第六章 機械零部件可靠性設(shè)計

第6章機械零部件可靠性設(shè)計概述：

機械零件可靠性設(shè)計：1.已知零件工作應(yīng)力和材料強度的分布及其分布參數(shù)和設(shè)計目標(biāo)要求的可靠性(可靠度或可靠壽命)，對零件進(jìn)行可靠性校核。2.依據(jù)零件的許用可靠性指標(biāo)和材料性能，確定零件的幾何尺寸。

常規(guī)設(shè)計零件強度的判據(jù)：存在的問題：1.產(chǎn)品在整個使用過程中任一時刻的失效概率；2.產(chǎn)品在設(shè)計的條件和壽命下，是否會因為可靠度太高而造成成本不必要的加大，或者因為可靠度太低而造成不應(yīng)有的破壞。第6章機械零部件可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計能解決：概述：故障后果允許可靠度機器類別災(zāi)難性失事事故完不成任務(wù)飛行器、軍事裝備、化工設(shè)備、醫(yī)療器械、器重機械等經(jīng)濟性修理停歇時間增加工藝設(shè)備、農(nóng)業(yè)機械、家用生活機械降低工況，輸出參數(shù)惡化無后果(修理費用在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍)機器中的一般零部件1.所設(shè)計的產(chǎn)品在規(guī)定條件下和運行時間內(nèi)，其失效情況及破壞概率2.可以根據(jù)零件的重要程度來決定可靠度的大小，從而得到更合理的設(shè)計參量表6-1故障后果及可靠度第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計松螺栓連接裝配時，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前螺栓沒有預(yù)緊力，也常稱為拉桿連接。進(jìn)行可靠性設(shè)計時，將F，d1看成是相互獨立的隨機變量，均服從正態(tài)分布。因此，當(dāng)其變異系數(shù)不大時，應(yīng)力也近似為正態(tài)分布，其均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為：螺栓直徑d1的變異系數(shù)工作拉力F的變異系數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計強度級別強度極限屈服極限推薦材料最小值均值變異系數(shù)最小值均值變異系數(shù)4.64.84004750.053240320272.5387.50.060.07420，105.65.85006000.055300400341.5483.70.0520.07430，35，20，Q2356.66.96007000.048360540408.85800.0510.07435，45，40Mn8.88009000.037640774.90.07535，35Cr10.912030.0269001080100813820.0770.09440Mn2表6-5螺栓材料強度均值與變異系數(shù)估算值第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計例：設(shè)計一松螺栓連接。已知作用于螺栓上的載荷近于正態(tài)分布，其均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為F＝30000N，SF＝0.2F/3，求可靠度R(t)＝99.5％時的螺栓直徑。解:(1)螺栓材料強度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差因螺栓可靠度要求較高，由表6-5選螺栓4.8級，材料為10鋼，屈服極限均值，變異系數(shù)，則標(biāo)準(zhǔn)差為(2)螺栓工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差考慮到制造中半徑的公差，螺紋當(dāng)量半徑公差，因為尺寸偏差是正態(tài)分布，公差，所以第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計螺栓計算截面積的標(biāo)準(zhǔn)差為：則有：工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：1.松螺栓連接的可靠性設(shè)計(3)利用連接方程求螺栓直徑因強度、應(yīng)力均為正態(tài)分布，查正態(tài)分布表，當(dāng)R(t)＝0.995時，可靠性指數(shù)uR=2.575，則有解得：螺栓直徑：取標(biāo)準(zhǔn)直徑M14×2±0.12mm，其實際可靠度R(t)>0.995，滿足設(shè)計要求，可用。第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計常規(guī)設(shè)計時螺栓危險截面的強度條件為：螺栓所受的總拉力分析螺栓連接的受力和變形關(guān)系得知，螺栓的總拉力F2和預(yù)緊力F0、工作拉力F、殘余預(yù)緊力F1、螺栓剛度Cb及被連接件剛度Cm有關(guān)，其關(guān)系式為螺栓的相對剛度墊片材料金屬皮革銅皮石棉橡膠0.2～0.30.70.80.9表6-6螺栓的相對剛度第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計對于受軸向變載荷的緊螺栓連接，除按靜強度計算外，還應(yīng)校核其疲勞強度。受變載荷的緊螺栓連接的主要失效形式是螺栓的疲勞斷裂。應(yīng)力幅及應(yīng)力集中是導(dǎo)致螺栓疲勞斷裂的主要原因。螺栓連接的疲勞試驗證明，螺栓的疲勞壽命服從對數(shù)正態(tài)分布。