机械设计中的安全系数选择问题
机械设计选择题
机械设计选择题1、在进⾏疲劳强度计算时，其极限应⼒应为材料的(B)A、屈服极限B、疲劳极限C、强度极限D、弹性极限2、对于受循环变应⼒作⽤的零件，影响疲劳破坏的主要因素是(C)A、最⼤应⼒B、平均应⼒C、应⼒幅D、最⼤应⼒和平均应⼒3、零件强度计算中的许⽤安全系数是⽤来考虑(C)A、载荷的性质，零件价格的⾼低，材料质地的均匀性B、零件的应⼒集中，尺⼨⼤⼩，表⾯状态C、计算的精确性，材料的均匀性，零件的重要性D、零件的可靠性，材料的机械性能，加⼯的⼯艺性4、设计闭式软齿⾯直齿圆柱齿轮传动时，⼩齿轮齿数z1 的选取原则是(D)A、z1 越多越好B、z1 越少越好C、z1 ≥17不产⽣根切即可D、在保证弯曲强度的前提下，z1选多些有利5、直齿圆柱齿轮传动，当齿轮分度圆直径不变，⽽减⼩模数增加齿数时，则 (C)A、提⾼了轮齿的弯曲强度B、提⾼了齿⾯的接触强度C、降低了轮齿的弯曲强度D、降低了齿⾯的接触强度6、选择齿轮精度等级的主要依据，是根据齿轮的 (A)A、圆周速度的⼤⼩B、转速的⾼低C、传递功率的⼤⼩D、传递转矩的⼤⼩7、⼀对圆柱齿轮传动，⼩齿轮分度圆直径d1=50mm，齿宽b1 =55mm，⼤齿轮分度圆直径d2 =90mm，齿宽b2 =50mm，则齿宽系数φd = (C)A、1.1B、5/9C、1D、1.38、对于齿⾯硬度350HBS的齿轮传动，当⼤⼩齿轮均采⽤45钢时，⼀般采取的热处理⽅式是 (C)A、⼩齿轮淬⽕，⼤齿轮调质B、⼩齿轮淬⽕，⼤齿轮正⽕C、⼩齿轮调质，⼤齿轮正⽕D、⼩齿轮正⽕，⼤齿轮调质9、标准直齿圆柱齿轮传动的弯曲疲劳强度计算中，齿形系数YFa只取决于 (B)A、模数mB、齿数zC、分度圆直径dD、齿宽系数10.⼀对斜齿圆柱齿轮传动中，___ 的计算值不应圆整(A)。
A、分度圆直径B、齿轮宽度C、传动中⼼距aD、齿数z11.直齿圆锥齿轮传动强度计算时，是以(C)为计算依据的。
A、⼤端当量直齿圆锥齿轮B、齿宽中点处的直齿圆柱齿轮C、齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮D、⼤端当量直齿圆锥齿轮12、限制蜗杆分度圆直径的⽬的是(D)A、保证蜗杆有⾜够的刚度B、提⾼蜗杆的传动效率C、保证蜗杆有⾜够的弯曲强度D、减少蜗轮滚⼑的数⽬，并便于⼑具的标准化13、蜗杆传动的传动⽐范围通常为(D)A、i12<1B、i12<1或i12>1C、i12＝1～8D、i12=8～8014、阿基⽶德圆柱蜗杆与蜗轮传动中，(C)的模数应取为标准值。
各种机械零件的许用安全系数介绍
各种机械零件的许用安全系数介绍机械零件的许用安全系数是指在正常工作状态下，允许负荷与所承受的最大载荷之间的比值。
它是工程设计过程中一个非常重要的参数，对于机器的稳定性、安全性和经济性具有决定性的影响。
本文将针对不同类型的机械零件，介绍它们的许用安全系数。
1、螺纹零件在螺纹零件设计中，一般采用拉伸式螺纹连接，其许用安全系数通常大于等于4.0。
在进行拉伸式螺纹计算时，需要考虑关键因素是螺纹长度和螺纹截面积。
同时，还要考虑螺纹材料的特性，如弹性模量、屈服点，以及外部环境的影响，例如温度和湿度。
2、轴承零件轴承零件是机器中承受力作用的重要部件，在设计时需要注意许用安全系数的问题。
在一般情况下，轴承零件的许用安全系数为3-5。
如果轴承零件承受的负荷比较重，许用安全系数也需要相应提高。
同时，还需要考虑轴承制造精度和轴承材料的特性对安全性的影响。
3、弹性零件弹性零件是一类具有弹性变形特性的零件，如弹簧、胶垫、密封垫等。
