《机电产品可靠性设计》教案.docx

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1、教师教案（20222022学年第2学期）课程名称：机电产品牢靠性设计授课学时：32授课班级：2022级任课教师：朱顺鹏教师职称：讲师老师所在学院：机械电子工程学院电子科技高校教务处课程名称机电产品牢靠性设计授课专业机械设计制造及其自动化班级2022课程编号08084025修课人数164课程类型必修公共基础课（）;学科基础课（）;专业核心课（）选修专业选修（J）;任选课（）;公选课（）;理论课（J）;实践课（）授课方式课堂讲授为主（J）;试验为主（）;自学为主（）;专题争论为主（）;其他：是否采纳多媒体授课是考核方式及成果构成考试（J）考查（）成果构成及比例：考试80%+平常成果20%是否采纳双

2、语教学否学时安排讲授32学时；试验学时；上机学时；习题学时；课程设计学时教材名称作者出版社及出版时间机电产品牢靠性设计凌丹自编讲义，2022参考书目L机械牢靠性设计2 .机械牢靠性设计3 .机械零件的牢靠性设计4 .系统牢靠性设计与分析5Reliability in Automotive andMechanical Engineering.6 .电子元器件牢靠性工程孟宪铎刘惟信卢玉明宋保维Bertsche B.孙青，庄奕琪冶金工业出版社,2022清华高校出版社,2000高等教育出版社，1987西北工业高校出版社,2022Springer, 2022电子工业出版社,2002授课时间第1周第16周

3、第一章 牢靠性设计概论4学时一、教学内容及要求教学内容共4学时牢靠性基本概念2学时(1)牢靠性的内涵(2)牢靠性工程进呈现状(3)牢靠性特征量牢靠性数学基础2学时(1)数理统计基本概念(2)牢靠性常用概率分布(3)随机变量均值与方差的近似计算教学要求(1) 了解牢靠性学科进展历程(2)把握牢靠性学科争论的内容(3) 了解我们国家牢靠性争论的进呈现状(4) 了解牢靠性设计工作的重要意义及面临的主要挑战(5)把握牢靠性的定义(6)把握牢靠度、不行靠度、失效率的定义(7)把握常用的概率分布(正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布)在牢靠性设计工作中的应用(8)把握随机变量均值与方差的近似计算方

4、法二 教学重点、难点教学重点牢靠性的定义牢靠性特征量定义及相互关系常用概率分布的统计特征量教学难点失效率的定义威布尔分布的相关概念及应用三 教学设计列举航空航天产品(如卫星天线、卫星指向机构、太阳翼绽开机构)、民用产品(如汽车)、制造装备(如数控机床)的实例，突出开展牢靠性工作的重要意义。随机变量及数理统计的学问系同学在先修课程中所学内容的复习，可以简要介绍，并要求同学查阅以前的书籍。正态分布是同学熟知的内容，在教学过程中着重讲解其实际应用；指数分布、对数正态分布和威布尔分布是同学先修课程中没有学习过的，应具体讲解。威布尔分布是难点内容,应重点介绍其进展历史，统计特征，以及威布尔分布在机械牢靠

5、性中的特别作用，列举工程实例。随机变量函数的均值与方差计算是后续机械产品牢靠性设计需要用到的基本方法，讲解三种常用的方法原理即可，公式可以查表。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料1 .盛骤，谢式千，潘承毅.概率论与数理统计（第四版），高等教育出版社,20222 .刘惟信.机械牢靠性设计.北京:清华高校出版社,2000六、教学后记其次章系统牢靠性设计8学时一、教学内容及要求教学内容共8学时系统牢靠性框图2学时串联系统；并联系统；混联系统；表决系统；旁联系统牢靠性安排2学时牢靠性安排的目的和原则牢靠性安排方法（等安排法、再安排法、比例安排法、AGREE法）牢靠性估计1学时牢靠性估计的目的牢靠性