螺栓的疲勞極限應(yīng)力幅值可按下式確定：光滑試件的拉伸疲勞極限尺寸系數(shù)螺紋牙受力不均勻系數(shù)，1.5—1.6制造工藝系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計當(dāng)工作拉力在0到F變化時，螺栓所受的總拉力將在F0到F2變化。螺栓危險截面的最大拉應(yīng)力為最小拉應(yīng)力為應(yīng)力幅為第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計緊螺栓連接可靠性設(shè)計的步驟有以下幾個方面：(1)確定設(shè)計準(zhǔn)則。(2)選擇螺栓材料，確定其強度分布，求其均值和標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)經(jīng)驗，可取螺栓拉伸強度的變異系數(shù)為(3)確定螺栓的應(yīng)力分布，求出應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。(4)應(yīng)用連接方程，確定螺栓直徑。第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計例：已知氣缸內(nèi)徑，缸內(nèi)的工作壓力螺栓數(shù)目n=8,采用金屬墊片，設(shè)計此氣缸蓋螺栓連接。要求螺栓連接的可靠度為0.999999。解：(1)螺栓材料選用45鋼，螺栓性能等級選用6.8級，假設(shè)其強度分布為正態(tài)分布，則材料屈服極限的均值為，屈服極限的標(biāo)準(zhǔn)差為第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(2)假設(shè)螺栓的應(yīng)力分布為正態(tài)分布，確定應(yīng)力的均值及標(biāo)準(zhǔn)差。氣缸蓋上所受的最大工作載荷的均值為：每個螺栓上所受的最大工作載荷的均值為：可取工作載荷的變異系數(shù)。因此，工作載荷分布的標(biāo)準(zhǔn)差第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計每個螺栓內(nèi)由工作載荷引起的應(yīng)力的均值為：螺栓的直徑應(yīng)力分布的標(biāo)準(zhǔn)差為：眾所周知，既有預(yù)緊力又受軸向工作載荷的緊螺栓連接在工作時，螺栓總拉力為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計令，則上式可改寫成將上式除以螺栓截面面積A，可得螺栓總應(yīng)力分布的均值根據(jù)經(jīng)驗，取預(yù)緊應(yīng)力分布的均值為240MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為36MPa。一般認(rèn)為，比較恰當(dāng)?shù)墓烙嬍侨”壤禂?shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受拉伸載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：2.緊螺栓連接得可靠性設(shè)計(3)應(yīng)用連接方程。因此，螺栓的尺寸確定如下：公稱直徑d=24mm,內(nèi)徑d1=20.752mm。第6章機械零部件可靠性設(shè)計螺栓連接的可靠性設(shè)計：

受剪切載荷螺栓連接的可靠性設(shè)計：受剪切載荷螺栓連接：緊螺栓連接的一種，利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓；在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：螺栓桿的剪切強度條件為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：彈簧分類：按所受載荷不同：拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、彎曲彈簧按形狀不同：螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、板簧、平面渦卷彈簧圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計的基本問題：1.必須滿足強度要求，使剪應(yīng)力不引起失效；2.滿足剛度要求，使彈簧的變形不超過規(guī)定值；3.滿足所需的有效圈數(shù)。圓柱螺旋壓縮彈簧的主要失效模式是疲勞破壞和斷裂。第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：螺旋彈簧中的最大剪應(yīng)力：彈簧的曲度系數(shù)彈簧的變形量：力與變形量的關(guān)系為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：剪應(yīng)力的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)分別為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：各變量的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)的確定：1.曲度系數(shù)K與彈簧指數(shù)有關(guān)，可根據(jù)彈簧中徑D和彈簧絲直徑d的公差估算出標(biāo)準(zhǔn)差，一般可取2.軸向載荷F的標(biāo)準(zhǔn)差可取為載荷允許偏差的1/3，即，故

