某航天器传动装置多机理耦合故障行为可靠性分析

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传动装置作为动力系统与工作机构联接的纽带,在各类型航空航天器中有着广泛的应用。传动装置在航空航天领域的广泛使用给传动装置的可靠性提出了很高的要求。航天器传动系统结构复杂,应用范围广泛,零件数量多,出现故障的概率较大,因此其可靠性的研究尤为重要。要想使得航天器传动装置的可靠性水平得到进一步的提升,那么就应该进一步完善机械可靠性理论,使之能够更加接近于工程实际。机械可靠性中蕴含着几类耦合关系,包括可靠性计算模型中随机变量间的耦合关系、故障机理及故障行为间的耦合关系。针对于此,本文以某型号航天器综合传动装置为研究对象,在对传动装置及相关组件进行可靠性分析时,考虑机械可靠性中所蕴含的几类耦合关系,使得机械产品的可靠性分析能够最大限度的与产品真实的可靠性水平相吻合。论文对传动装置故障耦合的可靠性分析的研究内容如下:(1)尝试将Copula函数引入到机械系统可靠性理论中,建立了基于Copula函数的机械零部件应力—强度耦合干涉计算模型,并对传动装置中某连杆进行可靠性计算,给出了该连杆部件的可靠度区间,证明了未考虑应力—强度耦合的可靠度往往高于零部件单元实际的可靠性水平。(2)提出了一种基于权重表决系统的一般性机械系统的可靠性计算模型,并运用Copula函数来刻画系统中各部件单元寿命变量间的耦合关系。运用容斥原理建立两种部件单元类型及多种单元类型的一般性机械系统可靠性计算模型,并结合算例验证了该模型的有效性。(3)提出了基于质量功能展开(QFD)技术的多机理耦合故障行为可靠性综合配置方法,该方法通过建立可靠性综合配置屋的矩阵运算,实现从系统设计可靠性指标到单元故障行为的可靠性指标配置,通过配置结果来确定系统的薄弱环节,并针对薄弱环节对其单元的设计参数进行改进。(4)以某航天器传动装置为研究对象,对传动装置进行了FMECA分析与FTA分析,用DEMATEL方法求得传动装置各子系统故障行为间的耦合系数矩阵,并建立了传动装置的可靠性配置屋,将系统可靠度指标分配到各单元故障行为中。用一次逆可靠度法,完成对变速机构轴件单元直径设计参数综合配置。
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