机械零部件的可靠性设计优化

机械设计中，我们常根据材料的强度、刚度、寿命等来设计符合要求的产品或结构，此时应用的各种方程、判据中明显地或隐含地包括诸如动载荷、静载荷、强度极限、弹性模量、极限应力、剖面惯性矩、机加工尺寸等与机械设计有关的参数和变量。大量统计表明，在一般情况下，这些参数多呈正态分布，均可用正态分布来描述。因此，在机械零件的可靠性设计中大部分计算方法里自然引入正态分布的有关理论。

机械零部件在使用中，当应力超过强度时就会失效。在传统的设计中，往往采用适当的安全系数来避免零件的失效。这种方法的特点是直观、简便，并具有一定的实践依据和经验，所以一直沿用至今。但是，它有很大的经验性和盲目性。因为零部件的材料强度具有离散性，即使同一种材料，在相同的热处理规范和试验条件下，其强度值也呈现不同程度的波动，零部件薄弱环节上的应力也因其尺寸、形状的误差以及表面加工粗糙度的不同而呈现不同程度的波动。此外，所受的载荷，即使是静载荷也不是完全确定的，这就使安全系数的定量概念变得含糊不清。

更重要的是，安全系数没有和零部件破坏（失效）概率相联系。由统计分布函数的性质可知，应力—强度两概率密度曲线在一定条件下可能发生相交，其相交的区域就是零件可能出现失效的区域，称为干涉区。也就是说，使用了安全系数大于1的零部件仍然还可能失效。只有当强度和应力的离散性很小时，安全系数设计法才有意义。否则，设计者为了有把握，往往盲目加大安全系数，造成产品的笨重和材料的浪费。(www.xing528.com)

因此，这种传统的安全系数设计法的应用受到限制。随着可靠性技术的发展，运用已形成的应力—强度干涉理论，可靠性设计很好地解决了这一问题。