機械可靠性設(shè)計第6章2012

1、6.1 概述概述第第6 6章章 可靠性可靠性實驗實驗6.3 加速壽命實驗加速壽命實驗6.2 壽命實驗的分布及估計壽命實驗的分布及估計6.1 概述概述確定產(chǎn)品的可靠性水平及測定其數(shù)值指標。確定產(chǎn)品的可靠性水平及測定其數(shù)值指標。同時，通過試驗也可對失效的樣品進行分析找出其薄弱的環(huán)節(jié)，同時，通過試驗也可對失效的樣品進行分析找出其薄弱的環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)對策，達到提高產(chǎn)品可靠性的目的。采取相應(yīng)對策，達到提高產(chǎn)品可靠性的目的。可靠性的統(tǒng)計指標有可靠度可靠性的統(tǒng)計指標有可靠度 R(t)、失效分布函數(shù)、失效分布函數(shù) F(t)、分布密度函數(shù)分布密度函數(shù) f(t) 、失效率、失效率 (t)等。等。這些統(tǒng)計指標均是建

2、立在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，而數(shù)據(jù)的獲得就要通這些統(tǒng)計指標均是建立在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，而數(shù)據(jù)的獲得就要通過一定的試驗，并對試驗的結(jié)果進行可靠性分析，從而確定機過一定的試驗，并對試驗的結(jié)果進行可靠性分析，從而確定機器或者零部件相應(yīng)的可靠性指標。器或者零部件相應(yīng)的可靠性指標。因此可靠性試驗是評價產(chǎn)品可靠性的一個重要手段，研究產(chǎn)品因此可靠性試驗是評價產(chǎn)品可靠性的一個重要手段，研究產(chǎn)品可靠性的基本環(huán)節(jié)之一。可靠性的基本環(huán)節(jié)之一。1、可靠性試驗的目的、可靠性試驗的目的2、可靠性試驗特點、可靠性試驗特點 可靠性試驗就是對所接受試驗的零部件施加一定方式和水平的載荷，然可靠性試驗就是對所接受試驗的零部件施加一定方式和水平的

3、載荷，然后觀察零部件的性能是否穩(wěn)定或變形隨時間的變化，從而判明其是否失效。后觀察零部件的性能是否穩(wěn)定或變形隨時間的變化，從而判明其是否失效。當(dāng)然，試驗條件要盡量與實際一致，失效的定義及檢測方法也應(yīng)該事先規(guī)當(dāng)然，試驗條件要盡量與實際一致，失效的定義及檢測方法也應(yīng)該事先規(guī)定。定。 可靠性試驗與產(chǎn)品的常規(guī)試驗不同。常規(guī)試驗的目的只是保證產(chǎn)品出廠可靠性試驗與產(chǎn)品的常規(guī)試驗不同。常規(guī)試驗的目的只是保證產(chǎn)品出廠驗收時其參數(shù)及物理機械性能符合出廠指標，而沒有測定產(chǎn)品在規(guī)定時間驗收時其參數(shù)及物理機械性能符合出廠指標，而沒有測定產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)的失效率，故不能對產(chǎn)品的可靠性提出任何保證。內(nèi)的失效率，故不能對產(chǎn)品

4、的可靠性提出任何保證。 可靠性試驗則對產(chǎn)品是否在以后規(guī)定的使用時間內(nèi)符合一定的可靠性指可靠性試驗則對產(chǎn)品是否在以后規(guī)定的使用時間內(nèi)符合一定的可靠性指標指供了保證。標指供了保證。 同時，可靠性試驗是產(chǎn)品可靠性預(yù)測和驗證的基礎(chǔ)。同時，可靠性試驗是產(chǎn)品可靠性預(yù)測和驗證的基礎(chǔ)。另外，在試驗數(shù)據(jù)的處理上，常規(guī)試驗僅是性能的通過試驗所以數(shù)據(jù)的處另外，在試驗數(shù)據(jù)的處理上，常規(guī)試驗僅是性能的通過試驗所以數(shù)據(jù)的處理較簡單。而可靠性試驗由于它要對某一批產(chǎn)品的可靠性進行推斷，所以理較簡單。而可靠性試驗由于它要對某一批產(chǎn)品的可靠性進行推斷，所以要采取嚴格的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，以便得出較為可靠的結(jié)論。由于試驗的目的要采取嚴格

5、的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，以便得出較為可靠的結(jié)論。由于試驗的目的和要求不同，因此，試驗方法也不盡相同。和要求不同，因此，試驗方法也不盡相同。3、 可靠性試驗分類可靠性試驗分類1）按照試驗地點分：）按照試驗地點分： 試驗臺試驗：試驗臺試驗：可以仔細觀察機器、部件或者配合件工作能力的損耗可以仔細觀察機器、部件或者配合件工作能力的損耗過程，獲得試驗對象可靠性的信息。試驗規(guī)范和試驗條件應(yīng)盡可能同使過程，獲得試驗對象可靠性的信息。試驗規(guī)范和試驗條件應(yīng)盡可能同使用情祝一致，但由于現(xiàn)代機器的零部件壽命十分長，所以在很多情況下用情祝一致，但由于現(xiàn)代機器的零部件壽命十分長，所以在很多情況下做試驗的條件比正常使用條件苛刻。

6、做試驗的條件比正常使用條件苛刻。 這種方法的缺點是試驗時間長，要一直地試驗到發(fā)生故障，或試驗這種方法的缺點是試驗時間長，要一直地試驗到發(fā)生故障，或試驗到規(guī)定的無故障期為止。到規(guī)定的無故障期為止。試驗場試驗和使用試驗：試驗場試驗和使用試驗：適用于成批的典型樣檢用于獲得產(chǎn)品的可適用于成批的典型樣檢用于獲得產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)。靠性數(shù)據(jù)。 例如，批量投產(chǎn)前的汽車試樣，要在專門挑選的道路上，各種不同的例如，批量投產(chǎn)前的汽車試樣，要在專門挑選的道路上，各種不同的條件下做試驗，通過使用試驗可以查出機械的薄弱環(huán)節(jié)，查明部件和機構(gòu)條件下做試驗，通過使用試驗可以查出機械的薄弱環(huán)節(jié)，查明部件和機構(gòu)動作是否正確，查明其

