可靠性設(shè)計(jì)概論1

1、機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)本課程的內(nèi)容可靠性的基本概念：可靠性、維修性與可用性不可修系統(tǒng)的可靠性可修系統(tǒng)的可靠性可靠性的預(yù)計(jì)可靠性的分配故障樹分析故障模式影響及危害程度分析機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)維修性與維修工程簡(jiǎn)介第一章 可靠性設(shè)計(jì)概論1-1 概述一、為什么研究可靠性一、為什么研究可靠性定義：可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。 可靠性的定量指標(biāo)是可靠度，可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的概率。第一章 可靠性設(shè)計(jì)概論一、為什么研究可靠性一、為什么研究可靠性 可靠性概念最早由美國軍用航空部門提出，可靠性問題使美國空軍在二戰(zhàn)中損失巨大。 據(jù)統(tǒng)計(jì)：二戰(zhàn)中美國

2、共損失飛機(jī)35000架， 其中被擊落的飛機(jī)只有14000架， 其余為故障損失，損失21000架， 當(dāng)時(shí)表現(xiàn)出的主要問題是電子設(shè)備的可靠性較差，為此，1952年美國成立電子可靠性咨詢委員會(huì)，為可靠性理論和實(shí)踐作了大量有效的工作。 產(chǎn)品故障影響國家安全與聲譽(yù)，可造成巨大經(jīng)濟(jì)損失 泰坦尼克號(hào)沉沒 1979年美國三里島核電站發(fā)生的放射性物質(zhì)泄漏，是由于冷凝器循環(huán)泵發(fā)生故障和人為因素等造成的 1984年12月，美國聯(lián)合炭化物公司設(shè)在印度博帕爾的農(nóng)藥廠，由于地下的氣罐閥門失靈發(fā)生毒氣泄漏事故。 1986年1月28日挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)升空爆炸（助推器密封圈失效） 2013年8月31日10時(shí)50分左右 位于上海

3、市豐翔路1258號(hào)的上海翁牌冷藏實(shí)業(yè)有限公司發(fā)生液氨泄漏事故，造成15死25傷4/12/20226 經(jīng)認(rèn)定液氨泄漏事故的直接原因系公司生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)液氨管路系統(tǒng)管帽脫落，引起液氨泄漏，導(dǎo)致企業(yè)操作人員傷亡。以上事故均表現(xiàn)為機(jī)械系統(tǒng)故障二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史 機(jī)械可靠性的研究始于20世紀(jì)60年代美國的航天計(jì)劃 機(jī)械和電子故障是美國宇航局主要關(guān)心的問題，其中機(jī)械故障引起的事故多，損失大。如： 1963年同步通訊衛(wèi)星SYMCOM，高壓容器斷裂，引起衛(wèi)星空中墜毀； 1964年人造衛(wèi)星號(hào)因機(jī)械故障而損壞 1965年始，美國宇航局開始三項(xiàng)機(jī)械可靠性工作 用過載試驗(yàn)方法進(jìn)行可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證

4、用隨機(jī)動(dòng)載荷驗(yàn)證結(jié)構(gòu)和零件的可靠性 在關(guān)鍵機(jī)械零件中采用概率設(shè)計(jì)方法，將可靠度設(shè)計(jì)運(yùn)用到結(jié)構(gòu)和機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中去二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史 從20世紀(jì)70年代起，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家全面開展可靠性工程實(shí)踐和應(yīng)用，可靠性技術(shù)變得越來越重要 從航空、航天、尖端武器和電子等行業(yè)，逐步推廣應(yīng)用到各個(gè)行業(yè) 核能、機(jī)械、電氣、冶金、化工、鐵道、船舶、電站、建筑、水利、通訊、醫(yī)藥等 從宇宙飛船到日用產(chǎn)品全面普及 汽車、洗衣機(jī)、冰箱、復(fù)印機(jī)等 美國宇航局將可靠性工程技術(shù)列為登月成功的三大技術(shù)成就之一二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史 美國上世紀(jì)六七十年代就將可靠性技術(shù)引入汽車、發(fā)電設(shè)備

5、、拖拉機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品。 80年代，美國羅姆航空研究中心專門作了一次非電子設(shè)備可靠性應(yīng)用情況的調(diào)查分析 美國國防部可靠性分析中心收集和出版了大量的非電子零部件的可靠性數(shù)據(jù)手冊(cè) 以美國亞利桑那大學(xué)為首的可靠性專家開展機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)理論的研究，積極推行概率設(shè)計(jì)法，提出開展機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的十五個(gè)步驟二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史 由美國、英國、加拿大、澳大利亞和新西蘭五國組成的技術(shù)合作計(jì)劃（TTCP）委員會(huì)編制出一本常用機(jī)械設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)日本以民用產(chǎn)品為主，大力推進(jìn)機(jī)械可靠性的應(yīng)用研究 日本科技聯(lián)盟的一個(gè)機(jī)械工業(yè)可靠性分會(huì)將故障模式、影響等技術(shù)成功地引入機(jī)械工業(yè)的企業(yè)中 日本企

