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机械工程可靠性工艺规划713100【摘要】:随着我国机械制造工业进程的快速发展，对机械工程产品的质量要求也更加具体化，可靠性要求指标更加明确。
从产品的初期可靠性工艺设计规划方案的制定、制造流程及标准执行、可靠性试验和产品使用，它贯穿于产品的整个寿命周期之内。
通过对机械产品各组成零部件进行可靠性试验，结合出现的失效模式及对产品功能的影响进行分析，并把每个潜在失效模式按它的严酷程度予以分类，确定失效源，提出采用的预防改进措施并予以实施，完善可靠性工艺规划，从而降低产品在设计过程的潜在失效风险，使机械产品可靠性逐步得到增长，提高机械产品固有可靠性，最终完成机械工程工艺规划设定的可靠性指标。
关键词：机械工程；可靠性；工艺规划前言机械产品可靠性工艺设计规划及测试方案的制定，是保证产品实现可靠性设计目标的关键要素。
机械产品可靠性设计功能是以使用为目，对产品可靠性工艺设计时，结合产品的使用要求，在满足产品的使用及功能的基础上，保证机械产品可靠性工艺设计规划需求。
为了安全、可靠、高效的生产出所需的机械产品，从设计产品可靠性工艺规划入手，强化测试工艺管理，明确影响机械产品使用质量的理论根源，为提升机械工程产品质量和生产效率创造条件。
在制定可靠性测试方案中，完善可靠性工艺规划，直接影响到机械产品生产工艺预设的固有可靠性指标。
加强可靠性工艺控制，保持工艺规程的稳定性，设置各个工序检验点，有效控制并实施产品工艺设计规划目标，确保产品的可靠性及使用的安全。
1.国内外机械工程可靠性研究现状分析林有志；刘凌霜；宋爱斌；刘明等[1]概述并分析了机械可靠性的设计和研究及其发展，探讨了机械产品设计现状，对可靠性评估方法逐一做了介绍；侯郁[2]综述了国内外可靠性工程的发展概况，李永华；何卫东；[3]对提高机械产品的零部件的稳健性，提出了优化设计方法，通过产品零部件证明其优化设计的有效性和设计的合理性及有效性。
高金梅[4阐述了我国目前机械工程技术的应用，探究了其发展现状及所产生的影响，提出了适合我国目前在机械工程技术的发展模式，从而实现提高机械工程技术设计运用质量水平目的；蒋平[5]对开展机械产品可靠性的保障进行了研究，探讨了机械产品设计工艺可靠性，提出了机械制造过程中的有效控制设计，为完成产品可靠性设定的最终目标提供技术支持。
秋机电一体化系统设计基础形成性考核作业答案SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#《机电一体化系统设计基础》形成性考核作业参考答案形成性考核作业1参考答案一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．× 2．√ 3．√ 4．× 5．× 6．×7．× 8．× 9．× 10．√ 11．× 12．×二、单选题1．C 2．A 3．B 4．A ，A 5．D 6．B 7．A 8．D三、简答题1．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分答：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件和信息处理及控制系统五部分相互协调，共同完成所规定的目的功能。
通过接口及相应软件有机结合在一起，构成内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。
2．简述机电一体化系统中的接口的作用。
机电一体系统是机械、电子和信息等性能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素和子系统之间的接口极其重要。
从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入/输出联系成一体的系统。
3．机械运动中的摩擦和阻尼会降低效率，但是设计中要适当选择其参数，而不是越小越好。
为什么阻尼比公式:02mK B =ξ,由公式可知阻比除了与机械系统的粘性阻尼系数B 有关外，还与系统刚度K 0和质量m 有关。
因此，在机械结构设计时，应当通过对刚度、质量和摩擦系数等参数的合理匹配，得到机械系统阻尼比ξ的适当取值，以保证系统的良好动态特性。
4．简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。
机械系统的刚度对系统的主要影响表现为以下几方面：（1）失动量 系统刚度越大，因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动量也越小；（2）固有频率 机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控制系统或驱动系统的频带宽度，从而避免产生共振；（3）稳定性 刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响，而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