7、在實際使用條件下的工作能力。動作是否正確，查明其在實際使用條件下的工作能力。 但是，這些試驗的時間往往達不到實際機器的正常工作時間。為此，但是，這些試驗的時間往往達不到實際機器的正常工作時間。為此，要想獲得必要的可靠性信息就往往采用可靠性加速壽命試驗。顯然加速壽要想獲得必要的可靠性信息就往往采用可靠性加速壽命試驗。顯然加速壽命試驗可以縮短試驗周期，節(jié)省樣品與費用，快速地對產(chǎn)品的可靠性作出命試驗可以縮短試驗周期，節(jié)省樣品與費用，快速地對產(chǎn)品的可靠性作出評價。評價。加速壽命試驗加速壽命試驗：在既不改變產(chǎn)品的失效機理又不增加新的失在既不改變產(chǎn)品的失效機理又不增加新的失效因子的前提下，提高試驗應(yīng)力，加

8、速產(chǎn)品的失效過程，促效因子的前提下，提高試驗應(yīng)力，加速產(chǎn)品的失效過程，促使產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效，再根據(jù)試驗結(jié)果，預(yù)測正常應(yīng)力使產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效，再根據(jù)試驗結(jié)果，預(yù)測正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。下的產(chǎn)品壽命。2）另外，可靠性試驗還可按下述方法分類，）另外，可靠性試驗還可按下述方法分類，根據(jù)根據(jù)產(chǎn)品的破壞與否產(chǎn)品的破壞與否分為破壞性試驗和非破壞性試驗；分為破壞性試驗和非破壞性試驗；根據(jù)根據(jù)抽樣方式抽樣方式不同分為抽樣試驗和全數(shù)試驗；不同分為抽樣試驗和全數(shù)試驗；根據(jù)根據(jù)負載和環(huán)境隨時間的關(guān)系負載和環(huán)境隨時間的關(guān)系分為恒定負荷試驗和變動負分為恒定負荷試驗和變動負荷試驗，以及無負荷試驗等等。荷試驗，以及無

9、負荷試驗等等。4、可靠性試驗的對象、可靠性試驗的對象試樣試樣對于影響產(chǎn)品壽命的材料性質(zhì)應(yīng)作試樣試驗對于影響產(chǎn)品壽命的材料性質(zhì)應(yīng)作試樣試驗(試驗?zāi)湍ピ囼災(zāi)湍?性、疲勞強度、抗腐蝕性等性、疲勞強度、抗腐蝕性等)。 零件、結(jié)臺件和運動副零件、結(jié)臺件和運動副研究設(shè)計和工藝因素對結(jié)合副壽研究設(shè)計和工藝因素對結(jié)合副壽 命的影響命的影響(試驗軸承、齒輪、萬向接等試驗軸承、齒輪、萬向接等)。 部件部件研究各機構(gòu)和結(jié)構(gòu)元件的相互作用，以及它們對研究各機構(gòu)和結(jié)構(gòu)元件的相互作用，以及它們對 工作能力指標的影響工作能力指標的影響(試驗變速箱、發(fā)動機、液壓裝試驗變速箱、發(fā)動機、液壓裝 置、控制系統(tǒng)等機器的各個動作部件置

10、、控制系統(tǒng)等機器的各個動作部件)。 整機整機研究機器中所有機構(gòu)和部件的相互作用、整機的研究機器中所有機構(gòu)和部件的相互作用、整機的 使用條件和工作情況使用條件和工作情況(對機床、汽車等進行試驗臺試對機床、汽車等進行試驗臺試 驗和使用試驗驗和使用試驗)。成套機器成套機器研究成套設(shè)備中各臺機器的相互影響研究成套設(shè)備中各臺機器的相互影響(涉及工廠中自涉及工廠中自 動線或自動化車間的可靠性，船舶機組的可靠性動線或自動化車間的可靠性，船舶機組的可靠性 等等)。5、可靠性試驗中應(yīng)評價的產(chǎn)品的特征、可靠性試驗中應(yīng)評價的產(chǎn)品的特征1）產(chǎn)品的衰老和破壞過程的特性）產(chǎn)品的衰老和破壞過程的特性確定其相應(yīng)的損傷程度，試

11、驗中應(yīng)研究磨損、腐蝕、變形、確定其相應(yīng)的損傷程度，試驗中應(yīng)研究磨損、腐蝕、變形、疲勞破壞等使產(chǎn)品工作能力耗損的主要原因。疲勞破壞等使產(chǎn)品工作能力耗損的主要原因。2）產(chǎn)品輸出參數(shù)的變化特性）產(chǎn)品輸出參數(shù)的變化特性 精度、效率、承載能力等輸出參數(shù)超出容許范圍，會導(dǎo)致精度、效率、承載能力等輸出參數(shù)超出容許范圍，會導(dǎo)致故障。故障。6.2 壽命實驗壽命實驗1、壽命試驗的目的、壽命試驗的目的評價、分析產(chǎn)品壽命特征的試驗稱為壽命試驗。評價、分析產(chǎn)品壽命特征的試驗稱為壽命試驗。 (1)弄清產(chǎn)品的壽命分布：弄清產(chǎn)品的壽命分布：通過壽命試驗找出各零部件或產(chǎn)品的壽通過壽命試驗找出各零部件或產(chǎn)品的壽命分布，這對設(shè)計和

12、應(yīng)用都有重要的意義。命分布，這對設(shè)計和應(yīng)用都有重要的意義。 例如軸承的壽命符合威布爾分布，電子元件的壽命一般符合例如軸承的壽命符合威布爾分布，電子元件的壽命一般符合對數(shù)正態(tài)分布和威布爾分布；合金鋼的高溫持久壽命則符合對數(shù)對數(shù)正態(tài)分布和威布爾分布；合金鋼的高溫持久壽命則符合對數(shù)正態(tài)分布；由大量電子元件組成的系統(tǒng)則服從指數(shù)分布等等。正態(tài)分布；由大量電子元件組成的系統(tǒng)則服從指數(shù)分布等等。 (2)求得產(chǎn)品的各項可靠性指標：求得產(chǎn)品的各項可靠性指標：通過壽命試驗，可以求得產(chǎn)品通過壽命試驗，可以求得產(chǎn)品的失效率、失效密度、失效概率、可靠度、平均壽命、壽命方差的失效率、失效密度、失效概率、可靠度、平均壽命、