6、業(yè)界普遍認(rèn)為：機(jī)械產(chǎn)品是通過長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)的累積，發(fā)現(xiàn)故障經(jīng)過不斷設(shè)計(jì)改進(jìn)獲得的可靠性 日本一方面采用成功的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)采用可靠性的概率設(shè)計(jì)方法的結(jié)果以及與實(shí)物試驗(yàn)進(jìn)行比較，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，收集和積累機(jī)械可靠性數(shù)據(jù)二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史前蘇聯(lián)對(duì)機(jī)械可靠性的研究十分重視，在其二十年科技規(guī)劃中，將提高機(jī)械產(chǎn)品可靠性和壽命作為重點(diǎn)任務(wù)之一。 發(fā)布了一系可靠性國家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)主要以機(jī)械產(chǎn)品為對(duì)象，適于機(jī)械制造和儀器儀表制造行業(yè)的產(chǎn)品 在各類機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，還規(guī)定了可靠性指標(biāo)或相應(yīng)的試驗(yàn)方案 前蘇聯(lián)還充分利用豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，研究并提出典型機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)可經(jīng)驗(yàn)公式，專門出版機(jī)

7、械可靠性設(shè)計(jì)手冊(cè) 前蘇聯(lián)還十分重視工藝可靠性和制造過程的嚴(yán)格控制管理，認(rèn)為這是保證機(jī)械產(chǎn)品可靠性的重要手段二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史二、機(jī)械可靠性發(fā)展歷史80年代以來機(jī)械可靠性研究在我國開始受到重視 從1986年起，機(jī)械部已經(jīng)發(fā)布了六批限期考核機(jī)電產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的清單，前后共有879種產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行可靠性指標(biāo)的考核 1990年11月和1995年10月，機(jī)械工業(yè)部舉行了兩次新聞發(fā)布會(huì)，先后介紹了236和159種帶有可靠性指標(biāo)的機(jī)電產(chǎn)品 1992年3月國防部科工委委托軍用標(biāo)準(zhǔn)化中心在北京召開了“非電產(chǎn)品可靠性工作交流研討會(huì)” 2005年GJB450改版，增加機(jī)械可靠性內(nèi)容三、為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題三、為

8、什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題 從機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)的以安全系數(shù)為主的機(jī)械設(shè)計(jì)方法有什么不同來說明這個(gè)問題。 傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法是以計(jì)算安全系數(shù)為主要內(nèi)容的 零件的安全系數(shù)零件的安全系數(shù)=零件的強(qiáng)度零件的強(qiáng)度/零件的應(yīng)力零件的應(yīng)力 而零件的強(qiáng)度和零件的應(yīng)力都是取單值為前提的，沒有考慮數(shù)據(jù)的分散性。 相比之下，采用機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法，所得結(jié)果則更接近于實(shí)際情況。三、為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題三、為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法則認(rèn)為零件的應(yīng)力、強(qiáng)度以及其他設(shè)計(jì)參數(shù)，如載荷、幾何尺寸和物理量等都是多值的，都呈分布狀態(tài)。都視為屬于某種概率分布的統(tǒng)計(jì)量，應(yīng)用概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論及強(qiáng)度理論，求出在給定設(shè)

9、計(jì)條件下零、部件不產(chǎn)生破壞的概率公式，應(yīng)用這些公式，就可以在給定可靠度下求出零、部件的尺寸?；蚪o定其尺寸確定其安全壽命。三、為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題三、為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，首先是它采用了可靠度或其它可靠性指標(biāo)，來確保結(jié)構(gòu)的可靠性，而傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)是用安全系數(shù)來保證結(jié)構(gòu)的可靠性。因此，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法對(duì)失效可能性的認(rèn)識(shí)和估計(jì)都比較合理。 其次，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)除引入可靠度或其它可靠性指標(biāo)外，還對(duì)結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)作了統(tǒng)計(jì)分析，這樣得出的安全系數(shù)比傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中的安全系數(shù)更符合實(shí)際，因?yàn)樗呀?jīng)是與可靠度相聯(lián)系的安全系數(shù)了。三、為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題三、為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題 從對(duì)