机电一体化系统设计基础形成性考核作业参考答案形成性考核作业1参考答案一、判断题正确的打√,错误的打×1．× 2．√ 3．√ 4．× 5．× 6．×7．× 8．× 9．× 10．√ 11．× 12．×二、单选题1．C 2．A 3．B 4．A,A 5．D 6．B 7．A 8．D三、简答题1．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分答：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件和信息处理及控制系统五部分相互协调,共同完成所规定的目的功能;通过接口及相应软件有机结合在一起,构成内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品;2．简述机电一体化系统中的接口的作用;机电一体系统是机械、电子和信息等性能各异的技术融为一体的综合系统,其构成要素和子系统之间的接口极其重要;从系统外部看,输入/输出是系统与人、环境或其他系统之间的接口；从系统内部看,机电一体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入/输出联系成一体的系统;3．机械运动中的摩擦和阻尼会降低效率,但是设计中要适当选择其参数,而不是越小越好;为什么阻尼比公式:02mK B =ξ,由公式可知阻比除了与机械系统的粘性阻尼系数B 有关外,还与系统刚度K 0和质量m 有关;因此,在机械结构设计时,应当通过对刚度、质量和摩擦系数等参数的合理匹配,得到机械系统阻尼比ξ的适当取值,以保证系统的良好动态特性;4．简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响;机械系统的刚度对系统的主要影响表现为以下几方面：1失动量 系统刚度越大,因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小,系统的失动量也越小；2固有频率 机械系统刚度越大,固有频率越高,可远离控制系统或驱动系统的频带宽度,从而避免产生共振；3稳定性 刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响,而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响,提高刚度可增加闭环系统的稳定性;四、计算题1．解：2．解：该系统的最大转角误差： Δφmax Δφmax =∑=∆Φn k kn k i 1)/(=△φ1/i 1 i 2 i 3 i 4+△φ2+△φ3/ i 2 i 3 i 4+ △φ4+△φ5/i 3 i 4+△φ6+△φ7/i 4+△φ8=3×3×3×3++/3×3×3+ +/3×3+ +/3+ =五、综合题1．答：图中所示的双螺母螺纹预紧调整齿侧间隙,双螺母中的一个外端有凸缘,一个外端无凸缘,但制有螺纹,它伸出套筒外用两个螺母固定锁紧,并用键来防止两螺母相对转动;旋转圆螺母可调整消除间隙并产生预紧力,之后再用锁紧螺母锁紧;2．答：当传动负载大时,可采用双齿轮调整法;消除齿侧间隙的原理：小齿轮1,6分别与齿条7啮合,与小齿轮1,6同轴的大齿轮2,5分别与齿轮3啮合,通过预载装置4向齿轮3上预加负载,使大齿轮2,5同时向两个相反方向转动,从而带动小齿轮1,6转动,其齿面便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧,从而消除了齿侧间隙;形成性考核作业2参考答案一、判断题正确的打√,错误的打×1．× 2．√ 3．× 4．× 5．√ 6．×7．√ 8．√ 9．× 10．√ 11．× 12．×二、单选题1．B 2．C 3．B 4．B 5．D 6．B 7．D 8．B三、简答题1．什么是传感器的静态特性和动态特性传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化或变化非常缓慢时,所表现出来的输出响应特性;需要了解的主要参数有：线性范围、线性度、灵敏度、精确度、分辨力、迟滞、稳定性;传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性;需要了解的主要参数有：幅频特性和相频特性;2．