机械强度设计计算

机械设计中的机械强度与可靠性研究在机械设计中，机械强度与可靠性是两个非常关键的研究方向。

机械强度主要关注材料的抗力和机构的承载能力，而可靠性则关注机械系统在工作条件下的稳定性和故障率。

一、机械强度研究机械强度是指机械系统在外部加载或内部受力情况下的稳定性和抗力能力。

机械强度的研究主要包括以下几个方面：1.1 材料力学性能研究机械设计中常使用的材料包括金属、塑料、复合材料等。

对于不同的材料，需要进行力学性能研究，包括拉伸性能、压缩性能、抗弯性能等。

通过对材料性能的研究，可以确定材料的极限强度和变形特性。

1.2 结构承载能力分析在机械设计中，结构的承载能力非常重要。

通过结构力学分析和有限元模拟等方法，可以计算出结构在不同载荷下的应力和变形情况。

这样可以评估结构的稳定性，并确定设计中需要加强或者调整的地方。

1.3 疲劳寿命评估机械系统常常在长时间工作条件下承受循环载荷。

疲劳寿命评估是机械设计中不可或缺的一部分。

通过进行疲劳试验和疲劳寿命预测，可以确定机械系统在不同工况下的使用寿命，并进行必要的优化和改进。

二、可靠性研究可靠性是指机械系统在预定条件下工作的稳定性和故障率。

可靠性的研究主要包括以下几个方面：2.1 故障分析与预测在机械设计中，故障分析和预测是非常重要的一项工作。

通过对机械系统的各个部件进行故障分析，可以确定故障的原因和发生概率。

同时，可以通过故障预测模型，对系统的可靠性进行评估和优化。

2.2 可靠性设计在机械设计中，可靠性设计是一种重要的设计思路。

通过在设计中考虑故障预防、冗余设计和备件设计等措施，可以提高机械系统的可靠性。

同时，可靠性设计也需要结合经济性和实际应用情况进行综合考虑。

2.3 可靠性试验与验证对于机械系统的可靠性研究，可靠性试验和验证是必不可少的。

通过设计合理的试验方案和测试方法，可以验证设计的可靠性，并进行必要的优化和改进。

三、机械强度与可靠性的关系机械强度和可靠性是紧密相关的。

机械设计知识点汇总总结一、机械设计基础知识1.1 机械设计概念机械设计是利用机械工程原理和技术来设计和制造机械产品的过程。

机械设计师需要深入了解材料、力学、动力学、液压学、传感器等相关知识，同时需要掌握CAD、CAM等设计工具，以及相关的设计标准和规范。

1.2 机械设计原理机械设计原理包括静力学、动力学、材料力学等内容。

静力学是研究静止或匀速直线运动力学的科学。

动力学是研究物体运动学和受力学的基本理论。

材料力学是材料在外力作用下的应力、应变及其变形特性的研究。

1.3 机械构件设计机械构件设计是以机械装置为研究对象，按照设计任务的要求，通过正确选择材料、形状、尺寸和工艺等方面，对构件的外型、尺寸、材料和工艺进行设计。

1.4 机械设计要求机械设计应满足以下基本要求：功能性、可靠性、安全性、易制造性、经济性、维修性等。

1.5 机械设计流程机械设计的基本流程包括：概念设计、初步设计、细化设计、计算与分析、制造图纸设计、实验验证、改进与优化等。

