文档介绍：第第八八章章机械机械零件可靠性设计应用零件可靠性设计应用概述概述螺栓连接的可靠性设计螺栓连接的可靠性设计齿轮的可靠性设计齿轮的可靠性设计轴的可靠性设计轴的可靠性设计滚动轴承的可靠性设计滚动轴承的可靠性设计 8 8 .1 .1 概述概述机械可靠性设计仍然以常规机械设计的设计原理、准则、计算方法及其计算公式为基础,只是在进行可靠性设计时是将这些公式中的设计变量作为服从某种分布规律的随机变量,并运用概率论与数理统计方法和强度理论,推导出在给定的设计条件下零件具有一定可靠度的计算公式。在机械可靠性设计中,并不是所有的零部件都要设计的具有很高的可靠度,也不是所有的零部件都要求有同样的可靠性指标。而是应当根据不同的情况, 根据具体的设计要求和该零部件在整个机械系统中的重要程度,提出不同的可靠度要求。 8 8 .1 .1 概述概述故障后果允许可靠度机械产品类别灾难性失事重大事故 R(t)≥ ~ 一旦失效会带来人身伤亡或巨大损伤等灾难性后果的、极端重要的零、部件或机械系统, 例如:飞行器,军事装备,赛车的转向、制动系统,化工设备,起重机械,医疗器械等经济性损伤重大 R(t)≥ 一旦失效会带来经济损伤的、重要的或比较重要的零、部件或机械系统,例如:工艺装备,农业机械,一般机械等一般损伤 R(t)≥ 修理费用在规定标准范围内 R(t)机器的不重要零部件表8-1 机械产品故障后果及其可靠度 8 8. .2 2螺栓连接的可靠性设计螺栓连接的可靠性设计螺栓连接是机械静连接中可拆连接的一种,其应用非常广泛。从载荷作用力而言,有拉伸载荷和剪切载荷。对于受拉螺栓,其主要失效形式是螺栓螺纹部分发生断裂,因而其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度;对于受剪螺栓,其主要失效形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断,其设计准则是保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度,其中连接的挤压强度对连接的可靠性起决定性作用。 8 8. .2 2螺栓连接的可靠性设计螺栓连接的可靠性设计 1 1受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(松螺栓连接) 受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(松螺栓连接) 设拉应力 S沿螺栓横截面均匀分布, 失效模式为螺纹部分的塑性变形和断裂,则可靠性设计准则为: )()0(tRSP????可靠性设计内容有: ( 1)已知轴向静载荷、材料及可靠度指标,求螺栓直径及其公差; ( 2)进行可靠度对几何尺寸(螺栓直径)变化的敏感度分析。 8 8. .2 2螺栓连接的可靠性设计螺栓连接的可靠性设计松螺栓在工作中仅受拉力 F,常规设计给出的螺纹部分的强度条件是: 进行可靠性设计时,上式中的是相互独立的随机变量,均呈正态分布。当变异系数不大时应力亦近似呈正态分布,其均值及标准差分别为: ][ 4 2Sd FS c??? cdF, 22 2241 dc Sd Fdd F c??????????????? 222 22 224 44 Fd Fc dc SCCSFdd F c c???????? 1 1受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(松螺栓连接) 受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(松螺栓连接) 8 8. .2 2螺栓连接的可靠性设计螺栓连接的可靠性设计试验表明,在轴向静载荷作用下螺栓强度的分布规律亦近正态分布,因螺栓拉伸应力和抗拉强度均为正态分布, 故其可靠性指标计算式为: 查正态分布表可得到可靠度值 R(t) 。 22S S RZ????????? 1 1受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(松螺栓连接) 受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(松螺栓连接) 8 8. .2 2螺栓连接的可靠性设计螺栓连接的可靠性设计紧螺栓连接装配时,螺母需要拧紧,在拧紧力矩作用下,螺栓除受预紧力的拉伸而产生拉伸应力外,还受螺纹摩擦力矩的扭转而产生扭转剪应力,使螺栓处于拉伸与扭转复合应力状态下。在紧螺栓连接中螺栓受预紧力和轴向工作拉力作用的情形比较常见,因而也是最重要的一种。常规设计时螺栓危险截面的强度条件为: ][4 2 2???? cd FS][ 2?? Fd c??或 1 1受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(紧螺栓连接) 受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(紧螺栓连接) 8 8. .2 2螺栓连接的可靠性设计螺栓连接的可靠性设计分析螺栓连接的受力和变形关系得知,螺栓的总拉力和预紧力、工作拉力、残余预紧力、螺栓刚度及被连接件刚度有关,其关系式为: 2F 0F F bC 1F mC FCC CFFFF mb b????? 012式中, —为螺栓的相对刚度; —为螺栓危险截面的直径( mm ); —为螺栓材料的许用拉应力( MPa ) mb bCC C? cd][? 1 1受拉伸载荷螺栓连接可靠性设计(紧螺栓连接) 受拉伸载荷螺栓连接可靠性