采用適合電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)如元件選擇與管理降額-Read

第二單元

可靠性設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品

降額設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

容差設(shè)計(jì)

熱設(shè)計(jì)

電磁兼容設(shè)計(jì)降額設(shè)計(jì)

應(yīng)力-強(qiáng)度概率設(shè)計(jì)

疲勞設(shè)計(jì)環(huán)境因素機(jī)械產(chǎn)品

系統(tǒng)

余度設(shè)計(jì)工作應(yīng)力第八章講可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容〔1〕降額設(shè)計(jì)降額設(shè)計(jì)的目的:使元器件低于其額定值的應(yīng)力條件下工作,降低失效率，提高可靠性水平降額設(shè)計(jì)的三個(gè)等級(jí):Ⅰ級(jí)降額：最大降額,適用情況:設(shè)備的失效將嚴(yán)重危害人員的生命平安,可能造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,或工作任務(wù)失敗后無(wú)法維修.Ⅱ級(jí)降額：設(shè)備的可靠性增長(zhǎng)是急劇的,適用情況:設(shè)備的失效會(huì)使工作水平降級(jí)或需支付不合理的維修費(fèi)用等場(chǎng)合.Ⅲ級(jí)降額：可靠性增長(zhǎng)的效益最大,適用于設(shè)備的失效對(duì)工作任務(wù)的完成影響小或可迅速修復(fù)的情況.常用元件的降額系數(shù)①電阻的功率降額系數(shù)在之間②二極管的功率降額系數(shù)在0.4下，反向耐壓在0.5以下③發(fā)光二極管電壓降額系數(shù)在0.6以下，功率降額系數(shù)在0.6以下④功率開(kāi)關(guān)管電壓降額系數(shù)在0.6以下，電流降額系數(shù)在0.5以下⑤普通鋁電解電容和無(wú)極性電容的電壓降額系數(shù)在之間⑥鉭電容的電壓降額系數(shù)在0.3以下⑦電感和變壓器的電流降額系數(shù)在0.6以下〔2〕簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)就是在保證產(chǎn)品性能要求的前提下，盡可能使產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化。由串聯(lián)系統(tǒng)可靠性知道，產(chǎn)品的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的固有可靠性，降低維修工作量和本錢(qián)，減少產(chǎn)品的體積和重量。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原那么：盡可能減少產(chǎn)品組成局部的數(shù)量及其相互間的連接。盡可能實(shí)現(xiàn)零、組、部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化，控制非標(biāo)準(zhǔn)零、組、部件的比率。盡可能采用經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的可靠性有保障的零部件以至整機(jī)。盡可能采用模塊化設(shè)計(jì)?！?〕熱設(shè)計(jì)為什么要進(jìn)行熱設(shè)計(jì)?高溫對(duì)電子產(chǎn)品的影響：絕緣性能退化；元器件損壞；材料的熱老化；低熔點(diǎn)焊縫開(kāi)裂、焊點(diǎn)脫落。電容的熱特性Y5P/Y5U/Y5V陶瓷電容容值變化-溫度曲線元件的熱特性元件的熱特性假設(shè)兩種電容在下能工作1000小時(shí)65度85度125度固體聚合物電解電容L2=L1×10^[(t1-t2)/20]約110年(1000000小時(shí))約11年(100000小時(shí))1000小時(shí)鋁電解液電容L2=L1×2^[(t1-t2)/10）]約8年(64000小時(shí))約2年(16000小時(shí))1000小時(shí)溫度對(duì)電解電容壽命的影響電阻的熱特性描述電阻熱穩(wěn)定性隨溫度變化的物理量是αT，數(shù)值大小與器件的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)，其表達(dá)式為:αT—越高，其熱穩(wěn)定性越差。如碳膜電阻在90℃時(shí)的根本失效率為0.0063，是碳膜電阻在40℃時(shí)的31倍。一般的小功率電阻通過(guò)引線的傳導(dǎo)和本身的對(duì)流、輻射散熱。電感、電容等無(wú)源小功率器件與功率小于1/2W的電阻類(lèi)似，而對(duì)于大功率需要加散熱裝置。晶體管的熱特性半導(dǎo)體晶體管是一種熱敏器件，當(dāng)溫度變化時(shí)，許多參數(shù)都要發(fā)生變化，尤是半導(dǎo)體的本征載流子濃度，它隨著溫度的升高而迅速增長(zhǎng)，一旦本征載流子濃度趨近于晶體管中最輕區(qū)域的摻雜濃度時(shí)，晶體管將失去PN結(jié)的特性，這將使PN結(jié)的反向電流顯著上升，導(dǎo)致工作點(diǎn)漂移，輸出阻抗下降，噪聲系數(shù)變大和損耗功率增加等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至可導(dǎo)致晶體管燒毀。如晶體管在160℃時(shí)的根本失效率為0.064，是晶體管在40℃時(shí)的8倍。因此，在一定條件下必須使電路產(chǎn)生的熱量和散去的熱量保持動(dòng)態(tài)平衡，確保電路在低于晶體管規(guī)定的溫度下工作。集成電路的熱特性溫度對(duì)產(chǎn)品的影響高溫對(duì)電子產(chǎn)品的影響：絕緣性能退化；元器件損壞；材料的熱老化；低熔點(diǎn)焊縫開(kāi)裂、焊點(diǎn)脫落等。溫度對(duì)電子元器件的影響：一般而言，溫度升高會(huì)導(dǎo)致元器件電阻阻值降低；高溫會(huì)降低電容器的使用壽命；高溫會(huì)使變壓器、扼流圈絕緣材料的性能下降，一般變壓器、扼流圈的允許溫度要低于95°C；溫度過(guò)高還會(huì)造成焊點(diǎn)合金結(jié)構(gòu)的變化—IMC增厚，焊點(diǎn)變脆，機(jī)械強(qiáng)度降低；結(jié)溫的升高會(huì)使晶體管的電流放大倍數(shù)迅速增加，導(dǎo)致集電極電流增加，又使結(jié)溫進(jìn)一步升高，最終導(dǎo)致元件失效。熱設(shè)計(jì)其實(shí)是將熱輸入降低到最小的程度，并提供低熱阻通道，把發(fā)熱元件的熱量傳導(dǎo)到溫度相當(dāng)?shù)偷纳崞希换蛘咛峁┩ǖ缹⒃O(shè)備內(nèi)的熱量排到機(jī)外，到達(dá)降低設(shè)備工作溫度的目的。設(shè)計(jì)原那么：熱設(shè)計(jì)主要考慮溫度對(duì)產(chǎn)品的影響，通過(guò)器件的選擇、電路設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)減少溫度變化對(duì)產(chǎn)品性能的影響，使產(chǎn)品能在較寬的溫度范圍內(nèi)可靠地工作。必須與電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，并相互兼顧；由于設(shè)備特性不同，要協(xié)調(diào)各設(shè)備間溫控要求〔常溫、恒溫、制冷、加熱等〕；熱控制系統(tǒng)計(jì)算應(yīng)與模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；所設(shè)計(jì)的熱控制系統(tǒng)應(yīng)具有充分的應(yīng)變能力，可以在變化條件下維持穩(wěn)定的性能；熱設(shè)計(jì)的熱控制系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單、可靠，符合標(biāo)準(zhǔn)。通常人們認(rèn)為的使用環(huán)境是不易改變的，因此需要采用耐高溫元件，或采取“強(qiáng)制性〞制冷方法，使元器件工作在額定溫度范圍之內(nèi)。常用方法傳導(dǎo)：