在设计弹性零件时，许用安全系数需要考虑零件受力时的材料的弹性模量、屈服点和强度，以及外部环境的影响因素。
一般情况下，弹性零件的许用安全系数为2-3.5。
4、减震器减震器是机器中用来吸收冲击和振动的重要部件，在设计时许用安全系数也是需要考虑的因素。
在一般情况下，减震器的许用安全系数为1.5-3。
需要注意的是，不同的减震器根据其承受的力、振幅和工作环境的不同，许用安全系数会有变化。
综上所述，机械零件的许用安全系数是机器设计中的一个重要参数。
不同类型的机械零件其许用安全系数各有不同，需要根据不同的设计要求和特性进行选择。
在实际设计中，许用安全系数不仅要满足安全性要求，还需要考虑机器的经济性和稳定性，从而达到最佳的设计效果。
各种机械零件的许用安全系数
各种机械零件的许用安全系数在机械设计中，许用安全系数是一个非常重要的概念，它用于衡量设计中所使用的材料的安全性，具体来说，就是设计时强度与荷载的比值。
当所使用的材料的强度大于或等于荷载时，该机械零件在使用中才能保证安全可靠。
而许用安全系数则是一个数值，它反映了设计中对材料强度与荷载的安全度进行的保障。
本文将从常见机械零件的角度，介绍各种机械零件的许用安全系数。
1. 轴轴是机械传动中为承受转矩和负载而设的。
在设计轴的时候，要考虑到所承受的负载，以及材料的强度，然后计算许用安全系数。
许用安全系数是为了保证轴的安全性，避免轴在承受负荷时出现屈服等情况。
在实际应用中，许用安全系数一般不小于1.5。
2. 齿轮齿轮是机械传动中最常用的元件之一。
在齿轮的设计中，许用安全系数被认为是非常重要的，因为齿轮在传递动力和承受负载时，会有极高的应力和磨损。
因此，在设计齿轮时，需要考虑到齿轮材料的强度以及承受的负荷情况，并计算合理的许用安全系数，以确保齿轮在使用中的可靠性和安全性。
3. 弹簧弹簧是机械设计中非常重要的一种零件，用于吸收和储存机械系统中的能量。
在弹簧的设计中，许用安全系数也是非常重要的，因为弹簧在使用中会承受很大的负荷和应力。
一般来说，在设计弹簧时，许用安全系数应该大于或等于1.5。
4. 链条链条是一种非常常见的机械零件，广泛应用于各种载重和传动设备中。
在设计链条时，许用安全系数也是非常重要的，因为链条在使用中会承受非常大的拉伸和压缩力。
许用安全系数一般不小于4-5，以便确保链条在使用中的可靠性和安全性。
5. 法兰法兰作为一种连接件，常用于连接管道和机器中的压力容器。
在设计法兰时，许用安全系数也是非常重要的，因为法兰在使用中会承受很高的压力和震动，以及极端的工况情况。
一般来说，许用安全系数应该大于或等于2。
6. 轴承轴承是机械传动中不可缺少的部件，用于支撑机器的轴和转子。
在设计轴承时，许用安全系数也是非常重要的，因为轴承在使用中，会承受很多的承载和磨损，以及不同工况下的环境影响。
机械设计中的安全系数选择问题
工程中的材料强度、刚度、稳定性。
强度-构件在确定的外力作用下，不发生破坏或过量塑性变形的能力。
杆-拉杆与压杆。
工程中承受拉伸的杆件统称为拉杆，受压的杆件成为杆或柱，承受扭转的杆件称为轴，承受弯曲的杆件统称为梁。
在工程力学中，把一些杆轴交汇于一点的工程结构称为桁架结构，这种结构受力特征是内力只有轴力，没有弯矩和剪力。
如：井架的主体桁架、建筑脚手架、三角形屋架梁等。
许用应力与安全系数最近听到对于建井结构安全的一些言论，有的说安全凭经验即可，我原来怎样用的，现在怎样用是没有问题的；有的说，计算是什么结果，应该遵守。
用伟人毛泽东的哲学思想是“实践—理论—实践”，我们正常工作中选用的钢丝绳安全系数、钢材安全系数许用应力和安全系数都是比较成熟的，是规范推荐值或强制值。