二、机械设计基础知识2.1 机械零件设计机械零件设计是机械设计的基础，它包括轴、轴承、齿轮、蜗杆、传动轮等零部件的设计。

2.2 机械传动设计传动是机械装置中的重要部分，包括传动链、齿轮传动、带传动、联轴器、减速机等，所以机械传动设计非常重要。

2.3 机械密封设计机械密封是机械装置上非常重要的部分，对于液压系统、润滑系统等都有密封，所以机械密封设计也是机械设计的重要内容。

2.4 机械强度设计在机械设计中强度是一个非常重要的因素，涉及零部件的疲劳强度、许用应力、断裂强度等。

2.5 机械刚度设计在机械设计中，刚度是关键因素，包括零部件的刚度分析、设计刚度等。

2.6 机械动力学设计机械设计中重要的一个方面是动力学设计，包括力、力矩、加速度、速度等动力学分析。

2.7 机械热力学设计在某些机械装置中，还需要做热力学设计，例如热传导、热膨胀、燃烧等。

三、机械制造工艺3.1 机械设计制造工艺机械制造工艺是指设计好的机械零部件如何生产出来的过程，包括车床加工、磨床加工、铣床加工、冲压成型、焊接等。

机械设计课程设计教案一、教学目标1. 让学生了解并掌握机械设计的基本原理和方法。

2. 培养学生运用所学知识解决实际工程问题的能力。

3. 使学生熟悉常用机械设计软件，提高计算机辅助设计的能力。

二、教学内容1. 机械设计的基本概念机械设计的定义、目的和意义机械设计的基本原则和方法2. 机械零件的设计轴承和轴的设计传动机构设计（齿轮、链条、皮带等）联接件设计（螺栓、螺母、焊接等）3. 机械动力学基本概念和研究方法惯性力、力矩和运动规律动力学方程及其应用4. 机械强度计算材料力学性能的计算和选择零件的强度计算方法安全因数和寿命预测5. 计算机辅助设计（CAD）CAD软件的基本操作和功能参数化设计和三维建模机械设计实例分析三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和方法，引导学生掌握机械设计的核心内容。

2. 案例分析法：分析实际工程案例，培养学生解决实际问题的能力。

3. 上机操作法：让学生动手操作CAD软件，提高计算机辅助设计的能力。

4. 小组讨论法：分组进行讨论和设计，培养学生的团队合作意识。

四、教学资源1. 教材：机械设计手册、计算机辅助设计教材等。

2. 课件：PowerPoint、Flash等。

3. 软件：AutoCAD、SolidWorks等。

4. 网络资源：相关学术期刊、论文、视频教程等。

五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业完成情况、小组讨论参与度等。

2. 设计报告：评估学生在课程设计中的创新性、实用性、准确性等方面。

3. 期末考试：测试学生对机械设计基本原理和方法的掌握程度。

六、教学安排1. 课时：共计32课时，包括16次课，每次2课时。

2. 课程安排：第1-4课时：机械设计的基本概念第5-8课时：机械零件的设计第9-12课时：机械动力学第13-16课时：机械强度计算第17-20课时：计算机辅助设计（CAD）七、教学过程1. 导入：通过实际案例介绍机械设计的重要性和应用领域。