在固體材料中認(rèn)為熱流是由分子之間相互作用產(chǎn)生的。傳導(dǎo)散熱的措施有選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制造傳導(dǎo)零件；加大與導(dǎo)熱零件的接觸面積；盡量縮短熱傳導(dǎo)的路徑，在傳導(dǎo)路徑中不應(yīng)有絕熱或隔熱元件。熱傳導(dǎo)服從傅立葉定律：式中：A-傳導(dǎo)面積；-為溫度變化；K-系數(shù)。對(duì)流對(duì)流是固體外表與流體外表的熱流動(dòng)，有自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流兩種。在電子設(shè)備中流體通常指的是空氣。對(duì)流散熱的措施有加大溫差，即降低周?chē)鷮?duì)流介質(zhì)的溫度；加大流體與固體間的接觸面積，如把散熱器做成肋片等；加大周?chē)橘|(zhì)的流動(dòng)速度，使它帶走更多的熱量。熱對(duì)流服從：式中：分別為壁面與冷卻流體的溫度輻射：熱由物體沿直線向外射出去，叫輻射。輻射散熱的措施有在發(fā)熱體外表涂上散熱涂層；加大輻射體與周?chē)h(huán)境的溫度，即周?chē)鷾囟仍降驮胶茫患哟筝椛潴w的外表面積。輻射換熱服從：式中：-導(dǎo)熱系數(shù)；-外表輻射率；-單位面積輻射量；-遮蔽效應(yīng)系數(shù)。熱設(shè)計(jì)元件的位置和布局元器件的位置和布局安排原那么：發(fā)熱元器件的位置應(yīng)安排盡可能分散，如熱敏感元器件不要靠近熱點(diǎn)、不要使熱敏感或高發(fā)熱元器件相互靠近，對(duì)于自由對(duì)流冷卻設(shè)備，不要將元器件正好放在高發(fā)熱元器件的上方；為盡量提高組件的可靠性，元器件在布局上應(yīng)使溫度敏感元器件處于溫度最低的區(qū)域；對(duì)于冷壁冷卻的電路插件，應(yīng)使敏感元器件靠近插件邊緣。在元器件安裝方面，熱設(shè)計(jì)的目的是盡量減小外殼與散熱器之間的熱阻，具體原那么有：〔1〕為盡量減小傳導(dǎo)熱阻，應(yīng)采用短通路；〔2〕為盡量減小熱阻，應(yīng)加大安裝面積；〔3〕為盡量減小熱阻采用熱導(dǎo)率高的材料；〔4〕當(dāng)利用接觸界面時(shí)，盡可能增大接觸面積，以減小接觸熱阻。印制電路板及機(jī)箱的熱設(shè)計(jì)隨著印制電路板上元件的安裝密度增加，相應(yīng)的發(fā)熱功率密度上升。如：?jiǎn)螇K印制板的發(fā)熱功率：5-10W；由集成電路組成的航空電子組件發(fā)熱功率：20-30W；集成電路單位面積功耗：W/cm2。因此，印制板的溫度控制迫在眉睫。印制板的尺寸按電子部標(biāo)準(zhǔn)SJ2313-83選取，減少熱應(yīng)力〔產(chǎn)生焊點(diǎn)短開(kāi)，板繞曲，銅箔層剝離，斷裂或短路等〕措施：對(duì)電阻、電容、二極管的安裝、應(yīng)先留有余量；對(duì)各種功率晶體管的安裝可將應(yīng)先彎曲后再插入印制板焊牢；對(duì)溫度敏感元件應(yīng)置于冷氣的進(jìn)口端，對(duì)自然散熱的印制板應(yīng)考慮氣流流向；以開(kāi)式機(jī)箱自然對(duì)流散熱為例，由能量守恒原理，通風(fēng)孔帶走的熱量為：式中：-定壓比熱容；-空氣密度；-通風(fēng)孔面積；-進(jìn)出口溫差。開(kāi)式機(jī)箱總的熱交換為：式中：分別為機(jī)箱側(cè)、頂、底面積；為輻射系數(shù)；。機(jī)箱外面的自然對(duì)流熱交換式為：利用能量守恒定律即可換算出溫升，與設(shè)計(jì)要求比照看是否滿(mǎn)足期望值。如果不滿(mǎn)足，采用冷卻防止制冷，冷卻主要有自然冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻、冷板式冷卻。風(fēng)路設(shè)計(jì)方法自然冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì)〔1〕機(jī)柜的后門(mén)(面板)不須開(kāi)通風(fēng)口。〔2〕底部或側(cè)面不能漏風(fēng)。〔3〕應(yīng)保證模塊后端與機(jī)柜后面門(mén)之間有足夠的空間?！?〕機(jī)柜上部的監(jiān)控及配電不能阻塞風(fēng)道，應(yīng)保證上下具有大致相等的空間。自然冷卻時(shí)進(jìn)風(fēng)口面積的計(jì)算在機(jī)柜的前〔后〕面板上開(kāi)各種形式的通風(fēng)孔或百葉窗，以增加空氣對(duì)流，進(jìn)風(fēng)口的面積大小按下式計(jì)算：Sin=Q/(7.4×10-5

