1.2可靠性设计概念介绍

可靠性学科从诞生至今已经有50多年的历史。形成这门学科的起源就是因为传统的质量分析方法无法解释实际中出现的失效问题。在第二次世界大战期间，美国空军由于飞行故障而损失的飞机为21000架，比在实战中被击落的多1.5倍；运往远东的作战飞机上的电子设备60%在运输途中失效，在贮存期间有50%发生失效。这些事实引起美国军方的高度重视，开始研究这些“意外”事故发生的规律，提出了可靠性的概念。

    机械可靠性是可靠性学科的一个重要组成部分。对结构可靠性设计理论和方法的研究可以追溯到20世纪40年代。由于影响机械设备和系统可靠性的因素太多，难以控制，而且产品的数量较少，实验费用较大，所以机械可靠性设计在50-60年代没能全面展开。疲劳破坏时节写零件的主要失失效形式之一，据统计约有80%的零件失效都是疲劳破坏，因此对疲劳问题的研究受到广泛的重视。从60年代开始，F.B.Stulen,D.Kececioglu和A.M.Freudenthal将应力—强度干涉模型用于疲劳强度的可靠性设计中。在70年代前后，D.Kececioglu,E.B.Haugen等人提出了一整套基于干涉模型的疲劳强度可靠性设计方法，并在工程上得到广泛的应用。

可靠性学科就是定量的研究产品动态质量问题的一个学科。它对推动产品的设计、分析的现代化提供了必要的理论基础和分析方法。可靠性学科所包含的内容相当广泛，大致可包含三个方面：可靠性数学，可靠性物理（失效分析）、可靠性工程。

作为机械设计的优化设计理论和方法实际应包括两类范畴：

1.专用设计理论和方法   即各种工程专业本身的运动学、动力学和摩擦学等的设计理论和方法。由于多年来已经形成的理论和方法还不足以完整地解释和反映产品的实际行为及工作机理，必须向现代化发展。

2.通用的设计理论和方法  它并不针对具体专业，具有广泛的通用性和科学性，例如优化、有限元、可靠性、价值工程和工业设计等理论和方法。

1.3  课题研究内容和主要工作

本课题的主要目标是对一种典型的机械产品（三级齿轮减速器）进行可靠性设计。主要是建立齿轮和轴的可靠性模型，重点建立三级齿轮减速器的系统可靠性模型和零部件可靠性模型，在考虑可靠度的情况下进行主要结构的设计，要求系统的总体可靠度应不小于0.95。并根据结果绘制出三级减速器的装配图。

2 可靠性模型得建立

建立零件可靠性模型的一般设计方法以常规设计公式为基础，以其设计参数作为随机变量，将由机械手册中查得的有关数据按统计量处理，从而建立可靠性数学模型。

 2.1齿轮可靠性模型的建立

    假设大小齿轮间传递的功率为P(kw)；小齿轮转速为 ( );齿轮的螺旋角为 (°);齿轮法向模数为 (mm)； 是小齿轮的齿数， 是大齿轮的齿数。

2.1.1齿面接触疲劳强度的可靠性模型

确定齿面接触应力的分布参数

根据文献[机械设计手册 单行本 齿轮传动]，齿轮齿面接触疲劳强度计算接触应力为： 

   试中，“+”号用于外啮合传动，“—”号用于内啮合传动； 是节点区域系数； 是弹性系数( ) ;  是重合度系数； 是工作情况系数； 是动载荷系数；  是齿向载荷分布系数； 是齿间载荷分布系数。

   以上系数的均值可查文献或用简化算法来确定。

    是螺旋角系数， ； 分度圆上的圆周力（N）,其均值为 ； 是小齿轮分度圆直径（mm）其均值为 ；b是齿宽（mm），其均值为 ，其中 为齿宽系数；u是传动比， 。