13、壽命方差等指標，由此可以評價產(chǎn)品的質(zhì)量。等指標，由此可以評價產(chǎn)品的質(zhì)量。(3)研究產(chǎn)品的失效機理：研究產(chǎn)品的失效機理：通過壽命試驗可以找出產(chǎn)品失效的原因，通過壽命試驗可以找出產(chǎn)品失效的原因，并在此基礎(chǔ)上建立產(chǎn)品失效的物理或數(shù)學(xué)模型，弄清其失效的機并在此基礎(chǔ)上建立產(chǎn)品失效的物理或數(shù)學(xué)模型，弄清其失效的機理，并能用模型進行理論預(yù)測工作。理，并能用模型進行理論預(yù)測工作。2、壽命試驗的分類、壽命試驗的分類 貯存壽命試驗：貯存壽命試驗： 產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件下進行非工作狀態(tài)的存放試驗稱為貯產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件下進行非工作狀態(tài)的存放試驗稱為貯存試驗。存試驗。 存放的環(huán)境條件可以是室溫、高溫或者潮濕等。存放

14、的環(huán)境條件可以是室溫、高溫或者潮濕等。 它的目的是了解產(chǎn)品在特定的環(huán)境條件下貯存的可靠度。它的目的是了解產(chǎn)品在特定的環(huán)境條件下貯存的可靠度。 有些產(chǎn)品存制造成以后不一定交付使用，而需要交倉庫內(nèi)貯有些產(chǎn)品存制造成以后不一定交付使用，而需要交倉庫內(nèi)貯存一段時間。為了掌握產(chǎn)品在貯存期內(nèi)參數(shù)變化的規(guī)律，觀測它存一段時間。為了掌握產(chǎn)品在貯存期內(nèi)參數(shù)變化的規(guī)律，觀測它能否保持原有的可靠性指標，測定產(chǎn)品的實際有效的貯存期，需能否保持原有的可靠性指標，測定產(chǎn)品的實際有效的貯存期，需要進行貯存試驗。要進行貯存試驗。 由于在貯存期間產(chǎn)品處于非工作狀態(tài)，失效率較低，通常要選由于在貯存期間產(chǎn)品處于非工作狀態(tài)，失效率較

15、低，通常要選取較多的樣品作較長期的試驗才能對產(chǎn)品的可靠性作出比較確切取較多的樣品作較長期的試驗才能對產(chǎn)品的可靠性作出比較確切的預(yù)測與評價。的預(yù)測與評價。按壽命實驗性質(zhì)分按壽命實驗性質(zhì)分 工作壽命試驗：工作壽命試驗： 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下作加負荷的工作試驗稱為工作壽命試驗。產(chǎn)品在規(guī)定的條件下作加負荷的工作試驗稱為工作壽命試驗。 工作壽命試驗又分為靜態(tài)和動態(tài)兩種試驗。工作壽命試驗又分為靜態(tài)和動態(tài)兩種試驗。 靜態(tài)試驗靜態(tài)試驗就是加額定負荷的壽命試驗，通過靜態(tài)試驗可以了解就是加額定負荷的壽命試驗，通過靜態(tài)試驗可以了解產(chǎn)品在額定應(yīng)力下工作的可靠性。此項試驗的優(yōu)點是設(shè)備較簡，產(chǎn)品在額定應(yīng)力下工作的可靠性。此

16、項試驗的優(yōu)點是設(shè)備較簡，但難以確切反映產(chǎn)品在實際工作狀態(tài)下的可靠性。但難以確切反映產(chǎn)品在實際工作狀態(tài)下的可靠性。 動態(tài)試驗動態(tài)試驗是模擬產(chǎn)品實際工作狀態(tài)的試驗。由于這種試驗與產(chǎn)是模擬產(chǎn)品實際工作狀態(tài)的試驗。由于這種試驗與產(chǎn)品的實際工作狀態(tài)非常接近，所以它的準確度比靜態(tài)試驗好，但品的實際工作狀態(tài)非常接近，所以它的準確度比靜態(tài)試驗好，但動態(tài)試驗的設(shè)備比較復(fù)雜，費用較高。動態(tài)試驗的設(shè)備比較復(fù)雜，費用較高。加速壽命試驗：加速壽命試驗： 由于產(chǎn)品的可靠性水平迅速提高，為了縮短試驗周期，節(jié)省由于產(chǎn)品的可靠性水平迅速提高，為了縮短試驗周期，節(jié)省樣品與費用，快速地對產(chǎn)品的可靠性作出評價就要作加速壽命試樣品與費

17、用，快速地對產(chǎn)品的可靠性作出評價就要作加速壽命試驗。驗。 加速壽命試驗加速壽命試驗就是在既不改變產(chǎn)品的失效機理又不增加新的就是在既不改變產(chǎn)品的失效機理又不增加新的失效因子的前提下，提高試驗應(yīng)力，加速產(chǎn)品的失效因子，加速失效因子的前提下，提高試驗應(yīng)力，加速產(chǎn)品的失效因子，加速產(chǎn)品的失效過程，促使產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效。根據(jù)試驗結(jié)果預(yù)產(chǎn)品的失效過程，促使產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效。根據(jù)試驗結(jié)果預(yù)測正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。測正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。 根據(jù)試驗中應(yīng)力施加的方式，加速壽命試驗可分為：恒定應(yīng)力根據(jù)試驗中應(yīng)力施加的方式，加速壽命試驗可分為：恒定應(yīng)力加速壽命試驗、步進應(yīng)力加速壽命試驗、序進應(yīng)力加速壽命試驗

