(在规定任务剖面中完成规定任务功能的能力),描述完成任务过程中产品各单元的预定作用,用以度量工作有效性的一种可靠性模型.系统中储备单元越多,则其任务可靠性越高.说明:系统逻辑框图只表明各单元功能与系统功能逻辑关系,而不表明各单元之间结构上的关系;各单元的排列次序无关紧要,一般情况下,输入和输出单元的位置,常常相应地排列在系统逻辑框图的首和尾,而中间其他单元的次序可任意排列.认为系统及其组成的各单元均可能处于两种状态:正常和失效.各单元所处的状态是相互独立的.组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致整个系统故障的称为串联系统.(串联系统各单元寿命均服从指数分布时,串联系统的寿命也服从指数分布)提高串联系统的可靠性:1)尽可能减少串联单元数目2)提高单元可靠性,降低其故障率3)缩短工作时间.并联系统:组成系统的所有单元都发生故障时,系统才发生故障.优缺点:并联系统单元数越多,系统可靠度越大;但是系统的结构尺寸及重量都越大,造价高.n 常取2,3.一般混联系统是由串联和并联混合组成的系统.串并联系统由若干个子系统串联构成,每个子系统由若干个单元并联而成.并串联系统由若干个子系统并联构成,每个子系统由若干个单元串联而成.系统由n 个单元组成,若系统中有k 个或k 个以上单元正常,则系统正常,这样的系统称作n 中取k 表决系统.2/3表决系统:Rs(t)=3R 2(t)-2R 3(t).组成系统的各单元只有一个单元工作,当工作单元故障时,通过转换装置接到另一个单元继续工作,直到所有单元都故障时系统才故障,称为旁联系统,又称非工作储备系统.优缺点:非工作储备的优点是能大大提高系统的可靠度.缺点是:1)由于增加了故障监测与转换装置而提高了系统的复杂度;2)要求故障监测与转换装置的可靠度非常高,否则储备带来的好处会被严重削弱.第四章:可靠性分配与预计可靠性分配:将使用方提出的系统可靠性指标,从上而下,由大到小,从整体到局部,逐步分解,分配到各分系统,设备和元器件.可靠性预计:在系统的设计阶段根据组成系统的元器件等在规定条件下的可靠性指标、系统的结构、系统的功能以及工作方式等来推测系统的可靠性.是一个由局部到整体、由小到大,由下到上的一种综合过程.可靠性分配目的:合理确定系统各子系统及其下级单元的可靠度,确保系统的可靠性指标得以实现.使各级设计人员明确其可靠性设计要求.设计者可以更加全面地权衡系统性能、功能、重量、费用等之间的关系,合理进行系统设计.使系统所获得的可靠度值更加合理,节省制造的时间和费用.可靠性预计的目的:将预计结果与要求的可靠性指标相比较,审查设计任务书中提出的可靠性指标是否能达到.在方案论证阶段,根据预计结果进行方案比较,选择最优方案.在设计阶段,通过预计发现设计中的薄弱环节,加以改进.为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等方面的研究提供依据.通过预计给可靠性分配奠定基础.可靠性分配的原则:①技术水平:技术上不成熟的产品;分配较低的可靠性指标.对于这种产品提出高可靠性要求会延长研制时间;增加研制费用.技术上成熟的产品;可以分配较高的可靠性指标.②复杂程度:对于复杂度高的分系统、设备等;应分配较低的可靠性指标;因为产品越复杂;其组成单元就越多;要达到高可靠性就越困难.③重要程度:对于重要度高的产品;应分配较高的可靠性指标;因为重要度高的产品的故障会影响人身安全或任务的完成.④任务情况:对于处于恶劣环境条件下工作的产品;应分配较低的可靠性指标;因为恶劣的环境会增加产品的故障率.以下均为无约束分配方法等分配法又称为平均分配法.适用于系统中各单元具有近似的复杂程度、重要性以及制造成本.这种分配法虽简单;但不太合理.因为在实际系统中;一般不可能存在各单元可靠性水平均等的情况;但对一个新系统;在方案论证阶段进行初步分配是可取的.评分分配法:通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分;对评分进行综合分析获得各单元产品之间的可靠性相对比值(评分因素:复杂度、技术水平、工作时间、环境条件);根据评分情况给每个分系统或设备分配可靠性指标.再分配法:如果系统可靠性预计结果小于规定的系统可靠度;则须重新进行可靠度分配;适用于详细设计阶段.(提高低可靠性单元的可靠度并按等分配法进行再分配;原可靠度较高的单元可靠度则保持不变)采用比例分配法根据老系统中各分系统的故障率;按新系统可靠性的要求;给新系统的各分系统分配故障率.新系统中子系统的故障率=新系统的故障率指标╳老系统中子系统的故障率/老系统的故障率指标.相对失效率(失效概率)法、AGREE 法.可靠性预计目的与用途:①评估系统可靠性;审查是否能达到要求的可靠性指标.