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机械可靠性一般可分为结构可靠性和机构可靠性。结构可靠性主要考虑机械结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效;机构可靠性则主要考虑的不是强度问题引起的失效,而是考虑机构在动作过程由于运动学问题而引起的故障。 机械可靠性设计可分为定性可靠性设计和定量可靠性设计。所谓定性可靠性设计就是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上,有针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的。所谓定量可靠性设计就是充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上,通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系设计出满足规定可靠性要求的产品。 机械可靠性设计方法是常用的方法,是开展机械可靠性设计的一种最直接有效的方法,无论结构可靠性设计还是机构可靠性设计都是大量采用的常用方法。可靠性定量设计虽然可以按照可靠性指标设计出满足要求的恰如其分的零件,但由于材料的强度分布和载荷分布的具体数据还很缺乏,加之其中要考虑的因素很多,从而限制其推广应用,一般在关键或重要的零部件的设计时采用。
机械可靠性设计由于产品的不同和构成的差异,可以采用的可靠性设计方法有:
1.预防故障设计
机械产品一般属于串联系统.要提高整机可靠性,首先应从零部件的严格选择和控制做起。例如,优先选用标准件和通用件;选用经过使用分析验证的可靠的零部件;严格按标准的选择及对外购件的控制;充分运用故障分析的成果,采用成熟的经验或经分析试验验证后的方案。
2.简化设计
在满足预定功能的情况下,机械设计应力求简单、零部件的数量应尽可能减少,越简单越可靠是可靠性设计的一个基本原则,是减少故障提高可靠性的最有效方法。但不能因为减少零件而使其它零件执行超常功能或在高应力的条件下工作。否则,简化设计将达不到提高可靠性的目的。
3.降额设计和安全裕度设计
降额设计是使零部件的使用应力低于其额定应力的一种设计方法。降额设计可以通过降低零件承受的应力或提高零件的强度的办法来实现。工程经验证明,大多数机械零件在低于额定承载应力条件下工作时,其故障率较低,可靠性较高。为了找到最佳降额值,需做大量的试验研究。当机械零部件的载荷应力以及承受这些应力的具体零部件的强度在某一范围内呈不确定分布时,可以采用提高平均强度(如通过大加安全系数实现)、降低平均应力,减少应力变化(如通过对使用条件的限制实现)和减少强度变化(如合理选择工艺方法,严格控制整个加工过程,或通过检验或试验剔除不合格的零件)等方法来提高可靠性。对于涉及安全的重要零部件,还可以采用极限设计方法,以保证其在最恶劣的极限状态下也不会发生故障。2100433B
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机械产品的可靠性设计方法研究
机械产品的可靠性设计是确保机械产品质量的重要基础,文章在对机械产品可靠性概念进行阐述的基础上,对机械产品的可靠性设计内涵与递进进行探讨,最后从可靠性优化设计、可靠性灵敏度设计和可靠性稳健设计等方面出发对机械产品的可靠性设计进行分析。
机械可靠性设计方法的发展与研究现状
本文对可靠性设计的历史发展、机械可靠性设计的原理、机械可靠性设计的原则势等方面进行了概述,具有重要的综合意义。
机械可靠性一般可分为结构可靠性和机构可靠性。结构可靠性主要考虑机械结构的强度,以及由于载荷的影响,发生疲劳、磨损、断裂等引起的失效;机构可靠性则主要考虑的不是强度问题引起的失效,而是考虑机构在动作过程由于运动学问题而引起的故障。
