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一种 发动机 曲柄 连杆机构的可靠性分配方法

阅读：654发布：2023-02-14

专利汇可以提供一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法，具有如下步骤：S100.确定进行曲柄连杆机构可靠性分析需要的各变量值及搜索步长；S200.初始化各零部件可靠度并确定系统可靠度目标值，计算系统整体可靠度并与所述目标值做比较；S300.步骤S200中系统可靠度未达到所述目标值时，计算各零部件重要度，将具有最大重要度的零部件的可靠度值增加所述步长并代入步骤S200计算；S400.步骤S200中系统可靠度达到所述目标值，输出此时各零部件可靠度值，可靠性分配结束。相对于传统的发动机曲柄连杆机构可靠性分配方法的复杂性，本发明所述的方法更易在实践中应用。以重要度最大单元为搜索单元逐步迭代，该方法更简单易用，具有很强的有效性和可行性。，下面是一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法，其特征在于具有如下步骤：
S100.确定进行曲柄连杆机构可靠性分析需要的各变量值及搜索步长；
S200.初始化各零部件可靠度并确定系统可靠度目标值，计算系统整体可靠度并与所述目标值做比较；
S300.步骤S200中系统可靠度未达到所述目标值时，计算各零部件重要度，将具有最大重要度的零部件的可靠度值增加所述步长并代入步骤S200计算；
S400.步骤S200中系统可靠度达到所述目标值，输出此时各零部件可靠度值，可靠性分配结束。
2.根据权利要求1所述的一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法，其特征在于：
步骤S100中所述可靠性分析至少涉及曲轴飞轮组件零部件曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴，连杆组件零部件连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦，活塞组件的零部件活塞、活塞环及活塞销，所述的各变量值至少包含各零部件可靠性的可行度、零部件的影响因子、零部件当前的可靠度、零部件在现有技术下可以达到的最大可靠度。
3.根据权利要求1-2所述的一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法，其特征在于：步骤S200中所述的初始化的各零部件可靠度值为所述的各零部件当前的可靠度。
4.根据权利要求1-3所述的一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配
方法，其特征在于：步骤S300中所述的第i个零部件重要度 Pi计算式为为系统可靠性概率重要度，
为费用函数对可靠性求导，Ci表示第i个零部件的成本，计算如下式：
5.根据权利要求1-4所述的一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法，其特征在于：定义RG为系统可靠度目标值，曲柄连杆机构的可靠性分配，要求满足系统可靠性要求的情况下所花费的总费用最小，其非线性可靠性分配模型为约束条
件为RS＝f(R1，R2，...，R11)≥RG，Ri.min＜Ri＜Ri.max。

说明书全文

一种发动机 曲柄 连杆机构的可靠性分配方法

技术领域

[0001] 本发明涉及可靠性分析领域，尤其涉及一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法。

背景技术

[0002] 曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环、完成能量转换的主要运动部分。在做功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动，由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力，在其他冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性，通过连杆带动活塞上下运动，为下一次做功创造条件。从结构上看，曲柄连杆机构由曲轴飞轮组件、连杆组件及活塞组件组成。曲轴飞轮组件主要由曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴等零部件组成，连杆组件主要由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，活塞组件由活塞、活塞环及活塞销组成。

[0003] 曲柄连杆机构的工作状态直接影响发动机的性能，因此其可靠性对整个发动机的正常运行起着重要的作用。为了达到曲柄连杆机构所规定的可靠性要求，可靠性工程技术人员经常面临着可靠性分配问题。可靠性分配问题已经成为系统或产品可靠性设计中的重要问题，传统的等分配法、评分分配法、失效率加权分配法、重要度与复杂度分配法、拉格朗日分配法等分配准则己不能满足复杂系统的准确分配的要求，为此，许多学者提出了大量新的可靠性分配方法。Suman，和Liang等人分别用模拟退火算法和蚁群算法对可靠性分配进行优化；Tian和Liu等人分别用故障树和Monte Carlo与遗传算法相结合的方式对可靠性进行分配；Ramirez-Marquez和贺星等人采用神经网络对系统的可靠性进行分配；张根保等人提出将遗传算法与最小二乘支持向量机结合的可靠性分配方法；黄宁、王维兴等人提出了动态规划的可靠性分配方法；李世毅等人将广义随机Petri网和Monte Carlo仿真方法系统应用于可靠性分配中。除此之外，还提出了其他方法，如模糊综合评判法、直接搜索法等。

[0004] 由此可见，目前对于可靠性分配的方法很多，技术也相对成熟，但是由于可靠性分配方法自身的复杂性，很多可靠性分配的方法多数难以在实践中得到应用。因此，亟待提供一种新的可靠性分配方法，更易应用于发动机曲柄连杆机构的可靠性分配。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于解决针对发动机曲柄连杆机构的可靠性分析问题时，现有技术的可靠性分配方法复杂度较高、有效性和可行性较差的问题。

[0006] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

[0007] 一种发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法，具有如下步骤：

[0008] S100.确定进行曲柄连杆机构可靠性分析需要的各变量值及搜索步长：

[0009] S200.初始化各零部件可靠度并确定系统可靠度目标值，计算系统整体可靠度并与所述目标值做比较；

[0010] S300.步骤S200中系统可靠度未达到所述目标值时，计算各零部件重要度，将具有最大重要度的零部件的可靠度值增加所述步长并代入步骤S200计算；

[0011] S400.步骤S200中系统可靠度达到所述目标值，输出此时各零部件可靠度值，可靠性分配结束。

[0012] 步骤S100中所述可靠性分析至少涉及曲轴飞轮组件零部件曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴，连杆组件零部件连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦，活塞组件的零部件活塞、活塞环及活塞销，所述的各变量值至少包含各零部件可靠性的可行度、零部件的影响因子、零部件当前的可靠度、零部件在现有技术下可以达到的最大可靠度。

