課程名稱：機械結構可靠性設計（2天）
課程簡介
◆本課程針對機械類產品可靠性的相關問題展開、工作能力和技能雷達圖展開，圍繞可靠性的理念、可靠性的參數、可靠性的工具和可靠性的設計等日常工作展開。在授課期間，有針對性的組織訓練和練習。
◆目的是確保公司產品達到規定的可靠性要求，滿足系統的完好性和任務成功性要求、降低對保障資源的要求、減少壽命周期費用。
◆在最后，本課程設置獨立地章節介紹可靠性管理的內容。現階段的大部分培訓是圍繞可靠性設計和課堂訓練展開的。

授課時間
2天，12小時最佳
授課方式
激情授課 互動體驗 案例分享 現場行動
關鍵字
機械產品的可靠性 可靠度 產品可靠性設計
適合對象
◆從事可靠性工作的相關人員。
◆即將從事可靠性工作的相關人員。
課程收益
◆通過本課程，學員可以掌握可靠性相關工作技能要求和理論基礎；
◆針對可靠性工作的特點，本課程設置有效地練習和訓練課題；
◆通過本課程，學員可以充分地掌握產品可靠性的分析、設計和驗證的流程和方法，有效地提高工作能力；
◆通過本課程學習，學員可熟練地掌握“可靠性”理念，可靠性參數，可靠性預計、分配、分析和設計，可靠性試驗和驗證等工作方法，并在產品研發、設計、量產和客戶感知等階段有效地應用；
◆通過本課程，學員掌握的軟件有：“FreeFta”、“Minitab”和“Microsoft office Visio”。

課程大綱
第一章 課前溝通
第一節 課前溝通
（1） 講師簡介
（2） 學員介紹：行業 崗位 職責 日常工作
（3） 學習的“目的 期望”
（4） 工作中的“困惑 困難 疑問”在哪里？
第二節 需求分析
（1） 機械可靠性設計都包括哪些方面？
（2） 機械可靠性設計工作包括哪些方面？
（3） 如何描述這些產品和工作的需求？
a) 理解機械產品的可靠性與其他產品的不同，關注產品在研發設計中的可靠性特征；
b) 掌握機械產品可靠性參數特征值，學會描述機械可靠性設計的思維和方法；
c) 掌握機械產品可靠性設計方法，科學地分配、預計、分析和設計產品的可靠性。
第三節 課程分析
（1） 課程目標：課程雷達圖

（2） 課程日程安排
（3） 學員承諾

第二章 可靠性的發展歷程和理念
第一節 產品的可靠性
（1） 可靠性和可靠度
（2） 可靠性的發展歷程
（3） 可靠性的其余四性
a) 維修性
b) 保障性
c) 測試性
d) 安全性
第二節 可靠性的專家
第三節 產品可靠性與隨機事件概述
第四節 全壽命周期和浴盆曲線
（1） 定義
（2） 概述
（3） 發展歷程
（4） 企業生命周期和產品生命周期
（5） 浴盆曲線
a) 浴盆曲線
b) 失效率的三個階段
c) 六種故障模型
（6） 案例分析
第五節 可靠性工程
（1） 預防故障
（2） 發現故障
（3） 糾正故障
（4） 驗證故障

第三章 產品可靠性設計
第一節 可靠性尺度
（1） 可靠度和不可靠度
（2） 失效概率密度
（3） 失效率
（4） 平均壽命
（5） 可靠壽命
（6） 中位壽命
（7） 特征壽命
（8） 維修度
（9） 平均修復時間
（10） 有效度
（11） 重要度
第二節 可靠度
（1） 可靠度觀測值函數
（2） 案例分析：某電子產品元器件有1000個，開始工作至500h內有元器件損壞100個，工作至1000h共有500個元器件損壞，求該批元器件工作500h-1000h的可靠度。
（3） 累計失效概率函數
a) 失效概率密度函數
b) 失效概率密度函數和可靠度的關系
（4） 失效率
a) 故障率
b) 失效率的觀測值
c) 可靠度函數
d) 失效率曲線：機械和電子
e) 案例分析：有1000個零件，其工作到3年、4年、5年末的失效零件個數分別是10個、30分、60個。試計算這批零件在3年、4年末時候的失效率。
（5） 案例分析：某元件的可靠度函數為R(t)=e-λt，求其失效率。
第三節 產品的特征壽命
（1） 平均壽命
（2） 可靠壽命
（3） 中位壽命
（4） 特征壽命
（5） 案例分析：已經某產品的可靠性函數為R(t)=e-λt，求其可靠度R=99%時的可靠壽命、中位壽命和特征壽命。
第四節 可靠性特征量的關系
第五節 應力
（6） 強度與可靠度
（7） 設計原則
a) 安全狀態
b) 失效狀態
c) 極限狀態
第六節 維修特征量
（1） 維修度
（2） 平均修復時間

第四章 概率
第一節 隨機事件的概率
第二節 概率的基本公式
第三節 隨機變量的概率分布及數字特征
第四節 方差和標準差
第五節 案例分析：測得5個元件的使用壽命分別是12年、7.5年、13年、9.5年、8.5年，試求它們壽命的均值和標準差；若已知其壽命分布密度函數為f(t)=0.1e-0.1t，其中t為時間，t≥0，求其壽命的均值和標準差。

