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1、 机械零件可靠性设计教学大纲课程名称：机械零件可靠性设计 面向专业：农机化、机师、汽运课程代码： 大纲执笔人：吕钊钦总学分：2 大纲审定人： 王会明1、课程的教学目的、性质、地位和任务随着科学技术的飞速发展，可靠性技术已被广泛地应用于各个行业。可靠性设计作为一门边缘科学受到重视在国外已有40多年的历史了，在航天、航空、机械、电子技术中的应用得到了很大发展。可靠性设计、优化设计、有限元分析和计算机辅助设计构成了现代化机械设计的新方法。机械设备是由许多零件组成的，要提高设备的可靠性，必须先提高零件的可靠性。本课程的基本任务是掌握汽车可靠性设计理论，根据要求将零件的可靠度设计到产品中，保证产品的使用
2、可靠性、实现产品寿命的可预测性，从而达到低成本、高效益之目的。2、课程教学的基本要求 机械零件可靠性设计具有较强的理论性。要求掌握产品可靠性的评价尺度，威布尔分布、正态分布、对数正态分布等可靠性工程常用的几种概率分布；学会应力、强度分布的确定方法；熟练掌握应力、强度分布干涉理论及可靠度计算；了解可靠性试验与分析方法，学会轴、螺栓、键连接、齿轮传动等机械零件的可靠性设计。3、课程教学大纲及学时分配（36学时）第一章：绪论（2学时）第一节 概述第二节 可靠性定义及评价指标一、 可靠性定义二、可靠性尺度（特征量） 1 可靠度R(t) 2 失效率l(t) 3 平均寿命（平均无故障工作时间）MTBF 4
3、 维修度M(t) 5 有效度 6 可靠寿命三、零件传统设计法与可靠性设计法的比较 内容要点是可靠性发展史、重要性和任务；可靠性定义及其评价指标。重点是可靠性定义及其评价指标、零件传统设计法与可靠性设计法的比较。 教学方法：采用多媒体教学。通过理论学习、习题等教学环节的相互配合，突出重点、难点。思考题：1、可靠性定义及评价指标有哪些？ 2、比较零件传统设计法与可靠性设计法的不同点。第二章：可靠性的数学基础（2学时）第一节：随机变量 一 离散型随机变量v二 连续型随机变量v三 累积分布函数v四 概率密度函数v五 随机变量数字特征第二节：可靠性工程常用的几种概率分布一 伯努力试验和二项分布二、泊松分
4、布三 正态分布四 对数正态分布五 威布尔分布 内容要点是伯努力试验和二项分布、正态分布、对数正态分布、指数分布及威布尔分布。重点是威布尔分布。 教学方法：采用多媒体教学。通过理论学习、习题等教学环节的相互配合，突出重点、难点。思考题：1、可靠性工程常用的几种概率分布有哪些？概率函数表达式？2、说明威布尔分布分布参数的意义。第三章：可靠性设计的内容和步骤（1学时）一、可靠性技术要求 关键性检查2 冗余分析（Redundancy Analysis /ridLndnsi/）3 维修性分析4 设计评审二、可靠性设计的特点三、可靠性设计的内容四、可靠性设计的方法和步骤 内容要点是可靠性的设计特点、内容、
5、方法步骤。 重点是设计步骤。 教学方法：采用多媒体教学。通过理论学习、习题等教学环节的相互配合，突出重点、难点。 思考题：1、说明可靠性设计的方法和步骤。第四章：确定应力分布的方法（4学时）第一节 确定应力分布的具体步骤v一 确定所有重要的失效模式，并据此确定适当的失效判据。v 屈服、断裂、疲劳、变形、失稳、磨损等。v二 分析作出应力单元体危险点的单元体v三 计算应力单元体上的6个名义分量v S = f( L,T,G,P,t,m)v四 使用应力修正系数，确定每一应力分量的最大值。v五 计算主应力v当以最大主应力或最大剪切应力作为失效判据时，应计算主应力。v六 各应力综合为复合应力v七 确定每个
