论可靠度与安全系数的关系

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

The Relati0n 0f Reliability and Safet.v Fact0rZENG Jun-cai.YANG Jiang-tao(Yichang Measurement Technology Institute，Yichang443003，China)Abstract：The article simply introduced the definition of reliability and safety factor，and explain the relation and diference between thereliability and safety factor，analyzed and emphasized the function of mean value and standard deviation for reliability design.The articleexplained that the manufactured part which used the way of safety factor can not ensure the used require of lifetime。

Key words：safety factor；reliability；mean value and standard deviation1概述在对传统机械零件结构的设计方法进行分析和运用中发现，安全系数法是被定义为材料的强度 (如屈服极限、强度极限、疲劳极限)除以零件的实际应力，是在单值的前提下进行分析的，因此其安全系数是某-固定值的，只要安全系数大于实际经验规定的数值，就确认该零件是安全的。上述分析有不足之处主要为：(1)把各种参数都当作定值，没有分析参数的随机变化特性；(2)未考虑参数的离散性和可靠性的关系，因而可靠性不能由安全系数来替代；(3)由于安全系数只是根据经验确定而没有经过理论分折，因而有较大的主观性，为了保险起见，可能认人的安全系数。这样势必增加结构的重量，造成各种资源的浪费。

2可靠度与安全系数的定义对于不可修复的产品，可靠性的数值是指到了规定的时间区间终了为止 ，能完成规定功能的产品数与在该区间开始时投入工作的产品数之比。表示为 ( )1-Nf(t)/N N (O/N，，式中)为与时间t相应的平均可靠度估计值；Ⅳ，为产品工作到t时刻的失效数；Nr为产品数，通常取样本数n；Ns(t)为产品工作到t时刻的存活数。 fc1是根据样本得出的平均可靠度估计值，其置信度为50%。当 趋近于无穷大时， ∽趋近于R(t)，而R(t)又是根据总体得出的可靠度真值，其置信度可认为是100%。需指出的是通常研究的对象都是样本，为计算方便，在实际应用时省略了样本均值的估计值上的符号，用R(t)来代替R(t1。

安全系数法认为零件的强度.s和应力 s都是单值的，通常所用的计算式是n：S/s，主要根据长期积累的实际工作经验，只要计算出来的安全系数n比经验值大，则认为设计出来的零件是可收稿 13期：2013-O1-15圈 巫]霾 交靠安全的。安全系数法把影响零件工作状态的设计变量。如应力、强度、安全系数、载荷、环境因素、材料性能、零件尺寸和结构因素等都处理成确定的单值变量，描述零件状态的数学模型，即变量与变量的关系，可以通过确定性的函数进行单值变换获得∩见安全系数法只是停留在确定性的概念上.没有考虑事物的不确定性.因而不能真正反映客观实际情况。

3两者关系机械可靠性设计方法是将可靠性设计理论引入到机械设计当中，按照零件的重要程度选认适的可靠度设计零件。所谓机械零件的可靠度，实质上是零件在给定的设计和运行条件下对抗失效的能力，是零件的强度 5大于应力s的概率口J。

由于影响零件强度的参数 (如载荷 、几何尺寸和工作温度等)都是随机变量，且有-定的分布规律，在此点上与安全系数法有较大的不同。为分析理解上述两种设计方法间的区别与联系，假定强度和应力分布呈正态分布。用安全系数计算时，其计算式是 (强度均值 、应力均值)。但此时所设计出的零件是否可靠除与平均安全系数 有关外 ，还与强度与应力分布的标准差盯 和 的大小有关。强度 5与应力s都是变量 ，则A也是变量 ，其中AS-sB(c ，c ，，c )，随机变量C ，c ，，c 表示对零件功能有影响的各项因素。当A>O：零件处于安全状态，如图 1所示 ，说明应力与强度互不干涉；当A

4分析及讨论机械可靠性设计方法对问题的提法是某零件在经过-定的时间段工作后，其失效的概率是多少。这种提法较之安全系数法要合理，可使所设计零件的寿命和失效概率得到预测，进而设计出尺寸较小的零件 ，达到节省材料和制造成本的目的。为说明两种方法间的联系与区别，分析讨论如下。

(1)若以相同的比例 k改变两个分布的均值和 的位置 (假设应力和强度分布的标准差 仃和 的值不变)。当k>1时，从图3可知，均值和 向 右 移 动 ， 由 安 全 系 数 法 可 得f㈣F(s)S S图3 同-比例k改变均值nkS/kf ，但此时重叠的阴影部分的失效概率P，减小，而可靠度尺( )增大；当k<1时，情况刚好相反。从上述分析可以得出，若平均安全系数为-定值，而由于均值 和 是可变量，其可计算出不同的可靠度值，从而通过平均安全系曾军财 等：论可靠度与安全系数的关系 经验数这种方法设计出的零件并不能说明是可靠的。

(2)假设保持均值 和 不变，改变标准差盯 和 的值，可得出上述类似的结论，见图4所示，图4中实线表示原分布曲线，其尾部出现的干涉或重叠现象较大，因而失效概率尸，比较大，虚线表示分布曲线的标准差减小，从而使得干涉厂(R(S)图4 均值不变标准差变化或重叠部分减小，此时失效概率P，也随之减校由此可见对于同-安全系数，随着标准差的变化可的到不同的可靠度，可说明在工程上安全系数法仅能作为定性分析。

(3)如果保持安全系数为-定值，而同时改变均值和标准差时，其可靠度将可在-个较大的变化范围变化，所得到的可靠度却是不相同的。

5特点及结论综上所述，用安全系数法设计制造出的零件在工程实际应用上不能确保其达到规定使用的寿命要求，安全系数法将零件的强度和应力等参数认为都是单值的，而不像可靠性设计法是在概率论与数理统计为理论依据上建立的。同时带来的问题是应用可靠性设计法设计出的零件在结构方面要合理，而安全系数法为获得较长的使用寿命，在结构上做得大而笨重。特别要说明的是：可靠性设计可获取零件的预测寿命及失效概率，而安全系数法是无法做到的。