在非标准或特殊情况下，安全应由自己评估。
许用应力与安全系数常常应由自己选取决策。
强度—在确定的外力作用下，不发生破坏的能力。
刚度—在确定的外力作用下，变形或位移在工程允许的范围内。
稳定性—在可能的外力作用下不会发生突然转变的能力。
例如：建筑施工脚手架，强度、刚度能满足，但由于局部结构不稳定，使整个脚手架倾覆或塌陷。
材料名称????屈服点σs????抗拉强度σb????抗剪强度τ????单位????材料使用地点Q235????235????375????????MPa或N/mm^2????普通结构45????355????600????????????轴类件30CrMnTi????????1470????????????60Si2CrVA????1678????1865????????????钢丝安全系数S应该综合荷载确定的准程度、材料性能数据的可靠性、所有计算方法的合理性、加工装配精度以及所设计的零件的重要性来确定。
各行各业都有一些经验的安全系数，目前均偏于保守。
目前，流行的安全系数法是部分系数法，他将各个对安全系数有影响的因素分别用一个分系数如：S1、S2、……标示，这些系数的乘积即即为安全系数：S=S1?S2?S3。
机械安全系数的确定
机械安全系数的确定机械安全系数是机械产品设计中重要的参数之一，用于评估机械产品的安全性能。
机械安全系数的确定是机械产品设计中非常关键的一步。
本文将介绍机械安全系数的含义、确定方法以及如何合理选择机械安全系数的大小。
机械安全系数也称为安全余量，是指机械产品的理论承载能力与实际使用需求之间的比较值，是确定机械产品使用安全性的重要因素之一，通常用公式表示为：机械安全系数=Sob/S其中，Sob为机械零件在使用时的破坏强度，S为机械零件在使用时的极限承受力。
机械安全系数越大，机械产品使用越安全。
机械安全系数的大小会直接影响机械产品的可靠性、耐久性和安全性，因此在机械产品设计中必须充分考虑。
机械安全系数的确定方法有多种，一般来说，根据机械产品设计的具体情况，可以选择以下几种确定机械安全系数的方法：1. 经验法：根据过去的经验，将机械安全系数的值设定为一定的范围内。
这种方法适用于一些已经得到充分验证的机械产品设计，但其缺点是不能适应新开发的机械产品。
2. 理论法：此方法是指根据机械工程学的原理，通过计算机模拟或实验验证的方法，确定机械安全系数的大小。
这种方法适用于一些具有特殊要求的机械产品设计，如高速机械、重要的工程机械等。
4. 参照法：此方法是指参考相似机械产品的安全系数，以此确定机械安全系数的大小。
这种方法适用于类似机械产品的设计，可以快速确定机械安全系数的大小，但其缺点是可能出现误差。
选择合适的机械安全系数的大小与机械产品的使用环境有关，需要充分考虑以下几个因素：1. 环境条件：这包括机械产品使用的温度、湿度、气压等环境条件，在恶劣的环境条件下，需要选择更高的机械安全系数。
2. 机械产品的重要性：机械产品的安全系数应该与其所负责的作用直接相关。
例如，一些关键工程机械，需要选择较高的机械安全系数。
3. 工作条件：机械产品在使用时的工作条件应该仔细分析，如载荷、振动、冲击等，需要根据具体情况选择适当的机械安全系数。
机械设计基础常见问题与解决方法
机械设计基础常见问题与解决方法机械设计是工程领域中重要的一环，为了确保机械产品的质量和稳定性，设计师们必须面对各种常见问题，并找到相应的解决方法。
本文将介绍几个机械设计中常见问题，并提供解决方案。
