随着可靠性理论的不断发展及在工程中的实际应用,人们越来越意识到基于可靠性的优化设计比常规优化设计更加科学合理。可靠性分析和优化设计是机械零部件可靠性活动的关键环节,它从根本上决定了机械零部件的可靠性程度和使用寿命。因此,对机械零部件的可靠性优化设计研究成为众多学者积极探索的研究领域之一。传统可靠性分析基于极限状态方程,即:安全、失效状态,可靠性优化模型中以安全概率为目标函数或约束条件对机械零部件进行优化分析,但并不能反映机械零部件在实际工作时的状态,尤其是一些复杂零部件或在恶劣工况下工作的零部件。因此,传统可靠性理论在解决机械零部件可靠性分析及优化设计中存在不足。论文根据机械零部件应具有“安全—中介—失效”的三级工作模式原则。采用理论分析、数值分析及计算机仿真的研究方法,对考虑中介状态时机械零部件可靠性优化理论与方法进行研究。研究内容包括:(1)在传统可靠性分析基础上,认为机械零部件在安全和失效之间存在中介状态,即安全、中介、失效三种状态,三种状态对应的概率分别为安全概率P_R,中介概率P_M,失效概率P_F,它们联合起来组成可靠性向量。利用传统可靠性分析的相关理论推导出考虑中介状态时可靠性向量基本求法及可靠性向量三组算法。(2)在考虑失效相关条件下,利用模系运算规则,引入相关性因子λ,建立了考虑中介状态时机械零部件可靠性向量计算方法与步骤。(3)在中介状态下可靠性向量分析的基础上,结合传统可靠性优化设计模型,建立了四类基于可靠性向量的机械零部件可靠性优化数学模型,供工程技术人员选择使用。(4)针对建立的可靠性优化模型对其进行求解算法研究,利用了遗传—非线性规划(混合遗传)算法对其进行求解。(5)利用计算机仿真手段对具有中介状态的泥浆泵动力端齿轮的可靠性优化分析,并与传统的可靠性作比较。优化结果表明:本文所提出的方法与传统可靠性优化设计方法相比较,齿轮体积减少了2%。