10、結(jié)構(gòu)安全性的評(píng)價(jià)來看，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)只有“安全系數(shù)”這樣一個(gè)指標(biāo)；而機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)則有可靠度和安全系數(shù)(指在一定可靠度下)兩個(gè)指標(biāo)。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 可靠性理論可靠性理論 可靠性理論可靠性理論在科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐和人們的日常生活等方面都有很重要的意義?？煽啃岳碚撛谄浒l(fā)展過程中形成了三個(gè)主要領(lǐng)域或三個(gè)獨(dú)立學(xué)科： 可靠性數(shù)學(xué) 可靠性物理 可靠性工程四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 (1)可靠性數(shù)學(xué)可靠性數(shù)學(xué) 可靠性數(shù)學(xué)是可靠性研究的最重要的基礎(chǔ)理論之一，它主要是研究與解決各種可靠性問題的數(shù)學(xué)方法和數(shù)學(xué)模型，研究可靠性的定量規(guī)律。它屬于應(yīng)用數(shù)學(xué)范疇，涉及到概率論、數(shù)概率

11、論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)理統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過程、運(yùn)籌學(xué)及拓樸學(xué)等數(shù)學(xué)分支。它應(yīng)用于可靠性的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及壽命試驗(yàn)等方面。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 (2)可靠性物理可靠性物理 可靠性物理又稱失效物理失效物理，是研究失效的物理原因與數(shù)學(xué)物理模型數(shù)學(xué)物理模型及檢測(cè)方法與糾正措施的一門可靠性理論。它使可靠性工程從數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法發(fā)展到以理化分析為基礎(chǔ)的失效分析方法。它是從本質(zhì)上、從機(jī)理方面探究產(chǎn)品的不可靠因素，從而為研制、生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品提供科學(xué)的依據(jù)。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 (3)可靠性工程可靠性工程 可靠性工程是對(duì)產(chǎn)品(零、部件，元、器件，總成，設(shè)備或系統(tǒng))的失效及其發(fā)

12、生的概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)、可靠性試驗(yàn)試驗(yàn)、可靠性評(píng)估評(píng)估、可靠性檢驗(yàn)檢驗(yàn)、可靠性控制控制、可靠性維修維修及失效分析的一門包含了許多工程技術(shù)的邊緣性工程學(xué)科。 它是立足于系統(tǒng)工程方法，運(yùn)用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)工具(屬可靠性數(shù)學(xué))，對(duì)產(chǎn)品的可靠性問題進(jìn)行定量的分析；采用失效分析方法(可靠性物理)和邏輯推理對(duì)產(chǎn)品故障進(jìn)行研究，找出薄弱環(huán)節(jié)，確定提高產(chǎn)品可靠性的途徑，并綜合地權(quán)衡經(jīng)濟(jì)、功能等方面的得失，將產(chǎn)品的可靠性提高到滿意的程度的一門學(xué)科。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 它包括了對(duì)產(chǎn)品可靠性進(jìn)行工作的全過程，即從對(duì)零件、部件和系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性方

13、面的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與分析做起，對(duì)失效機(jī)理進(jìn)行研究，在這一基礎(chǔ)上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)；采用能確?？煽啃缘闹圃旃に囘M(jìn)行制造；完善質(zhì)量管理與質(zhì)量檢驗(yàn)以保證產(chǎn)品的可靠性；進(jìn)行可靠性試驗(yàn)來證實(shí)和評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性； 它包括了以合理的包裝和運(yùn)輸方式來保持產(chǎn)品的可靠性；指導(dǎo)用戶對(duì)產(chǎn)品的正確使用、提供優(yōu)良的維修保養(yǎng)和社會(huì)服務(wù)來維持產(chǎn)品的可靠性。即可靠性工程包括了對(duì)零件、部件和系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析、可靠性設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)、試驗(yàn)、管理、控制和評(píng)價(jià)。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 在可靠性工程中，很重視對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集與交換。許多國家都有全國性的數(shù)據(jù)收集與交換組織，建立有各種數(shù)據(jù)庫。因

14、為數(shù)據(jù)是可靠性設(shè)計(jì)和可靠性研究的基礎(chǔ)。在整個(gè)可靠性工程中，都是通過可靠性數(shù)據(jù)和信息反饋來改進(jìn)產(chǎn)品的可靠性。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì) 可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)是可靠性工程的一個(gè)重要分支，因?yàn)楫a(chǎn)品的可靠性在很大程度上取決于設(shè)計(jì)的正確性。在可靠性設(shè)計(jì)中要規(guī)定可靠性和維修性的指標(biāo)，并使其達(dá)到最優(yōu)。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 可靠性預(yù)測(cè)可靠性預(yù)測(cè) 可靠性預(yù)測(cè)可靠性預(yù)測(cè)是可靠性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，它是一種預(yù)報(bào)方法，在設(shè)計(jì)階段即從所得的失效率數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)零部件和系統(tǒng)實(shí)際可能達(dá)到的可靠度，預(yù)報(bào)這些零件、部件和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。在設(shè)備