6、名义应力，应力修正系数和设计参数的分布v八 综合为应力分布v九 对于每一重要失效模式，均重复上述步骤。第二节 影响应力分布的物理参数及几何参数的统计数据一 弹性模量E,剪切模量G,泊松比二 几何尺寸第三节：代数法综合应力分布一、基本原理二、举例第四节：矩法综合应力分布一、一维随机变量二、多维随机变量内容要点是弹性模量、泊松比、断面截面模量，代数法综合应力分布和矩法综合应力分布计算公式及应用。重点是矩法综合应力分布公式与应用。 教学方法：采用多媒体教学。通过理论学习、习题等教学环节的相互配合，突出重点、难点。思考题：1、确定应力分布的具体步骤是什么？2、说明矩法综合应力分布原理。第五章：确定强度
7、分布的方法（4学时）第一节 代数法综合强度分布 一 确定强度判据v二 确定名义强度分布v三 强度修正系数： 应力集中系数kf 温度系数 时间系数v四 综合成为强度分布 五、呈分布状态的S-N曲线 六、复合疲劳应力下的强度分布第二节：矩法综合强度分布一、 基本原理二、 应用内容要点是呈分布状态的SN曲线，复合疲劳应力下的强度分布；代数法和矩法确定强度分布的计算公式及应用。重点是矩法确定应力分布的公式与应用。 教学方法：采用多媒体教学。通过理论学习、习题等教学环节的相互配合，突出重点、难点。 思考题：1、代数法和矩法综合强度分布的原理。 2、说明复合疲劳应力下的强度分布。第六章：应力-强度分布干涉
8、理论及可靠度计算 （12学时）第一节：可靠度函数与失效率一、基本概念二、基本原理第二节：应力-强度分布干涉理论与可靠度的一般表达式一、 应力-强度分布干涉理论二、 可靠度的一般表达式第三节：应力和强度都呈正态分布时可靠度计算一、 基本原理二、 联结方程第四节：应力和强度都呈对数正态分布时可靠度计算一、基本原理二、联结方程第五节 可靠度的计算方法一、数值积分法二、图解法三、应力呈布尔分布、强度呈正态分布的可靠度计算四、疲劳应力下的可靠度计算五、复合疲劳用力下的可靠度计算六、可靠度与安全系数的关系 内容要点和重点：掌握应力和强度都呈正态分布时可靠度计算。 教学方法：采用多媒体教学。通过理论学习、习
9、题等教学环节的相互配合，突出重点、难点。 思考题：1、推倒应力-强度分布干涉理论与可靠度的一般表达式。 2、应力呈布尔分布、强度呈正态分布的可靠度计算。 3、说明可靠度与安全系数的关系。第七章 可靠度的置信度和置信区间（4学时）一、基本概念1、置信度、置信区间与风险2、可靠度的置信度的单侧置信区间3、置信度对可靠度单侧置信区间下限RL1的影响4、样本容量n对可靠度的单侧置信区间下限 RL1的影响二、在规定的置信度下把目标可靠度设计到零件中三、机械零件可靠性设计数据及获得方法 要点及重点：置信度、置信区间与风险、可靠度的置信度的单侧置信区间、试验及经验法作S-N线图，古德曼线图确定。 教学方法：
10、采用多媒体教学。通过理论学习、习题等教学环节的相互配合，突出重点、难点。 思考题：1、基本概念：置信度、置信区间与风险 2、可靠度的置信度的单侧置信区间及其影响因素。 3、如何在规定的置信度下把目标可靠度设计到零件中？第八章 机械零件可靠性设计应用（5学时）第一节 可靠性设计应用举例 一、机械零件可靠性设计应考虑的问题二、螺栓联结的可靠性设计1、受拉螺栓联接2、紧螺栓联接3、受剪螺栓联接4、按栓杆或孔壁受挤压进行设计三、 过盈联接的可靠性设计四、 花键联接的可靠性设计五、焊缝强度的可靠度计算六、轴的可靠性设计 要点及重点：轴、螺栓、键连接等机械零件的可靠性设计。 教学方法：采用多媒体教学。通过理论学习、习题等教学环节的相互配合，突出重点、难点。 思考题：1、机械零件可靠性设计应考虑哪些问题？ 3、建议使用教材 机械零件可靠性设计（牟志忠）机械工业出版社。参考书 可靠性设计与维修等相关教材。4、课程考核要求课程的考核：笔试。