H×Δt

×1.5)Sin-通風(fēng)口面積的大小〔cm2〕；Q-機(jī)柜內(nèi)總的散熱量〔W〕；H-機(jī)柜的高度〔cm〕，約模塊高度的倍；Δt=t2-t1－內(nèi)部空氣t2與外部空氣溫度

t1之差〔℃〕，出風(fēng)口面積為進(jìn)風(fēng)口面積的1.5-2倍。自然冷卻空氣自由流動(dòng)和熱輻射優(yōu)點(diǎn)：無(wú)噪音污染，工作可靠缺點(diǎn)：散熱能力較差，適用于發(fā)熱不高的場(chǎng)合強(qiáng)迫冷卻的風(fēng)路設(shè)計(jì)

如果發(fā)熱分布均勻，元器件的間距應(yīng)均勻，以使風(fēng)均勻流過(guò)每一個(gè)發(fā)熱源。如果發(fā)熱分布不均勻，在發(fā)熱量大的區(qū)域元器件應(yīng)稀疏排列，發(fā)熱量小的區(qū)域元器件布局應(yīng)稍密些或加導(dǎo)流條，使風(fēng)能有效流到關(guān)鍵發(fā)熱器件。如果風(fēng)扇同時(shí)冷卻散熱器及模塊內(nèi)部的其它發(fā)熱器件，應(yīng)在模塊內(nèi)部采用阻流方法，使大局部的風(fēng)量流入散熱器。進(jìn)風(fēng)口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原那么：一方面盡量使其對(duì)氣流的阻力最小，另一方面要考慮防塵，需綜合考慮二者的影響。計(jì)算所需風(fēng)量：

q′=Q/(0.335△T)式中：q′-實(shí)際所需的風(fēng)量〔M3/h〕，Q-散熱量〔W〕，△T--

空氣的溫升〔℃〕，一般為10－15℃。按照1.5-2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量：

q=(1.5-2)q′

按最大風(fēng)量選擇風(fēng)扇型號(hào)。強(qiáng)迫冷卻風(fēng)扇選擇強(qiáng)迫冷卻方式強(qiáng)迫空氣冷卻優(yōu)點(diǎn)：散熱能力較自然冷卻明顯提高缺點(diǎn)：有噪音，有震動(dòng)，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高時(shí)噪音明顯加大；可靠性不如自然冷卻，如果風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，可能導(dǎo)致溫度超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)風(fēng)道的設(shè)計(jì)原那么：風(fēng)道盡可能短，縮短管道長(zhǎng)度可以降低風(fēng)道阻力；盡可能采用直的錐形風(fēng)道，直管加工容易，局部阻力小；風(fēng)道的截面尺寸和出口形狀，風(fēng)道的截面尺寸最好和風(fēng)扇的出口一致，以防止因變換截面而增加阻力損失，截面形狀可為園形，也可以是正方形或長(zhǎng)方形。例題10K

UPS主功率管局部的實(shí)際總損耗為800W，空氣溫升按15℃考慮，請(qǐng)選擇適宜的風(fēng)扇。解:

實(shí)際所須風(fēng)量為：q′=Q/(0.335△t)=800/(0.335×15)=159.2m3/h

按照2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量：

q=2q′=2×159.2=318.4m3/h冷卻方式選擇允許溫升40℃時(shí)自然冷卻與強(qiáng)迫空氣冷卻的選擇對(duì)通風(fēng)條件較好的場(chǎng)合：散熱器外表的熱流密度小于390W/m2，可采用自然冷卻。對(duì)通風(fēng)條件較惡劣的場(chǎng)合：散熱器外表的熱流密度小于240W/m2，可采用自然冷卻。對(duì)通風(fēng)條件較好的場(chǎng)合，散熱器外表的熱流密度大于390W/m2而小于780W/m2，必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。對(duì)通風(fēng)條件較惡劣的場(chǎng)合：散熱器外表的熱流密度大于240W/m2而小于780W/m2，必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。液冷方式熱管冷卻方式熱管是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件，常用的熱管由三局部組成：主體為一根封閉的金屬管，內(nèi)部有少量工作介質(zhì)和毛細(xì)結(jié)構(gòu)，管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外。熱管工作時(shí)利用了三種物理學(xué)原理：