什么是伺服系统伺服系统的一般组成有哪几个部分伺服系统是指以机械位置、速度和加速度为控制对象,在控制命令的指挥下,控制执行元件工作,使机械运动部件按控制命令的要求进行运动,并具有良好的动态性能;1控制器：伺服系统中控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制252t m 3.16610kg m 2G J π-⎛⎫==⨯⋅ ⎪⎝⎭策略,控制器通常由电子线路或计算机组成;2功率放大器：伺服系统中功率放大器的作用是将信号进行放大,并用来驱动执行机构完成某种操作,功率放大装置主要由各种电力电子器件组成;3执行机构：执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成;4检测装置：检测装置的任务是测量被控制量,实现反馈控制;无论采用何种控制方案,系统的控制精度总是低于检测装置的精度,因此要求检测装置精度高、线性度好、可靠性高、响应快;3．简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理;直流伺服电动机脉宽调制PWM 的工作原理：假设输入直流电压U ,可以调节导通时间得到一定宽度的与U 成比例的脉冲方波,给伺服电动机电枢回路供电,通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电压,从而输出不同大小的电压a U ,使直流电动机平滑调速;4．比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别;直流伺服电动机有较高的响应速度和精度以及优良的控制特性,但由于使用电刷和换向器,故寿命较低,需定期维护;适用于数控机床、工业机器人等机电一体化产品中;交流伺服电动机具有调速范围宽、转子惯性小、控制功率小、过载能力强、可靠性好的特点;适用于数控机床进给传动控制、工业机器人关节传动,及运动和位置控制场合;四、计算题1．解：307200÷1024=30转∵ 每转丝杠走2mm,∴刀架位移量为30×2=60mmN=30转/10秒=3转/秒2．解：1步进电机的步距角︒=⨯⨯︒=⋅⋅︒=5.132********N K z α 2减速齿轮的传动比55.1360005.063600=︒︒=︒=αδl i 五、综合题1．答：该传感器为一种角位移式的光电传感器,用于测量角位移,将传感器的输入轴接测量元件;当测量元件转动时,带动输入轴上的开空圆盘;每个开空圆盘对应一个角度;可将圆盘均分最小单位为测量的最小角度;圆盘旋转时,开空与缝隙板对准时,光源将光直射到光敏元件上,将得到一个光电信号脉冲,将脉冲信号输入计数器可记录圆盘转过的角度,也就是测量元件转过角度;2．答：方案a :结构简单、易实现;绳的位移可以很大,但绳在滚筒方向会产生横向位移;需要采用制动器或者止逆型减速器才能防止绳对电机的反向驱动;方案b：结构较简单,成本与方案a相当;绳的位移要受到丝杠长度的限制;普通丝杠具有止逆功能,无需增加制动器即可防止绳对电机的反向驱动;无横向位移;2．方案的测量方法1电机轴安装编码器直接测量绳的位移2滚筒轴安装编码器间接测量绳的位移;形成性考核作业3参考答案一、判断题正确的打√,错误的打×1．√ 2．√ 3．√ 4．√ 5．× 6．×7．× 8．√ 9．× 10．√ 11．× 12．√二、单选题1．D 2．B 3．C 4．D 5．D 6．D三、简答题1．机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么在系统实际运行前,也希望对项目的实施结果加以预测,以便选择正确、高效的运行策略或提前消除设计中的缺陷,最大限度地提高实际系统的运行水平,采用仿真技术可以省时省力省钱地达到上述目的;计算机仿真包括三个基本要素,即实际系统、数学模型与计算机,联系这三个要素则有三个基本活动：模型建立、仿真实验与结果分析;2．机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种分别应用于系统设计的哪个阶段机电一体化系统仿真的模型主要有：物理模型、数学模型和描述模型;当仿真模型是物理模型时,为全物理仿真；是数学模型时,称之为数学计算机仿真;用已研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所构成的仿真称为半物理模型;计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用于分析设计阶段软件级、部件及子系统研制阶段软件—硬件级实时仿真、系统研制阶段硬件级实时仿真阶段;3．PID控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用答：P 比例I 积分D 微分调节器是将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量;其中比例调节起纠正偏差的作用,其反应迅速；积分调节能消除静差,改善系统静态特性；微分调节有利于减少超调,加快系统的过渡过程;此三部分作用配合得当,可使调节过程快速、平稳、准确,收到较好的效果;4．