2. 讲解：讲解基本概念、原理和方法，结合实例进行分析。

机械强度在机械设计中的作用首先，材料的强度是机械设计的基础。

不同材料具有不同的强度特性，选择合适的材料能够确保机械设备在承受力的情况下不会发生破坏。

材料强度的合理选取是提高机械设备承载能力的前提，同时也是减轻机械设备自身重量的关键。

在机械设计中，常见的材料包括金属材料、合成材料和复合材料等。

不同材料的强度特性十分复杂，需要根据具体应用情况选择合适的材料。

其次，结构的强度是机械设计的核心。

对于机械设备而言，结构的强度决定了机器能否承受外部负载，保持稳定运行。

结构的强度设计涉及到各种应力分析、强度计算和结构优化等工作。

机械结构设计时需要考虑各种工况下的载荷情况，以及材料的疲劳特性和变形特性等。

对于静态载荷情况下的设计，通常采用强度计算方法进行分析；对于动态载荷情况下的设计，需要考虑疲劳寿命和振动特性等因素，并采用材料强度与疲劳寿命计算方法。

机械设计中的强度分析常常涉及到各种载荷条件，包括静载荷、动载荷、冲击载荷等。

静载荷是指机械设备在静止状态下承受的载荷，静载荷分析主要涉及到材料的弹性变形和屈服特性，可以采用弹性力学理论进行分析。

动载荷是指机械设备在运动状态下承受的载荷，动载荷分析需要考虑设备的运动特性和材料的动态响应，通常采用动力学方法进行分析。

冲击载荷是指机械设备突然受到的瞬时载荷，冲击载荷分析需要考虑材料的瞬态响应和破坏形式，通常采用冲击力学方法进行分析。

机械强度的设计还需要考虑材料的安全配合和可靠性。

在机械装配过程中，各零部件之间必须具备一定的间隙，以便于进行装配和维修。

过大的间隙可能导致装配后的松动和振动，过小的间隙可能导致装配困难和零部件的磨损。

因此，在机械设计中必须考虑材料的安全配合，确保机械设备的装配和使用过程中不会引起不必要的损伤。

同时，机械强度设计还需要考虑材料的可靠性，在设计时应该充分考虑材料的强度特性和使用寿命等因素，避免因材料强度不足而导致机械设备的过早失效。

总之，机械强度在机械设计中具有重要的作用。

机械强度的定义《嘿，聊聊机械强度那点事儿》咱今天就来唠唠“机械强度的定义”，听起来是不是有点专业有点玄乎？嘿，别担心，听我给你用接地气的方式说道说道。

机械强度啊，你可以把它想象成是一个物体的“硬骨头”或者“结实劲儿”。

比如说你家里的椅子，要是机械强度不行，你一屁股坐上去，“嘎吱”一声断了，那可就闹笑话了。

同理，汽车得有足够的机械强度才能在路上跑得稳稳当当，要是强度不够，那在高速上跑着跑着散架了咋办？想想都吓人！这机械强度就像是物体的“底气”。

它可决定了一个东西能不能经得住各种外力的折腾。

咱就说咱平时用的手机吧，要是一不小心掉地上了，机械强度好的，捡起来啥事没有，继续用；要是机械强度差的，嘿嘿，屏幕可能就裂了，心疼死你。

我记得有一次啊，我买了个便宜的塑料凳子，看着挺结实的。

结果有一天我一个朋友来我家，比较胖的那种，他一屁股坐上去，只听“咔”的一声，凳子腿断了。

我那朋友一脸尴尬，我就笑着说：“哎呀，这凳子看来机械强度不够哇，承受不住你的体重压力呀。

”大家都笑了起来。

这就是活生生的例子啊，机械强度不行，关键时刻就掉链子。

再说说那些大型机械，像什么起重机啊、塔吊啊之类的。