②在方案论证阶段;通过可靠性预计;比较不同方案的可靠性水平;为最优方案的选择及方案优化提供依据.③在设计中;通过可靠性预计;发现影响系统可靠性的主要因素;找出薄弱环节;采取设计措施;提高系统可靠性.④为可靠性分配奠定基础.系统可靠性预计:系统可靠性预计是以组成系统的各单元产品的预计值为基础;根据系统可靠性模型;对系统基本/任务可靠性进行预计.系统可靠性预计必须注意时间基准的问题.(分为基本可靠性预计和任务可靠性预计)元器件计数法:按不同种类元器件的数量来预计单元和系统可靠度的方法.采用这个方法进行预计;首先确定设计方案中各种元器件的类型.(统计每一类元器件的数目;用某一类元器件的数目乘以该类元器件的通用失效率;各类元器件的失效率相加)系统的失效率=(累加)元器件数量╳通用失效率╳质量系数常用的单元可靠性预计方法:相似产品法,评分预计法,应力分析法,机械产品可靠性预计法可靠性框图法:以系统组成单元的预计值为基础,依据建立的可靠性框图及数学模型计算得出系统任务可靠度.可靠性预计方法:数学模型法、相似产品法、相似复杂性法、功能预计法、应力分析法、边值法(上下限法)、元部件计数法.边值法又称为上下限法,将一个复杂的系统先简化成某些单元组成的串联系统,求该串联系统的可靠度预测值的上限及下限.然后逐步考虑系统的其他部分,逐次求出越来越精确的可靠度上限值和下限值,当达到一定的精度要求后,再将上限值和下限值合成一个可靠度单一预测值.第五章:故障模式影响及危害性分析可靠性3F :故障模式、影响与后果分析(FMECA)、故障树分析(FTA)、故障报告、分析与纠正措施系统(FRACAS).FMEA 潜在失效模式及后果分析(将问题扼杀在摇篮之中)故障:产品在规定的条件下不能完成预期的功能.故障模式:故障的表现形式.故障影响:产品的每一个故障模式对产品自身或其它产品的使用、功能和状态的影响.危害性:表示故障的影响程度.FMECA 的目的:通过系统分析,确定元器件、零部件、设备、软件在设计和制造过程中所有可能的故障模式,以及每一故障模式的原因及影响,以便找出潜在的薄弱环节,并提出改进措施.FMECA 方法:功能FMECA 、硬件FMECA 、软件FMECA 、损坏模式影响分析(DMEA)、过程FMECA 、统计FMECA.FMECA 步骤:明确分析范围、产品任务分析和功能分析、系统功能分析,确定故障判据,选择FMECA 方法,实施FMECA 分析,给出FMECA 结论.故障判据是判断是否故障的依据,也称为故障判断准则,它是判断产品是否构成故障的界限值.故障原因分析:直接原因:导致产品功能故障的产品自身的物理、化学或生物变化过程等,直接原因又称为故障机理.间接原因:由于其他产品的故障、环境因素和人为因素等引起的外部原因.故障原因分析的目的:找出每个引起故障的设计、制造、使用和维修等方面的因素,进而采取有效的改进、补偿措施,以防止或减少故障发生的可能性.故障影响是指产品的每一个故障模式对其自身或其他产品的使用、功能和状态的影响.严酷度:产品故障造成的最终影响的严重程度.危害性分析(CA)目的:按每一故障模式的严重程度和该故障模式发生的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类,以便全面评价系统中各种可能出现的产品故障的影响.CA 是FMEA 的补充和扩展,只有在进行FMEA 的基础上才能进行CA.CA 的常用方法:风险优先数(RPN )、危害性矩阵法.RPN=S ╳O ╳D//S-故障模式严酷度、O-故障模式发生度、D-故障模式检测度.RPN 数越高,危害性越大.检测度评分准则(D)检验程序可以检出的潜在设计缺陷的难易程度,因此越难检测出故障越要注意.危害性矩阵法分为:定性分析、定量分析.在不能获得准确的产品故障数据(如故障率)时,应选择定性的分析方法;若可以获得产品的较为准确的故障数据时,则应选择定量的分析方法.定性分析方法:把每个故障模式发生可能性分成离散的级别,分析人员按所定义的级别对每一个故障模式进行评定,结合严酷度类别绘制危害性矩阵图.(发生概率等级A→E 逐渐降低,严酷度等级I →IV 逐渐降低)危害性矩阵图:横坐标按等距离表示严酷度类别,纵坐标为故障模式发生概率等级,比较每个故障模式的危害程度,进而为确定改进措施的先后顺序提供依据.描点后画垂线,距离越长危害越大.定量分析法,计算以下指标:故障模式频数比a:产品的某一故障模式发生次数占其全部故障模式发生次数的百分比率.模式故障率l m 是指产品总故障率l p 与该故障模式频数比a 的乘积.故障影响概率:此故障模式的发生可能导致的多种最终影响.故障模式危害度:产品在时间t 内以第i 种故障模式产生第j 类严酷度类别的故障次数.