機械產品可靠性設計分析-案例

案例教學機械產品可靠性設計分析10/18/20231某鎖機構可靠性設計分析某鎖機構產品說明某鎖機構FMEA分析某鎖機構FTA分析了解強度分析仿真了解動力學分析仿真了解可靠性分析仿真10/18/20232錐桿式概述10/18/20233概述錐桿式10/18/20234概述錐桿式10/18/20235概述周邊外翻式10/18/20236概述周邊內翻式10/18/20237產品說明某鎖結構示意圖10/18/20238單鎖運動仿真10/18/20239鎖系運動仿真10/18/202310某鎖機構FMEA分析某鎖機構FMEA實施

對接鎖系功能分析故障判據對接鎖系故障模式分析嚴酷度定義危害性定性分析

FMECA輸出I、II類故障模式(零件)清單危害性矩陣

10/18/202311某鎖機構FMEA分析圖1主動鉤組件結構功能圖

10/18/202312某鎖機構FMEA分析某鎖機構〔正?！硨与A段功能流程圖10/18/202313某鎖機構FMEA分析故障判據在正常的設計、使用、維護和環(huán)境條件下，但凡滿足不了對接鎖系設計指標及要求的故障，都定為系統故障。壽命期內某鎖系自身引起的故障〔不含人為故障〕均計為影響系統根本可靠性的關聯故障；在任務剖面中，凡不能完成某鎖系正常功能的故障計為影響任務的關聯故障。零件級產品故障判據組件級產品故障判據部件級產品故障判據10/18/202314某鎖機構FMEA分析表

14對接鎖系故障嚴酷度的定義嚴酷度類別嚴重程度定義Ⅰ類(災難的)這是一種會導致主動（被動）航天器毀壞或引起航天員傷亡的故障。Ⅱ類(致命的)這種故障會導致航天器部分系統嚴重損壞，不能完成基本功能或影響航天員健康的故障。Ⅲ類(臨界的)這種故障會引起航天器的部分功能無法完成，為了完成這些功能，需要采取應急措施，對航天員的健康有些影響。Ⅳ類(輕度的)這種故障對航天器的功能及航天員健康無影響，僅輕度影響產品有效使用和操作。嚴酷度定義10/18/202315某鎖機構FMEA分析對接鎖系故障模式發(fā)生概率等級定義等級定義故障模式發(fā)生概率的特征故障模式發(fā)生概率（在產品使用時間內）A經常發(fā)生高概率某一故障模式發(fā)生概率大于產品總故障概率的20%B有時發(fā)生中等概率某一故障模式發(fā)生概率大于產品總故障概率的10%，小于20%C偶然發(fā)生不常發(fā)生某一故障模式發(fā)生概率大于產品總故障概率的1%，小于10%D很少發(fā)生不大可能發(fā)生某一故障模式發(fā)生概率大于產品總故障概率的0.1%，小于1%E極少發(fā)生近乎為零某一故障模式發(fā)生概率小于產品總故障概率的0.1%危害性定性分析10/18/202316某鎖機構FMEA分析FMEA輸出I、II類故障模式(零件)清單10/18/202317某鎖機構FTA分析頂事件的選擇和描述故障樹的建造故障樹的定性分析故障樹分析的結果和建議10/18/202318某鎖機構FTA分析某鎖機構頂事件的選擇和描述序號頂事件定義說明1不同步是指同一組鎖的主動鎖鉤不能滿足同步性要求2鎖緊失敗是指在主、被動航天器對接過程中，鎖系正常鎖緊失敗后，備份鎖緊失敗。（這里對控制系統、轉換裝置的可靠性不進行展開分析）3鎖緊保持失敗是指在主、被動航天器在聯合飛行期間，主、被動鎖系結構無法保持結構完整性。10/18/202319某鎖機構FTA分析故障樹的建造鎖緊失敗故障樹10/18/202320某鎖機構FTA分析故障樹定性分析鎖緊失敗故障樹的最小割集10/18/202321某鎖機構FTA分析故障樹定性分析底事件清單10/18/202322某鎖機構FTA分析故障樹分析的結果和建議10/18/202323強度分析仿真輸入條件功能分析材料屬性工作環(huán)境載荷分析計算輸出結果零件靜強度分析計算組合件整體分析計算零件、組件比照分析10/18/202324強度分析仿真材料屬性10/18/202325載荷分析計算某鎖載荷、約束示意圖10/18/202326傳力路線分析主動鉤組件傳力路線10/18/202327鎖系靜強度分析計算零件的應力變形云圖零件承載能力分析組件的應力變形云圖零件、組件計算結果比照分析10/18/202328零件計算例如主動鎖鉤常溫下的應力變形云圖10/18/202329零件計算結果10/18/202330動力學分析仿真由于多柔體動力學分析仿真計算量要遠遠高于剛性體動力學分析，為了仿真效率，采用了雙Xeon核心處理器的工作站進行計算，仿真計算環(huán)境如下：〔1〕軟件環(huán)境操作系統：windows2000serversp4仿真軟件：MSC.adams2005r2〔2〕硬件環(huán)境處理器：雙XeonP42.8GHz處理器物理內存：KingstonEccReg奇偶校驗工作站專用內存4×1G儲存介質：雙SataII80G×2組raid0磁盤陣列為了充分利用系統資源，采用了多線程處理技術來提高仿真速度，利用外部單獨的adamssolver求解模塊進行多線程計算。仿真時間：16916.78cpuseconds〔約4.7小時〕10/18/202331動力學分析仿真單組鎖動力學模型〔含柔性繩索，顯示了全部的約束和碰撞關系〕10/18/202332動力學分析仿真繩輪驅動力矩vs偏心軸轉角10/18/202333動力學分析仿真鎖系鎖緊前期的繩輪轉角vs時間10/18/202334動力學分析仿真被動鎖碟簧力vs偏心軸轉角性能試驗數據低溫-50℃10/18/202335動力學分析仿真滑輪、繩輪與鋼絲繩索之間的空間摩擦特性對同步性影響較大；鋼絲繩索和碟簧的預緊力對鎖系同步性影響較大；碟簧的阻尼系數對鎖系動力學響應的穩(wěn)定性影響較大；電機驅動力矩曲線對鎖系同步性較大；按照理論模型優(yōu)化結果，設置遞增預緊力，滯后最嚴重的不一定是最后一把單鎖，鎖系各單鎖之間存在一個動態(tài)平衡過程，該過程受多種因素影響，主要有摩擦系數以及剛性阻尼系數等。10/18/202336動力學分析仿真動力學仿真分析總結：通過仿真模擬了對接、拉緊保持和解鎖三個運動階段，得到的結果和試驗數據比較吻合。建立了空間三維載荷環(huán)境，給出了對接鎖中各重要零部件的運動參數及受力情況，并且充分考慮了碰撞摩擦力、運動副摩擦力、碰撞作用力等對運動過程影響較大的關鍵參數。實現了離散化多柔體動力學仿真，解決了柔性繩索動力學