那对机械强度的要求可就更高了，要是强度不达标的话，吊起东西的时候突然出问题，那可不是开玩笑的，搞不好会出人命的。

这就像是大力士举杠铃，要是他的骨头不够硬，那还怎么举得起来重物呢？要想让一个东西有好的机械强度，那可得在设计和制造上下功夫。

选好材料，合理设计结构，每一个环节都不能马虎。

就好像盖房子一样，要是根基不牢，上面再怎么漂亮也没用，一阵风可能就吹倒了。

总之呢，机械强度看似是个专业术语，其实和我们的生活息息相关。

我们在选择各种物品的时候，不妨也想想它的机械强度够不够，能不能经得住我们的“折腾”。

这样，才能买到更耐用、更可靠的东西。

哈哈，希望我这么一解释，大家对机械强度的定义有了更深刻、更有趣的理解啦！怎么样，是不是听我这么一说，感觉机械强度也没那么神秘了呢？。

机械基础说课教案(标准)章节一：机械概述教学目标：了解机械的基本概念，掌握机械的主要特点和分类。

教学内容：机械的定义，机械的分类，机械的特点。

教学方法：讲解法，案例分析法。

教学步骤：1. 讲解机械的基本概念；2. 分析机械的主要特点；3. 介绍机械的分类；4. 通过案例理解机械的应用。

章节二：常用机械传动教学目标：掌握常用机械传动的工作原理和应用。

教学内容：齿轮传动，皮带传动，链传动，蜗轮传动。

教学方法：讲解法，演示法。

教学步骤：1. 讲解齿轮传动的工作原理和应用；2. 演示皮带传动的过程；3. 讲解链传动的特点和应用；4. 分析蜗轮传动的工作原理。

章节三：机械零件教学目标：了解机械零件的分类，掌握机械零件的主要功能和选材。

教学内容：机械零件的分类，机械零件的功能，机械零件的选材。

教学方法：讲解法，案例分析法。

教学步骤：1. 讲解机械零件的分类；2. 分析机械零件的功能；3. 介绍机械零件的选材；4. 通过案例理解机械零件的应用。

章节四：机械设计教学目标：了解机械设计的基本原则和方法，掌握机械设计的一般步骤。

教学内容：机械设计的基本原则，机械设计的方法，机械设计的一般步骤。

教学方法：讲解法，案例分析法。

教学步骤：1. 讲解机械设计的基本原则；2. 介绍机械设计的方法；3. 分析机械设计的一般步骤；4. 通过案例理解机械设计的过程。

章节五：机械制造教学目标：了解机械制造的基本过程，掌握机械制造的主要方法。

教学内容：机械制造的基本过程，机械制造的方法，机械制造的工艺。

教学方法：讲解法，演示法。

教学步骤：1. 讲解机械制造的基本过程；2. 演示机械制造的方法；3. 介绍机械制造的工艺；4. 通过案例理解机械制造的应用。

章节六：机械强度计算教学目标：学习机械强度计算的基本原理，掌握常见机械零件的强度计算方法。

教学内容：机械强度计算的基本原理，轴、齿轮、联轴器等零件的强度计算。

教学方法：讲解法，练习法。

教学步骤：1. 讲解机械强度计算的基本原理；2. 引导学生练习计算轴的强度；3. 教授齿轮强度计算的方法；4. 演示联轴器强度计算的案例。

实验名称：机械设计方法学实验实验日期：2022年X月X日实验地点：XXX实验室实验指导教师：XXX实验小组：XXX一、实验目的1. 了解机械设计的基本方法和步骤；2. 掌握机械设计过程中常用计算方法和工具；3. 培养学生的创新思维和实际操作能力；4. 增强对机械设计理论知识的理解和应用。