系统采样周期的选择时,主要考虑的影响因素主要有哪些应主要考虑以下几方面：从对调节品质的要求来看,应将采样周期取得小些,这样,在按连续系统PID 调节选择整定参数时,可得到较好的控制效果；从执行元件的要求来看,有时需要输出信号保持一定的宽度;如：当通过数模转换带动步进电动机时,输出信号通过保持器达到所要求的控制幅度需要一定的时间,在这段时间内,要求计算机的输出值不应变化,因此,采样周期必须大于这一时间；从控制系统随动和抗干扰的性能要求来看,要求采样周期短些；从计算机的工作量和每个调节回路的计算成本来看,一般要求采样周期大些；从计算机的精度来看,过短的采样周期不合适;因此,各方面因素对采样周期的要求各不相同,有时互相矛盾,所以,确定采样周期时须根据具体情况和主要要求作出折中选择;5．简述下图所示梯形图的工作过程及逻辑关系,图中接线为：开关1,开关2,开关3,红灯,绿灯;答：、：两个常开触点开关； ：常闭触点开关； 、、：常开触点继电器； T0：通电延时闭合继电器；工作过程：当、、均闭合时,继电器带电使红灯亮,当闭合后启动定时器T0继电器延时3s 后,闭合;当仍然闭合,T0继电器线圈带电,当它闭合绿灯亮;当断开时,小灯全灭;四、计算题1．解：方案1：高速端转角测量传感器与电机连接,通过对电机转角的测量对工作台位移进行间接测量,测量原理如下图所示; 图 梯形图 T03s T0设传感器的每转脉冲数为,则传感器的每个脉冲对应工作台的位移为方案2:低速端转角测量测量原理如图所示,传感与丝杠的端部相连,传感器直接测量丝杠的转角,与减速比无关;应选用n=1000的增量式编码器;选用n s =500脉冲/转 编码器不合用;2．解：由题可得：1当激磁磁场不变时,电机输出转矩T 正比于电枢电流： T =K T i ；2当电枢转动时,电枢中会感应反电势e b ,其值正比于转动的角速度：e b =K E ω 3电枢回路的微分方程为：u e Ri dt di L b =++ 4电机轴上的转矩平衡方程为：T =J M ω, 5求拉氏变换及联立求解得：Ls+RI s+K E Ωs=U s输出转速与输入电压之间的传递函数：五、综合题1．答：信息变换电路位于输入通道,误差的低频分量会影响输出精度,因此对静态有较高要求；而误差的高频分量对输出精度几乎没有影响,允许存在一定程度的高频噪声;传感器位于反馈通道上的环节,其对输出精度的影响与位于输入通道的信号160005.054=⨯=∆⋅=∴⋅=∆i s s i i t n n it变换电路相同;丝杠螺母机构位于闭环之后,其误差的低频分量和高频分量都会影响输出精度,因此要尽量消除传动间隙和传动误差;2．解：设启动按钮为X 1,停止按钮为X 2,正转输出为Y 1,反转输出为Y 21I/O 分配表2选择西门子S7-200型PLC 也可选择其它品牌和型号的PLC,梯形图如下： 形成性考核作业4参考答案一、判断题正确的打√,错误的打× 1．√ 2．× 3．√ 4．× 5．√ 6．√ 7．× 8．× 9．× 10．√ 11．√ 12．× 二、单选题 1．C 2．B 3．A 4．D 5．D 6．D 7．B ． 8．C三、简答题1．何谓概念设计简述概念设计的设计过程; 概念设计：在确定任务之后,通过抽象化,拟定功能结构,寻求适当的作用原理及其组合等,确定出基本求解途径,得出求解方案;概念设计的过程如下图所示;1首先是将设计任务抽象化,确定出系统的总功能；K =3sT0 T0 R T1 S K =3s T1 正转反转2根据系统的总功能要求和构成系统的功能要素进行总功能分解,划分出各功能模块,将总功能分解为子功能,直到分解到不能再分解的功能元,形成功能树；确定它们之间的逻辑关系；3对各功能模块输入/输出关系进行分析,确定功能模块的技术参数和控制策略、系统的外观造型和总体结构；4寻找子功能功能元的解,并将原理解进行组合,形成多种原理解设计方案, 5以技术文件的形式交付设计组讨论、审定;由于体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理,6方案进行整体评价：对不同的方案进行整体评价,选择综合指标最优的设计方案;最终选定最佳方案形成概念产品2．如何进行机电一体化系统的可靠性设计可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力;通常用“概率”表示“能力”来实现可靠性指标的量化;可靠性评价的指标体系主要包括五个方面：可靠性、维修性、有效性、耐久性和安全性;1机电一体化系统的可靠性设计:现代机械系统可靠性设计包括缩短传动链,减少元件数；必要时增设备用元件或系统；简化结构；增加过载保护装置、自动停机装置；设置监控系统；合理规定维修期;2控制系统可靠性设计包括：●采用自动控制使产品具有自适应、自调整、自诊断甚至自修复的功能；●通过元器件的合理选择提高可靠性；●对功率接口采用降额设计提高可靠性；●采用监视定时器提高可靠性；●采取抗干扰措施提高可靠性;3．