6、估计的方法（应力分析法、元器件计数法、相像产品法、上下限法）故障模式、影响及危害性分析FMECA1学时FMECA的定义及分类FMECA的一般过程风险优先数和危害性矩阵故障树分析FTA 2学时故障树的各种符号故障树建树步骤常用故障树分析方法介绍教学要求(1) 了解系统牢靠性设计的任务；(2)把握系统牢靠性建模方法；(3) 了解牢靠性安排与估计的目的；(4)把握牢靠性安排与估计的常用方法。(5) 了解FMECA的步骤；(6)把握故障影响严酷度、发生度、探测度的基本概念；(7)把握风险优先数和危害性矩阵图的计算。(8)把握故障树分析常用的术语与规律门；(9)把握故障树定性、定量分析方法。二、教学重点

7、、难点教学重点常用牢靠性框图及其牢靠性指标计算方法FMECA分析的过程FMECA中风险优先数计算及危害度矩阵图的绘制FTA的常用大事符号和规律门符号割集与最小割集的概念及确定方法路集与最小路集的概念及确定方法故障树的定量分析教学难点表决系统的牢靠度计算旁联系统的牢靠度计算采用最小割集进行故障树的定量分析底大事重要度的计算三、教学设计系统的牢靠性不仅取决于其组成单元的牢靠性，而且与各单元的连接方式有关。系统牢靠性框图不同于系统的功能框图，针对不同失效模式可以绘制不同的牢靠性框图，以滤油器为例讲解。讲解各种典型牢靠性框图(串联、并联、混联、表决、旁联)的牢靠度计算方法时，要给出工程实例。以美国“挑

8、战者”号(1986)、“哥伦比亚”号(2003)航天飞机坠毁事故、切尔诺贝利核反应堆事故、美国F22隐形战机坠毁事故引出FMECA工作的重要意义。以某型军用飞机升降舵系统FMECA为例介绍分析过程。介绍故障树的进展历史，以泰坦尼克沉船为顶大事,介绍故障树的常用符号和建树过程,并给出一些故障树分析实例，如剪草机发动机不启动、柴油发动机燃油泄漏为顶大事的故障树。故障树定性分析，割集与最小割集的上行法与下行法，课堂练习。故障树定性分析，路集与最小路集的胜利树法，课堂练习。故障树定量分析是本章的难点，在教学过程中强调数据积累的重要性，牢靠性数学如何应用于故障树分析；强调底大事重要度对于改进设计和设施修

9、理的重要意义。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料1 .（挪）劳沙德著.郭强，王秋芳，刘树林译.系统牢靠性理论：模型、统计方法及应用.国防工业出版社,20222 .梅启智，廖炯生，孙志中.系统牢靠性工程基础.科学出版社，19923 .周海京，遇今.故障模式、影响及危害性分析与故障树分析.航空工业出版社,2003六、教学后记第三章机械牢靠性设计原理6学时一、教学内容及要求教学内容共6学时概述1学时机械产品牢靠性设计的任务传统机械设计与牢靠性设计的区分机械牢靠性设计的步骤应力强度干涉模型及牢靠度计算4学时应力-强度模型的基本思想用应力强度干涉模型求牢靠度的计算方法几种常用分布的牢靠度计算应力分布

10、类型及其参数的确定强度分布类型及参数的确定机构运动牢靠性概述1学时教学要求4 1) 了解机械产品牢靠性设计与传统设计的区分；5 2) 了解机械牢靠性设计的过程；(3)把握应力强度干涉模型的基本理论及牢靠度计算方法；(4)把握应力、强度分布的确定方法；(5) 了解机构运动牢靠性基本概况。二、教学重点、难点教学重点传统机械设计与牢靠性设计的区分应力-强度模型的基本思想用应力.强度干涉模型求牢靠度的计算方法几种常用分布的牢靠度计算教学难点应力分布类型及其参数的确定强度分布类型及参数的确定机构运动牢靠性分析方法三、教学设计机械牢靠性设计中，概率设计是一种主要的方法，以传统的机械牢靠性设计方法为基础，将