15、設(shè)計(jì)的初期，及時(shí)完成可靠性預(yù)測(cè)工作，可以了解該設(shè)備中各零件、部件之間可靠度的相互關(guān)系，找出提高整個(gè)設(shè)備的可靠度的有效途徑。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 可靠性設(shè)計(jì)的另一重要內(nèi)容是可靠性可靠性的分配的分配，它是將系統(tǒng)規(guī)定的容許失效概率合理地分配給該系統(tǒng)的零、部件。在可靠性設(shè)計(jì)中采用最優(yōu)化方法進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性分配系統(tǒng)的可靠性分配，是當(dāng)前可靠性研究的重要方向之一，稱為可靠性優(yōu)化可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 在可靠性設(shè)計(jì)中有時(shí)采用冗余設(shè)計(jì)法冗余設(shè)計(jì)法或貯備貯備法法。冗余法或貯備法是在系統(tǒng)中配置作貯備用的零件或設(shè)備，當(dāng)原用零件或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，貯備件立即替換上去

16、。并聯(lián)冗余并聯(lián)冗余即并并行工作貯備法行工作貯備法是使完成同一職能的一批零、部件或設(shè)備同時(shí)(并行)工作，且當(dāng)其中某個(gè)或部分失效時(shí)，其余的仍能保證系統(tǒng)的正常工作。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用貯備法，可成倍地提高系統(tǒng)的可靠度。對(duì)系統(tǒng)貯備的分配，也廣泛地采用最優(yōu)化方法。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 由于在不同領(lǐng)域中可靠性工程所處理的具體問題有所不同，內(nèi)容也會(huì)有差異，但都是以系統(tǒng)的方法、綜合的方法，以長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來研究問題，不僅重視技術(shù)，也重視管理，以取得系統(tǒng)的最大經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行的安全可靠為目的。四、可靠性研究的內(nèi)容四、可靠性研究的內(nèi)容 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)又稱為機(jī)械概率設(shè)計(jì)機(jī)械概率設(shè)計(jì)，是可靠性工程學(xué)的主要內(nèi)

17、容之一，是可靠性工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 由于對(duì)機(jī)械破壞機(jī)理認(rèn)識(shí)的日益深化，對(duì)機(jī)械故障概率資料的逐步累積，以及概率與統(tǒng)計(jì)在機(jī)械零件的應(yīng)力與強(qiáng)度分析方面的應(yīng)用等等，都為機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使可靠性理論的應(yīng)用擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析、疲勞研究等方面。29五、機(jī)械產(chǎn)品可靠性的特點(diǎn)五、機(jī)械產(chǎn)品可靠性的特點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性與電子產(chǎn)品相比具有以下特點(diǎn)： 耗損型故障耗損型故障 如疲勞、老化、磨損、腐蝕和強(qiáng)度退化等，具有漸變性的特點(diǎn) 故障率隨時(shí)間的變化不是恒定值，隨時(shí)間增長(zhǎng)故障率隨時(shí)間的變化不是恒定值，隨時(shí)間增長(zhǎng) 符合此特性的分布有正態(tài)、威布爾、對(duì)數(shù)正態(tài)和極值分布等； 故障模式多故障模式

18、多 一個(gè)零部件可能有多種故障模式,同一故障模式可能發(fā)生在不同部位30五、機(jī)械產(chǎn)品可靠性的特點(diǎn)五、機(jī)械產(chǎn)品可靠性的特點(diǎn) 零部件多是非標(biāo)準(zhǔn)件零部件多是非標(biāo)準(zhǔn)件 失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)困難，預(yù)計(jì)失效率困難 機(jī)械產(chǎn)品的大多數(shù)零部件都是非標(biāo)準(zhǔn)件,只有少數(shù)零部件如軸承、密封件、閥、泵等已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化.大部分零部件由于功能、結(jié)構(gòu)各異,只能將其特征參數(shù)(如齒輪模數(shù)、液壓缸直徑、螺紋直徑等)標(biāo)準(zhǔn)化.設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí),還要根據(jù)具體結(jié)構(gòu)要求及載荷性質(zhì)、幾何尺寸進(jìn)行零部件設(shè)計(jì).而機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一是缺乏材料強(qiáng)度和載荷分布的數(shù)據(jù),難以給出像電子元器件那樣工程上實(shí)用的機(jī)械零部件故障率手冊(cè)。五、機(jī)械產(chǎn)品可靠性的