⑴在真空狀態(tài)下，液體的沸點(diǎn)降低；

⑵同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多；

⑶多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)液體的抽吸力可使液體流動(dòng)。

典型的構(gòu)造和工作過(guò)程如下圖：

與熱源靠近的一段〔蒸發(fā)段〕內(nèi)的液體吸熱而蒸發(fā)，蒸汽攜帶汽化潛熱經(jīng)空腔流向另一段〔冷凝段〕，汽體經(jīng)管壁與外界冷媒體換熱放出潛熱而完成了傳熱任務(wù)，冷凝成液體，經(jīng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的抽吸力量或重力回流到蒸發(fā)段進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。工程中常見(jiàn)的冷卻方式電力軍工電源計(jì)算機(jī)變頻調(diào)速PCB的熱設(shè)計(jì)PCB選材(1)印制板的導(dǎo)線由于通過(guò)電流而引起的溫升加上規(guī)定的環(huán)境溫度應(yīng)不超過(guò)125℃(常用的典型值。根據(jù)選用的板材可能不同)。由于元件安裝在印制板上也發(fā)出一局部熱量,影響工作溫度,選擇材料和印制板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這些因素，熱點(diǎn)溫度應(yīng)不超過(guò)125℃。盡可能選擇更厚一點(diǎn)的覆銅箔。(2)特殊情況下可選擇鋁基、陶瓷基等熱阻小的板材。(3)采用多層板結(jié)構(gòu)有助于PCB熱設(shè)計(jì)。有機(jī)材料FR4約為0.3PCB的熱設(shè)計(jì)PCB元件布局(1)可以考慮把發(fā)熱高、輻射大的元件專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)印制板上;(2)板面熱容量均勻分布，注意不要把大功耗器件集中布放，如無(wú)法防止，那么要把矮的元件放在氣流的上游，并保證足夠的冷卻風(fēng)量流經(jīng)熱耗集中區(qū);(3)使傳熱通路盡可能的短;(4)使傳熱橫截面盡可能的大;(5)元器件布局應(yīng)考慮到對(duì)周?chē)慵彷椛涞挠绊?。?duì)熱敏感的部件、元器件(含半導(dǎo)體器件)應(yīng)遠(yuǎn)離熱源或?qū)⑵涓綦x;(6)(液態(tài)介質(zhì))電容器的最好遠(yuǎn)離熱源;(7)注意使強(qiáng)迫通風(fēng)與自然通風(fēng)方向一致;(8)附加子板、器件風(fēng)道與通風(fēng)方向一致;(9)盡可能地使進(jìn)氣與排氣有足夠的距離;(10)發(fā)熱器件應(yīng)盡可能地置于產(chǎn)品的上方，條件允許時(shí)應(yīng)處于氣流通道上;(11)(小信號(hào)放大器外圍器件)盡量采用溫漂小的器件;(12)盡可能地利用金屬機(jī)箱或底盤(pán)散熱。布線時(shí)的要求(1)根據(jù)器件電流密度規(guī)劃最小通道寬度;特別注意接合點(diǎn)處通道布線;(2)大電流線條盡量外表化;在不能滿(mǎn)足要求的條件下,可考慮采用匯流排;(3)要盡量降低接觸面的熱阻。為此應(yīng)加大熱傳導(dǎo)面積;接觸平面應(yīng)平整、光滑,必要時(shí)可涂覆導(dǎo)熱硅脂;(4)熱應(yīng)力點(diǎn)考慮應(yīng)力平衡措施并加粗線條;(5)散熱銅皮需采用消熱應(yīng)力的開(kāi)窗法,利用散熱阻焊適當(dāng)開(kāi)窗;(6)視可能采用外表大面積銅箔;(7)對(duì)印制板上的接地安裝孔采用較大焊盤(pán),以充分利用安裝螺栓和印制板外表的銅箔進(jìn)行散熱;(8)盡可能多安放金屬化過(guò)孔,且孔徑、盤(pán)面盡量大,依靠過(guò)孔幫助散熱;(9)器件散熱補(bǔ)充手段;(10)采用外表大面積銅箔可保證的情況下,出于經(jīng)濟(jì)性考慮可不采用附加散熱器的方法;(11)根據(jù)器件功耗、環(huán)境溫度及允許最大結(jié)溫來(lái)計(jì)算適宜的外表散熱銅箔面積系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)與仿真舉例：從ATX標(biāo)準(zhǔn)到BTX標(biāo)準(zhǔn)ATX〔ATExtend〕標(biāo)準(zhǔn)由Intel于1995年提出，相對(duì)于原來(lái)的AT臥式機(jī)箱標(biāo)準(zhǔn)，ATX推薦使用立式機(jī)箱，設(shè)計(jì)了一條從前到后的風(fēng)道，為CPU和電源功率的提升奠定了根底。經(jīng)過(guò)近十年的開(kāi)展，如今的處理器、顯卡、內(nèi)存甚至主板芯片組無(wú)論是工作速度還是在功耗上都提高了不少。為了解決電腦整體散熱的問(wèn)題，04年Intel推出了BTX〔BalancedTechnologyeXtended〕標(biāo)準(zhǔn)。相比年邁的ATX而言，BTX主要的改進(jìn)便是在散熱設(shè)計(jì)上。BTX標(biāo)準(zhǔn)重新設(shè)計(jì)了處理器、主板芯片組的位置，一個(gè)大尺寸風(fēng)扇從機(jī)箱前面板吸入冷風(fēng)，經(jīng)過(guò)CPU、主板芯片組最終再將熱風(fēng)吹出機(jī)箱。如此來(lái)組建一個(gè)良好的散熱風(fēng)道。大尺寸風(fēng)扇大尺寸風(fēng)扇系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)仿真大尺寸風(fēng)扇熱設(shè)計(jì)仿真軟件某電源FLOTHERM模型某電源FLOTHERM分析結(jié)果用COMMANDCENTER自動(dòng)優(yōu)化機(jī)箱中散熱器設(shè)計(jì)某相控雷達(dá)FLOTHERM分析結(jié)果某電源設(shè)備的FLOMOTION后處理結(jié)果〔4〕容差設(shè)計(jì)

由于產(chǎn)品所用元器件容差的積累會(huì)使電路、設(shè)備的輸出超過(guò)規(guī)定值而無(wú)法使用。系統(tǒng)性能不穩(wěn)定或發(fā)生漂移、退化的原因有以下三種：組成系統(tǒng)的元器件參數(shù)通常是以標(biāo)稱(chēng)值表示的，而實(shí)際卻存在公差，如環(huán)境條件，如溫度的變化會(huì)使電子元器件參數(shù)發(fā)生漂移；退化效應(yīng)，隨著時(shí)間的積累，電子元器件的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化。一般來(lái)說(shuō)，第一個(gè)原因產(chǎn)生的參數(shù)偏差是固定的；第二個(gè)原因產(chǎn)生的偏差在許多情況下是可逆的，即隨著條件的變化，參數(shù)可能恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值；第三個(gè)原因產(chǎn)生的偏差是不可逆的。