简述HRGP－1A喷漆机器人的示教再现过程;示教：操作人员用手操纵操作机构的关节和手腕,根据喷漆工件的型面进行示教;此时,中央处理器通过旋转变压器将示教过程中检测到的参数存入存储器,即把示教喷漆的空间轨迹记录下来；再现：由计算机控制机器人运动,中央处理器将示教时记录的空间轨迹信息取出,经过插补运算与采样得到的位置数据进行比较,然后将其差值调节后输出,控制操作机按示教的轨迹运动;4．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能;在数控设备中,计算机数控装置是设备的核心部分,一般由专用计算机或通用计算机输入输出接口以及机床控制器等部分组成;计算机数控装置根据输入的数据和程序,完成数据运算、逻辑判断、输入输出控制等功能；机床控制器主要用于机床的辅助功能,主轴转速的选择和换刀功能的控制;五、综合题1．解：系统设计的详细工程路线：1确定目标及技术规范：机械手的用途:物料搬运;工作方式：手动、自动方式;主要技术参数：3自由度;使用环境要求：生产线;2可行性分析：收集资料、市场分析、可行性分析、技术经济性分析;3总体方案设计：机械手总体结构方案设计,制定研制计划；开发经费概算；开发风险分析;4总体方案的评审、评价5理论分析阶段机构运动学模型、作业空间分析；机构的力学计算；驱动元件的选择、动力计算；传感器选择、精度分析；建立控制模型、仿真分析;2．答：1首先是将设计任务抽象化,确定出系统的总功能；2根据系统的总功能要求和构成系统的功能要素进行总功能分解,划分出各功能模块,将总功能分解为子功能,直到分解到不能再分解的功能元,形成功能树；确定它们之间的逻辑关系；3对各功能模块输入/输出关系进行分析,确定功能模块的技术参数和控制策略、系统的外观造型和总体结构；图1 概念设计步骤4寻找子功能功能元的解,并将原理解进行组合,形成多种原理解设计方案,5以技术文件的形式交付设计组讨论、审定;由于体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理,6方案进行整体评价：对不同的方案进行整体评价,选择综合指标最优的设计方案;最终选定最佳方案形成概念产品;。
可靠性指标分配报告：可靠性分配指标报告可靠性分配方法可靠性设计指标分配gjb 可靠性指标分配公式篇一：可靠性分配第三章可靠性与维修性指标分配3.1 概述3.2 AGREE可靠性指标分配法3.3 可靠性工程加权分配法3.4 维修性工程加权分配法3.5 进行可靠性与维修性指标分配在工程实施上应注意事项第三章可靠性与维修性指标分配3.1 概述可靠性与维修性指标分配是为了把系统的可靠性与维修性定量要求按照一定的准则分配给系统各组成单元而进行的工作。
其目的是将整个系统的可靠性与维修性要求转换为每一个分系统或单元的可靠性与维修性要求，使之协调一致。
它是一个由整体到局部，由上到下的分解过程。
通过可靠性与维修性指标分配，把设计目标落实到相应层次的设计人员身上。
各相应层次的设计人员通过可靠性与维修性指标预计，当感到采用常规的设计不能达到系统的要求时，可以采取特殊设计措施。
比如：采取降额设计、冗余设计、动态设计、热设计、优选元器件、最大的减少元器件数量等措施，以满足系统可靠性要求。
采取可接近性设计、可更换性设计、模块化设计、故障定位（BIT）设计等措施以满足系统维修性要求。
通过可靠性与维修性指标分配，还可以暴露系统设计汇总的薄弱环节及关键单元和部位，为指标监控和改进措施提供依据，为管理提供所需的人力、时间和资源等信息。
因而，可靠性与维修性指标分配是可靠性设计中不可靠缺少的工作项目，也是可靠性工程与维修性工程决策点。
可靠性与维修性指标分配应在系统研制的早期进行，可按可靠性结构模型进行分配，使各分系统、单元的可靠性与维修性指标分配值随着研制任务同时下达，在获得较充分的信息后进行再分配。
随着系统研制的进展和设计的更动，可靠性与维修性分配要逐步完善和进行再分配。
可靠性与维修性指标分配方法很多，在这里仅将工程实用、科学合理方法予以介绍。
3.2 AGREE 可靠性指标分配法这是美国电子设备可靠性顾问组在一份报告中所推荐的分配方法。
机电一体化系统的现代设计方法摘要：机电一体化系统的现代设计方法主要有可靠性设计、优化设计、反求设计、绿色设计、虚拟设计等。
本论文主要介绍了可靠性设计方法和优化设计方法。
可靠性设计包括了很广的内容，可以说在满足产品功能，成本等要求的前提下一切使产品可靠运行的设计都称之为可靠性设计。
优化设计是指将优化技术应用于设计过程，最终获得比较合理的设计参数，优化设计的方法目前已比较成熟，各种计算机程序能解决不同特点的工程问题。
关键词：机电一体化；现代设计方法；可靠性设计；优化设计。
一、引言随着社会的发展和科学技术的进步，使人们对设计的要求发展到了一个新的阶段，具体表现为设计对象由单机走向系统、设计要求由单目标走向多目标、设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域、承担设计的工作人员从单人走向小组甚至大的群体、产品设计由自由发展走向有计划的开展。