11、设计变量视为随机变量，运动概率运算方法，计算零件的牢靠度或在给定牢靠度时进行零件主要尺寸的设计。讲解传统设计与牢靠性设计的区分与联系。以简洁拉杆设计为例,分析设计过程中的不确定性，分析平安系数法的优缺点。应力强度干涉理论是机械牢靠性设计的基本理论。通过狭义应力与强度的概念引出广义应力与强度的概念。采用第一章中的随机变量的概率密度曲线，绘制应力强度干涉曲线。具体讲解采用干涉计算牢靠度的方法，重点讲解应力和强度均听从正态分布时牢靠度的计算，并列举例题。应力和强度分布参数的确定是应用应力强度干涉理论的前提，要求同学了解各种设计手册的使用方法，理解工程中一些有用计算方法。以飞机起落架为例介绍争论机构运

12、动牢靠性分析的意义，列举机构牢靠性常用的分析方法，介绍机构牢靠性的争论现状与进展趋势。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料1 .卢玉明，机械零件的牢靠性设计，北京:高等教育出版社，19892 .徐潮.机械强度的牢靠性设计.北京:机械工业出版社，19843 .孟宪铎，机械牢靠性设计.北京:冶金工业出版社,20224 .王超，王金.机械牢靠性工程.北京:冶金工业出版社，1992六、教学后记第四章 疲惫牢靠性设计4学时一、教学内容及要求教学内容共4学时疲惫失效及材料的疲惫曲线1学时材料的疲惫曲线全概率PS-N曲线呈分布状态的疲惫极限应力图零件疲惫极限的分布1学时疲惫牢靠度计算2学时稳定变应力下疲惫

13、强度的牢靠度计算不稳定变应力下的疲惫强度的牢靠度计算教学要求(1)把握呈分布状态的S-N曲线和疲惫极限应力图；(2)把握稳定变应力下的疲惫牢靠度计算；5 3) 了解疲惫累积损伤理论；6 4) 了解非稳定变应力下的疲惫牢靠度计算。二、教学重点、难点教学重点全概率P-S-N曲线呈分布状态的疲惫极限应力图稳定变应力下疲惫强度的牢靠度计算教学难点零件疲惫极限分布的确定不稳定变应力下的疲惫强度的牢靠度计算三、教学设计疲惫是机械零件的主要失效形式。列举实例说明疲惫失效的危害。疲惫寿命曲线和疲惫极限曲线是机械设计课程中同学已经把握的内容，教学中应强调设计过程中存在的不确定性和全概率P-S-N曲线的重要意义，

14、简洁介绍全概率P-S-N曲线的获得方法。在多个不同应力循环特性的全概率P-SW曲线的基础上，能够获得呈分布状态的疲惫极限应力图。建议同学查阅资料,自学疲惫应力载荷谱的处理方法；结合机械设计手册讲解零件疲惫极限分布参数的确定方法，留意强调零件疲惫极限与材料疲惫极限的区分。稳定循环变应力下进行疲惫牢靠性设计的主要是依据全概率P-S-N曲线或呈分布状态的疲惫极限应力图。讲解基本方法，并列举例题。简要介绍疲惫累积损伤理论及不稳定变应力下进行疲惫牢靠性设计的方法。四、作业通过课程网站发布。五、参考资料卢玉明，机械零件的牢靠性设计，北京:高等教育出版社，1989徐潮.机械强度的牢靠性设计.北京:机械工业出版社，1984孟宪铎，机械牢靠性设计.北京:冶金工业出版社,2022王超，王金.机械牢靠性工程.北京:冶金工业出版社，1992六、教学后记第五章机械零件牢靠性设计4学时一、教学内容及要求教学内容共4学时轴的静强度牢靠性设计1学时传动轴的静强度牢靠性设计转轴的静强度牢靠性设计圆柱齿轮轮齿强度的牢靠性设计I学时齿面接触疲惫强度牢靠性设计齿根弯曲疲惫强度牢靠性设计滚动轴承的牢靠性设计1学时滚动轴承的寿命计算滚动