3.彈簧中徑D的標(biāo)準(zhǔn)差可根據(jù)彈簧質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)(GB1239)中的彈簧精度等級要求確定。4.彈簧絲直徑d的標(biāo)準(zhǔn)差按規(guī)定的公差確定，標(biāo)準(zhǔn)差Sd和變異系數(shù)Cd的估計值可查表。5.彈簧有效圈數(shù)n的允許偏差見表。6.剪切彈性模量G的變異系數(shù)可取第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的靜強度可靠性設(shè)計：工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差彈簧的工作應(yīng)力均值可按計算，標(biāo)準(zhǔn)差為。2.強度極限的均值和標(biāo)準(zhǔn)差在靜強度設(shè)計中主要的強度指標(biāo)是剪切屈服極限，一般來說它與抗拉強度極限間的關(guān)系為應(yīng)用變形能理論所得到的關(guān)系，設(shè)計中常采用對65Mn來說，第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的靜強度可靠性設(shè)計：考慮到不同捆鋼絲性能的差異，鋼絲抗拉強度的變異系數(shù)為式中，靜強度安全系數(shù)3.可靠性計算第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強度可靠性設(shè)計：工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差均值變異系數(shù)2.強度極值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強度可靠性設(shè)計：例：試計算某氣門彈簧的可靠度。已知彈簧絲直徑d=4.5mm,彈簧中徑D＝32mm，工作圈數(shù)n=8，彈簧安裝壓力Fmin＝200N，最大工作壓力Fmax=4250.15N，彈簧材料為50CrVA，，凸輪軸轉(zhuǎn)速為1400r/min,要求工作壽命N>107。解：(1)計算彈簧指數(shù)C和曲度系數(shù)K取，故第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強度可靠性設(shè)計：解：(2)確定彈簧工作應(yīng)力的分布因Fmax的波動范圍為，按“”原則第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強度可靠性設(shè)計：解：而CFmin按精度2級n＝8從表6-14查得為0.033，同時按表6-10和表6-11取故：第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強度可靠性設(shè)計：解：(3)確定彈簧材料的強度分布按50CrVA的抗拉強度值得查表6-15知，當(dāng)N>107次時，取而極限應(yīng)力為第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強度可靠性設(shè)計：標(biāo)準(zhǔn)差式中，為脈動循環(huán)時材料疲勞極限得變異系數(shù)，未經(jīng)噴丸處理，取(4)計算安全系數(shù)及可靠度設(shè)強度和應(yīng)力均為正態(tài)分布，故連接系數(shù)查正態(tài)分布表，得第6章機械零部件可靠性設(shè)計彈簧的可靠性設(shè)計：圓柱螺旋壓縮彈簧的疲勞強度可靠性設(shè)計：(5)靜強度驗算因，并取，則靜強度安全系數(shù)計算靜強度連接系數(shù)查正態(tài)分布表，得第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒輪輪齒的故障模式及其特征：齒面的疲勞點蝕是閉式軟齒齒面輪常見的失效形式，它主要是由于表面接觸強度不足而產(chǎn)生的，是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。序號齒輪故障模式占總故障模式比例/％1疲勞斷齒32.82過載斷齒19.53輪齒碎裂4.34輪轂撕裂4.65表面疲勞20.36表面磨損13.27齒面塑性變形5.3表6-17齒輪故障模式所占比例第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計齒輪傳動設(shè)計方法主要包括兩方面的內(nèi)容，既要保證齒面有足夠的接觸強度，又要使齒根有足夠的彎曲強度。齒面接觸工作應(yīng)力參數(shù)的分布常規(guī)設(shè)計時齒面接觸工作應(yīng)力的計算公式為齒面接觸工作應(yīng)力齒面許用接觸應(yīng)力節(jié)點嚙合區(qū)域系數(shù)彈性影響系數(shù)重合度系數(shù)螺旋角影響系數(shù)齒輪端面內(nèi)與分度圓相切的工作齒面間的工作力：使用系數(shù)動載系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)小齒輪傳遞的名義扭矩齒間載荷分配系數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計變異系數(shù)：對無齒向修形時：對于鼓形齒，即有齒向修形時：或取第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計計算齒面接觸應(yīng)力的綜合變異系數(shù)為：式中，，為引進(jìn)均值為1的接觸應(yīng)力模型變異系數(shù)；其他為相應(yīng)參量的變異系數(shù)。計算接觸應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計2.齒面接觸疲勞強度參數(shù)的分布工作齒輪齒面接觸疲勞強度的計算公式為：理論和試驗研究表明，也服從對數(shù)正態(tài)分布，故其均值及變異系數(shù)分別為將表中已確定的各變異系數(shù)值代可得：第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計3.