产品危害度:评价产品的危害性,代表了一个产品在时间t 内发生第j 类严酷度类别的故障次数.FMECA 报告应包含的内容:系统的原理图、功能方框图、可靠性方框图、FMEA 表格、CA 表格、RPN 评分准则、危害性矩阵图.第六章:故障树分析故障树是一种逻辑因果关系图,组成元素是事件和逻辑门.事件:用来描述系统和元、部件故障的状态.逻辑门:把事件联系起来,表示事件之间的逻辑关系.以系统最不希望发生的事件为顶事件,应用各种逻辑演绎的方法研究分析造成顶事件的各种直接和间接原因.故障树分析(FTA)通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析,画出故障树,从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率.定性分析:寻找导致顶事件发生的原因事件及原因事件的组合,帮助分析人员发现潜在的故障及设计薄弱环节.定量分析:根据底事件发生的概率计算和估计顶事件发生的概率.FTA 的目的:帮助判明可能指数分布://概率密度函数t e t f λλ-=)(可靠度函数t e t R λ-=)(累积失效概率t e t F λ--=1)(均值(平均寿命)λθ/1=方差1()D t λ=故障率()()()tt f t e t R t eλλλλλ--===可靠寿命11()lnt R Rλ=中位寿命11(0.5)ln0.5t λ=特征寿命11(e )t λ-=正态分布(高斯分布)://概率密度函数2()2() (-<<+)t f t t μσ--∞∞可靠度函数⎰∞----=tu t dtet R 2)(21211)(σπσ累积失效概率22()2()d (-)-t t F t e t t μσ--∞<<+∞∞标准正态分布转换t z μσ-=令 对数正态分布://Y =ln(X )服从正态分布概率密度函数()22ln 1() (0)2y y x f x x μσ⎛⎫⎡⎤- ⎪⎢⎥-<<∞ ⎪⎢⎥ ⎪⎣⎦⎝⎭可靠度函数R(t)=1-Φ(z)累积失效概率2ln ln ()exp dz=2yy y y x x z F x μμσΦσ-⎛⎫-⎛⎫-⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭-∞=Φ(z)均值(平均寿命)21()exp()2x y y E x μμσ==+方差()222var()exp 1x y y x σμσ⎡⎤==-⎣⎦指数分布并联:当系统各单元的寿命分布为指数分布时,对于两单元并联系统,有1212()()t t ts R t e e e λλλλ---+=+-1212()()()()R t R t R t R t =+-s s 11()1()1()1[1()]n ni i i i R t F t F t R t ===-=-=--∏∏指数分布串联:s s 111()exp()exp()i nnnt ti i i i i R t e t t e λλλλ--=====-=-=∏∑∑ 其中s 1nii λλ==∑2/3指数分布表决系统:()()()()333121212132312312()22tttt tt t t t s tttt R t ee ee ee ee ee eeeλλλλλλλλλλλλλλλλλλ----------+-+-++-+=++-=++-各单元故障率相同时:23()32t ts R t e e λλ--=-1213231231112()s s R t dt θλλλλλλλλλ∞==++-+++++⎰各单元故障率相同时:325()236s s R t dt θλλλ∞==-=⎰旁连系统:1nS ii θθ==∑指数分布旁连系统:S 11=ni iθλ=∑11()k n nt i s k i i k i k R t e λλλλ-==≠⎛⎫⎪= ⎪- ⎪⎝⎭∑∏各单元故障率相同时:S nθλ=()()()()2110()12!1!!n n tts k t t t R t et e n k λλλλλλ----=⎡⎤=++++=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦∑等分配法:串联系统:i R :()1/11ni s R R =--发生的故障模式和原因;发现可靠性和安全性薄弱环节,采取改进措施;计算故障发生概率;发生重大故障或事故后,FTA 是故障调查的一种有效手段,可以系统而全面地分析事故原因;指导故障诊断、改进使用和维修方案等.特点:是一种自上而下的图形演绎方法;有很大的灵活性;综合性:硬件、软件、环境、人素等;主要用于安全性分析.故障树:底事件、结果事件、特殊事件//底事件(基本事件&未探明事件)、顶事件、中间事件、开关事件(位于故障树底部,已经发生或必将发生的特殊事件,在正常工作条件下必然发生或必然不发生的特殊事件)、条件事件.