二、实验原理机械设计方法学是研究机械设计基本原理、方法和步骤的一门学科。

本实验旨在通过实际操作，使学生了解机械设计的基本流程，掌握机械设计过程中常用的计算方法和工具，提高学生的机械设计能力。

三、实验内容1. 机构选型与设计；2. 传动系统设计；3. 轴承选型与设计；4. 电动机选型与设计；5. 机械强度计算与校核；6. 设计图纸绘制。

四、实验步骤1. 机构选型与设计（1）根据设计要求，选择合适的机构类型；（2）确定机构的基本参数，如传动比、行程、速度等；（3）绘制机构简图，并进行运动分析。

2. 传动系统设计（1）根据设计要求，选择合适的传动方式；（2）确定传动系统的参数，如齿轮模数、齿数、压力角等；（3）绘制传动系统图，并进行强度校核。

3. 轴承选型与设计（1）根据设计要求，选择合适的轴承类型；（2）确定轴承的参数，如内径、外径、宽度等；（3）绘制轴承装配图，并进行承载能力校核。

4. 电动机选型与设计（1）根据设计要求，选择合适的电动机类型；（2）确定电动机的参数，如功率、转速、电压等；（3）绘制电动机接线图，并进行启动特性分析。

5. 机械强度计算与校核（1）根据设计要求，进行机械强度计算；（2）对关键部件进行强度校核，确保设计满足要求。

6. 设计图纸绘制（1）根据设计要求，绘制设计图纸；（2）确保图纸符合国家相关标准和规范。

五、实验结果与分析1. 机构选型与设计根据设计要求，我们选择了曲柄摇杆机构作为执行机构。

通过运动分析，确定了机构的基本参数，并绘制了机构简图。

2. 传动系统设计根据设计要求，我们选择了齿轮传动作为传动方式。

机械刚度与强度机械刚度和强度是工程设计中非常重要的指标，它们直接影响着机械结构的性能和可靠性。

本文将对机械刚度和强度进行详细介绍，并探讨它们之间的关系和相互影响。

一、机械刚度的概念及意义机械刚度是指物体在受力作用下产生的形变量与所施加的力之间的比值。

简单地说，机械刚度反映了物体在外力作用下的变形程度，能够衡量结构是否能承受外部载荷而保持稳定。

机械刚度的大小与结构的刚性有关。

刚性较大的结构在受力作用下变形较小，具有较高的机械刚度。

而刚性较小的结构在受力作用下变形较大，具有较低的机械刚度。

机械刚度在工程设计中具有重要意义。

一方面，机械刚度可保证结构在工作条件下保持稳定，避免产生过大的变形和振动。

另一方面，机械刚度还对结构的工作性能和寿命产生直接影响。

二、机械强度的概念及意义机械强度是指物体在承受外部力作用下不断发生形变或破坏之前所能承受的最大力的大小。

简单地说，机械强度反映了物体的抗力能力，即承受外部载荷而不会发生破坏的能力。

机械强度与材料的物理和化学性质有关，不同材料的机械强度可以有很大差异。

例如，金属材料的机械强度通常较高，而塑料材料的机械强度较低。

机械强度在工程设计中也具有重要意义。

首先，机械强度可以评估结构是否能够承受预期的外部载荷，保证结构的安全可靠。

其次，机械强度还对结构的抗疲劳性能和使用寿命产生直接影响。

三、机械刚度与强度的关系机械刚度和强度虽然都与结构的力学性能有关，但并不是完全等同的概念。

机械刚度关注结构的形变程度，即结构在受力作用下的变形量。

而机械强度关注结构的承载能力，即结构能够承受的最大力。

机械刚度和强度在很多情况下是相互制约的。

一方面，提高结构的刚度可以降低结构的变形量，减小破坏的可能性，从而提高结构的强度。

例如，在设计桥梁时，增加梁的截面尺寸可以提高其刚度，从而增强桥梁的承载能力。

另一方面，提高结构的强度也可以增加结构的刚度。

例如，在设计高层建筑时，为了提高其整体抗风能力，可以采用更坚固的结构材料和加强梁柱的尺寸，这样既提高了结构的强度，同时也增加了结构的刚度。

机械可靠性设计与安全系数设计方法的对比分析姓名：梁伟文单位：太原理工大学机械工程学院山西太原030024摘要：分析了机械强度计算方法中采用的安全系数法存在的问题，用应力—强度干涉理论,详细分析了可靠性与机械安全系数的关系,给出了相应的计算公式 . 通过示例,表明基于可靠性的机械安全系数设计方法是符合实际的 .对机械可靠性设计的方法与传统的安全系数设计的方法进行对比性分析，对现代机械结构设计规范的发展趋势是逐步提出对可靠性的要求,以取代传统的安全系数的验证，对比两者的优缺点。

指出了常规设计中安全系数确定方法之不足;对可靠性设计中安全系数各参数的确定进行了具体分析和数字推理,阐明了可靠性设计的优越性,从而使材料的机械性能更能得到充分利用。

关键词：可靠性设计安全系数应力1、引言把影响零件工作状态的设计变量都处理成确定的单值变量。

为了保证设计零件的安全可靠,在设计中引入一个大于1的安全系数试图来保障机械零件不发生故障,这种传统设计方法也称为安全系数法。

安全系数法直观、易懂、使用方便,所以至今仍被广泛采用。

但它有较大的盲目性,因为它不能反映设计变量的随机性[1]。

有时候取的安全系数虽然大于1,但是由于强度和应力的数值是离散的,有出现应力大于强度的可能性,因此并不能保证在任何情况下都安全[2,3]。

为了追求安全,设计中有时盲目取用优质材料或加大零件尺寸,从而造成不必要的浪费。

而机械零件可靠性设计中把影响零件工作状态的设计变量都处理成随机变量,它们都有一定的分布规律,应用概率论与数理统计理论及强度理论,求出在给定设计条件下零件产生失效的概率公式,并应用这些公式,求出在给定可靠度要求下零件的尺寸参数,能得到恰如其分的设计,但是该方法计算比较复杂[4]。