設(shè)電子元器件的設(shè)計(jì)參數(shù)為，其性能特征值可以用如下關(guān)系式表示：在其名義值處按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，取第一項(xiàng)：為了確定系統(tǒng)性能特征對(duì)各部件參數(shù)偏差的靈敏度的影響，引入如下關(guān)系式得到靈敏度對(duì)應(yīng)的性能特征值偏差為：例題：一個(gè)簡(jiǎn)單的振蕩電路的設(shè)計(jì)方案：電感為5010%微亨〔μH〕，電容為305%微微法〔pF〕，試對(duì)該電路進(jìn)行容差分析，假設(shè)最大允許頻移為200千赫〔KHz〕，問(wèn)該設(shè)計(jì)方按是否滿(mǎn)足要求？假設(shè)不能滿(mǎn)足要求，如何改進(jìn)？設(shè)電感/電容的偏差存在統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性

寫(xiě)出元件的名義值及公差建立數(shù)學(xué)模型，即建立頻率與電感、電容之間的函數(shù)關(guān)系：寫(xiě)出靈敏度表達(dá)式設(shè)各元件的公差正負(fù)對(duì)稱(chēng)：其中頻率的名義值為：允許頻移值為，那么允許相對(duì)頻移值為不滿(mǎn)足要求改進(jìn)措施：按照允許的要求分配給電感和電容，一般較多允許頻移值分配給電感〔這里取2/3〕，其余分配給電容〔這里取1/3〕，即電感和電容的公差范圍為：那么得到新的實(shí)際頻移為：滿(mǎn)足要求電磁兼容設(shè)計(jì)電磁兼容性〔electromagneticcompatibility〕EMC是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對(duì)該環(huán)境中任何設(shè)備構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。電磁兼容設(shè)計(jì)任何電子設(shè)備均會(huì)產(chǎn)生一定的電磁輻射，自然界本身也會(huì)造成一定的電磁環(huán)境，如地磁、雷電等。一個(gè)電子設(shè)備可能同時(shí)受到來(lái)自外結(jié)合自身的干擾，也可能自身是一個(gè)干擾源而對(duì)其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。當(dāng)這種千擾超過(guò)一定限度時(shí)會(huì)是電子設(shè)備的精度受到影響甚至無(wú)法工作。所以要求所設(shè)計(jì)的電路、電子設(shè)備與周?chē)渌娮酉到y(tǒng)之間相互兼容，能在外界電磁環(huán)境中按要求正常工作，這就是通常所說(shuō)的電磁兼容設(shè)計(jì)。EMC分類(lèi)干擾源傳播途徑：傳導(dǎo)和輻射

輻射電纜耦合電容耦合電感耦合干擾源形成電磁干擾具備三個(gè)根本條件：1)有電磁干擾源存在；2)有相應(yīng)的干擾傳輸途徑；3)有敏感接受源。電磁兼容設(shè)計(jì)的依據(jù)電磁干擾的來(lái)源工作電源通過(guò)線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電造成的干擾信號(hào)通過(guò)地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗互相耦合或?qū)Ь€之間的互感造成的干擾設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱,影響元件本身或其他元件穩(wěn)定性而造成的干擾大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)通過(guò)耦合影響其他部件而造成的干擾外部的高電壓、電源通過(guò)絕緣漏電,外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng),通過(guò)互感耦合空間電磁,工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定,引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元件參數(shù)改變由工業(yè)電網(wǎng)供電和由電網(wǎng)電壓通過(guò)電源變壓器所產(chǎn)生的干擾●屏蔽