I. 材料选择材料选择是机械设计中的首要问题之一。
在机械设计中，材料的选择直接影响产品的性能和寿命。
以下是一些常见的材料选择问题和解决方案：1. 问题：如何选择合适的材料来满足产品的要求？解决方案：首先要明确产品的使用环境和工作条件。
然后，根据材料的物理性质、化学性质、力学性能等因素进行评估，选择最适合的材料。
可以进行材料强度和刚度分析，考虑材料成本和加工性能等因素。
2. 问题：如何预测和控制材料在使用过程中的疲劳寿命？解决方案：通过对材料进行疲劳试验和分析，得出材料的疲劳寿命曲线。
在设计过程中，根据产品的设计寿命和使用条件，确定材料的安全系数。
同时，合理设计产品的结构和尺寸，避免应力集中和疲劳裂纹的产生，延长材料的使用寿命。
II. 结构设计结构设计是机械设计中另一个关键问题。
一个优秀的结构设计可以提高产品的性能和可靠性。
以下是两个常见的结构设计问题和解决方案：1. 问题：如何降低产品的重量和成本，同样保持其性能和强度？解决方案：通过使用高强度、轻质材料，如碳纤维复合材料，可以有效地降低产品的重量。
在结构设计中，采用合理的优化方法，如拓扑优化、形状优化等，以提高产品的性能和强度。
2. 问题：如何预测和控制结构在使用过程中的振动和噪声？解决方案：通过有限元分析和模态分析等方法，预测结构的共振频率和模态形态，从而设计合适的减振和降噪措施。
可以采用结构优化和材料优化等方法，减小结构的振动和噪声。
III. 系统集成系统集成是机械设计中的另一难题。
在机械产品设计中，不同组件之间的相互作用和协调是至关重要的。
以下是两个常见的系统集成问题和解决方案：1. 问题：如何保证机械系统中的各个组件协调运行？解决方案：首先，需要明确各个组件之间的功能需求和接口要求。
液压油缸安全系数
液压油缸安全系数液压油缸作为液压系统中的重要组成部分，其安全系数是衡量其可靠性和稳定性的重要指标。
液压油缸的安全系数涉及到多个方面，以下是对其进行详细的阐述。
一、结构安全系数结构安全系数主要考虑液压油缸的机械强度和稳定性。
在设计液压油缸时，必须确保其结构能够承受各种工况下的负载和压力，同时还要考虑油缸在使用过程中可能出现的变形和振动等因素。
结构安全系数的确定需要进行详细的强度分析和计算，以确保油缸在使用过程中不会发生断裂、变形或泄漏等故障。
二、负载安全系数负载安全系数主要考虑液压油缸的负载能力，包括最大负载和常用负载。
在选择液压油缸时，需要根据实际需求确定合适的负载安全系数，以确保油缸在使用过程中能够承受各种负载，避免因过载而导致的系统故障或油缸损坏。
三、材料强度系数材料强度系数主要考虑液压油缸所采用的材料强度和特性。
不同的材料具有不同的强度和特性，因此在选择液压油缸的材料时，需要根据实际需求和工况进行综合考虑。
合理的材料选择能够提高液压油缸的安全系数和使用寿命。
四、工作压力系数工作压力系数主要考虑液压油缸的工作压力范围。
液压油缸的工作压力应根据实际需求进行选择，工作压力过高会导致油缸内部元件的磨损加剧，而工作压力过低则可能导致油缸无法正常工作。
因此，在选择液压油缸时，需要根据实际需求确定合适的工作压力系数。
五、环境温度系数环境温度系数主要考虑液压油缸所处的环境温度。
环境温度的变化会影响液压油的粘度和流动性，进而影响液压油缸的性能和使用寿命。
因此，在选择液压油缸时，需要考虑其工作环境温度，并选择适合的温度系数的液压油缸。
同时，在使用过程中还需要注意控制环境温度的变化，以保持液压油的性能和稳定性。
综上所述，液压油缸的安全系数涉及到多个方面，包括结构安全系数、负载安全系数、材料强度系数、工作压力系数和环境温度系数等。