齒面接觸疲勞強度的可靠度系數(shù)當(dāng)工作應(yīng)力和強度極限均服從對數(shù)正態(tài)分布時，可按下式計算可靠度系數(shù)：式中，為綜合變異系數(shù)，當(dāng)時，為了安全系數(shù)服從正態(tài)分布模型計算可靠度，可靠度系數(shù)為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計4.齒輪接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計若齒面接觸力為其他分布，則可按等效正態(tài)分布法求解可靠度。式中開方后整理得取齒寬系數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計例：板材校直機主動齒輪傳遞扭矩，轉(zhuǎn)速，齒數(shù)，模數(shù)，變位系數(shù)，中心矩齒寬，重合度，齒輪精度8級，表面粗糙度。齒輪材料為40MnB，HBS為250－280，使用5年，每天工作兩班，設(shè)備利用率80％。試校核其接觸疲勞強度的可靠度。解：(1)圓周力均值變異系數(shù)(2)使用系數(shù)電動機驅(qū)動，工作平穩(wěn)；取第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計(3)動載系數(shù)圓周速度(4)齒向載荷分布系數(shù)(5)齒間載荷分配系數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計(6)節(jié)點區(qū)域系數(shù)嚙合角(7)彈性影響系數(shù)兩齒輪均為鋼制，故取(8)重合度系數(shù)重合度(9)齒數(shù)比系數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計(10)齒面接觸應(yīng)力均值(11)接觸疲勞強度(12)壽命系數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)可見第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計(13)潤滑油系數(shù)按采用國際方法求得(14)速度系數(shù)(15)粗糙度系數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒面接觸疲勞強度的可靠性設(shè)計(16)工作硬化系數(shù)(17)齒面接觸疲勞強度均值(18)齒面接觸疲勞強度的變異系數(shù)設(shè)齒輪為大批生產(chǎn)，則(19)綜合變異系數(shù)(20)求可靠度第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計1.齒根彎曲工作應(yīng)力參數(shù)的分布常規(guī)設(shè)計時齒根彎曲工作應(yīng)力的計算公式為彎曲工作應(yīng)力的綜合變異系數(shù)為彎曲工作應(yīng)力的綜合變異系數(shù)為綜合變異系數(shù)可簡化為第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計2.齒根彎曲疲勞強度參數(shù)的分布工作齒輪齒根彎曲強度的計算公式為：彎曲疲勞強度極限均值為：彎曲強度疲勞極限的綜合變異系數(shù)為：綜合變異系數(shù)簡化為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計3.齒根彎曲疲勞強度可靠度當(dāng)工作應(yīng)力和強度極限均服從對數(shù)正態(tài)分布時，可按下式計算可靠度系數(shù)：式中，為綜合變異系數(shù)，當(dāng)時，為了安全起見可以按安全系數(shù)服從正態(tài)分布模型計算可靠度，可靠度系數(shù)為第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計4.齒輪抗彎疲勞強度的可靠性設(shè)計取，代入上式整理得法面模數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計例：設(shè)計一級斜齒圓柱齒輪減速器，已知輸入功率，轉(zhuǎn)速r/min，傳動比，由電機驅(qū)動，工作壽命15年，2班制，工作時有輕微振動要求可靠度解：(1)選擇齒輪材料、精度等級及參數(shù)，初估小輪圓周速度和直徑齒輪材料小齒輪40MnB，HRC48-55；大齒輪35SiMn,HRC40-50，均為表面淬火；精度為8級；齒數(shù)；螺旋角(2)圓周力均值變異系數(shù)第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計(3)取綜合系數(shù)K工況系數(shù)：動載系數(shù)：齒向載荷分布系數(shù)：取，則求得齒間載荷分配系數(shù)式中所以第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計(4)求綜合系數(shù)當(dāng)量齒數(shù)：查齒形系數(shù)，得：查應(yīng)力校正系數(shù)，得：因則螺旋角系數(shù)：重合度系數(shù)：第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計(5)求抗彎疲勞強度均值計算兩輪抗彎疲勞強度：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：壽命系數(shù)：應(yīng)力修正系數(shù)：按國際方法求齒根圓角敏感系數(shù)和齒根表面狀況系數(shù)：第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計(6)求綜合變異系數(shù)使用系數(shù)和動載系數(shù)的變異系數(shù)分別為：應(yīng)力變異系數(shù)：基本疲勞強度變異系數(shù)，得：強度變異系數(shù)：故綜合變異系數(shù)：第6章機械零部件可靠性設(shè)計齒輪傳動的可靠性設(shè)計：齒根彎曲疲勞強度的可靠性設(shè)計(7)求法面模數(shù)因，得取中心矩取中心矩螺旋角修正傳統(tǒng)設(shè)計結(jié)果第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：按照承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸：轉(zhuǎn)軸：既承受彎矩又承受扭矩的軸心軸：只承受彎矩不承受扭矩的軸傳動軸：只承受扭矩而不承受彎矩(或彎矩很小)的軸第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：軸的失效模式模式分類說明斷裂靜載斷裂一次性施加的靜載荷過大引起斷裂沖擊斷裂一次性高速沖擊載荷引起的斷裂應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞斷裂在腐蝕性介質(zhì)中使用的零件，在靜應(yīng)力或交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的斷裂疲勞斷裂零件在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的斷裂表面損傷磨損零件在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的表面損傷腐蝕零件表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕導(dǎo)致表面損傷接觸疲勞零件在交變接觸應(yīng)力作用下，出現(xiàn)表面剝落現(xiàn)象塑性變形超出設(shè)計允許的過度的彈性和塑性變形第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計1.轉(zhuǎn)軸的靜強度可靠性設(shè)計例：設(shè)計一軸。求可靠度R(t)=0.999時軸的直徑。已知參數(shù)如下：軸的計算截面上所受的彎矩M為軸的計算截面上所受的扭矩T為軸的材料為鉬鋼，由手冊查得其強度極限均值和標(biāo)準(zhǔn)差為按制造工藝，軸直徑的公差為第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計1.轉(zhuǎn)軸的靜強度可靠性設(shè)計解：假設(shè)軸上的彎矩和扭矩是相互獨立的隨機變量，軸直徑的公差為3×標(biāo)準(zhǔn)差，即有：直徑的標(biāo)準(zhǔn)差為：彎矩的標(biāo)準(zhǔn)差為：彎矩的標(biāo)準(zhǔn)差為：所以，彎矩：扭矩：第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計1.轉(zhuǎn)軸的靜強度可靠性設(shè)計解：抗彎截面模量的均值：抗彎截面模量的標(biāo)準(zhǔn)差：抗扭截面模量：彎曲應(yīng)力：彎曲應(yīng)力的均值為：彎曲應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計1.轉(zhuǎn)軸的靜強度可靠性設(shè)計解：所以：扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為：扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的均值為：扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差為：所以：第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計1.轉(zhuǎn)軸的靜強度可靠性設(shè)計為了求合成應(yīng)力，先求的正態(tài)分布參量。求得：代入連接方程：解得：直徑的標(biāo)準(zhǔn)差：直徑的公差：采用軸的直徑：第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計2.轉(zhuǎn)軸的疲勞強度可靠性設(shè)計例：某減速器主動軸，傳遞功率P＝13kW，轉(zhuǎn)速n=200r/min，經(jīng)傳統(tǒng)設(shè)計，結(jié)構(gòu)尺寸已定，危險截面N-N的彎曲應(yīng)力均值，剪切應(yīng)力均值為7.6MPa。軸的材料為45鋼，強度極限均值，疲勞極限均值。如果設(shè)計要求的可靠度R(t)＝0.999，試校核該軸的可靠度。解:(1)求工作應(yīng)力的分布參數(shù)，假設(shè)強度和應(yīng)力均值為正態(tài)分布。取材料疲勞極限的變異系數(shù)，強度極限變異系數(shù)，假定彎曲應(yīng)力的變異系數(shù)，剪應(yīng)力的變異系數(shù)。因為標(biāo)準(zhǔn)差等于均值乘變異系數(shù)，故應(yīng)力分布參數(shù)如下。彎曲應(yīng)力剪切應(yīng)力應(yīng)用第四強度理論，求彎扭合成應(yīng)力由疲勞極限應(yīng)力線圖可知，其合成應(yīng)力為第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計2.轉(zhuǎn)軸的疲勞強度可靠性設(shè)計比較以上兩式，可知應(yīng)力幅，平均應(yīng)力，即：剪切幅：平均應(yīng)力：工作應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為：第6章機械零部件可靠性設(shè)計軸的可靠性設(shè)計：轉(zhuǎn)軸的可靠性設(shè)計2.轉(zhuǎn)軸的疲勞強度可靠性設(shè)計解:(2)繪分布狀態(tài)的疲勞極限應(yīng)力線圖零件疲