与人们对设计的要求相比现阶段的设计确实是落后的，主要表现为：对客观设计的研究不够，尚未很好的掌握设计中的客观规律；当前设计的优劣主要取决于设计者的经验；设计生产率较低；设计进度与质量不能很好控制；实际手段与设计方法有待改进；尚未形成能被大家接受，能有效指导设计实践的系统设计理论。
面对这种形势，唯一的解决方法就是设计必须科学化。
这就意味着要科学的阐述客观设计过程及本质，分析与设计有关的领域及其地位，在此基础上科学的安排设计进程，使用科学的方法和手段进行设计工作，同时也要求设计人员不仅有丰富的专业知识，而且要掌握先进的设计理论、设计方法及设计手段，科学地进行设计工作，这样才能及时得到符合要求的产品。
二、机电一体化系统的现代设计方法概述机电一体化系统的现代设计方法是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。
它运用了系统工程，实行人、机、环境系统一体化设计，使设计思想、设计进程、设计组织更合理化、现代化，大力采用许多动态分析方法，使问题分析动态化，实际进程、设计方案和数据的选择更为优化，计算、绘图等计算机化。
机械设计标准一、引言在机械工程领域，制定和遵守一系列的规范、规程和标准是确保产品质量、安全性和可靠性的重要手段。
本文将介绍机械设计中的一些基本标准，包括尺寸、材料、加工工艺、安全等方面。
二、尺寸标准尺寸标准是机械设计的基础，它们决定了零件的几何形状和相互关系。
按照国际通用的标准，机械设计中常用的尺寸标准有ISO、ANSI和JIS等。
1. ISO标准国际标准化组织（ISO）制定了一系列的机械尺寸标准，如ISO 2768-m和ISO 286等。
在设计中，应根据零件的功能和使用要求选择适当的ISO标准。
2. ANSI标准美国国家标准协会（ANSI）制定了一些机械尺寸标准，如ANSIY14.5和ANSI/ASME B4.2等。
这些标准在美国及其相关行业应用广泛，设计人员应熟悉并使用这些标准。
3. JIS标准日本工业标准化组织（JIS）制定了一系列机械尺寸标准，如JIS B 0401和JIS B 0419等。
这些标准在日本和一些亚洲地区的制造业中得到广泛应用。
三、材料标准材料标准规定了机械设计中所使用的各种材料的基本性能指标和使用要求。
常用的材料标准有ASTM、JIS和GB等。
1. ASTM标准美国材料与试验协会（ASTM）制定了一系列的材料标准，包括金属、塑料、橡胶等各类材料。
设计人员应按照实际需求选择和应用合适的ASTM标准。
2. JIS标准日本工业标准化组织（JIS）同样制定了一系列材料标准，被广泛应用于日本和亚洲地区的产品制造。
设计人员在选择材料时，应参考JIS 标准的要求。
3. GB标准中国国家标准（GB）对于机械设计中常用的材料也有相应的标准规范。
设计人员在选择材料时，应参照国家标准，并结合产品特点和市场需求进行选择。
四、加工工艺标准加工工艺标准规定了机械零件的制造过程中所需的工艺流程、检验方法和质量要求等。
常用的加工工艺标准有ISO9001、ISO14001和TS16949等。
1. ISO9001标准ISO9001是一种质量管理体系标准，旨在确保产品和服务的质量。
第一章可靠性概述1.1 可靠性的内涵1.1.1 产品可靠性的定义可靠性的定义：指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的三个要素是：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
“规定条件”指产品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其技术指标。
1.1.2 可靠性与质量的关系现代质量观念认为，质量包含了系统的性能特性、专门特性、经济性、时间性、适应性等方面。
是系统满足使用要求的特性总和。
（如下图所示[1]）图性能特性、专门特性及其权衡随着现代工程系统的复杂化，系统的专门特性显得更加重要。
1.1.3 可靠性与系统工程的关系1.2 可靠性基本概念1.2.1 故障的定义与分类（1）有关的几个定义故障——产品不能完成规定的功能或存在不能年规定要求工作的状态。
[2]失效——产品丧失规定的功能。
[2]缺陷——产品的质量特性不满足预期的使用要求，随时间（或工作）过程可能发展成各类故障。
[2]故障模式——故障的表现形式。
[1]故障机理——引起故障的物理、化学变化等内在原因。
[1]（2）故障的分类按故障的规律分：偶然故障与渐变故障。
偶然故障是由于偶然因素引起的，只能通过概率统计的方法来预测。
渐变故障是通过事前的检测或监测可以预测到的故障，是由于产品的规定性能随使用时间的增加而逐渐衰退引起的，对电子产品又叫漂移故障。
按故障的后果分：致命性故障与非致命性故障。
按故障的统计特性分：独立故障与从属故障。
不是由另一产品故障引起的故障称为独立故障，反之称为从属故障。
按关联、非关联分：关联故障与非关联故障。
与产品本身有关联。