19、特點(diǎn)五、機(jī)械產(chǎn)品可靠性的特點(diǎn) 失效模式往往是相關(guān)的失效模式往往是相關(guān)的在進(jìn)行可靠性分析時(shí)需要考慮失效模式相關(guān)性。機(jī)械產(chǎn)品的故障模式與其材料、具體結(jié)構(gòu)、載荷性質(zhì)和大小等有密切關(guān)系,故障模式之間還存在著相關(guān)性.實(shí)現(xiàn)同一功能要求,由于采用不同的結(jié)構(gòu)形式,可以改變機(jī)械產(chǎn)品零部件的應(yīng)力狀態(tài).失去規(guī)定的功能可以是損壞、失調(diào)、滲漏、堵塞、老化、松脫或它們的組合等多種表現(xiàn)形式.4/12/202232機(jī)械產(chǎn)品失效模式類型機(jī)械產(chǎn)品失效模式類型 損壞型 如斷裂、變形過大、塑性變形、裂紋等 退化型 如老化、腐蝕、磨損等 松脫型 如松動(dòng)、脫焊等 失調(diào)型 如間隙不當(dāng)、行程不當(dāng)、壓力不當(dāng)?shù)?堵塞或滲漏型 如堵塞、漏油、漏氣

20、等 功能型 如性能不穩(wěn)定、性能下降、功能不正常等五、機(jī)械產(chǎn)品可靠性的特點(diǎn)五、機(jī)械產(chǎn)品可靠性的特點(diǎn) 機(jī)械加工制造質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品可靠性影響大機(jī)械加工制造質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品可靠性影響大機(jī)械產(chǎn)品通過設(shè)計(jì)獲得了固有可靠性,但在加工制造過程中,工藝設(shè)備、工藝方法、工藝流程、各種工藝因素控制、裝配工藝等對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量將產(chǎn)生重大影響.如應(yīng)力集中,熱處理引起的變形,高速旋轉(zhuǎn)軸線的對(duì)中,組合裝配時(shí)引入的預(yù)應(yīng)力等,均是引起故障的因素.沒有先進(jìn)的、穩(wěn)定的加工工藝,產(chǎn)品的可靠性將得不到保證六、 機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的原則機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的原則 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)相結(jié)合傳統(tǒng)的安全系數(shù)法直觀、簡(jiǎn)單、容易掌握、設(shè)計(jì)工作傳統(tǒng)的安全系數(shù)法直觀

21、、簡(jiǎn)單、容易掌握、設(shè)計(jì)工作量小量小,在多數(shù)情況下能保證機(jī)械零部件的可靠性在多數(shù)情況下能保證機(jī)械零部件的可靠性,因此因此,不應(yīng)完全摒棄安全系數(shù)法不應(yīng)完全摒棄安全系數(shù)法.現(xiàn)階段比較切實(shí)可行的做法是審慎地采用概率設(shè)計(jì)法現(xiàn)階段比較切實(shí)可行的做法是審慎地采用概率設(shè)計(jì)法的概念去完善和改進(jìn)傳統(tǒng)的安全系數(shù)法的概念去完善和改進(jìn)傳統(tǒng)的安全系數(shù)法,對(duì)一些條件對(duì)一些條件成熟或精度要求非常高的關(guān)鍵件可逐步開展可靠性概成熟或精度要求非常高的關(guān)鍵件可逐步開展可靠性概率設(shè)計(jì)率設(shè)計(jì).更為實(shí)際的做法是先按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法確定零部件的更為實(shí)際的做法是先按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法確定零部件的材料及結(jié)構(gòu)尺寸等材料及結(jié)構(gòu)尺寸等,而根據(jù)相應(yīng)的模型進(jìn)行

22、可靠性定而根據(jù)相應(yīng)的模型進(jìn)行可靠性定量計(jì)算量計(jì)算,若不滿足規(guī)定的可靠性要求若不滿足規(guī)定的可靠性要求,則修改結(jié)構(gòu)、尺則修改結(jié)構(gòu)、尺寸或更換材料寸或更換材料,再進(jìn)行可靠性校核再進(jìn)行可靠性校核,直至滿足規(guī)定要求直至滿足規(guī)定要求35七、機(jī)械產(chǎn)品可靠性工作的要點(diǎn)七、機(jī)械產(chǎn)品可靠性工作的要點(diǎn) 產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)指出薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)方向 非標(biāo)準(zhǔn)件較多和失效率受失效環(huán)境、工作條件的影響較大等，零部件的失效率數(shù)據(jù)應(yīng)是在相似產(chǎn)品以往可靠性信息的基礎(chǔ)上，經(jīng)分析（失效模式、載荷條件、環(huán)境條件和使用條件等方面的差異比較）后選用。 可靠性預(yù)計(jì)的重要作用之一是在設(shè)計(jì)過程中為了達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)指出該系統(tǒng)中應(yīng)予特別注意的薄弱環(huán)