屏蔽的形式是多種多樣的。它可以是隔板、盒式封閉體，也可以是電纜或連接器式的屏蔽。屏蔽的效果與屏蔽材料、厚度、應(yīng)用頻率、輻射源到屏蔽層的距離及屏蔽層不連續(xù)的形狀和數(shù)量有關(guān)。消除電磁干擾的措施●連接“連接〞是指在兩金屬外表之間建立低阻通路。它可以是系統(tǒng)地板上兩點(diǎn)之間的通路，也可以是參考地與元件〔電路〕或結(jié)構(gòu)件之間的通路?！斑B接〞的目的是在結(jié)構(gòu)上設(shè)法使射頻電流的通路均勻，防止在金屬件間產(chǎn)生電位造成干擾。有兩種方法：〔1〕直接“連接〞，即在“連接〞件間形成金屬—金屬接觸；〔2〕間接〞連接“，即通過(guò)導(dǎo)電的接線形成兩金屬的連接。無(wú)論以上哪一種連接，均要求裸面的金屬—金屬連接，連接片或直接連接點(diǎn)的載流量必須足夠，以便通過(guò)要求的電流。在低頻時(shí)宜使用一點(diǎn)連接，在高頻時(shí)宜使用多點(diǎn)連接?！窠拥兀骸敖拥亍熬褪窃趦牲c(diǎn)之間建立導(dǎo)電通路，其中一點(diǎn)通常是系統(tǒng)的電氣元件，另一點(diǎn)那么是參考點(diǎn)。當(dāng)涉及的系統(tǒng)元件為設(shè)備機(jī)殼或機(jī)架時(shí)，參考點(diǎn)有可能是飛機(jī)、導(dǎo)彈等結(jié)構(gòu)件。當(dāng)涉及的系統(tǒng)元件是地面支持設(shè)備內(nèi)的電路時(shí)，那么參考點(diǎn)可以是設(shè)備機(jī)殼或與機(jī)殼的接地板。一個(gè)良好的接地板或參考點(diǎn)是可靠的抗干擾設(shè)備運(yùn)行的根底。一個(gè)理想的接地板應(yīng)是零電位、零阻抗的物體。一個(gè)接地系統(tǒng)的有效性取決于減少接地系統(tǒng)電位差和地電流的程度。一個(gè)不好的接地系統(tǒng)，往往使這些雜散寄生的電壓、電流耦合到電路、分系統(tǒng)或設(shè)備中去，從而使屏蔽有效度下降，在一定程度上抵消了濾波器的作用并產(chǎn)生電磁干擾問(wèn)題。最簡(jiǎn)單最直接的方法是合理安排電路元件，使接地回線保持最短最直，并盡可能不使這些線路相互交叉，以減少電流與線路之間的耦合。接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一點(diǎn)接地降低地線阻抗接地線應(yīng)盡量短和粗，一般接地線的寬度應(yīng)大于3mm。防止各電路間、各單元間通過(guò)公用地線相互產(chǎn)生耦合干擾應(yīng)各自構(gòu)成回路。有大脈沖電流的電路，應(yīng)有獨(dú)立接地系統(tǒng)。電纜屏蔽線不要用辮子線接地。同軸電纜傳輸?shù)皖l信號(hào)時(shí)，發(fā)生器端屏蔽線單點(diǎn)接地，對(duì)高頻信號(hào)多點(diǎn)接地。采用隔離變壓器、中和變壓器、光電耦合器和差動(dòng)放大及共模輸入等措施。在靜電屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)要注意，屏蔽體要有良好的接地，一般接地電阻應(yīng)小于2m，屏蔽體應(yīng)該將干擾源嚴(yán)密包圍。磁屏蔽設(shè)計(jì)是針對(duì)低頻磁場(chǎng)干擾而采取的措施其根本原理是用高磁導(dǎo)率的材料將干擾源四周的磁場(chǎng)短路，使其不致外泄，影響其他的部件正常工作。磁屏蔽時(shí)應(yīng)注意，選用起始磁導(dǎo)率高的材料，盡量提高屏蔽效果，且屏蔽殼應(yīng)足夠厚，盡量采用多層屏蔽代替單層屏蔽。電磁屏蔽設(shè)計(jì)是針對(duì)高頻電磁波的干擾而采取的措施，電磁屏蔽設(shè)計(jì)利用金屬對(duì)電磁波具有吸收和反射的作用將設(shè)備和電路保護(hù)起來(lái)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用對(duì)預(yù)期頻段電磁波吸收損耗和反射損耗都大的材料作為屏蔽體。電子線路板EMC設(shè)計(jì)〔1〕元器件選擇通過(guò)抗干擾篩選，可以使得元部件抗干擾能力增加10-30db?！?〕電路連接應(yīng)盡量縮短，盡可能減少寄生耦合；采用屏蔽雙絞線使電路有高信號(hào)電平和低阻抗特性?！?〕對(duì)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)電磁場(chǎng)的元件和對(duì)電磁場(chǎng)感應(yīng)較靈敏的元件，應(yīng)垂直布置，遠(yuǎn)離或加以屏蔽以防止或減少互感耦合?！?〕單點(diǎn)接地減少地線公共阻抗耦合；數(shù)字地和模擬地分別與電源端地線相連；地線應(yīng)盡量加粗；可采用網(wǎng)格狀地線系統(tǒng)；布線應(yīng)盡量短，不要有分支和突然拐彎，那樣可能會(huì)導(dǎo)致反射和產(chǎn)生諧波。〔4〕電源設(shè)計(jì)：選擇線性電源或在開(kāi)關(guān)電源增加標(biāo)準(zhǔn)電源濾波器，以實(shí)現(xiàn)串模、共模干擾信號(hào)的雙向抑制；盡量減小電源線走線的有效包圍面積，以減小電磁耦合；集成電路和運(yùn)算放大器電源引腳加接去耦旁路電容；〔5〕輸入、輸出線不要緊靠時(shí)鐘或振蕩器、電源線等電磁熱線，晶振及諧振電容布線要盡量靠近CPU芯片，晶振外殼要接地。；〔6〕光電隔離：光電耦合器能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪小干擾，提高信噪比?！?〕時(shí)鐘線、信號(hào)線和地線的距離要近，以減少電路工作時(shí)引起的內(nèi)部噪聲?！?〕模擬和數(shù)字電路要分層布局，以到達(dá)板上各電路之間的相互兼容。。機(jī)械產(chǎn)品概率設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì)法把強(qiáng)度和應(yīng)力看成是確定的量與真實(shí)情況不符。平安系數(shù)法并不一定平安，由于零件材料的強(qiáng)度并不是總大于零件所受應(yīng)力。常規(guī)設(shè)計(jì)方法完全忽略了設(shè)計(jì)變量和參數(shù)的隨機(jī)性這一重要的事實(shí)。平安系數(shù)設(shè)計(jì)方法問(wèn)題機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)

〔1〕靜強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)假設(shè)表示材料的強(qiáng)度，表示受到外界的應(yīng)力，它們都是隨機(jī)變量，其密度函數(shù)分別為。

機(jī)械產(chǎn)品的可靠度：假設(shè)應(yīng)力和強(qiáng)度隨機(jī)變量不相關(guān)，把干預(yù)分布區(qū)放大，應(yīng)力值落于寬度為的小區(qū)間內(nèi)的概率等于單元的面積，即：強(qiáng)度大于某一應(yīng)力的概率由下式給出：當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度隨機(jī)變量不相關(guān)的前提下，應(yīng)力值位于小區(qū)間內(nèi)，同時(shí)強(qiáng)度卻超過(guò)在此小區(qū)間內(nèi)所給出的應(yīng)力。這一情況出現(xiàn)的概率為，而對(duì)于應(yīng)力所有可能強(qiáng)度均大于應(yīng)力概率，所以零件可靠度是：假設(shè)按應(yīng)力始終小于強(qiáng)度這一條件推導(dǎo)，可以得出另一等價(jià)形式：應(yīng)力和強(qiáng)度分布及分布參數(shù)確實(shí)定零部件所用材料的強(qiáng)度概率分布和所受應(yīng)力的概率分布才可能計(jì)算出其設(shè)計(jì)零部件的可靠度，這是可靠性設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的最根本點(diǎn)。試驗(yàn)說(shuō)明，材料強(qiáng)度的概率分布一般符合正態(tài)分布規(guī)律，在一些文獻(xiàn)和材料手冊(cè)中還提供了這些分布的參數(shù)〔均值和標(biāo)準(zhǔn)差〕。但是在多數(shù)情況下，我們不知道強(qiáng)度和應(yīng)力的概率分布及其參數(shù)，這就給可靠性設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的困難。下面近似公式假設(shè)隨機(jī)變量具有數(shù)學(xué)期望，方差。那么對(duì)任意正數(shù)，不等式：成立，這就是切貝雪夫不等式(ChebyshevInequality)。切貝雪夫不等式給出了隨機(jī)變量分布未知的情況下，事件的概率估計(jì)方法。如取，那么原那么原那么用于正態(tài)分布：可以發(fā)現(xiàn)隨機(jī)變量落在區(qū)間的概率達(dá)99.6%，即落在區(qū)間之外的概率只有0.4%。因此，切貝雪夫不等式及“原那么〞的概率估計(jì)值有一定的保守性。根據(jù)這個(gè)原那么，如果我們材料強(qiáng)度〔或應(yīng)力和幾合尺寸〕的最大值和最小值，便可計(jì)算出材料強(qiáng)度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差材料手冊(cè)中只提供材料的抗拉強(qiáng)度極限，而不知其均值和標(biāo)準(zhǔn)差,如何求系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)所需的均值和標(biāo)準(zhǔn)差呢？