在选择和使用液压油缸时，必须综合考虑这些因素，以确保其安全性和可靠性。
同时，还需要加强日常维护和保养，及时发现和解决潜在的安全隐患，延长液压油缸的使用寿命。
机械可靠性设计与安全系数设计方法的对比分析
机械可靠性设计与安全系数设计方法的对比分析姓名：梁伟文单位：太原理工大学机械工程学院山西太原030024摘要：分析了机械强度计算方法中采用的安全系数法存在的问题，用应力—强度干涉理论,详细分析了可靠性与机械安全系数的关系,给出了相应的计算公式 . 通过示例,表明基于可靠性的机械安全系数设计方法是符合实际的 .对机械可靠性设计的方法与传统的安全系数设计的方法进行对比性分析，对现代机械结构设计规范的发展趋势是逐步提出对可靠性的要求,以取代传统的安全系数的验证，对比两者的优缺点。
指出了常规设计中安全系数确定方法之不足;对可靠性设计中安全系数各参数的确定进行了具体分析和数字推理,阐明了可靠性设计的优越性,从而使材料的机械性能更能得到充分利用。
关键词：可靠性设计安全系数应力1、引言把影响零件工作状态的设计变量都处理成确定的单值变量。
为了保证设计零件的安全可靠,在设计中引入一个大于1的安全系数试图来保障机械零件不发生故障,这种传统设计方法也称为安全系数法。
安全系数法直观、易懂、使用方便,所以至今仍被广泛采用。
但它有较大的盲目性,因为它不能反映设计变量的随机性[1]。
有时候取的安全系数虽然大于1,但是由于强度和应力的数值是离散的,有出现应力大于强度的可能性,因此并不能保证在任何情况下都安全[2,3]。
为了追求安全,设计中有时盲目取用优质材料或加大零件尺寸,从而造成不必要的浪费。
而机械零件可靠性设计中把影响零件工作状态的设计变量都处理成随机变量,它们都有一定的分布规律,应用概率论与数理统计理论及强度理论,求出在给定设计条件下零件产生失效的概率公式,并应用这些公式,求出在给定可靠度要求下零件的尺寸参数,能得到恰如其分的设计,但是该方法计算比较复杂[4]。
可以设想将传统设计的安全系数引入到可靠性设计中去,得出可靠性意义下的平均安全系数,提出一种基于平均安全系数的可靠性设计方法。
2、统安全系数分析传统的机械零件设计方法(即安全系数法)是基于这样的前提:把零件的强度δ和应力 S等参数都处理成单值确定的变量,如图1( a).一个零件是否安全,可用计算安全系数n大于或等于许用安全系数[n]来判断,即式中:δ为零件的极限应力(强度),S为零件危险截面上的计算应力;许用安全系数[ n ]根据零件的重要性、能的准确性及计算的精确性等确定.只要符合所给公式(1) ,就认为零件是安全的,即安全系数法对问题的提法是“这个零件的安全系数是多少”.但是,安全系数本身实质上是一个“未知”系数,安全系数的概念包含了一些无法定量表示的影响因素在内.因此,安全系数不能够给出一个精确的度量,说明所设计的零件究竟在多大程度上是安全的.虽然传统的安全系数法具有直观、易懂、用方便、有一定的实践依据等优点而一直延用至今,但它存在着明显的不足.3、应力强度干涉理论—安全系数可靠性分析概率机械设计方法认为,零件的应力、强度以及其他的设计参数(如数学、何尺寸和物理量)等都是多值的,即服从于一定概率分布规律的随机变量,如图1(b)、(c)所示.考虑到应力与强度的离散性 ,进而又有了以强度均值μδ与应力均值μS之比的均值安全系数n :以强度的最小值δmin和应力最大值S max之比的极限应力状态下的最小安全系数为:式 (1)、(2)、(3)都没有离开经典意义下的安全系数的范畴.为了便于说明问题 ,假设强度分布和应力分布都是正态分布.