[0013] 步骤S200中所述的初始化的各零部件可靠度值为所述的各零部件当前的可靠度。

[0014] 步骤 S300 中所述的第 i 个零部件重要度 P1 计算式为[0015] 为系统可靠性概率重要度，为费用函数对可靠性求导，Ci 表示第 i个零部件的成本，计算如下式：
约束条件为：i＝1，2，...，
11。

[0016] 定义RG为系统可靠度目标值，曲柄连杆机构的可靠性分配，要求满足系统可靠性要求的情况下所花费的总费用最小，其非线性可靠性分配模型为约束条件为RS＝f(R1，R2，...，R11)≥RG，Ri.min＜Rl＜Ri.max，i＝1，2，...，11。

[0017] 上述重要度P1表示的意义是：单位费用的增加引起系统可靠性的增加，它表明费用变化对整个系统可靠性的影响情况。因此，当某个零件的重要度最大时，表明该零件对系统可靠性的提高影响最大，所以可通过比较各零件的重要度来选择优化单元，并通过迭代步长进行算法推进，直至满足系统可靠性的要求，这样分配的各零件的可靠性是最经济的。

[0018] 本发明的有益效果是：相对于传统的发动机曲柄连杆机构可靠性分配方法的复杂性，本发明所述的方法更易在实践中应用。以重要度最大单元为搜索单元逐步迭代，该方法更简单易用，具有很强的有效性和可行性。附图说明

[0019] 图1为本发明曲柄连杆机构的可靠性分配方法流程图。

[0020] 图2为本发明发动机曲柄连杆机构各组件的结构图。

[0021] 图3为本发明一实施例的曲柄连杆机构可靠性预估成本参数值图。

[0022] 图4为本发明输出一缸时曲柄连杆机构的可靠性分析结构。

[0023] 图5为本发明输出两缸时曲柄连杆机构的可靠性分析结构。

[0024] 图6为本发明各零部件可靠度与预估成本间的关系图。

[0025] 图7为本发明一实施例的满足预定可靠度时各零部件的可靠性分配结果图。

具体实施方式

[0026] 现在参考附图描述本发明的实施例，本实施例针对曲轴为整体式的二缸机的可靠性分析，此时曲柄连杆机构是一个2中取k(k＝1或2)系统，即由曲轴飞轮组件与两个连杆活塞组件(连杆组件与活塞组件串联结构)取其中k(k＝1或2)个所组成的串(并)联系统。当输出一缸的功率就满足要求时，即只要求一组连杆活塞组件正常工作，另一组连杆活塞组件作为冗余结构存在曲柄连杆机构，等同于一个串并联系统，当输出两缸的功率才能满足要求时，即要求两组连杆活塞组件都能正常工作，曲柄连杆机构等同于一个串联系统。

[0027] 如图1所示，为本发明曲柄连杆机构的可靠性分配方法流程图，先依照如下步骤对本实施例进行可靠性分配：

[0028] S100.确定进行曲柄连杆机构可靠性分析需要的各变量值及搜索步长，可靠性涉及曲轴飞轮组件零部件曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴，连杆组件零部件连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦，活塞组件的零部件活塞、活塞环及活塞销，如图2所示发动机曲柄连杆机构各组件的结构图；所述的各变量值包含各零部件可靠性的可行度fi、零部件的影响因子Wi、零部件当前的可靠度Ri.min、零部件在现有技术下可以达到的最大可靠度Ri.max，搜索步长确定为0.001。

[0029] S200.初始化各零部件可靠度并确定系统可靠度目标值，计算系统整体可靠度并与所述目标值做比较。如图3所示为本发明一实施例的曲柄连杆机构可靠性预估成本参数值图，预定系统可靠度目标值为一缸工作时0.83，两缸工作时0.75，计算系统整体可靠度：

[0030] S210.定义Ri(i＝1，2，…，11)分别表示各所述零部件曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴、连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴瓦以及活塞、活塞环、活塞销的可靠度；

[0031] S220.计算输出一缸功率时的曲柄连杆机构可靠度Rs1，其可靠性框图如图4，所示初始化各零部件可靠度值为各零部件当前的可靠度，

[0032] 计算值为0.7097；

[0033] S230.计算输出两缸功率时的曲柄连杆机构可靠度Rs2，其可靠性框图如图5，[0034] 计算值为0.3002；

[0035] S300.步骤S200中计算的可靠度Rs1＝0.7097＜0.83，Rs2＝0.3002＜0.75，均未达到目标值，计算第i个零部件重要度第i个零部件的成本如图6所示为
本发明各零部件可靠度与预估成本间的关系图，定义RG为系统可靠度目标值，非线性可靠性分配模型为约束条件为RS＝f(R1，R2，...，R11)≥RG，Ri.min＜Ri
＜Ri.maxi＝1，2，...，11；将计算后具有最大重要度的零部件的可靠度值增加步长0.001后代入步骤S200循环计算；

[0036] S400.步骤S200中进行多次循环计算后满足预定可靠度时各零部件的可靠性分配结果图如图7所示，此时发动机一缸工作时可靠度Rs1＝0.830419＞0.83，最终可靠性预估成本是15.971576，为最低；两缸工作时可靠度Rs2＝0.750817＞0.75，最终可靠性预估成本是45.205260，为最低。输出此时各零部件可靠度值，可靠性分配结束。

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