可以设想将传统设计的安全系数引入到可靠性设计中去,得出可靠性意义下的平均安全系数,提出一种基于平均安全系数的可靠性设计方法。

2、统安全系数分析传统的机械零件设计方法(即安全系数法)是基于这样的前提:把零件的强度δ和应力 S等参数都处理成单值确定的变量,如图1( a).一个零件是否安全,可用计算安全系数n大于或等于许用安全系数[n]来判断,即式中:δ为零件的极限应力(强度),S为零件危险截面上的计算应力;许用安全系数[ n ]根据零件的重要性、能的准确性及计算的精确性等确定.只要符合所给公式(1) ,就认为零件是安全的,即安全系数法对问题的提法是“这个零件的安全系数是多少”.但是,安全系数本身实质上是一个“未知”系数,安全系数的概念包含了一些无法定量表示的影响因素在内.因此,安全系数不能够给出一个精确的度量,说明所设计的零件究竟在多大程度上是安全的.虽然传统的安全系数法具有直观、易懂、用方便、有一定的实践依据等优点而一直延用至今,但它存在着明显的不足.3、应力强度干涉理论—安全系数可靠性分析概率机械设计方法认为,零件的应力、强度以及其他的设计参数(如数学、何尺寸和物理量)等都是多值的,即服从于一定概率分布规律的随机变量,如图1(b)、(c)所示.考虑到应力与强度的离散性 ,进而又有了以强度均值μδ与应力均值μS之比的均值安全系数n :以强度的最小值δmin和应力最大值S max之比的极限应力状态下的最小安全系数为:式 (1)、(2)、(3)都没有离开经典意义下的安全系数的范畴.为了便于说明问题 ,假设强度分布和应力分布都是正态分布.对于同样大小的强度均值μδ和应力均值μS ,其均值安全系数n的值仍等于μδ/ μS .但这时零件是否安全或失效,不仅取决于均值安全系数 n的大小,还取决于强度分布和应力分布的离散程度,即根据强度和应力分布的标准差ζδ和ζS的大小而定.如图 1 ( b)所示 ,两个分布的尾部不发生干涉和重叠 ,这时零件不致于破坏.但如果两个分布的尾部发生干涉 ,如图 1 ( c)所示 ,则表示将会出现应力大于强度的可能性.应力分布与强度分布的干涉部分 (重叠部分)表示零件的失效概率 Pf (即不可靠度) .图1单值的和多值的(分布的)应力与强度应当注意 ,因为失效概率是两个分布的合成 ,所以仍为一种分布.同时 ,图 1 ( c)中的阴影部分面积不能作为失效概率的定量表示.因为即使应力分布与强度分布完全重合 ,失效概率仅为 50 % ,即仍有 50 %的可靠度.概率机械设计方法对问题的提法是“这个零件在经过多少小时 (例如 1 000 h ,或 2. 5 ×106循环次数)之后 ,失效的概率是多少 (例如 0. 000 1) . ”如果失效概率为 0. 000 1 ,这意味着可靠度为 0. 9999.显然 ,这种提法比安全系数合理得多.它不仅能够定量地表示该零件的安全、可靠的程度 ,而且还能使零件有可以预测的寿命.为了说明安全系数法的不合理 ,进一步分析如下 :(1)保持应力分布和强度分布的标准差ζδ和ζS不变 ,同时以同样的比例 K改变两个分布的均值μδ和μS当K > 1时,如图 2 (a)所示,μδ1和μS1向右移 ,有Kμδ/ KμS = δ1/ S 1 = n ;当 K < 1时 ,如图2( b)所示 ,μδ2和μS2向左移 ,有Kμδ/ KμS = n .由图2可知 ,当 K > 1时 ,失效概率 Pf变小 ,即可靠度 R ( t)增大 ;而当 K < 1时 ,正好相反.由此可见 ,给定一个平均安全系数 n ,并使它保持不变 ,但由于μδ和μS的改变 ,可以有不同的可靠度.因此 ,对于零件设计 ,单值的安全系数是一个靠不住的表示方法.如果均值μδ和μS不变 ,而改变标准差ζδ和ζS ,则可以得到类似的结果.如图3所示,曲线1表示原来的分布,其尾部发生干涉(重叠)的部分较大 ,因而失效概率Pf较大;曲线 2表示两个分布的标准差之一(ζδ或ζS)减小了 ,从而使分布的干涉部分减小,因而失效概率 Pf也减小了;曲线 3表示ζδ和ζS同时都减小了,以至于使分布的干涉部分为零,因而失效概率为零.由此可见,对于同一安全系数,由于ζδ和(或)ζS的改变,仍然可以有不同的可靠度,从而再次证明单值安全系数概念的不足.(2)如果安全系数不变,而同时改变μ、S、δ和ζ,则可靠度将在一个较大的范围内变化.如表1所示.图2当σδ和σS不变,以同一比例K改变μδ和μS时,对Pf的影响图3当均值μS和μδ不变,改变σδ和σS时对Pf的影响表1在规定的应力分布和强度分布下的安全系数及相应的可靠度注:1.