故障树建树步骤:确定并熟悉所分析的系统、确定故障树的顶事件、故障树作图、简化故障树.禁门:仅当“禁门打开条件”发生时,输入事件B 发生才导致输出事件A 发生.故障树的模块:包含两个或两个以上的底事件.与故障树中其余部分无重复底事件的子故障树.故障树的模块可以从整个故障树中分割出来,单独进行最小割集分析和概率计算,对简化复杂的故障树非常有效.故障树定性分析的目的:找出故障树的最小割集和最小路集.建立由最小割集或路集表达的故障树结构函数.结构函数是底事件状态变量的布尔表达式,它服从布尔代数的运算规则.割集:故障树中一些底事件的集合,当这些底事件同时发生时,顶事件必然发生.最小割集:若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集了,这样的割集就是最小割集.最小割集的意义:降低复杂系统潜在事故风险;消除可靠性关键系统中的一阶最小割集,可消除单点故障;可以指导系统的故障诊断和维修.路集:故障树中一些底事件的集合,当这些底事件不发生时,顶事件必然不发生.最小路集:若将路集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为路集了,这样的路集就是最小路集.结构函数是表示系统状态的一种布尔函数,其自变量是该系统组成单元的状态.反映了系统状态与单元状态之间的关系.求割集:集合运算法,上行法,下行法.定量分析的目的:计算或估算系统顶事件发生的概率及系统的其他可靠性指标.对系统的可靠性、安全性及风险做出定量评价.假设:各底事件相互独立;底事件和顶事件均为二状态.对偶树的最小割集是故障树的最小路集.重要度:底事件或最小割集对顶事件发生的影响程度重要度分析的应用:改善系统设计,确定系统需要监测的部位,制定系统故障诊断时的核对清单等重要度分类:概率重要度(第i 个部件不可靠度的变化引起系统不可靠度变化的程度)关键重要度(相对概率重要度)(不仅反映底事件发生概率的变化对顶事件发生概率变化的影响,也反映了底事件发生概率的大小对顶事件发生概率大小的影响),结构重要度(元、部件在系统中所处位置的重要程度,与元、部件本身故障概率毫无关系) 第七章:机械零件可靠性设计的基本原理机械可靠性问题的分类:结构可靠性-主要考虑机械结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效.机构可靠性-主要考虑的不是强度问题引起的失效,而是考虑机构在动作过程由于运动学问题而引起的故障.传统机械设计与机械可靠性设计的区别:设计变量的处理方法不同,设计变量运算方法不同,设计准则含义不同. 机械零件可靠性设计的特点:将应力和强度视为随机变量；以可靠度作为设计准则；能定量地回答产品的失效概率和可靠度；有多种可靠性指标供选择；强调在设计阶段对产品可靠性的主导作用；考虑环境的影响；考虑维修性.应力-强度干涉模型SSI:应力和强度都是服从一定分布的随机变量,把应力和强度的分布在同一坐标系中表示.广义的应力:施加于产品或零件上的物理量,如:应力、压力、温度、湿度、冲击等.影响因素包括:载荷情况、应力集中、工作温度、润滑状态等.广义的强度:产品或零件能够承受上述应力的程度.影响因素包括:材料性能、表面质量、尺寸效应等.基于统计的可靠性定义:在规定的时间和规定的条件下,设备无故障完成规定功能的能力R=Pr(t ≥T).基于模型的可靠性定义:基于SSI 模型得到的强度大于应力的概率R=Pr(δ≥S).不确定性:目前知识状态与完整知识状态之间的差别.安全系数:零件的强度与作用于它上面应力的比值,即主强度与主应力的比值.第八章:机械零件疲劳可靠性零件的疲劳寿命:零件从投入工作到发生疲劳断裂的过程中,经历的时间或载荷作用次数.材料发生疲劳破坏,经历裂纹起始或萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展(断裂)三个阶段,疲劳总寿命也由两部分组成:裂纹萌生寿命-传统疲劳,裂纹扩展寿命-断裂疲劳.疲劳研究的任务:疲劳载荷谱；疲劳裂纹萌生和扩展的机理及规律；寿命预测与抗疲劳设计的方法.抗疲劳设计:对承受循环应力或应变的零件和构件,根据疲劳强度理论和疲劳试验数据,决定其合理的结构和尺寸的机械设计方法.无限寿命设计、安全寿命设计、损伤容限设计、耐久性设计.疲劳极限曲线:应力循环特性不同时,在特定的应力循环次数下,疲劳极限平均应力与应力幅之间的关系曲线.S-N 应力-寿命曲线:应力比一定(r = 0或r = -1),描述最大工作应力与应力循环次数之间关系的曲线.将各级应力水平下疲劳寿命曲线上可靠度相等的点用曲线连接起来,得到存活率(P )-应力(S )-循环次数(N )曲线.有限疲劳寿命、无限疲劳寿命、疲劳失效区、疲劳安全区.线性疲劳累积损伤理论、双线性疲劳累积损伤理论、非线性疲劳累积损伤理论.