是從一批試件中90%試件超過(guò)的強(qiáng)度值，其可靠度為90%。但是，我們所要求的強(qiáng)度均值是對(duì)應(yīng)于50%可靠度的，顯然強(qiáng)度均值大于強(qiáng)度極限。如取標(biāo)準(zhǔn)差與均值之比為〔又稱(chēng)變異系數(shù),查表可得〕，那么抗拉強(qiáng)度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差可按下式計(jì)算：材料的疲勞強(qiáng)度均值和標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)機(jī)械零件中受交變載荷的部件可靠性設(shè)計(jì)是不可缺少的數(shù)據(jù)。當(dāng)在材料手冊(cè)中查不到液壓泵的疲勞強(qiáng)度數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)材料的抗拉強(qiáng)度極限，按下式來(lái)推算其疲勞強(qiáng)度均值和標(biāo)準(zhǔn)差:對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼

而疲勞強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差那么為

各類(lèi)強(qiáng)度一應(yīng)力分布的可靠度計(jì)算

(1)應(yīng)力和強(qiáng)度均服從正態(tài)分布應(yīng)力s的分布函數(shù):強(qiáng)度δ的分布函數(shù):定義:那么:令:那么積分下限為:產(chǎn)品的可靠度為:復(fù)雜函數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差(2)應(yīng)力和強(qiáng)度均服從威布爾分布應(yīng)力s的分布函數(shù):

強(qiáng)度δ的分布函數(shù):系統(tǒng)不可靠度:令:那么:產(chǎn)品的可靠度為:例題1P有一受拉桿件，載荷的均值為，其標(biāo)準(zhǔn)差為，桿件截面積的均值為，其標(biāo)準(zhǔn)差為，試求應(yīng)力s的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。解：由于載荷和截面積均為正態(tài)分布，那么其應(yīng)力也為正態(tài)分布，其均值為：

標(biāo)準(zhǔn)差為:(3)與時(shí)間有關(guān)的應(yīng)力—強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)設(shè)某一零件的初始應(yīng)力服從均值和標(biāo)準(zhǔn)差的正態(tài)分布，已經(jīng)觀察到應(yīng)力隨時(shí)間變化服從以下規(guī)律：零件材料的強(qiáng)度也是是正態(tài)分布的隨機(jī)變量。初始強(qiáng)度的均值為標(biāo)準(zhǔn)差為，強(qiáng)度的退化規(guī)律為：s3s2s1循環(huán)次數(shù)(N)那么零件在n次循環(huán)后，其耦合方程為：查附表1可以得到:從而得到產(chǎn)品的可靠度:例題

某零件所受的初始應(yīng)力服從均值為和標(biāo)準(zhǔn)差為的正態(tài)隨機(jī)變量，其中:零件材料的強(qiáng)度也是正態(tài)分布的隨機(jī)變量，初始強(qiáng)度的均值為,標(biāo)準(zhǔn)差為,試求10000次循環(huán)后的可靠度。如果應(yīng)力水平不隨時(shí)間而增長(zhǎng)，始終保持在，強(qiáng)度仍按上述呈線性下降，求次循環(huán)后的可靠度。解:查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表得到不可靠度，故可靠度為:如果應(yīng)力水平不隨時(shí)間而增長(zhǎng)，強(qiáng)度仍按上述呈線性下降，那么耦合方程為:查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表得到不可靠度故可靠度為:機(jī)械磨損量與其壽命的關(guān)系在機(jī)械設(shè)計(jì)中，有許多機(jī)械零件如軸承、齒輪、密封圈、活塞環(huán)、離合器以及過(guò)盈聯(lián)接等，它們構(gòu)成不同形式的摩擦副，在外力作用下，有的還受熱力、化學(xué)和環(huán)境變化的影響，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的磨損而故障。設(shè)磨損量的概率密度函數(shù)為,耐磨壽命密度函數(shù)為，各函數(shù)的下角標(biāo)分別表示給定的壽命或給定的磨損量。假設(shè)磨損量的變化具有穩(wěn)定性磨損過(guò)程，即磨損量與時(shí)間成線性關(guān)系:單位時(shí)間的磨損量，當(dāng)零件的累積工作時(shí)間到達(dá)t的可靠度為：其中t(w)為零件磨損量為w條件下的耐磨壽命。假設(shè)服從正態(tài)分布，即:用置換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布:其中分別為平均耐磨壽命和耐磨壽命標(biāo)準(zhǔn)差。同樣，如果給定規(guī)定時(shí)間t，按照磨損量分布密度預(yù)計(jì)零件的可靠度，那么在規(guī)定允許磨損量w時(shí):其中是w(t)到達(dá)t時(shí)零件的累積磨損量。假設(shè)給定時(shí)間t的磨損量密度函數(shù)服從正態(tài)分布，即:用置換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布:其中分別為平均磨損量和磨損量標(biāo)準(zhǔn)差.以上分析為理想情況，通常零件磨損量按照要求給定時(shí)間有一個(gè)允許的磨損分布，然而在實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果中，這種實(shí)測(cè)到時(shí)間t的磨損分布是服從另外參數(shù)的正態(tài)分布。這兩種正態(tài)分布的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為和，要求在任何情況下在時(shí)間t內(nèi)滿(mǎn)足，這種情況類(lèi)似于強(qiáng)度可靠性的干預(yù)情況，隨機(jī)變量的概率，即可靠度在時(shí)間t為:例題由試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)知道，浮動(dòng)花鍵軸在工作到60小時(shí)時(shí)，磨損量的平均值為微米，標(biāo)準(zhǔn)差為微米，設(shè)計(jì)上允許零件的磨損量為微米，試計(jì)算工作到60小時(shí)的零件可靠度。解:查正態(tài)分布表得到:故耐磨可靠度為:機(jī)械產(chǎn)品老化過(guò)程的可靠度