机械可靠性设计可分为定性可靠性设计和定量可靠性设计。所谓定性可靠性设计就是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上,有针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的。所谓定量可靠性设计就是在充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上,通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系设计出满足规定可靠性要求的产品。
机械可靠性设计方法是常用的方法,是目前开展机械可靠性设计的一种最直接有效的方法,无论结构可靠性设计还是机构可靠性设计都是大量采用的常用方法。可靠性定量设计虽然可以按照可靠性指标设计出满足要求的零件,但由于材料的强度分布和载荷分布的具体数据目前还很缺乏,加之其中要考虑的因素很多,从而限制了其推广应用,一般只在关键或重要的零部件的设计时采用。
机械可靠性设计由于产品的不同和构成的差异,可以采用的可靠性设计方法如下。
(1)预防故障设计 机械产品一般属于串联系统,要提高整机可靠性,首先应从零部件的严格选择和控制做起,例如,优先选用标准件和通用件;选用经过使用分析验证的可靠的零部件;严格按标准进行选择.加强对外购件的控制;充分运用故障分析的成果,采用成熟的经验或经分析试验验证后的方案。
(2)简化设计 简化设汁是在满足预定功能的情况下,机械设计应力求简单,零部件的数量应尽可能减少,越简单越可靠是叮靠性设计的一个基本原则,是减少故障提高可靠性的最有效方法。但不能因为减少零件而使其他零件执行超常功能或在高应力的条件下工作。否则,简化设计将达不到提高可靠性的目的。
(3)降额设计和安全裕度设计 降额设计是使零部件的使用应力低于其额定应力的一种设计方法。降额设计可以通过降低零件承受的应力或提高零件的强度的办法来实现。工程经验证明,大多数机械零件在低于额定承载应力条件下工作时,其故障率较低,可靠性较高。为了找到最佳降额值,需做大量的试验研究。当机械零部件的载荷应力以及承受这些应力的具体零部件的强度在某一范围内呈不确定分布时,可以采用提高平均强度(如通过加大安全系数来实现)、降低平均应力,减少应力变化(如通过对使用条件的限制实现)和减少强度变化(如合理选择工艺方法,严格控制整个加工过程,或通过检验或试验剔除不合格的零件)等方法来提高可靠性。对于涉及安全的重要零部件,还可以采用极限设计方法,以保证其在最恶劣的极限状态下也不会发生故障。
(4)余度设计 余度设计是指对完成规定功能的整机式系统设置重复的结构、备件等,以备局部发生失效时,整机或系统仍不会丧失规定功能的设计。当某部分可靠性要求很高,但目前的技术水平很难满足,比如采用降额设计、简化设计等可靠性设计方法还不能达到可靠性要求,或者提高零部件可靠性的改进费用比重复配置还高时,余度技术可能成为唯一或较好的一种设计方法,例如采用双泵或双发动机配簧的机械系统。但应该注意,余度设计往往使整机的体积、质量、费用均相应增加。余度设计提高了机械系统的任务可靠度,但基本可靠性相应降低了。因此,采用余度设计时要慎重。
(5)耐环境设计 耐环境设计是在设计时就考虑产品在整个生命周期内可能遇到的各种环境影响,例如装配、运输时的冲击,振动影响,储存时的温度、湿度、霉菌等影响,使用时的气候、沙尘、振动等影响。因此,必须慎重选择设计方案,采取必要的保护措施,减少或消除有害环境的影响。具体可以从认识环境、控制环境和适应环境三方面加以考虑。认识环境指的是:不应只注意产品的工作环境和维修环境,还应了解产品的安装、储存、运输的环境。在设计和试验过程中必须同时考虑单一环境和组合环境两种环境条件;不应只关心产品所处的自然环境,还要考虑使用过程所诱发的环境。控制环境指的是:在条件允许时,应在小范围内为所设计的零部件创造一个良好的工作环境条件,或人为地改变对产品可靠性不利的环境因素。适应环境指的是:在无法对所有环境条件进行人为控制时,在设计方案、材料选择、表面处理、涂层防护等方面采取措施,以提高机械零部件本身耐环境的能力。