第九章:机械零件可靠性设计主要内容:已知零件的应力、材料强度的分布及其数字特征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与评估；依据零件的许用可靠性指标,确定零件在一定概率意义上按全状态所要求的尺寸和材料性能.优化设计:从多种方案中选择最佳方案的设计方法. 以数学中的最优化理论为基础,以计算机为手段,根据设计所追求的性能目标,建立目标函数,在满足给定的各种约束条件下,寻求最优的设计方案.优化设计的步骤:建立数学模型、选择最优化算法、程序设计、制定目标要求、用优化算法筛选最佳设计方案.优化设计模型的三要素:设计变量、目标函数、约束条件.机械可靠性优化设计的意义:产品的最佳可靠性问题影响到国家资源与能源的合理利用；使产品满足可靠性要求,又能使产品具有最佳的工作性能或参数；是研制大型成套设备、航空航天装备迫切需要发展的技术.第十章:电子产品可靠性设计电子元器件是元件和器件的总称,是电子、电气系统的基础产品,是能够完成预定功能而不能再分割的电路基本单元,其自身的可靠性是十分重要的.可靠性:规定时间、规定条件下实现规定功能的能力(可靠性)规定数量的器件在规定时间和规定条件下失效的概率(失效率)规定时间:平均寿命:元器件,平均故障间隔时间(MTBF):整机设备//规定条件:电应力:静电,浪涌,过电压,过电流,噪声；温度应力:高温,低温,温度循环；机械应力:振动,冲击,加速度；气候应力:高湿度,盐雾,低气压,辐射//固有可靠性:器件制造完成时所具有的可靠性,取决于器件的设计、工艺和原材料//使用可靠性:器件用于整机系统时所具有的可靠性,与器件的工作与非工作条件有关.电子元器件的质量等级:是指元器件装机使用之前,在制造、试验及筛选过程中的质量控制等级.对元器件的失效率有很大的影响.冗余设计:在系统或设备完成任务起关键作用的位置,增加一套以上完成相同功能的通道、单元或元件.当该部分出现故障时,系统仍能正常工作.耐环境设计:为了提高系统可靠性和对各种环境的适应能力,需要进行耐环境设计.抗气候、机械、辐射、电磁干扰设计.降额设计就是使元器件或设备工作时承受的工作应力适当低于元器件或设备的额定值,是电子、机电产品可靠性设计的重要内容.确定产品用的元器件采用的降额等级、降额参数和降额因子.降额设计的目的:降低基本故障率、提高使用可靠性；降额主要因素:电应力和温度；降额设计的关键:降额的程度与效果.电磁兼容包括设备能够抵抗所接受到的干扰而正常工作；设备所发射的电磁干扰不能影响其它设备的正常工作.热分析:获得产品的温度分布；热设计:采取相应的温度控制措施,控制电子设备的温度.合理温度布局,控制温度,提高可靠性.电子产品可靠性工程的本质:根据系统可靠性要求选择固有可靠性适当的器件使产品具有价格低、质量好、可靠性高的特点-使用可靠的器件.在已知器件固有可靠性情况下,通过应用分析和可靠性增长设计,确保产品可靠性满足客户需求-可靠地使用器件.第十一章:可靠性试验目的:保证出售产品的可靠性、对新材料、新工艺、新元件、新设计进行评价、研究新的试验方法、暴露使用过程中可能出现的不安全因素、研究产品失效分布规律.分类:①工程试验:环境应力筛选、可靠性研制试验、可靠性增长试验②统计试验:可靠性鉴定试验、可靠性验收试验、可靠性寿命试验.对比:试验项目:工程试验/统计试验//试验目的:保证和提高产品的可靠性/对产品达到的可靠性水平给出定量评估//试验条件:对暴露缺陷快捷、有效/尽可能模拟实际使用情况//试验方法:多种多样不受限/需满足一定的统计规则//试验结果:提高产品可靠性/评估产品可靠性.环境应力筛选试验:通过向电子产品施加环境应力和电应力,迅速暴露产品中存在的工艺、元器件缺陷,但不致影响正常产品的性能和寿命的一种工艺.目的：剔除设计、工艺缺陷和其它原因引起的早期故障,提高产品的使用可靠性,为改进产品设计、工艺提供依据.可靠性增长:通过不断地消除产品在设计或制造过程中的薄弱环节,使可靠性特征量随时间逐步提高的过程,贯穿于产品的全寿命周期.核心:消除影响产品可靠性水平的设计缺陷.关键:发现影响产品可靠性水平的设计缺陷.可靠性增长试验:目的:在装备研制或生产阶段通过试验获得设计缺陷的信息,以便对其进行分析和采取纠正措施,及早解决大多数可靠性问题,提高产品可靠性水平.原理:将研制生产的产品置于实际使用的环境(模拟工作环境或加速变化的环境)应力条件下经受一定时间的试验，使产品的设计缺陷暴露为故障.可靠性统计试验:从母体中抽取一定样本进行试验,用样本的可靠性水平对研制的产品、生产的批量产品做出可靠性水平的判定.可靠性寿命试验:评价、分析产品寿命特征,一般在实验室条件下模拟实际使用工况进行试验.通过寿命试验可以了解产品寿命统计规律,以便作为可靠性预测、可靠性设计、制定筛选条件,改进产品质量的依据.。