機(jī)械產(chǎn)品老化是不可逆過(guò)程，老化包括脆性、韌性破壞、變形、材料性能變化、腐蝕、粘附、外表性能變化〔如硬度、粗糙度等〕和磨損等，老化的過(guò)程就是機(jī)器出故障前的物理化學(xué)過(guò)程。為了描述老化零件的可靠性，首先必須研究由老化而產(chǎn)生的機(jī)械損傷，記為零件的損傷值U(t)，它一般是時(shí)間的函數(shù)，如果用表示零件的損傷速度，它與損傷值的關(guān)系為：當(dāng)損傷值超過(guò)允許范圍時(shí)，零件那么發(fā)生故障，由于零件故障的原因各有差異，所以U(t)也是十分復(fù)雜的，有線性損傷過(guò)程或非線性損傷過(guò)程。這里假設(shè)磨損是線性增長(zhǎng)的，那么:其中為過(guò)程進(jìn)行速度，一般為正態(tài)分布:如果磨損允許的最大值為Umax根據(jù)產(chǎn)品正確工作條件可確定，當(dāng)U(t)=Umax就到達(dá)了極限狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于使用周期T是隨機(jī)變量的函數(shù):那么產(chǎn)品的平均使用壽命為:當(dāng)隨機(jī)變量的密度函數(shù)后，可以計(jì)算隨機(jī)變量T的密度函數(shù):式中是的反函數(shù)，，代入求得產(chǎn)品使用壽命的密度函數(shù):式中為變異系數(shù)，為損傷過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)差,可以得到產(chǎn)品能工作到T時(shí)間的可靠度：為了計(jì)算方便,引入無(wú)量綱量:那么:或得到:漸發(fā)性故障的形成當(dāng)超過(guò)的概率為,如果考慮老化過(guò)程速度服從正態(tài)分布，那么：液壓泵可靠性設(shè)計(jì)1.缸體疲勞可靠度預(yù)測(cè)

(1)缸體危險(xiǎn)斷面上的應(yīng)力分布通過(guò)對(duì)柱塞泵的缸體采用有限元計(jì)算的結(jié)果說(shuō)明，缸體的最大應(yīng)力點(diǎn)在上下壓柱塞缸孔間最小截面〔即兩缸孔中心連線上的高壓孔側(cè)〕，采用厚壁圓筒簡(jiǎn)化模型法計(jì)算的結(jié)果接近于有限元應(yīng)力分析結(jié)果，具有較高的精度。下面采用厚壁圓筒簡(jiǎn)化模型法計(jì)算缸體危險(xiǎn)斷面上的應(yīng)力分布。按彈性理論并考慮各缸孔之間的干預(yù)，經(jīng)整理得缸孔內(nèi)壁的最大應(yīng)力。圖中r1、r2分別為厚壁圓筒的內(nèi)、外半徑；p為工作壓力；n=r2/r1，對(duì)于該泵n=1.358；1/m為波松比，QAl9-4青銅1/m=0.35。簡(jiǎn)化為:柱塞泵正常工作時(shí)，缸體所受交變應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，即循環(huán)特性:因不是對(duì)稱(chēng)循環(huán)，所以需要計(jì)算出工作應(yīng)力均值和標(biāo)準(zhǔn)差。該泵額定壓力為21MPa，如設(shè)計(jì)中允許泵在額定工況工作時(shí)，因各種因素影響壓力產(chǎn)生±10%的偏差，即允許該泵額定工況工作時(shí)壓力在21±2.1MPa內(nèi)變動(dòng)。得到缸體所受最大拉應(yīng)力及標(biāo)準(zhǔn)偏差為:平均應(yīng)力均值及應(yīng)力幅均值為：取變異系數(shù)，那么有：工作應(yīng)力均值為:工作應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差：(2)缸體疲勞強(qiáng)度分布:該泵關(guān)鍵零部件的材料主要為QAl9-4、20CrMnTi和38CrMoAlA，在機(jī)械材料手冊(cè)中查得上述材料的抗拉強(qiáng)度，并由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出均值和標(biāo)準(zhǔn)差。但其中的QAl9-4為青銅合金，不能按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，由手冊(cè)直接查得=185MPa，其對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)N=〔4~5〕×107，即已考慮到隨著時(shí)間〔循環(huán)次數(shù)〕的增加，疲勞強(qiáng)度的下降了。缸體〔材料為QAl9-4〕，其疲勞強(qiáng)度極限及標(biāo)準(zhǔn)差為：把有關(guān)數(shù)據(jù)代入以上表達(dá)式得:計(jì)算強(qiáng)度時(shí)還應(yīng)考慮應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸及外表質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果柱塞泵缸體發(fā)生疲勞失效，那么疲勞裂紋源將產(chǎn)生于缸體孔底的尖角過(guò)渡處(以下圖所示),缸體配油外表可