第五章 可靠性中常用的概率分布
第一節 二項分布
（1） 分布特點
（2） 案例分析
第二節 指數分布
（1） 分布特點
（2） 案例分析
第三節 正太分布
（1） 分布特點
（2） 案例分析
第四節 對數正太分布
（1） 分布特點
（2） 案例分析
第五節 威布爾分布
（1） 分布特點
（2） 案例分析
第六節 泊松分布
（1） 分布特點
（2） 案例分析
第七節 產品可靠度的方法
第八節 案例分析
（1） 某一期的壽命T服從指數分布，其平均無故障連續工作時間MTBF為25h，試求其失效率為多少？若要求可靠性為90%，問應如何選擇連續工作時間？
（2） 有100個某種材料的試件進行抗拉強度試驗，現測得試件材料的強度均值μ=600MPa，標準差σ=50MPa。求：試件強度=600MPa時的存活率、失效概率和失效試件數；強度落在550-450MPa區間內的失效概率和失效試件數；失效概率為0.05（存活率為0.95）時材料的強度值。
（3） 已知某軸在精加工后，其直徑尺寸呈正太分布，均值μ=19.90mm，標準差σ=0.05mm。規定直徑規格尺寸為19.90±0.1mm內時就為合格品，求合格品的概率？

第六章 機械可靠性設計的基本內容
第一節 主要內容和方法
（1） 機械產品的特點
（2） 應力-強度
（3） 失效判據
第二節 應力-強度干涉理論和可靠性計算的表達式
（1） 應力-強度干涉理論
（2） 可靠性計算的表達式
（3） 隨機變量的統計特征值問題
第三節 隨機變量進行數學運算的常用方法
（1） 矩陣（泰勒級數展開）
（2） 變異系數法
（3） 迭代法
第四節 機械零件的可靠度計算
（1） 強度和應力都服從正太分布的可靠度計算
a) 公式
b) 案例分析
（2） 強度和應力都服從指數分布的可靠度計算
a) 公式
b) 案例分析
（3） 強度和應力在給定壽命下的可靠度計算
a) 公式
b) 案例分析
（4） 強度為正太和應力為指數下的可靠度計算
a) 強度-應力概率密度函數
b) 可靠度函數
c) 案例分析
（5） 強度為指數和應力為正太下的可靠度計算
a) 強度-應力概率密度函數
b) 可靠度函數
第五節 可靠度與安全系數的關系
（1） 安全系數的均值
（2） 安全系數的標準差
（3） 案例分析

第七章 可靠性中常用的物理量
第一節 載荷的統計數據
（1） 動載荷
a) 確定性載荷：周期性和非周期性
b) 隨機載荷
（2） 靜載荷
（3） 案例分析
第二節 幾何尺寸的統計方法
（1） 極差
（2） 標準差
（3） 案例分析
第三節 材料力學的特性參數
（1） 彈性模量
（2） 靜強度指標
a) 拉伸
b) 剪切
c) 扭轉
d) 抗彎
（3） 材料的疲勞強度
a) 疲勞強度
b) 疲勞壽命
c) 案例分析
d) 復合疲勞強度概率分布曲線
e) 案例分析

第八章 典型機械零件的可靠性設計
第一節 受拉松螺栓的可靠性設計
（1） 參數值
a) 強度條件
b) 拉應力值
c) 案例分析
（2） 設計步驟
a) 求應力均值和標準差
b) 選擇材料，并確定強度的均值和標準差
c) 求羅雙危險截面直徑
d) 確定螺栓直徑
e) 求可靠度
第二節 受拉緊螺栓聯接的可靠性設計
（1） 受力模型
（2） 預緊螺栓總拉力與危險截面拉應力
（3） 預緊螺栓的扭轉切應力
（4） 緊螺栓聯接的可靠性設計
a) 計算螺栓的工作載荷
b) 確定預緊力或殘余預緊力
c) 計算螺栓總拉力
d) 計算拉應力及扭轉切應力
e) 計算復合應力
f) 選擇材料、確定其強度分布均值和標準差
g) 用聯結方程計算可靠度，或按可靠度要求確定螺栓直徑
（5） 案例分析
第三節 受剪螺栓聯結的可靠性設計
（1） 特點
（2） 螺栓受剪切失效
a) 確定螺栓的剪切應力分布
b) 選擇螺栓材料、確定其強度分布
c) 用聯結方程求螺栓桿部直徑或標準差
（3） 螺栓受擠壓失效
a) 確定擠壓分布
b) 選擇螺栓及被聯結件材料
c) 用聯結方程求螺栓桿部直徑或標準差
（4） 案例分析
第四節 軸的可靠性設計
（1） 軸載荷
a) 傳動軸：扭矩
b) 心軸：彎矩
c) 轉軸：扭矩 彎矩
（2） 傳動軸可靠性設計
a) 設計步驟
b) 案例分析
（3） 轉軸可靠性設計
a) 設計步驟
b) 案例分析
（4） 心軸可靠性設計
a) 設計步驟
b) 案例分析
第五節 滾動軸承的疲勞壽命與可靠度
（1） 壽命與可靠度之間的關系
a) 特點
b) 案例分析
（2） 載荷與可靠度之間的關系
a) 特點
b) 案例分析
第六節 圓柱螺旋彈簧的可靠性設計
（1） 彈簧設計的基本問題
（2） 確定應力分布
（3） 確定各變量均值和標準差的方法
a) 軸向載荷
b) 曲度系數
c) 彈簧中徑
d) 彈簧絲直徑
e) 有效圈數
f) 剪切彈性模量
（4） 案例分析

第九章 系統可靠性模型與可靠性分配
（1） 系統可靠性模型
a) 串聯系統
b) 并聯系統
c) 表決系統
d) 儲備系統
e) 案例分析
（2） 復雜系統可靠性預測
a) 系統邏輯圖法
b) 布爾真值表法
c) 案例分析
（3） 系統可靠度分配
a) 系統的可靠度
b) 各零部件的可靠性預測的結果
c) 等同分配法
d) 相對失效率法和相對失效率概率法
e) AGREE分配法