23、節(jié)和改進(jìn)方向 在產(chǎn)品研制過程中重視可靠性試驗(yàn)對(duì)保證產(chǎn)品可靠性的作用 機(jī)械產(chǎn)品工作環(huán)境非常復(fù)雜，試驗(yàn)很難模擬真實(shí)的環(huán)境和應(yīng)力。因此必要時(shí)需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)，或收集使用現(xiàn)場(chǎng)的失效信息 復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品體積大、成本高等原因不能進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，可采用較低層次（部件、組件或零件）的可靠性試驗(yàn)，然后綜合試驗(yàn)結(jié)果、應(yīng)力分析結(jié)果和類似產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)及產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)使用的情況，對(duì)其可靠性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 1-2 可靠性的定義可靠性的定義 可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力 在可靠性的上述定義中，含有以下五個(gè)要素： (1)對(duì)象 可靠性問題的研究對(duì)象是產(chǎn)品，它是泛指的，可以是元件、組件、零件、部件、總成

24、、機(jī)器、設(shè)備，甚至整個(gè)系統(tǒng)：研究可靠性問題時(shí)首先要明確對(duì)象。不僅要確定具體的產(chǎn)品，而且還應(yīng)明確它的內(nèi)容和性質(zhì)。如果研究對(duì)象是一個(gè)系統(tǒng)，則不僅包括硬件，而且也包括軟件和人的判斷和操作等因素在內(nèi)。需要以人一機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)去觀察和分析問題。(2)使用條件包括運(yùn)輸條件、儲(chǔ)存條件、使用時(shí)的環(huán)境條件(如溫度、壓力、濕度、載荷、振動(dòng)、腐蝕、磨損等等)、使用方法、維修水平、操作水平等預(yù)期的運(yùn)輸、儲(chǔ)存及運(yùn)行條件，對(duì)其可靠性都會(huì)有很大影響。(3)規(guī)定時(shí)間與可靠性關(guān)系非常密切的是關(guān)于使用期限的規(guī)定，因?yàn)榭煽慷仁且粋€(gè)有時(shí)間性的定義。對(duì)時(shí)間性的要求一定要明確。時(shí)間可以是區(qū)間(0，t)，也可以是區(qū)間(t1，t2)。有時(shí)對(duì)某

25、些產(chǎn)品給出相當(dāng)于時(shí)間的一些其它指標(biāo)可能會(huì)更明確，例如對(duì)汽車的可靠性可規(guī)定行駛里程(距離)；有些產(chǎn)品的可靠性則規(guī)定周期、次數(shù)等等會(huì)更恰當(dāng)些。一般來說，產(chǎn)品的可靠性是隨著產(chǎn)品使用時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低所以，一定的可靠性是對(duì)一定時(shí)間而言的1-2 可靠性的定義可靠性的定義 (4)規(guī)定功能 要明確產(chǎn)品的規(guī)定功能的內(nèi)容。一般來說，所謂“完成規(guī)定功能”是指在規(guī)定的使用條件下能維持所規(guī)定的正常工作而不失效(或發(fā)生故障)，指研究對(duì)象(產(chǎn)品)能在規(guī)定的功能參數(shù)下正常運(yùn)行。應(yīng)注意“失效”不一定僅僅指產(chǎn)品不能工作，因?yàn)橛行┊a(chǎn)品雖然還能工作，但由于其功能參數(shù)已漂移到規(guī)定界限之外了，即不能按規(guī)定正常工作，也視為“失效”。要

26、弄清該產(chǎn)品的功能是什么，其失效或故障(喪失規(guī)定功能)又是怎樣定義的。 還要注意產(chǎn)品的功能有主次之分，故障也有主次之分。有時(shí)次要的故障不影響主要功能，因而也不影響完成主要功能的可靠性。1-2 可靠性的定義可靠性的定義 (5)概率 “可靠度”是可靠性的概率表示。把概念性的可靠性用具體的教學(xué)形式概率表示，這就是可靠性技術(shù)發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)。因?yàn)橛酶怕蕘矶x可靠度后，對(duì)元件、組件、零件、部件、總成、機(jī)器、設(shè)備、系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠程度的測(cè)定、比較、評(píng)價(jià)、選擇等等才有了共同的基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品可靠性方面的質(zhì)量管理才有了保證。1-2 可靠性的定義可靠性的定義 如上所述，討論產(chǎn)品的可靠性問題時(shí)，必須明確對(duì)象、使用條件、使用