机械可靠性设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解并掌握机械可靠性设计的基本概念、原理和方法；2. 使学生了解机械系统失效的类型及其影响因素，能够运用可靠性理论分析机械故障；3. 引导学生掌握可靠性数学模型，并能运用相关软件进行机械可靠性分析与设计。

技能目标：1. 培养学生运用可靠性理论解决实际工程问题的能力；2. 提高学生运用计算机软件进行机械可靠性分析与设计的能力；3. 培养学生团队协作、沟通表达的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱机械工程，关注机械可靠性设计领域的发展；2. 增强学生的工程意识，培养其严谨的科学态度和良好的职业道德；3. 引导学生认识到机械可靠性设计在工程领域的重要性和价值，提高其社会责任感。

本课程针对高年级本科或研究生阶段的学生，充分考虑学生的知识背景、认知能力和实践需求。

通过本课程的学习，使学生能够将理论知识与实际工程相结合，提高解决实际问题的能力，为今后从事机械设计与制造领域的工作打下坚实基础。

同时，注重培养学生的团队协作、沟通表达等综合素质，使其成为具有创新精神和实践能力的高素质工程技术人才。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 机械可靠性设计基本概念：介绍可靠性、失效、故障等基本概念，分析可靠性指标及其计算方法。

2. 机械系统失效类型及影响因素：阐述机械系统失效的类型，探讨应力、应变、温度、湿度等影响因素。

3. 可靠性数学模型：讲解可靠性数学模型的基本原理，包括概率论、数理统计、随机过程等。

4. 可靠性分析与设计方法：介绍常见的可靠性分析方法，如故障树分析、事件树分析、蒙特卡洛模拟等，以及可靠性设计方法。

5. 计算机软件应用：教授常用可靠性分析与设计软件的操作方法，如MATLAB、ANSYS等。

6. 实践案例：分析典型机械可靠性设计案例，使学生了解实际工程中的应用。

教学内容依据以下教材章节组织：1. 《机械可靠性设计》第一章：基本概念与方法；2. 《机械可靠性设计》第二章：失效类型及影响因素；3. 《机械可靠性设计》第三章：可靠性数学模型；4. 《机械可靠性设计》第四章：可靠性分析与设计方法；5. 《机械可靠性设计》第五章：计算机软件应用；6. 《机械可靠性设计》附录：实践案例。

电子系统可靠性设计基础教案一、引言电子系统在现代社会中的应用越来越广泛，如何确保电子系统的可靠性成为了工程师们的重要任务。

本教案将介绍电子系统可靠性设计的基础知识，为学生打下扎实的基础。

二、可靠性的定义与评估1. 可靠性定义可靠性是指在给定的时间和条件下，电子系统正常工作的概率。

可靠性通常用失效率来衡量，失效率越低表示可靠性越高。

2. 可靠性评估方法a. 应力-应变模型：通过对电子系统在不同应力条件下的性能进行测试，从而预测系统在实际工作中的可靠性。

b. 加速寿命试验：在一定的时间内，将电子系统置于高应力环境下，以加速其失效过程，从而评估其可靠性。

c. 可靠性增长模型：通过对历史数据进行分析，建立可靠性增长模型，用于预测电子系统在未来工作中的可靠性。

三、可靠性设计的基本原则1. 多元化设计采用冗余设计、备份设计等多元化手段，提高系统的容错能力，从而提高可靠性。

2. 合理的失效处理策略在设计中考虑失效处理的方法，如采用恢复性设计、故障诊断与定位等手段，能够及时处理故障，提高系统可靠性。

3. 合理的材料选择与工艺流程选择可靠性高、使用寿命长的材料，并采用合理的工艺流程，能够降低系统失效的概率。

四、可靠性设计的方法与工具1. 可靠性分析通过故障模式与影响分析（FMEA）等方法，识别出潜在故障及其影响，为设计提供参考和改进方向。

2. 可靠性预测通过可靠性预测方法，对电子系统的可靠性进行定量评估，为设计提供指导和决策依据。

3. 可靠性测试通过可靠性测试，验证电子系统在实际使用环境中的可靠性，为设计的改进提供数据支持。

五、案例分析以某电子设备的可靠性设计为案例，对以上所学的知识进行实际应用和分析，加深学生对可靠性设计的理解和掌握。

六、总结通过本教案的学习，学生将了解到电子系统可靠性设计的基础知识和方法，并能够应用所学的知识进行可靠性设计的分析和评估。

这对于日后工程师的工作具有重要意义，也为进一步学习和研究提供了坚实的基础。

《机电产品可靠性设计》教案一、教学目标1. 了解可靠性工程的基本概念和重要性。

2. 掌握可靠性设计的基本原理和方法。

3. 学习可靠性试验和评估的基本方法。

4. 能够应用可靠性设计原理和方法解决实际问题。

二、教学内容1. 可靠性工程概述可靠性的定义和特性可靠性工程的基本概念可靠性在工程中的重要性2. 可靠性设计原理可靠性模型和可靠性框图可靠性分配和可靠性预计故障树分析（FTA）和故障模式及影响分析（FMEA）3. 可靠性设计方法冗余设计容错设计维修性设计诊断系统设计4. 可靠性试验和评估可靠性试验的类型和目的可靠性增长试验可靠性评估方法5. 可靠性应用案例分析实际案例分析可靠性设计在特定工程中的应用三、教学方法1. 讲授：讲解可靠性工程的基本概念、原理和方法。

2. 案例分析：分析实际案例，加深对可靠性设计应用的理解。

3. 小组讨论：分组讨论可靠性设计的方法和应用，促进学生之间的交流。

4. 练习题：布置练习题，巩固所学知识，提高解题能力。

四、教学资源1. 教材：《机电产品可靠性设计》相关教材。

2. 课件：PowerPoint 课件，用于辅助讲解和展示案例。

3. 练习题：提供相关的练习题和案例分析题。

五、教学评估1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现和作业完成情况。

2. 练习题：评估学生对可靠性设计方法和应用的理解程度。

3. 案例分析报告：评估学生对可靠性设计应用的分析和解决问题的能力。

4. 期末考试：全面测试学生对可靠性工程知识的掌握程度。

六、教学安排1. 课时：共计32课时，每课时45分钟。

2. 教学计划：课时1-2：可靠性工程概述课时3-4：可靠性设计原理课时5-6：可靠性设计方法课时7-8：可靠性试验和评估课时9-10：可靠性应用案例分析七、教学要点1. 重点：可靠性工程的基本概念、可靠性设计原理和方法、可靠性试验和评估的基本方法。