(6)人机工程设计 人机工程设计的目的是减少使用中人的差错,发挥人和机器各自的特点,以提高机械产品的可靠性。当然,人为差错除了人自身的原因外,操纵台、控制及操纵环境等也与人的误操作有密切的关系。因此,人机工程设计是要保证系统向人传达信息的可靠性。例如,指示系统不仅显示可靠,而且显示的方式、显示器的配置等都使人易于无误地接受;二是控制、操纵系统可靠,不仅仪器及机械有满意的精度,而且适于人的使用习惯,便于识别操作,不易出错,与安全有关的,更应有防误操作设计;三是设计的操作环境尽量适合于人的工作需要,减少引起疲劳、干扰操作的因素,如温度、湿度、气压、光线、色彩、噪声、振动、沙尘、空间等。
(7)健壮性设计 健壮性没计最具代表性的方法是日本田口玄一博士创立的田口方法,即所谓的一个产品的设计应由系统没计、参数设计和容差没计等三次设计来完成,这是一种在设计过程中充分考虑影响其可靠性的内外干扰而进行的一种优化设计。这种方法已被美国空军制定的RM2000中作为一种抗变异设计及提高可靠性的有效方法。
(8)概率设计法 概率设计法是以应力一强度干涉理论为基础的,应力-强度干涉理论将应力和强度作为服从一定分布的随机变量处理。
(9)权衡设计 权衡设计是指在可靠性、维修性、安全性、功能、质量、体积、成本等之间进行综合权衡,以求得最佳的结果。
当然,机械可靠性设计的方法绝不能离开传统的机械设计和其他一些优化设计方法,如机械计算机辅助设计、有限元分析等 。2100433B
前言
1 范围
2 规范性引用文件
3 术语和定义
4 智能仪表可靠性特征量及指标体系
4.1 智能仪表的可靠性特征量
4.2 智能仪表可靠性指标体系
5 可靠性设计
5.1 可靠性设计技术措施
5.2 元器件选择与控制
5.3 可靠性预计与分配
5.4 降额设计
5.5 可靠的电路设计
5.6 故障分析
5.7 维修性设计
5.8 软件可靠性设计
5.9 其他设计方法
6 可靠性设计评审
6.1 可靠性设计评审的作用
6.2 评审目录
6.3 评审内容及要求
6.4 评审程序
6.5 评审资料
6.6 评审报告
附录A(资料性附录)智能仪表可靠性预计示例
A.1 智能仪表功能框图及可靠性逻辑框图
A.2 流量计整机及功能单元可靠性数学模型
附录B(资料性附录)智能仪表可靠性分配示例
附录C(资料性附录)智能仪表故障分析示例
C.1 绘制涡街流量计可靠性功能分级框图
C.2 故障模式
图A.1 智能流量计工作原理框图
图A.2 流量计可靠性框图
图A.3 传感器可靠性框图
图A.4 放大板可靠性框图
图A.5 转换板可靠性框图
图C.1 流量计可靠性分级框图
表1 智能仪表可靠性指标
表2 元器件应力分析计算表
表3 可靠性评审组人员及职责
表B.1 整机到功能单元的可靠性指标分配统计表
表B.2 从转换板单元级到部件级的可靠性指标分配统计表
表C.1 故障械式汇总表
表C.2 传感器部分FMEA分析表
电力公司首先要定义高可靠性用户级别。由于用户的受端电压不同,电力公司为维持同一水平的可靠性为低压用户的投资要比高压用户的高许多,所以我们还要考虑用户的受端电压等级情况。根据各电压等级下的用户对可靠性要求的不同分为三类,即一级、二级和三级用户。各电压等级下再分为三个可靠性等级,分类区间数值可以不同,因为电压高普遍可靠性要高;可靠性改善度递减,但最终可靠性价差可均匀相等。
1.对于申请临时用电的电力用户,供电企业应与用户以合同方式约定临时用电期限,并按上款标准收取临时接电费用。在合同约定期限内结束临时用电的,预交的临时接电费用全部腿还用户;超出合同约定期限的,由供电企业与用户另行约定处置。
2.对已收取高可靠性供电费用的用户,供电企业应对用户的电气连锁装置和其他安全措施进行定期检查,确保用户用电安全及电网安全运行。当电网一路供电电源停电时,供电企业应及时提供备用供电,除不可抗阻力因素外,用户供电可靠率应达到99.89%以上。对达不到规定要求的,供电企业应承担违约责任,具体由供、用电双方通过合同约定。供电企业收取高可靠性供电费用和到期不再退还的临时接电费用,只能用于增加改善用户用电而必须建设、改造工程和有关业务资产,不得挪作他用 。2100433B