18、加速壽命試驗、步進應(yīng)力加速壽命試驗、序進應(yīng)力加速壽命試驗等。等。按失效情況分：按失效情況分：完全壽命試驗：完全壽命試驗：試驗進行到投試樣品完全失效為止。試驗進行到投試樣品完全失效為止。截尾試驗：截尾試驗：又稱為不完全壽命試驗它可以分為兩種：又稱為不完全壽命試驗它可以分為兩種：定時截尾試驗：定時截尾試驗：是指試驗達到規(guī)定的試驗時間是指試驗達到規(guī)定的試驗時間t就停止的試驗。就停止的試驗。定數(shù)截尾試驗：定數(shù)截尾試驗：是指試驗達到規(guī)定的失效數(shù)是指試驗達到規(guī)定的失效數(shù)rn就停止的試驗。就停止的試驗。采用載尾試驗的原因采用載尾試驗的原因很明顯，因為對于壽命試驗，如果要待很明顯，因為對于壽命試驗，如果要待全

19、部試驗樣品都失效，則常常需要相當(dāng)長的時間，低應(yīng)力的壽全部試驗樣品都失效，則常常需要相當(dāng)長的時間，低應(yīng)力的壽命試驗尤其是這樣。有些試驗可能需要幾年或幾十年命試驗尤其是這樣。有些試驗可能需要幾年或幾十年(對于高可對于高可靠性產(chǎn)品靠性產(chǎn)品)，這顯然時間太長。，這顯然時間太長。 按照規(guī)定的方法停止試驗，同樣也可以了解產(chǎn)品的可靠性按照規(guī)定的方法停止試驗，同樣也可以了解產(chǎn)品的可靠性水。但是，由于這種試驗所得到的是一組不完全的壽命數(shù)據(jù)，水。但是，由于這種試驗所得到的是一組不完全的壽命數(shù)據(jù)，因而不能用一般的估識方法來求得平均壽命、壽命標準離差等因而不能用一般的估識方法來求得平均壽命、壽命標準離差等的估計量，而

20、必須采用另外的統(tǒng)計分析方法來求得。的估計量，而必須采用另外的統(tǒng)計分析方法來求得。截尾壽命試驗又可分為：有替換試驗和無替換試驗兩種情況。截尾壽命試驗又可分為：有替換試驗和無替換試驗兩種情況。有替換試驗有替換試驗是在試驗過程中，每發(fā)生一個樣品失效，就換上是在試驗過程中，每發(fā)生一個樣品失效，就換上一個好的樣品繼續(xù)試驗，這樣試驗自始至終保持樣品數(shù)不變。一個好的樣品繼續(xù)試驗，這樣試驗自始至終保持樣品數(shù)不變。如在試驗過程中將失效的樣品取下后不再補充，而將殘存的樣如在試驗過程中將失效的樣品取下后不再補充，而將殘存的樣品繼續(xù)試驗到規(guī)定停止時才結(jié)束，這種試驗稱為品繼續(xù)試驗到規(guī)定停止時才結(jié)束，這種試驗稱為無替換試

21、驗無替換試驗。綜上所述，按照試驗截尾方式和有無替換，可以把壽命試驗綜上所述，按照試驗截尾方式和有無替換，可以把壽命試驗分成下面四種類型：分成下面四種類型： 1、無替換定數(shù)截尾試驗，記作（無替換定數(shù)截尾試驗，記作（n, 無，無，r） 2、有替換定數(shù)截尾試驗，記作（有替換定數(shù)截尾試驗，記作（ n, 有，有，r ） 3、無替換定時截尾試驗，記作（無替換定時截尾試驗，記作（n , 無，無，t0 ） 4、有替換定時截尾試驗，記作（有替換定時截尾試驗，記作（ n, 有，有， t0 ）3、壽命試驗的設(shè)計、壽命試驗的設(shè)計 可靠性試驗應(yīng)根據(jù)被試驗產(chǎn)品的性質(zhì)和試驗?zāi)康膩碓O(shè)計試驗可靠性試驗應(yīng)根據(jù)被試驗產(chǎn)品的性質(zhì)和試

22、驗?zāi)康膩碓O(shè)計試驗方案。無論試驗是否加速，有無替換，定數(shù)還是定時截尾，壽命方案。無論試驗是否加速，有無替換，定數(shù)還是定時截尾，壽命試驗設(shè)計一般均應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：試驗設(shè)計一般均應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：1）明確試驗對象）明確試驗對象2）確定試驗條件）確定試驗條件3）擬定失效標準）擬定失效標準4) 選定測試用期選定測試用期5) 確定投試樣品數(shù)確定投試樣品數(shù)6) 決定試驗截止時間決定試驗截止時間1) 明確試驗對象明確試驗對象 壽命試驗的樣品必須在經(jīng)過篩選試驗和例行試驗的合格品壽命試驗的樣品必須在經(jīng)過篩選試驗和例行試驗的合格品中抽取。樣品數(shù)量的確定既要考慮到保證統(tǒng)計分析的正確性，中抽取。樣品數(shù)量的確定既要

23、考慮到保證統(tǒng)計分析的正確性，又要考慮到試驗的經(jīng)濟性，要為試驗設(shè)備條件所容許。又要考慮到試驗的經(jīng)濟性，要為試驗設(shè)備條件所容許。 2）確定試驗條件）確定試驗條件 壽命試驗采用哪種應(yīng)力條件視試驗?zāi)康亩āＲ私猱a(chǎn)品壽命試驗采用哪種應(yīng)力條件視試驗?zāi)康亩?。要了解產(chǎn)品的貯存壽命，須施加一定的環(huán)境應(yīng)力；要了解產(chǎn)品的工作壽命，的貯存壽命，須施加一定的環(huán)境應(yīng)力；要了解產(chǎn)品的工作壽命，須施加一定的環(huán)境應(yīng)力和負載應(yīng)力。試驗條件要嚴格控制，以保須施加一定的環(huán)境應(yīng)力和負載應(yīng)力。試驗條件要嚴格控制，以保證試驗結(jié)果的有效性。證試驗結(jié)果的有效性。 3）擬定失效標準）擬定失效標準 失效標準是指判斷產(chǎn)品失效的技術(shù)指標。一個產(chǎn)品