应力与强度的单位为MPa ;2. 0. 9166表示在小数点后有16个9.综上所述 ,不难看出:(1)以概率论和数理统计为理论基础的可靠性设计方法比传统的安全系数法要合理得多 ,因为安全系数没有与定量的可靠性相联系,由于把设计参数视为定值,没有分析参数的离散性对可靠性的影响,使结构的安全程度具有不确定性;(2)可靠性设计能得到恰如其分的设计,而安全系数法则往往为了保险而导致过分保守的设计,由此带来的后果是盲目地选用优质材料或加大零件尺寸,形成不必要的浪费;(3)可靠性设计可使零件有可以预测的寿命及失效概率,而安全系数法则不能,当产品要求有限寿命时,可靠性设计的优点更为突出;(4)可靠性设计方法比较敏感,例如表1中的序号2和序号3,当δ、S和ζS相同时,仅仅ζδ由34. 5改变为55. 2,所得的可靠度值有较大的差别.因为在每1000次任务中,序号2平均有5次失效而序号3平均有40次失效,等于前者的8倍.3 可靠性意义下确定的安全系数因为强度δ和应力S是随机变量,自然,定义为强度与应力之比的安全系数也是随机变量.如果已知强度δ和应力S的概率密度函数f(δ)和f( S ),由二级随机变量的概率知识,可算出n的概率密度函数,因此,可通过下式计算零件的可靠度,即 :式 (4)表明,当安全系数呈某一分布状态时,可靠度R是安全系数n的概率密度函数在区间[1 ,∞]内的积分,见图4,这就是可靠度与安全系数之间的关系.3. 1 均值安全系数均值安全系数定义为零件强度的均值μδ和零件危险断面上应力均值μS的比值,公式采用式(2).当应力与强度服从正态分布时,为把均值安全系数与零件的可靠度联系起来,将联结方程与式(2)联立求解,消去μS ,得均值安全系数为μδ :图4安全系数n的概率密度函数工程中常给出强度的变异系数Cδ( Cδ = ζδ/ μδ)和应力的变异系数 CS ( CS = ζS / μS ) ,下面推导用这些变异系数表示的平均安全系数.由联结方程式 (5)有 :β2 (σδ2 + σ2S ) = (μδ - μS ) 2将Cδ和 CS及 n的表达式代入得 :β2( n2Cδ2+ μ2S C2S ) = ( nμS - μS ) 2即解 n的一元二次方程 ,并考虑到 n≥1 ,得 :由于式(6)和(7)是联结方程式(5)导出的 ,它与联结方程完全等价.但这两个公式直观、明确地表达了安全系数与可靠度系数、度和应力参数之间的关系,使用起来十分方便.3. 2 随机安全系数零件的强度δ和应力S 是随机变量,因此安全系数n = δ/ S 也是随机变量, n 被称为随机安全系数,它与可靠度R 的关系由式(4)确定.设k、ε是任意大于零的常数,.n 为随机变量n的均值, n3为| n - k.n | >ε范围内的n 值,则所以即由于式中: C n为n 的变异系数,σ为n 的标准差.令,则可求得n ≥1 的概率表达式:由上式可知,欲求可靠度R , 必须先求得k 值和n的变异系数Cn .由式(9) 可知,不等号右端第二项应有一定限制,才能得到合理的结果. 为此令由,解得: 对于k 值,可以证明,所以按式(10) 确定的k 值下,ω有极小值.将式(10) 代入式(9) ,有:由随机变量的代数运算可得:所以这样,当已知随机变量δ和S 的变异系数, 就可求得随机安全系数n 的变异系数,进而由式(10) 求得可靠度R 与.n 的关系. 最后,随机安全系数的范围为:至此,建立了作为随机变量的安全系数n 与可靠度R 、均值安全系数.n 之间的关系.4 实例已知某零件材料的强度变异系数Cδ= 0. 08 ,应力变异系数CS = 0. 10 ,要求该零件的可靠度R= 0. 95. 试估算该零件的均值安全系数.n 和随机安全系数n.解:由R = 0.95 , 查标准正态分布表, 得β=1. 65 , 代入式(7) ,则由式(13) 得:由式(14) 得随机安全系数1 ≤n≤1. 679.5 结束语经过上述的公式演算，表明的可靠性设计比安全性系数设计的优越性，对于日益发展的机械行业，可靠性设计将越来越处于领导地位，而安全性系数设计只会慢慢背排斥掉！用可靠性设计理论分析与确定安全系数,克服了传统安全系数的不足,在解决有关机械设计强度计算中,选用安全系数更合理,计算精确更高,更接近实际.参考文献:[1 ] 李良巧. 机械可靠性设计与分析[M] . 北京:国防工业出版社,1998.[2 ] 牟致忠,朱文予. 机械可靠性设计[M] . 北京:机械工业出版社,1993.[3 ] 凌树森. 可靠性理论及其在机械工程中的应用[J ] . 江苏机械,1981 (增刊) .。