对于同样大小的强度均值μδ和应力均值μS ,其均值安全系数n的值仍等于μδ/ μS .但这时零件是否安全或失效,不仅取决于均值安全系数 n的大小,还取决于强度分布和应力分布的离散程度,即根据强度和应力分布的标准差ζδ和ζS的大小而定.如图 1 ( b)所示 ,两个分布的尾部不发生干涉和重叠 ,这时零件不致于破坏.但如果两个分布的尾部发生干涉 ,如图 1 ( c)所示 ,则表示将会出现应力大于强度的可能性.应力分布与强度分布的干涉部分 (重叠部分)表示零件的失效概率 Pf (即不可靠度) .图1单值的和多值的(分布的)应力与强度应当注意 ,因为失效概率是两个分布的合成 ,所以仍为一种分布.同时 ,图 1 ( c)中的阴影部分面积不能作为失效概率的定量表示.因为即使应力分布与强度分布完全重合 ,失效概率仅为 50 % ,即仍有 50 %的可靠度.概率机械设计方法对问题的提法是“这个零件在经过多少小时 (例如 1 000 h ,或 2. 5 ×106循环次数)之后 ,失效的概率是多少 (例如 0. 000 1) . ”如果失效概率为 0. 000 1 ,这意味着可靠度为 0. 9999.显然 ,这种提法比安全系数合理得多.它不仅能够定量地表示该零件的安全、可靠的程度 ,而且还能使零件有可以预测的寿命.为了说明安全系数法的不合理 ,进一步分析如下 :(1)保持应力分布和强度分布的标准差ζδ和ζS不变 ,同时以同样的比例 K改变两个分布的均值μδ和μS当K > 1时,如图 2 (a)所示,μδ1和μS1向右移 ,有Kμδ/ KμS = δ1/ S 1 = n ;当 K < 1时 ,如图2( b)所示 ,μδ2和μS2向左移 ,有Kμδ/ KμS = n .由图2可知 ,当 K > 1时 ,失效概率 Pf变小 ,即可靠度 R ( t)增大 ;而当 K < 1时 ,正好相反.由此可见 ,给定一个平均安全系数 n ,并使它保持不变 ,但由于μδ和μS的改变 ,可以有不同的可靠度.因此 ,对于零件设计 ,单值的安全系数是一个靠不住的表示方法.如果均值μδ和μS不变 ,而改变标准差ζδ和ζS ,则可以得到类似的结果.如图3所示,曲线1表示原来的分布,其尾部发生干涉(重叠)的部分较大 ,因而失效概率Pf较大;曲线 2表示两个分布的标准差之一(ζδ或ζS)减小了 ,从而使分布的干涉部分减小,因而失效概率 Pf也减小了;曲线 3表示ζδ和ζS同时都减小了,以至于使分布的干涉部分为零,因而失效概率为零.由此可见,对于同一安全系数,由于ζδ和(或)ζS的改变,仍然可以有不同的可靠度,从而再次证明单值安全系数概念的不足.(2)如果安全系数不变,而同时改变μ、S、δ和ζ,则可靠度将在一个较大的范围内变化.如表1所示.图2当σδ和σS不变,以同一比例K改变μδ和μS时,对Pf的影响图3当均值μS和μδ不变,改变σδ和σS时对Pf的影响表1在规定的应力分布和强度分布下的安全系数及相应的可靠度注:1.应力与强度的单位为MPa ;2. 0. 9166表示在小数点后有16个9.综上所述 ,不难看出:(1)以概率论和数理统计为理论基础的可靠性设计方法比传统的安全系数法要合理得多 ,因为安全系数没有与定量的可靠性相联系,由于把设计参数视为定值,没有分析参数的离散性对可靠性的影响,使结构的安全程度具有不确定性;(2)可靠性设计能得到恰如其分的设计,而安全系数法则往往为了保险而导致过分保守的设计,由此带来的后果是盲目地选用优质材料或加大零件尺寸,形成不必要的浪费;(3)可靠性设计可使零件有可以预测的寿命及失效概率,而安全系数法则不能,当产品要求有限寿命时,可靠性设计的优点更为突出;(4)可靠性设计方法比较敏感,例如表1中的序号2和序号3,当δ、S和ζS相同时,仅仅ζδ由34. 