24、往往有好失效標準是指判斷產(chǎn)品失效的技術(shù)指標。一個產(chǎn)品往往有好幾項技術(shù)指標，在壽命試驗中通常規(guī)定某一項成幾項指標超出幾項技術(shù)指標，在壽命試驗中通常規(guī)定某一項成幾項指標超出了了標準就判為失效。標準就判為失效。 4）選定測試周期）選定測試周期 在沒有自動記錄失效設(shè)備的場合，測試周期的選擇是個重在沒有自動記錄失效設(shè)備的場合，測試周期的選擇是個重要的問題。因為周期太密會增加工作量，太疏又會失掉一些要的問題。因為周期太密會增加工作量，太疏又會失掉一些有用的信息量，因此，必須合理地選擇測試周期。一股的原有用的信息量，因此，必須合理地選擇測試周期。一股的原則是使每個測試周期內(nèi)測得的失效樣品數(shù)比較接近，并且要則

25、是使每個測試周期內(nèi)測得的失效樣品數(shù)比較接近，并且要有足夠的測試次數(shù)。有足夠的測試次數(shù)。當(dāng)產(chǎn)品的壽命為指數(shù)分布當(dāng)產(chǎn)品的壽命為指數(shù)分布,累積失效分布函數(shù)累積失效分布函數(shù)F(t)為：為：式中式中 為平均壽命。為平均壽命。 如果想達到如果想達到 F(ti) 的失效，則測試時間的失效，則測試時間 tii1, 2,3,)可按下可按下式估計，式估計， iitFt11ln上式中的上式中的 是粗略估計的被測試產(chǎn)品的平均壽命，是粗略估計的被測試產(chǎn)品的平均壽命，F(xiàn)(ti)一般按等間隔取值，如一般按等間隔取值，如10、20，或者，或者5%、10%、15%.。對于累積失效概率較低就需停止的試驗，對于累積失效概率較低就需

26、停止的試驗，F(xiàn)(ti) 的間隔可以的間隔可以取得密些，以便正確地測到樣品的失效時間；取得密些，以便正確地測到樣品的失效時間；對于累積失效概率較高才停止的試驗，對于累積失效概率較高才停止的試驗， F(ti) 的間隔可適當(dāng)?shù)拈g隔可適當(dāng)稀一些。稀一些。 iitFt11ln5）、確定投試樣品數(shù)）、確定投試樣品數(shù) 投試樣品數(shù)投試樣品數(shù) n 和試驗結(jié)果、試驗時間有關(guān)，也和產(chǎn)品和試驗結(jié)果、試驗時間有關(guān)，也和產(chǎn)品價值和統(tǒng)計誤差有關(guān)；一股地認高級產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量少，價價值和統(tǒng)計誤差有關(guān)；一股地認高級產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量少，價格高投試量要少些。大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，價格便宜，就可格高投試量要少些。大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，價格便宜，就可

27、以多投試一些。以多投試一些。 當(dāng)當(dāng)n20，可以用下式計算：，可以用下式計算： n=r/F(t) 當(dāng)當(dāng)n20，計算，計算n得：得：33.203935. 08)(tFrn所以，取所以，取 n=21.rnntln0 6）、決定試驗截止時間）、決定試驗截止時間 試驗時間與樣品數(shù)量及希望達到的失效數(shù)有關(guān)。當(dāng)試驗中試驗時間與樣品數(shù)量及希望達到的失效數(shù)有關(guān)。當(dāng)試驗中累積失效概率累積失效概率 F(t) r/n(%) 達到某規(guī)定值就結(jié)束試驗時，達到某規(guī)定值就結(jié)束試驗時， 試驗時間大約需要試驗時間大約需要 租略估計了產(chǎn)品在該試驗條件下的租略估計了產(chǎn)品在該試驗條件下的平均壽命平均壽命 后，就可以確后，就可以確定試驗

28、的截止時間。定試驗的截止時間。 iitFt11ln習(xí)題：某電子產(chǎn)品在習(xí)題：某電子產(chǎn)品在300、250、200條件下做加速貯存壽命條件下做加速貯存壽命試驗，試驗準備在累積失效概率試驗，試驗準備在累積失效概率F(t)達到達到60%左右時停止。三種應(yīng)左右時停止。三種應(yīng)力條件下的平均壽命力條件下的平均壽命的粗略估計值分別為的粗略估計值分別為80小時、小時、300小時、小時、3000小時，求在這三種應(yīng)力條件下的試驗截止時間。小時，求在這三種應(yīng)力條件下的試驗截止時間。4、指數(shù)分布壽命試驗及參數(shù)估計、指數(shù)分布壽命試驗及參數(shù)估計 指數(shù)分布一般是按失效時間來估計平均壽命指數(shù)分布一般是按失效時間來估計平均壽命 T

29、 的。設(shè)投試的。設(shè)投試樣本數(shù)為樣本數(shù)為 n ，在試驗結(jié)束前，共觀測到，在試驗結(jié)束前，共觀測到 r 次失效，失效時間次失效，失效時間分別為：分別為：t1， t2 ，tr。 1) n，無，無，r壽命試驗壽命試驗 對無替換定數(shù)截尾壽命試驗，當(dāng)對無替換定數(shù)截尾壽命試驗，當(dāng) n 個樣本到規(guī)定的失個樣本到規(guī)定的失效數(shù)效數(shù) r 時，就停止試驗，得到順序統(tǒng)計量為：時，就停止試驗，得到順序統(tǒng)計量為： t1 t2 tr ，剩下的，剩下的 n-r 個樣本未失效。其總試驗時間為：個樣本未失效。其總試驗時間為：rriitrntrnt)(,1無，平均壽命估計值為：平均壽命估計值為：rriitrntrrrntT)(1,1無