2. 难点：可靠性模型的建立、故障树分析（FTA）和故障模式及影响分析（FMEA）的应用、可靠性设计方法在实际工程中的应用。

机械零部件可靠性设计培训教材1. 介绍本教材旨在介绍机械零部件的可靠性设计原理与方法，并提供相应的培训。

随着现代机械设备的不断发展与更新，如何提高机械零部件的可靠性成为了制造企业亟需解决的问题。

可靠性设计是一种系统工程方法，通过考虑机械零部件在特定工作环境下的可靠性需求，选择适当的设计和制造措施，以强化零部件的可靠性和性能。

本教材将介绍相关理论知识，并通过具体案例进行实际应用。

2.1 可靠性概念可靠性是指在特定环境条件下，系统、产品或零部件在规定时间内完成预期功能的能力。

本部分将详细介绍可靠性的定义、评估方法和可靠性工程的基本原理。

2.2 可靠性设计流程可靠性设计应当贯穿整个产品开发过程的各个阶段。

本部分将介绍可靠性设计的流程，包括需求分析、概念设计、详细设计、制造和测试等环节。

3.1 可靠性指标可靠性指标是评估产品或零部件可靠性的重要指标。

本部分将介绍常见的可靠性指标，如平均无故障时间（MTTF）、失效率（FR）、失效模式与效应分析（FMEA）等。

3.2 可靠性增长分析可靠性增长分析是评估产品或零部件在运行过程中的可靠性变化趋势。

本部分将介绍可靠性增长分析的方法和应用。

3.3 容错设计容错设计是通过设计措施来提高零部件的可靠性，使其在出现故障时仍能继续正常运行。

本部分将介绍容错设计的原理和常用方法。

4.1 可靠性试验可靠性试验是评估产品或零部件可靠性的一种有效手段。

本部分将介绍可靠性试验的基本原理和常见方法。

4.2 可靠性验证可靠性验证是确认产品或零部件设计的可靠性能力的过程。

本部分将介绍可靠性验证的方法和注意事项。

4.3 可靠性测试可靠性测试是评估产品或零部件可靠性的关键环节。

本部分将介绍可靠性测试的流程和实施技术。

5. 可靠性管理5.1 可靠性设计的应用可靠性设计不仅仅适用于新产品的开发过程，也可以应用于现有产品的改进和优化。

本部分将介绍可靠性设计在产品开发过程中的应用实例。

5.2 可靠性管理体系可靠性管理体系是确保产品或零部件可靠性的关键环节。

机电设备与维修专业机电设备维修与保养课程的优秀教案范本培养学生机电设备维修与保养的能力提升设备可靠性机电设备与维修专业机电设备维修与保养课程的优秀教案范本——培养学生机电设备维修与保养的能力，提升设备可靠性一、引言机电设备与维修专业是培养学生掌握机电设备维修与保养技能的专业，其课程设计对学生的能力培养至关重要。

本文旨在提供一份优秀的教案范本，将机电设备维修与保养课程的教学内容、教学目标、教学方法以及评估方式等进行详细阐述，以帮助教师更好地教授该课程，培养学生的机电设备维修与保养能力，提高设备可靠性。

二、教学内容1. 机电设备维修与保养的基础知识a. 机电设备的结构和工作原理b. 常见故障诊断与排除方法c. 维修文档的编写与维护2. 机电设备维修与保养的技能训练a. 仪器仪表的使用与维护b. 电气控制系统的诊断与修复c. 机械传动系统的维护与调试3. 设备可靠性提升的方法与技术a. 故障预测与预防b. 设备保养与维护计划的制定c. 故障数据分析与改进措施三、教学目标1. 知识目标a. 理解机电设备的基本原理和结构b. 掌握常见故障的诊断与排除方法c. 能够编写和维护维修文档2. 技能目标a. 熟练使用各类仪器仪表进行检测与维修b. 能够对电气控制系统进行诊断与修复c. 具备机械传动系统的维护与调试能力3. 态度目标a. 具备严谨的工作态度与责任心b. 培养团队合作与沟通能力c. 注重安全意识与环境保护四、教学方法1. 理论与实践相结合a. 通过理论课程学习机电设备的基本知识b. 利用实验课程进行技能训练和操作实践2. 项目案例教学a. 选取一些实际的机电设备维修与保养案例进行分析和讨论b. 让学生通过解决实际问题提升能力和技巧3. 群体讨论与合作学习a. 组织小组讨论，让学生共同解决问题，促进团队合作b. 鼓励学生互相学习和交流经验五、评估方式1. 学习笔记与作业a. 要求学生每次课堂都做好笔记，有助于巩固所学知识b. 布置作业，考察学生对课程内容的理解和应用能力2. 实践操作与实验报告a. 要求学生参与实验操作，并提交实验报告b. 评估学生的动手能力和实验记录准确性3. 项目案例分析报告a. 要求学生选择一个机电设备的维修与保养案例进行分析和报告b. 评估学生的问题解决能力和综合应用能力六、结语通过本教案范本的设计和实施，教师可以充分利用机电设备维修与保养课程提供的教学内容和教学方法，培养学生的机电设备维修与保养能力，提高设备的可靠性。