预期在规定的使用条件下可能发生的任何故障叫关联故障，在解释试验结果或计算可靠性特性值时必须计入；与产品本身无关，预期在使用条件下不可能发生的任何故障叫非关联故障，在解释试验结果或计算可靠性特征量时不应计入。
按责任、非责任分：责任故障与非责任故障。
机械可靠性设计太原理工大学机械工程学院主讲：刘混举机械可靠性设计第2讲机械可靠性设计的基本方法及其指标体系2.1可靠性基本概念⏹可靠性的概念及基本思想可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。
⏹可靠性的基本思想任何参数均为多值的，且呈一定分布。
安全系数大的设备或产品不一定是百分之百的安全。
2.2可靠性定义可靠性的概念可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。
产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件、部件，也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。
规定条件：一般指的是使用条件,环境条件。
包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，也包括操作技术、维修方法等条件。
规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。
规定功能：道德要明确具体产品的功能是什么，怎样才算是完成规定功能。
产品丧失规定功能称为失效，对可修复产品通常也称为故障。
可靠性的类型可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性⏹固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的可靠性；⏹使用可靠性既受设计、制造的影响，又受使用条件的影响。
一般使用可靠性总低于固有可靠性。
可靠性的类型及影响因素2.3可靠性特征量(可靠性指标)⏹可靠度可靠度是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率，一般记为R。
它是时间的函数，故也记为R（t）,称为可靠度函数。
⏹1）可靠度如果用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的时间，其概率密度为f（t）如右图所示，若用t表示某一指定时刻，则该产品在该时刻的可靠度。
对于不可修复的产品，可靠度的观测值是指直到规定的时间区间终了为止，能完成规定功能的产品数与在该区间开始时投入工作产品数之比，即:2）可靠寿命可靠寿命是给定的可靠度所对应的时间，一般记为t（R）一般可靠度随着工作时间t的增大而下降，对给定的不同R，则有不同的t（R），即t（R）=R-1（R）式中R-1——R的反函数，即由R（t）=R反求t4）平均寿命⏹平均寿命：平均寿命是寿命的平均值，对不可修复产品常用失效前平均时间，一般记为MTTP ，对可修复产品则常用平均无故障工作时间，一般记为MTBF 。
它们都表示无故障工作时间T 的期望E （T ）或简记为t 。
如已知T 的概率密度函数f （t ），则⏹⏹经分部积分后也可求得5）失效率和失效率曲线 失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。
一般记为λ,它也是时间t的函数,故也记为λ(t),称为失效率函数,有时也称为故障率函数或风险函数.按上述定义,失效率是在时刻t尚未失效产品在t+△t的单位时间内发生失效的条件概率.即失效率曲线失效期的成因分析:⏹早期失效期:设计、制造、存储缺陷及使用不当；(DFR——Decreasing Failure Rate)⏹偶然失效期:意外过载、误操作、不可抗拒因素等；(CFR——Constant Failure Rate)⏹耗损失效期:疲劳、磨损等。
(IFR——Increasing Failure Rate)1.为什么要重视和研究可靠性？5.已知某产品的失效率为常数可靠度函数，试求可靠度R=0.999的相应可靠寿命t 0.999,中位寿命t 0.5。
()ht /41030.0−×=λ()t e t R λ−=2.4机械可靠性设计的基本特点、内容和方法1）机械可靠性设计的基本特点2）机械可靠性设计的主要内容3）机械可靠性设计的方法和步骤机械可靠性设计的基本特点1)以应力和强度为随机变量作为设计的出发点;2)引用概率和统计方法进行分析和求解;3)能够定量地回答产品的失效率和可靠度;4)根据不同的产品、不同的使用场合采用不同的可靠性指标；5）强调设计对产品可靠性的主导作用，由设计决定产品的固有可靠性，由制造保证固有可靠性。
机械可靠性设计的基本特点6)必须考虑环境的影响；7)必须考虑产品的维修性；8)从整体的、系统的观点出发：⏹人——机——环境系统；⏹重视产品在全寿命周期的总费用。
9）承认在设计阶段及以后的阶段都需要可靠性增长。
