设计安全系数与可靠度的关系.pdf

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1、InternalCombustionEngine&Parts·9·设计安全系数与可靠度的关系TheRelationofDesignSafetyFactorandReliability隋喜奎SUIXi-kui（奇瑞汽车股份有限公司汽车工程技术研发总院，芜湖241006）（AutoR&DInstitute，CheryAutomobileCo.，Ltd.，Wuhu241006，China）摘要：传统的机械设计中，机械零件是否发生失效，一般用安全系数S大于或等于许用安全系数[S]来判断。许用安全系数[S]一般根据零件重要性、材料数据准确性、计算精确性及工况等确定。主要

2、介绍了设计中经常采用的均值安全系数和概率安全系数的概念及其与可靠度的关系。Abstract:Inthetraditionalmechanicaldesign,thefailureofmechanicalpartscanbejudgedbythesafetyfactorSgreaterthanorequaltothesafetyfactor[S].Thesafetyfactor[S]isgenerallydeterminedaccordingtotheimportanceoftheparts,theaccuracyofthematerialdata,theacc

3、uracyofcalculationandtheworkingconditions.Thispapermainlyintroducestheconceptofmeansafetyfactorandprobabilitysafetyfactoranditsrelationwithreliability.关键词：安全系数；可靠度；应力Keywords:safetyfactor；reliability；stress0引言度函数为g（y），故可靠度R可表示为：影响机械产品失效的因素可概括为“应力”和“强度”R=P（Y>X）=P（Y-X>0）（1）两类。应力是引起产品失

4、效的各种因素的统称，强度是产利用可靠度计算的一般公式可以导出应力和强度服品抵抗失效发生的各种因素的统称。机械可靠性设计就是从不同分布时的计算公式。当应力与强度服从正态分布要掌握零件应力和强度的分布规律，严格控制发生失效的时，可靠度的计算可大大简化。设应力X和强度Y的概率概率，以满足设计要求。密度函数为：传统的安全系数法一直沿用至今，其特点是表达方式直观明确。但这种设计方法把安全系数、强度、应力等处理成单值确定的变量，尽管设计时安全系数大于1，但往往仍有零件在使用期内失效，这是因为强度、应力和尺寸等（2）都是随机变量，存在一定的分散性。为了确保安全，传统机械设计

5、有时往往盲目用优质材料或加大零件尺寸，造成不式中，ux、uy分别为应力和强度的均值；σx、σy分别为应必要的浪费。力和强度的标准差。如果将应力与强度的随机性概念引入到上述安全系利用概率论的知识可知，Z=Y-X也服从正态分布，Z数中，便可以得出可靠性意义下的安全系数，从而把安全的均值和标准差分别为：系数与可靠度的概念联系起来。1应力-强度干涉模型机械可靠性理论认为产品所受的应力小于其强度，就故可靠度R进一步表达为：不会发生失效；应力大于强度，则会发生失效。受工作环境、载荷等因素的影响，应力和强度都是服从一定分布的随机变量，如图1所示。（3）式中，φ（β）为标准正

6、态分布函数。式（3）中，β把应力的分布参数、强度的分布参数和可靠度三者联系起来，称为联结方程，是可靠性设计中一个重要的表达式。β称为联结系数，以称为可靠度系数，求得β后通过查标准正态分布表即得可靠度的值。图1应力-强度干涉情况[例]设计某一汽车零件，根据应力分析，得知该零件的设应力X的概率密度函数为（fx），强度Y的概率密————————————工作应力为拉应力，服从正态分布，均值和方差为：ux0=收稿日期：2017年9月15日。22352MPa，σ=40.2。为了提高其疲劳寿命，制造时通过喷丸作者简介：隋喜奎，本科，学士，工程师，主要从事汽车发动机可靠x0性

7、开发。处理使其表面产生残余压应力，也服从正态分布N·10·内燃机与配件2（100，16）。零件的强度也服从正态分布，均值为uy=则概率安全系数Sp定义为Ya和Xb之比，即：502MPa。为了保证零件的可度度R不低于99.9%，问强度的标准差σy应该控制为多少？（11）解：由概率论可知，零件工作时的有效应力也服从正将式（9）与联结方程、均值安全系数公式联立，可得到：态分布，可以求出：ux=352-100=252（MPa）（12）2222σ=40.2+16=1872.04=43.267工程中通常取概率为95%的强度下限值，取概率为x因为给定的R=99.9%，查标准

8、正态分布表可得到β=99%的应力上限值