30、， 2）n，無，無，t0壽命試驗壽命試驗 對無替換定時截尾壽命試驗，當(dāng)對無替換定時截尾壽命試驗，當(dāng) n 個樣本到規(guī)定試驗時個樣本到規(guī)定試驗時間間t0時停止試驗，共中有時停止試驗，共中有r個失效個失效(該該r是隨機的是隨機的)，得到順序，得到順序統(tǒng)計量為：統(tǒng)計量為： t1 t2 tr t0。其總試驗時間為：。其總試驗時間為：010)(,trnttntrii無，平均壽命估計值為：平均壽命估計值為：010)(1,trntrrtntTrii無， 3)、n，有，有，r壽命試驗壽命試驗 對有替換定數(shù)截尾壽命試驗，當(dāng)對有替換定數(shù)截尾壽命試驗，當(dāng) n 個樣本同時進行試驗個樣本同時進行試驗時，若發(fā)生失效立即替換

31、，一直試驗到預(yù)先規(guī)定的失效個數(shù)時，若發(fā)生失效立即替換，一直試驗到預(yù)先規(guī)定的失效個數(shù) r 時停止，這時投入樣本總數(shù)為時停止，這時投入樣本總數(shù)為 n+r 個。這時，總試驗時個。這時，總試驗時間為：間為： rntnt r,有，平均壽命估計值為：平均壽命估計值為：rntrntTr r,有， 4)n，有，有，t0壽命試驗壽命試驗 對有替換定時截尾壽命試驗，當(dāng)對有替換定時截尾壽命試驗，當(dāng) n 個樣本同時進行試驗，個樣本同時進行試驗，若發(fā)生失效立即替換，一直試驗到規(guī)定時間若發(fā)生失效立即替換，一直試驗到規(guī)定時間 t0 時停止，在時停止，在 t0前有前有 r 個失效。個失效。 這時總試驗時間為：這時總試驗時間為

32、：00t,ntnt有，平均壽命估計值為：平均壽命估計值為：rntrntT00t,有，上述四式可用下面統(tǒng)一的公式來表示：上述四式可用下面統(tǒng)一的公式來表示：平均壽命估計值平均壽命估計值 出來后，即可估計出指數(shù)分布的失效率出來后，即可估計出指數(shù)分布的失效率式中式中 r-試驗中樣本的失效數(shù)；試驗中樣本的失效數(shù)； t- -總試驗時間；總試驗時間；可靠度可靠度 R(t) 的估計值為的估計值為rTt失效數(shù)總試驗時間TtrT1exp)(TtetRt 例：已知某產(chǎn)品壽命分布為指數(shù)分布，作無替換定數(shù)截尾例：已知某產(chǎn)品壽命分布為指數(shù)分布，作無替換定數(shù)截尾壽命試驗。規(guī)定壽命試驗。規(guī)定 n=20，r5，測得，測得 5

33、個失效時間個失效時間(h)：t1=26，t2=94，t3=119，t4145，t5182。求平均壽命求平均壽命 T 、失效率、失效率 ，在，在 t50h 時的可靠度時的可靠度 R(50) 的的估計值。估計值。 解：計算總試驗時間：解：計算總試驗時間：rriitrntrnt)(,1無，h3266182)520()1821454496426(hrrntT2 .65353266,無，平均壽命估計值為：平均壽命估計值為：失效率為：失效率為：hT/10531. 12 .653113可靠度為可靠度為92631. 02 .65350expexp)(TttR 6.3 加速壽命試驗加速壽命試驗1、加速壽命試驗的

34、原理、加速壽命試驗的原理 在正常工停條件下進行壽命試驗包括截尾壽命試驗，是基在正常工停條件下進行壽命試驗包括截尾壽命試驗，是基本的可靠性試驗方法。但是這種方法對長壽命產(chǎn)品來說，一本的可靠性試驗方法。但是這種方法對長壽命產(chǎn)品來說，一般需要花費很長的試驗時間和大的人力、物力才能對產(chǎn)品的般需要花費很長的試驗時間和大的人力、物力才能對產(chǎn)品的可靠性作出評估。為了縮短試驗周期，節(jié)省樣品與費用，快可靠性作出評估。為了縮短試驗周期，節(jié)省樣品與費用，快速對產(chǎn)品的可靠性作出評價，宜采用加速壽命試驗方法。速對產(chǎn)品的可靠性作出評價，宜采用加速壽命試驗方法。 加速壽命試驗方法的基本原理是，在不改變產(chǎn)品的失效機加速壽命試

35、驗方法的基本原理是，在不改變產(chǎn)品的失效機理、不增加新的失效因子的前提下，提高試驗應(yīng)力理、不增加新的失效因子的前提下，提高試驗應(yīng)力(諸如機械諸如機械應(yīng)力、熱應(yīng)力、電應(yīng)力等應(yīng)力、熱應(yīng)力、電應(yīng)力等)，加速產(chǎn)品的失效進程，促使產(chǎn)，加速產(chǎn)品的失效進程，促使產(chǎn)品在短期內(nèi)失效，再根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，運用加速壽命曲線或加品在短期內(nèi)失效，再根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，運用加速壽命曲線或加速壽命方程推算出正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。速壽命方程推算出正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。2、加速壽命試驗的分類、加速壽命試驗的分類根據(jù)試驗中應(yīng)力施加的方式，加速根據(jù)試驗中應(yīng)力施加的方式，加速壽命試驗可分為：壽命試驗可分為： 1）恒定應(yīng)力加速壽命試驗）恒定應(yīng)力加

36、速壽命試驗 取高于正常應(yīng)力的應(yīng)力為試驗應(yīng)力，在試驗過程中應(yīng)取高于正常應(yīng)力的應(yīng)力為試驗應(yīng)力，在試驗過程中應(yīng)力保持不變的壽命試驗，稱為恒定應(yīng)力加速壽命試驗。力保持不變的壽命試驗，稱為恒定應(yīng)力加速壽命試驗。 它是將試驗樣品分成幾組，每組固定在一定的應(yīng)力水它是將試驗樣品分成幾組，每組固定在一定的應(yīng)力水平下進行壽命試驗，要求選取各應(yīng)力水平都高于正常工作平下進行壽命試驗，要求選取各應(yīng)力水平都高于正常工作條件下的應(yīng)力水平。試驗做到各組樣品均有一定數(shù)量的失條件下的應(yīng)力水平。試驗做到各組樣品均有一定數(shù)量的失效為止。效為止。2）步進應(yīng)力加速壽命試驗）步進應(yīng)力加速壽命試驗 它是先選定一組應(yīng)力水平，如它是先選定一組應(yīng)