5改变为55. 2,所得的可靠度值有较大的差别.因为在每1000次任务中,序号2平均有5次失效而序号3平均有40次失效,等于前者的8倍.3 可靠性意义下确定的安全系数因为强度δ和应力S是随机变量,自然,定义为强度与应力之比的安全系数也是随机变量.如果已知强度δ和应力S的概率密度函数f(δ)和f( S ),由二级随机变量的概率知识,可算出n的概率密度函数,因此,可通过下式计算零件的可靠度,即 :式 (4)表明,当安全系数呈某一分布状态时,可靠度R是安全系数n的概率密度函数在区间[1 ,∞]内的积分,见图4,这就是可靠度与安全系数之间的关系.3. 1 均值安全系数均值安全系数定义为零件强度的均值μδ和零件危险断面上应力均值μS的比值,公式采用式(2).当应力与强度服从正态分布时,为把均值安全系数与零件的可靠度联系起来,将联结方程与式(2)联立求解,消去μS ,得均值安全系数为μδ :图4安全系数n的概率密度函数工程中常给出强度的变异系数Cδ( Cδ = ζδ/ μδ)和应力的变异系数 CS ( CS = ζS / μS ) ,下面推导用这些变异系数表示的平均安全系数.由联结方程式 (5)有 :β2 (σδ2 + σ2S ) = (μδ - μS ) 2将Cδ和 CS及 n的表达式代入得 :β2( n2Cδ2+ μ2S C2S ) = ( nμS - μS ) 2即解 n的一元二次方程 ,并考虑到 n≥1 ,得 :由于式(6)和(7)是联结方程式(5)导出的 ,它与联结方程完全等价.但这两个公式直观、明确地表达了安全系数与可靠度系数、度和应力参数之间的关系,使用起来十分方便.3. 2 随机安全系数零件的强度δ和应力S 是随机变量,因此安全系数n = δ/ S 也是随机变量, n 被称为随机安全系数,它与可靠度R 的关系由式(4)确定.设k、ε是任意大于零的常数,.n 为随机变量n的均值, n3为| n - k.n | >ε范围内的n 值,则所以即由于式中: C n为n 的变异系数,σ为n 的标准差.令,则可求得n ≥1 的概率表达式:由上式可知,欲求可靠度R , 必须先求得k 值和n的变异系数Cn .由式(9) 可知,不等号右端第二项应有一定限制,才能得到合理的结果. 为此令由,解得: 对于k 值,可以证明,所以按式(10) 确定的k 值下,ω有极小值.将式(10) 代入式(9) ,有:由随机变量的代数运算可得:所以这样,当已知随机变量δ和S 的变异系数, 就可求得随机安全系数n 的变异系数,进而由式(10) 求得可靠度R 与.n 的关系. 最后,随机安全系数的范围为:至此,建立了作为随机变量的安全系数n 与可靠度R 、均值安全系数.n 之间的关系.4 实例已知某零件材料的强度变异系数Cδ= 0. 08 ,应力变异系数CS = 0. 10 ,要求该零件的可靠度R= 0. 95. 试估算该零件的均值安全系数.n 和随机安全系数n.解:由R = 0.95 , 查标准正态分布表, 得β=1. 65 , 代入式(7) ,则由式(13) 得:由式(14) 得随机安全系数1 ≤n≤1. 679.5 结束语经过上述的公式演算，表明的可靠性设计比安全性系数设计的优越性，对于日益发展的机械行业，可靠性设计将越来越处于领导地位，而安全性系数设计只会慢慢背排斥掉！用可靠性设计理论分析与确定安全系数,克服了传统安全系数的不足,在解决有关机械设计强度计算中,选用安全系数更合理,计算精确更高,更接近实际.参考文献:[1 ] 李良巧. 机械可靠性设计与分析[M] . 北京:国防工业出版社,1998.[2 ] 牟致忠,朱文予. 机械可靠性设计[M] . 北京:机械工业出版社,1993.[3 ] 凌树森. 可靠性理论及其在机械工程中的应用[J ] . 江苏机械,1981 (增刊) .。
