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机械零件可靠性与安全系数分析及软件实现

作　者: 王志会
导　师: 谢里阳
学　校: 东北大学
专　业: 车辆工程
关键词: 机械零件多薄弱部位失效相关可靠性安全系数变异系数
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

机械零件在设计过程中存在大量的不确定性因素,在工程上处理这些不确定性因素的传统方法是安全系数法。由于安全系数法在理论上存在一些缺陷,其结果无法完整清晰地评价产品安全度,经常会造成产品在设计上存在较大风险或浪费。而机械可靠性设计方法比安全系数法更科学、更合理,可以弥补安全系数法的诸多不足,这样得到的可靠性安全系数更完善、设计更接近实际、更加符合现代机械零件设计的要求。在进行机械零件可靠性设计时,由于实际结构可能存在多个危险点,一般难以直接确定采用多大的安全系数。本文在传统机械设计方法的基础上,将传统机械设计理论和可靠性设计理论相结合,计算出了系统在独立失效和相关失效两种情况下的可靠度。首先本文简要介绍了机械可靠性工程的发展历史和现状,指出了可靠性安全系数研究的目的和意义,并确定了本文的研究思路和内容。然后,详细分析了机械可靠性设计原理,介绍了系统层应力—强度干涉模型的概念,同时考虑失效独立或者失效相关条件下的系统可靠度计算方法,并指出了传统安全系数和可靠性安全系数的区别与联系。基于上述原理开发了可靠性安全系数分析软件,包括界面的设计,算法的程序化以及软件调用程序的编制等,最终通过调用MATLAB软件计算出不同受载形式下轴的可靠性安全系数,并可以查看弯矩图和最大弯矩值,同时也可以查看系统独立失效和相关失效下系统可靠度与可靠性安全系数的计算结果和最小轴径。最后,采用本软件对卷扬机卷筒心轴进行了可靠性设计分析,得到了卷扬机卷筒心轴的弯矩图并且计算出了系统在独立失效和相关失效时的可靠度与可靠性安全系数,验证了本软件的可行性和通用性,同时对本文的研究内容进行了总结,并展望了今后在进一步工作研究中需要注意和探究的问题。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究的目的与意义  11-12
    1.1.1 可靠性安全系数的研究目的  11-12
    1.1.2 可靠性安全系数的研究意义  12
  1.2 课题相关内容国内外研究发展概况  12-15
    1.2.1 国外机械可靠性工程的发展概况  13-14
    1.2.2 国内机械可靠性工程的发展概况  14-15
    1.2.3 机械零件可靠性设计软件的研究现状  15
  1.3 本文研究的思路与内容  15-16
  1.4 本章小结  16-17
第2章机械可靠性设计原理  17-33
  2.1 概述  17-19
    2.1.1 机械可靠性设计的特点  17-18
    2.1.2 机械可靠性设计的主要内容和方法  18-19
    2.1.3 可靠性设计的统计基础  19
  2.2 应力—强度分布干涉模型法原理  19-23
    2.2.1 应力—强度干涉模型  20-21
    2.2.2 机械零件可靠度的计算方法  21-23
  2.3 系统可靠性模型  23-27
    2.3.1 独立失效下串联系统可靠性模型  23-24
    2.3.2 相关失效现象与机理  24-25
    2.3.3 系统层载荷-强度干涉分析  25-26
    2.3.4 各零件承受不同载荷的系统可靠性模型  26-27
  2.4 安全系数与可靠度  27-30
    2.4.1 经典意义下的安全系数  28
    2.4.2 可靠性设计概念下的安全系数  28-29
    2.4.3 随机变量的均值和标准差的近似计算  29-30
  2.5 可靠性设计所需的数据和资料  30-32
    2.5.1 载荷的统计分析  31
    2.5.2 几何尺寸的统计分析  31-32
    2.5.3 材料力学性能的统计分析  32
  2.6 本章小结  32-33
第3章计算机辅助分析软件的设计  33-47
  3.1 软件工程的建立  33-36
    3.1.1 软件的总体设计思想  33
    3.1.2 软件总流程和主要功能  33-35
    3.1.3 软件的开发平台  35-36
  3.2 界面环境的设计  36-39
    3.2.1 总体界面设计  36-39
    3.2.2 参数输入界面设计  39
  3.3 算法程序设计  39-45
    3.3.1 安全系数算法程序设计  39-41
    3.3.2 弯矩图算法程序设计  41-43
    3.3.3 可靠度算法程序设计  43-45
  3.4 软件调用程序设计  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章机械零件的可靠性设计  47-63
  4.1 概述  47-49
  4.2 受拉伸载荷可靠性设计  49-53
    4.2.1 计算拉杆的直径与允许偏差  49-51
    4.2.2 拉杆直径偏差对可靠度的敏感度分析  51-52
    4.2.3 材料强度标准差对可靠度的敏感度分析  52
    4.2.4 查看不同变异系数下的n-Z图像  52-53
  4.3 心轴的可靠性设计  53-56
  4.4 传动轴的可靠性设计  56-58
  4.5 转轴的可靠性设计  58-61
  4.6 本章小结  61-63
第5章算例及验证  63-69
  5.1 概述  63
  5.2 机械零件常规设计法  63-64
  5.3 机械零件可靠性设计法  64-68
    5.3.1 参数的输入界面  65
    5.3.2 弯矩图的查看  65-66
    5.3.3 结果的查看  66-68
    5.3.4 读取最大弯矩值  68
  5.4 结果分析  68
  5.5 本章小结  68-69
第6章结论与展望  69-71
  6.1 结论  69
  6.2 展望  69-71
参考文献  71-73
致谢  73

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