37、力水平，如S1、S2.它們都高于正常它們都高于正常工作條件下的應(yīng)力水平工作條件下的應(yīng)力水平S0。 試驗開始是將全部試驗樣品在應(yīng)力水平試驗開始是將全部試驗樣品在應(yīng)力水平S1下進行試驗，下進行試驗，試驗到試驗到t1時刻把應(yīng)力水平提問到時刻把應(yīng)力水平提問到S2，未失效的產(chǎn)品在，未失效的產(chǎn)品在S2應(yīng)力應(yīng)力水平下繼續(xù)試驗，如此逐級提高應(yīng)力水平繼續(xù)試驗，直到一水平下繼續(xù)試驗，如此逐級提高應(yīng)力水平繼續(xù)試驗，直到一定數(shù)量的樣品發(fā)生失效力止。定數(shù)量的樣品發(fā)生失效力止。 這種試驗方法的優(yōu)點是樣品少，試驗周期飯，但外推的這種試驗方法的優(yōu)點是樣品少，試驗周期飯，但外推的精確度較差精確度較差試驗應(yīng)力隨時間分級階梯形增大

38、試驗應(yīng)力隨時間分級階梯形增大的壽命試驗，稱為步進應(yīng)力加速的壽命試驗，稱為步進應(yīng)力加速壽命試驗。壽命試驗。 試驗應(yīng)力隨時間按線性或其試驗應(yīng)力隨時間按線性或其它規(guī)律連續(xù)增長的壽命試驗，稱它規(guī)律連續(xù)增長的壽命試驗，稱為序進應(yīng)力加速壽命試驗。為序進應(yīng)力加速壽命試驗。 這種試驗方法的優(yōu)點是樣品這種試驗方法的優(yōu)點是樣品更，試驗周期更短，但需要有專更，試驗周期更短，但需要有專門的程序控制設(shè)備，所以目前實門的程序控制設(shè)備，所以目前實際應(yīng)用少，正在進一步研究中。際應(yīng)用少，正在進一步研究中。 3）序進應(yīng)力加速壽命試驗）序進應(yīng)力加速壽命試驗 上述三種加速壽命試驗方法，以恒定應(yīng)力加上述三種加速壽命試驗方法，以恒定應(yīng)力

39、加速壽命試驗較為成熟，數(shù)據(jù)易處理，外推的速壽命試驗較為成熟，數(shù)據(jù)易處理，外推的精確度較高，雖然試驗時間仍較長，僅目前是最精確度較高，雖然試驗時間仍較長，僅目前是最常用的加速壽命試驗方法。常用的加速壽命試驗方法。3、恒定應(yīng)力加速壽命試驗設(shè)計要點、恒定應(yīng)力加速壽命試驗設(shè)計要點1）加速應(yīng)力）加速應(yīng)力S的選擇的選擇 因為產(chǎn)品的失效是由其失效機理決定的，因此就要研究什因為產(chǎn)品的失效是由其失效機理決定的，因此就要研究什么應(yīng)力會產(chǎn)生什么樣的失效機理，什么樣的應(yīng)刀加大時能加么應(yīng)力會產(chǎn)生什么樣的失效機理，什么樣的應(yīng)刀加大時能加快產(chǎn)品的失效。根據(jù)這些研究來選擇加速應(yīng)力。通常在加速快產(chǎn)品的失效。根據(jù)這些研究來選擇加

40、速應(yīng)力。通常在加速壽命試驗中所指的應(yīng)力是機械應(yīng)力壽命試驗中所指的應(yīng)力是機械應(yīng)力(如壓力、振動、沖擊等如壓力、振動、沖擊等)、熱血力熱血力(溫度溫度)、電汝力、電汝力(如電壓、電流等如電壓、電流等)。在遇到多種失效。在遇到多種失效機理的情況下，就應(yīng)當(dāng)選擇那種對產(chǎn)品失效機理起促進作用機理的情況下，就應(yīng)當(dāng)選擇那種對產(chǎn)品失效機理起促進作用最大的應(yīng)力作為加速應(yīng)力。最大的應(yīng)力作為加速應(yīng)力。在組織恒定應(yīng)力加速壽命試驗時，應(yīng)就下列一些問題作出設(shè)計在組織恒定應(yīng)力加速壽命試驗時，應(yīng)就下列一些問題作出設(shè)計與安排。與安排。 加速應(yīng)力水午加速應(yīng)力水午S1，S2，St的確定原則是：加速應(yīng)力的確定原則是：加速應(yīng)力的水平數(shù)的

41、水平數(shù) t=4，一般取，一般取 t45； 在不改變產(chǎn)品失效機理的條件下，最高應(yīng)力水平盡量在不改變產(chǎn)品失效機理的條件下，最高應(yīng)力水平盡量選取高一些，以期達到最大的加速效果，但不得高于產(chǎn)品選取高一些，以期達到最大的加速效果，但不得高于產(chǎn)品材料所能承受的應(yīng)力極限或產(chǎn)品失效機理將發(fā)生變化的應(yīng)材料所能承受的應(yīng)力極限或產(chǎn)品失效機理將發(fā)生變化的應(yīng)力極限；力極限； 在保證加速效果的前提下，最低應(yīng)力水平的選取則應(yīng)在保證加速效果的前提下，最低應(yīng)力水平的選取則應(yīng)盡量接近實際應(yīng)力水平，以期提高外推的準確件。盡量接近實際應(yīng)力水平，以期提高外推的準確件。 在確定了在確定了 S1 和和 St 后，當(dāng)中的應(yīng)力水平后，當(dāng)中的應(yīng)