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工程中的材料强度、刚度、稳定性。
强度-构件在确定的外力作用下，不发生破坏或过量塑性变形的能力。
杆-拉杆与压杆。
工程中承受拉伸的杆件统称为拉杆，受压的杆件成为杆或柱，承受扭转的杆件称为轴，承受弯曲的杆件统称为梁。
在工程力学中，把一些杆轴交汇于一点的工程结构称为桁架结构，这种结构受力特征是内力只有轴力，没有弯矩和剪力。
如：井架的主体桁架、建筑脚手架、三角形屋架梁等。
许用应力与安全系数
最近听到对于建井结构安全的一些言论，有的说安全凭经验即可，我原来怎样用的，现在怎样用是没有问题的；有的说，计算是什么结果，应该遵守。
用伟人毛泽东的哲学思想是“实践—理论—实践”，
我们正常工作中选用的钢丝绳安全系数、钢材安全系数许用应力和安全系数都是比较成熟的，是规范推荐值或强制值。
在非标准或特殊情况下，安全应由自己评估。
许用应力与安全系数常常应由自己选取决策。
强度—在确定的外力作用下，不发生破坏的能力。
刚度—在确定的外力作用下，变形或位移在工程允许的范围内。
稳定性—在可能的外力作用下不会发生突然转变的能力。
例如：建筑施工脚手架，强度、刚度能满足，但由于局部结构不稳定，使整个脚手架倾覆或塌陷。
材料名称屈服点σs抗拉强度σb抗剪强度τ单位材料使用地点
Q235 235 375 MPa或N/mm^2 普通结构
45 355 600 轴类件
30CrMnTi 1470
60Si2CrVA 1678 1865 钢丝
安全系数S应该综合荷载确定的准程度、材料性能数据的可靠性、所有计算方法的合理性、加工装配精度以及所设计的零件的重要性来确定。
各行各业都有一些经验的安全系数，目前均偏于保守。
目前，流行的安全系数法是部分系数法，他将各个对安全系数有影响的因素分别用一个分系数如：S1、S2、……标示，这些系数的乘积即即为安全系数：S=S1•S2•S3。
在实际应用中，取大取小带有一定主观性，即一般取大值或中间值，考虑的因素越多，系数值越大。
名称 S
抗疲劳计算系数 1.5～3
抗变形计算系数 1.2～2
抗断裂计算系数 2～4
抗不稳定计算系数 3～5
工作重要性系数 1.0～1.3
计算误差系数 1.2～1.3
轧制工艺可靠性系数 1.05～1.1
锻造工艺可靠性系数 1.05～1.1
铸造工艺可靠性系数 1.15～1.2
使用磨损系数 1.15～1.25
锈蚀系数 1.15～1.2
钢丝绳结构系数 1.217
案例：凿井提升钩头的安全系数S怎样确定？
解：凿井提升钩头在竖井施工中是非常重要的设备，存在隐患将造成不可预测的损失。
在使用中应加强检查与维护，在主钩头部位不能随意加热或焊接任何附件。
安全系数的确定考虑了一下因素。
考虑抗断裂条件，S1 = 3.5；考虑锻造工艺条件，S2 = 1.1；考虑工作重要性条件S3 = 1.3；考虑磨损影响S4 = 1.15；考虑疲劳断裂条件S5 = 2；考虑锈蚀影响S6 = 1.15 则安全系数为：S=S1•S2•S3•S4•S5•S6 = 13.24安全规程取13倍
（注：上述解并不是安全规程规定凿井钩头安全系数的依据，是本人分析结果，如果需要考证，请查有关资料。