27、期限、規(guī)定的功能等因素，而用概率來度量產(chǎn)品的可靠性時(shí)就是產(chǎn)品的可靠度?？煽啃远勘硎镜牧硪惶攸c(diǎn)是其隨機(jī)性。因此，廣泛采用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行定量計(jì)算。1-3 失效失效 失效失效(Failure，對(duì)于可修復(fù)的產(chǎn)品，通常稱為故障故障)，其定義為“產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能”。這不僅指規(guī)定功能的完全喪失，亦包括規(guī)定功能的降低等。失效可作如下的分類：1)按失效原因 (1)誤用失效誤用失效：未按規(guī)定條件使用產(chǎn)品而引起的失效； (2)本質(zhì)失效本質(zhì)失效：由于產(chǎn)品本身固有的弱點(diǎn)而引起的失效，與是否按規(guī)定條件使用無關(guān)； (3)早期失效早期失效(Early Failure)：由于產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造或檢驗(yàn)

28、方面的缺陷等原因而引起的產(chǎn)品失效。新產(chǎn)品在研究和試制階段出現(xiàn)的失效，通常多為早期失效。一般早期失效可以通過強(qiáng)化試驗(yàn)找出失效原因并加以排除； (4)偶然失效偶然失效(隨機(jī)失效隨機(jī)失效，Radom Failure)：產(chǎn)品因?yàn)榕既坏囊蛩囟l(fā)生的失效，通常它使產(chǎn)品完全喪失規(guī)定功能；這種失效既不能通過強(qiáng)化試驗(yàn)加以排除，采取良好維護(hù)措施也不能避免。失效在什么時(shí)候發(fā)生也無法判斷； (5)耗損失效耗損失效(WearoutFailure)：產(chǎn)品由于磨損、疲勞、老化、損耗等原因而引起的失效。它往往使產(chǎn)品的輸出特性變壞，但仍有一定的工作能力。失效可作如下的分類： 2)按失效程度 (1)完全失效完全失效(Comple

29、te Failure)：完全喪失規(guī)定功能的失效； (2)部分失效部分失效：產(chǎn)品的性能偏離某種規(guī)定的界限，但尚未完全喪失規(guī)定功能的失效。 3)按失效的時(shí)間特性 (1)突然失效突然失效：通過事先的測(cè)試或監(jiān)控不能預(yù)測(cè)到的失效； (2)漸變失效漸變失效：通過事先的測(cè)試或監(jiān)控就可以預(yù)料到的失效，這時(shí)，產(chǎn)品的規(guī)定功能 是逐漸減退的，但開始這一過程的時(shí)間不明顯。失效可作如下的分類: 4)按失效后果的嚴(yán)重性 (1)致命失效致命失效：導(dǎo)致重大損失的失效； (2)嚴(yán)重失效嚴(yán)重失效：指能導(dǎo)致復(fù)雜產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力降低的產(chǎn)品組成單元的失 效； (3)輕度失效輕度失效：指不致引起復(fù)雜產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力降低的產(chǎn)品

30、組成單元的失效。 5)按失效的獨(dú)立性 (1)獨(dú)立失效獨(dú)立失效：不是因?yàn)槠渌a(chǎn)品的失效而引起的本產(chǎn)品的失效； (2)從屬失效從屬失效：是因?yàn)槠渌a(chǎn)品的失效而引起的本產(chǎn)品的失效。失效可作如下的分類: 6)按失效的關(guān)聯(lián)性 (1)關(guān)聯(lián)失效關(guān)聯(lián)失效：在解釋試驗(yàn)結(jié)果或計(jì)算可靠性特征數(shù)值時(shí)必須計(jì)入的失效； (2)非關(guān)聯(lián)失效非關(guān)聯(lián)失效：在解釋試驗(yàn)結(jié)果或計(jì)算可靠性特征數(shù)值時(shí)不應(yīng)計(jì)入的失效。 7)按兩種劃分標(biāo)準(zhǔn)的組合來劃分的失效分類 (1) 突變失效突變失效(突發(fā)故障突發(fā)故障Catastrophic Failure)為突然而完全的失效； (2)退化失效退化失效(退化故障退化故障Degradation Failur

31、e)為漸變而部分的失效。失效可作如下的分類: 產(chǎn)品的零件失效，并不總會(huì)引起產(chǎn)品的不可靠。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的產(chǎn)品，會(huì)有這樣的零件，它的失效不一定會(huì)引起產(chǎn)品基本特性偏離規(guī)定界限之外。例如，汽車客廂內(nèi)的照明燈，對(duì)于汽車的可靠性沒有影響。在計(jì)算產(chǎn)品的可靠性時(shí)，這些零件的失效不予考慮。 為了判斷失效，必須制定失效的判據(jù)或失效標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定出判斷失效的技術(shù)指標(biāo)。同一產(chǎn)品在不同情況下使用，可能會(huì)有不同的失效標(biāo)準(zhǔn)。同一產(chǎn)品上的不同組件，也可能具有不同的失效標(biāo)準(zhǔn)。 為了提高產(chǎn)品的可靠性，研究產(chǎn)品失效的原因、掌握產(chǎn)品的失效規(guī)律是很重要的，因?yàn)?，只有?duì)產(chǎn)品失效的原因及失效的規(guī)律有全面的了解，才能采取有效的措施，提高產(chǎn)品的可