2）机械可靠性设计的主要内容3）机械可靠性设计的方法与步骤（1）方法：⏹概率设计法⏹失效树分析法（FTA）⏹失效模式、影响及致命度分析（FMECA）⏹模糊可靠性设计方法3）机械可靠性设计的方法与步骤（2）步骤：⏹明确可靠性要求；⏹调查分析类似产品的使用情况；⏹可靠性分配；⏹进行可靠性分析，确定关键件、重要件；⏹可靠性定性设计——非关键件；⏹可靠性定量设计——关键件；⏹可靠性分析计算与设计评审；⏹可靠性增长（完善）。
注：不同类型的产品，其步骤不尽相同，而采用不同的可靠性设计方法，其步骤也不同。
可靠性设计技术——定性与定量⏹定性：以经验为主，即将过去积累处理失效的经验设计到产品中去，使其具有较高的可靠性；⏹定量：定量地设计、试验、控制和管理产品的可靠性可靠性设计分析⏹事前分析——在设计阶段预测和预防所有可能发生的故障和隐患，消除于未然，把可靠性设计到产品中去；⏹事中分析——产品在运行中的故障诊断、检测和寿命分析技术，以保持运行的可靠性；⏹事后分析——找出产品故障模式的原因，研究预防故障技术（失效分析）。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则1）简单化准则在满足预定功能的情况下，机械设计应力求简单、零部件的数量应尽可能减少，越简单越可靠是可靠性设计的一个基本原则，是减少故障提高可靠性的最有效方法。
但不能因为减少零件而使其它零件执行超常功能或在高应力的条件下工作。
否则，简化设计将达不到提高可靠性的目的。
第2讲机械可靠性设计的基本方法及其指标体系2.5机械可靠性定性设计的十大准则2）模块化、组件化、标准化准则产品零部件的模块化、组件化及其标准化是现代化生产的重要标志，是提高产品可靠性水平的重要手段。
尽量采用模块化、通用化设计方案。
优先选用标准件，提高互换性。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则3）降额设计准则降额设计是使零部件的使用应力低于其额定应力的一种设计方法。
降额设计可以通过降低零件承受的应力或提高零件的强度的办法来实现。
工程经验证明，大多数机械零件在低于额定承载应力条件下工作时，其故障率较低，可靠性较高。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则4）合理选材准则正确选择材料是保证可靠性设计的必要条件之一。
除要考虑材料的结构性能、化学性能和热性能外，还必须考虑材料的稳定性（使用环境、加工方法等的影响）。
选用的零部件、原材料除满足结构尺寸、重量、强度、刚度要求外，还应满足使用环境和寿命要求。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则5）冗余设计准则余度设计是对完成规定功能设置重复的结构、备件等，以备局部发生失效时，整机或系统仍不致于发生丧失规定功能的设计。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则6）耐环境设计准则耐环境设计是在设计时就考虑产品在整个寿命周期内可能遇到的各种环境影响，例如装配、运输时的冲击，振动影响，贮存时的温度、湿度、霉菌等影响，使用时的气候、沙尘振动等影响。
认识环境；控制环境；适应环境。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则7）失效安全设计（Failure Safe）准则系统某一部分即使发生故障，但使其限制在一定范围内，不致影响整个系统的功能。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则8）防误设计准则采用不同的安全保护装置，如灯光、音响等报警装置，监视装置，保护性开关、防误插定位卡、定位销等，并有符合国家标准的醒目的识别标志、防差错或危险标志，防止误动作引起重大事故，主要用于产品或设备的操作系统设计。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则9）维修性设计准则指产品或设备的结构设计应充分考虑其维修性能的优劣。
2.5机械可靠性定性设计的十大准则10）人机工程设计准则人机工程设计的目的是为减少使用中人的差错，发挥人和机器各自的特点以提高机械产品的可靠性。
例如，设计的操作环境尽量适合于人的工作需要，减少引起疲劳、干扰操作的因素，如温度、湿度、气压、光线、色彩、噪声、振动、沙尘、空间等。
机械可靠性设计注意事项：⏹权衡设计——是指在可靠性、维修性、安全性、功能重量、体积、成本（制造成本与运行成本）等之间进行综合权衡，以求得最佳的结果。
⏹创新设计——优先选用经过充分验证、技术比较成熟的设计方案，提高产品设计的继承性。
日本一些企业的专家认为：一个新产品的设计，其80%是采用原有产品或相似产品的设计经验，只有20%是因为产品的功能、性能的变化需要进行重新设计。
（新技术应用原则）。