《机电产品可靠性设计》教案第一章：概述1.1 教学目标让学生了解机电产品可靠性设计的基本概念。

让学生掌握机电产品可靠性设计的重要性和应用领域。

1.2 教学内容机电产品的定义和特点可靠性基本概念可靠性数学基础可靠性设计的重要性可靠性设计在工程中的应用领域1.3 教学方法讲授案例分析1.4 教学评估课堂讨论课后作业第二章：可靠性数学基础2.1 教学目标让学生掌握可靠性数学基础，包括失效概率、可靠度、寿命分布等概念。

2.2 教学内容失效概率的定义和计算方法可靠度的定义和计算方法寿命分布的定义和特点可靠性指标的计算和分析2.3 教学方法讲授示例讲解2.4 教学评估课堂练习课后作业第三章：机电产品可靠性模型3.1 教学目标让学生了解机电产品可靠性模型的建立方法和应用。

3.2 教学内容可靠性模型的分类和特点建立可靠性模型的方法机电产品可靠性模型的应用可靠性模型的评价和优化3.3 教学方法讲授案例分析3.4 教学评估课堂讨论第四章：机电产品可靠性设计方法4.1 教学目标让学生掌握机电产品可靠性设计的方法和步骤。

4.2 教学内容可靠性设计的基本原则和方法可靠性设计的关键步骤和技巧可靠性设计在机电产品中的应用实例可靠性设计的评价和优化4.3 教学方法讲授案例分析4.4 教学评估课堂练习课后作业第五章：案例分析与实践5.1 教学目标让学生通过案例分析和实践，提高机电产品可靠性设计的实际应用能力。

5.2 教学内容实践项目：学生分组进行机电产品可靠性设计实践，提高实际应用能力。

5.3 教学方法案例分析5.4 教学评估案例分析报告实践项目报告第六章：环境因素对可靠性的影响6.1 教学目标让学生了解环境因素对机电产品可靠性的影响。

掌握环境适应性设计的方法和原则。

6.2 教学内容环境因素分类及其对可靠性的影响环境适应性设计原则环境试验方法环境适应性改进设计6.3 教学方法讲授实例分析6.4 教学评估课堂讨论课后作业第七章：可靠性增长与维护7.1 教学目标让学生掌握可靠性增长的概念和途径。

机电产品可靠性设计与评估研究一、引言机电产品作为现代工业的基础设施之一，为工业生产和生活服务提供了必要的支持。

其中，可靠性是机电产品最重要的性能指标之一，它能够保证设备的长期稳定运行，为生产和生活带来更大的效益。

因此，机电产品的可靠性设计与评估是工业生产的重要环节。

二、机电产品可靠性设计1. 可靠性概念可靠性是指设备在规定的时间内，保持规定的性能水平的概率。

机电产品的可靠性通常包括工作可靠性和运行可靠性两个方面。

工作可靠性是指设备作为单个元件的可靠性，通常以故障率来表示。

运行可靠性是指设备作为整体系统的可靠性，它可通过故障链、故障树等方法来分析评估。

2. 可靠性设计原则（1）采用可靠性优良的零部件和材料。

（2）结构和工艺设计具有可靠性。

（3）不断优化设备的结构和设计。

（4）采用可靠性高的维修方法。

（5）在研发过程中加强质量控制。

3. 可靠性设计方法（1）故障模式与影响分析（FMEA）通过对设备的各个部件分析可能出现的故障模式及其影响，以便在设计时考虑故障的防范与控制。

（2）故障树分析（FTA）通过故障树分析的方法，得出设备故障产生的根本原因，以便在设计、制造和运行过程中预防或控制故障的发生。

（3）可靠性增长设计通过对产品加固、优化部件等方式，提高产品的可靠性。

三、机电产品可靠性评估1. 可靠性评估概念可靠性评估是指对机电产品进行可靠性分析，确定其可靠性水平，识别问题和改进策略，从而提高机电产品的可靠性水平。

2. 可靠性评估方法（1）故障检测频度分析（FMECA）通过对设备故障模式分析，分析故障模式的频度和可修复性，以便确定故障的优先级和修复策略。

（2）可靠性增长测试对机电产品进行可靠性增长测试，以检测产品的可靠性水平是否达到要求。

（3）可靠性质量控制对机电产品的质量进行控制，以保障产品的可靠性水平。

（4）故障分析通过对机电产品故障原因分析，确定机电产品存在的问题和改进策略，提高产品可靠性水平。

四、结论机电产品的可靠性设计与评估是现代工业中必不可少的过程，它能够通过优化设计和评估方法，提高机电产品的可靠性水平，从而提高生产效益和服务生活。