32、靠性。1-4可靠性指標(biāo) 為了評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性，制定一些評(píng)定產(chǎn)品可靠性的數(shù)值指標(biāo)是非常必要的?？煽啃缘臄?shù)值指標(biāo)就是可靠性的尺度。 常用的可靠性尺度有：可靠度，失效率，平均壽命、壽命方差和壽命標(biāo)準(zhǔn)差，可靠壽命與中位壽命及特征壽命，有效壽命與更換壽命等可靠性壽命尺度，維修度，平均修理時(shí)間，修復(fù)率，有效度和重要度等等。 有了統(tǒng)一的可靠性尺度或評(píng)價(jià)產(chǎn)品可靠性的數(shù)值指標(biāo)，就可在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)用數(shù)學(xué)方法來計(jì)算和預(yù)測(cè)其可靠性；在產(chǎn)品生產(chǎn)出來后用試驗(yàn)方法等來考核和評(píng)定其可靠性。1-4可靠性指標(biāo)1.可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的概率。 符號(hào)表示為： 或簡(jiǎn)寫為： 它是時(shí)間的函數(shù),就概率分布而

33、言，它又叫作可靠度分布函數(shù)可靠度分布函數(shù)，且是累積分布函數(shù)。它表示在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，無故障地發(fā)揮規(guī)定功能而工作的產(chǎn)品占全部工作產(chǎn)品(累積起來)的百分率。因此，可靠度R或R(t)的取值范圍是 OR(t)1)(tRR1-4可靠性指標(biāo)2. 不可靠度： 與可靠度相對(duì)應(yīng)的有不可靠度不可靠度，表示“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的概率”，因此又稱為失效概率，記為F。失效概率F也是時(shí)間t的函數(shù)，故又稱為失效概率函數(shù)失效概率函數(shù)或不可靠度函數(shù)不可靠度函數(shù)，并記為F(t)。它也是累積分布函數(shù)，故又稱為累積失效概率。顯然，它與可靠度呈互補(bǔ)關(guān)系，即 R(t)+F(t)=1 F(t)

34、=1一R(t)(1)(tRtF第一章 可靠性設(shè)計(jì)概論1-4 可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo) 3.失效概率密度：產(chǎn)品在t時(shí)刻單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。 對(duì)不可靠度函數(shù)F(t)求導(dǎo)，則得失效密度失效密度函數(shù)函數(shù)f(t)，即 f(t)=dF(t)/dt=-dR(t)/dt 失效密度函數(shù)又稱為故障密度函數(shù)故障密度函數(shù)。tdttftF0)()(1-4 可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)4.失效率失效率(Failure Rate)又稱為故障率故障率，其定義為“工作到某時(shí)刻t時(shí)尚未失效(故障)的產(chǎn)品，在該時(shí)刻t以后的下一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效(故障)的概率”。失效率的觀測(cè)值即為“在某時(shí)刻t以后的下一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與工作到該

35、時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)之比”。 失效率是產(chǎn)品可靠性常用的數(shù)量特征之一，失效率愈高，則可靠性愈低?？煽慷扰c不可靠度均為無量綱值，而失效率為有量綱值。失效率的單位多用每千小時(shí)百分之幾，即用103h=10-5h表示。 對(duì)于可靠度高、失效率低的產(chǎn)品則采用Fit(Failure Unit) =10-9h=10-6103h為單位。有時(shí)不用時(shí)間的倒數(shù)而用與其相當(dāng)?shù)摹皠?dòng)作次數(shù)”、“轉(zhuǎn)數(shù)”、“距離”等的倒數(shù)為單位。tntntRtft)()()()(由許多零件構(gòu)成的機(jī)器、設(shè)備或系統(tǒng)，在不進(jìn)行預(yù)防性維修時(shí)，或者對(duì)于不可修復(fù)的產(chǎn)品，其失效率曲線的典型形態(tài)如圖所示。由于它的形狀與浴盆的剖面相似，所以又稱為浴盆曲線(BathTub Curve)。它是由上述三種形態(tài)的失效率曲線組成，反映了產(chǎn)品在其全部工作過程中的三個(gè)不同階段或時(shí)期。第一章 可靠性設(shè)計(jì)