42、力水平S2.St-1應(yīng)適當(dāng)應(yīng)適當(dāng)分散，使得相鄰應(yīng)力水平的間隔比較分散，使得相鄰應(yīng)力水平的間隔比較合理，一般可取等間隔。合理，一般可取等間隔。2）加速應(yīng)力水平的確定）加速應(yīng)力水平的確定整個恒定應(yīng)力加速壽命試驗所需的試驗樣品總數(shù)整個恒定應(yīng)力加速壽命試驗所需的試驗樣品總數(shù) N 為：為：3）試驗樣品的選取與分組）試驗樣品的選取與分組式中式中 t加速應(yīng)力水平數(shù)，一股加速應(yīng)力水平數(shù)，一股t4一一5； ni應(yīng)力水平應(yīng)力水平 Si 下的試驗樣品數(shù)下的試驗樣品數(shù)(第第 I 組的試驗樣組的試驗樣品數(shù)品數(shù))。 每組試驗樣品數(shù)每組試驗樣品數(shù) n 可以相等，也可以不等。每一應(yīng)力可以相等，也可以不等。每一應(yīng)力水平下的試驗

43、樣品數(shù)，視產(chǎn)品情況及試驗?zāi)芰Χ?，一般水平下的試驗樣品?shù)，視產(chǎn)品情況及試驗?zāi)芰Χ?，一般不?yīng)少于不應(yīng)少于 5 個。個。 在選取試驗樣品時，必須要在同一批產(chǎn)品中隨機抽取，在選取試驗樣品時，必須要在同一批產(chǎn)品中隨機抽取，不得有人為因素摻雜，否則這不得有人為因素摻雜，否則這 N 個樣品不能反映整批產(chǎn)品個樣品不能反映整批產(chǎn)品的質(zhì)量。的質(zhì)量。ttiinnnnN.2114）測試用期的確定）測試用期的確定 在恒定應(yīng)力加速壽命試驗過程中，為了記錄產(chǎn)品的失效時在恒定應(yīng)力加速壽命試驗過程中，為了記錄產(chǎn)品的失效時間，必須對受試產(chǎn)品進行測試。如有自動監(jiān)測設(shè)備，那就可以間，必須對受試產(chǎn)品進行測試。如有自動監(jiān)測設(shè)備，那就

44、可以得到精確的失效時間，但這在技術(shù)上往往是有困難的，故通常得到精確的失效時間，但這在技術(shù)上往往是有困難的，故通常采測試周期。所謂測試周期就是預(yù)先確定若干個測試時間：采測試周期。所謂測試周期就是預(yù)先確定若干個測試時間： 0tlt2tn 測試時間的確定與產(chǎn)品的壽命分布有關(guān)，其原則是使每個測試時間的確定與產(chǎn)品的壽命分布有關(guān)，其原則是使每個測試周期內(nèi)測到的失放樣品數(shù)比較接近，并且測試的次數(shù)要有測試周期內(nèi)測到的失放樣品數(shù)比較接近，并且測試的次數(shù)要有足夠數(shù)量。足夠數(shù)量。 5）試驗停止時間的確定）試驗停止時間的確定 為了縮短試驗時間和節(jié)約試驗經(jīng)費，往往在組成恒定應(yīng)力加為了縮短試驗時間和節(jié)約試驗經(jīng)費，往往在組

45、成恒定應(yīng)力加速壽命試驗的每組壽命試驗中，采用截尾壽命試驗。速壽命試驗的每組壽命試驗中，采用截尾壽命試驗。 設(shè)設(shè) rl，r2，rt 分別是分別是 t 個截尾壽命試驗的截尾數(shù)，一般要求個截尾壽命試驗的截尾數(shù)，一般要求截尾數(shù)在投試樣品數(shù)截尾數(shù)在投試樣品數(shù)n中占中占50%以上，至少也要占以上，至少也要占30%以上。另以上。另外還要求每個壽命試驗中失效樣品不得少于外還要求每個壽命試驗中失效樣品不得少于5個，否則會使統(tǒng)計個，否則會使統(tǒng)計分析失去精度分析失去精度 產(chǎn)品的壽命隨著應(yīng)力的加大而縮短，壽命與應(yīng)力之間存在產(chǎn)品的壽命隨著應(yīng)力的加大而縮短，壽命與應(yīng)力之間存在著一定關(guān)系。這種反映應(yīng)力與壽命關(guān)系的曲線，在加

46、速壽命試著一定關(guān)系。這種反映應(yīng)力與壽命關(guān)系的曲線，在加速壽命試驗中稱為加速壽命曲線，其數(shù)學(xué)方程稱為加速壽命方程，用驗中稱為加速壽命曲線，其數(shù)學(xué)方程稱為加速壽命方程，用以推算正常應(yīng)力條件下的壽命特征。以推算正常應(yīng)力條件下的壽命特征。 對機械產(chǎn)品，一般均以機械應(yīng)力作為加速應(yīng)力進行恒對機械產(chǎn)品，一般均以機械應(yīng)力作為加速應(yīng)力進行恒定應(yīng)力加速壽命試驗。加速壽命曲線即為定應(yīng)力加速壽命試驗。加速壽命曲線即為S一一N曲線與曲線與PS一一N曲線。曲線。 加速壽命方程為加速壽命方程為mjiijSSNN)(4、加速壽命曲線與加速壽命方程、加速壽命曲線與加速壽命方程 通過施加強化應(yīng)力得到加速壽命試驗數(shù)據(jù)后，利用上通過施加強化應(yīng)力得到加速壽命試驗數(shù)據(jù)后，利用上述曲線或方程可以外推出正常應(yīng)力條件下的產(chǎn)品壽命述曲線或方程可以外推出正常應(yīng)力條件下的產(chǎn)品壽命對電子產(chǎn)品，則常以溫度或電壓為加速應(yīng)力。對電子產(chǎn)品，則常以溫度或電壓為加速應(yīng)力。 當(dāng)以溫度為加速應(yīng)力作恒定應(yīng)力加速壽命試驗時，經(jīng)常用阿倫尼斯當(dāng)以溫度為加速應(yīng)力作恒定應(yīng)力加速壽命試驗時，經(jīng)常用阿倫尼斯(Arrheniu