第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)

主講：雷朱/p>

《汽車維修工程》

Automotive

MaintenanceandRepairEngineering第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)三、汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集與分析二、汽車故障類型及其分布規(guī)律汽車維修工程一、可靠性的內(nèi)涵及其評價(jià)指標(biāo)第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)§1-1汽車可靠性概述①產(chǎn)品:通常是指可作為單獨(dú)研究或單獨(dú)試驗(yàn)對象的任何元件、零件，甚至一臺(tái)完整的設(shè)備。一、汽車可靠性與維修1、可靠性

指產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。⑴可靠性的四要素：產(chǎn)品、規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間、規(guī)定功能。對汽車而言，其產(chǎn)品主要包括：整車、總成和零部件。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)②規(guī)定條件：指汽車產(chǎn)品的工作條件，包括：環(huán)境條件：氣候、道路狀況等；運(yùn)行條件：載荷的性質(zhì)、種類，行駛速度，

連續(xù)工作時(shí)間等；維修條件：維修方式、水平、制度等。③規(guī)定時(shí)間：汽車行駛的保用期、第一次大修里程、報(bào)廢期等。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)④規(guī)定功能：設(shè)計(jì)任務(wù)書、使用說明書、訂貨合同以

及國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種功能和要求。安全性、舒適性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能等。

汽車可靠性標(biāo)志著汽車在整個(gè)使用壽命周期內(nèi)保持所需質(zhì)量指標(biāo)的性能。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)（2）可靠性的類型①固有可靠性：

產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造整個(gè)過程中確定了的內(nèi)在可靠性，它是產(chǎn)品的固有屬性。②使用可靠性：

考慮了使用、維修對產(chǎn)品可靠性的影響，包括使用、維修方法以及操作人員的技術(shù)熟練程度等都會(huì)對產(chǎn)品的壽命及功能的發(fā)揮產(chǎn)生重大影響。

汽車的可靠性取決于汽車本身的固有可靠性以及汽車的使用、維修水平，并與汽車的使用條件有關(guān)。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)2、維修：指在系統(tǒng)投入運(yùn)行后，為了保持或在系統(tǒng)發(fā)生故障后恢復(fù)產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力而采取的技術(shù)與管理措施。維修包括維護(hù)與修理，維護(hù)是為了保持產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力；修理是為了在系統(tǒng)發(fā)生故障后恢復(fù)產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力。汽車維修只能在一定程度上維持汽車的技術(shù)狀況，提高其使用可靠性；但不能完全恢復(fù)其固有可靠性水平。因此，經(jīng)過相當(dāng)里程的行使（達(dá)到極限行使里程）后，汽車就需要報(bào)廢。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)汽車可靠性評價(jià)指標(biāo)1.可靠度（有效度）：汽車在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。記作R（t）。2.失效度（不可靠度、累計(jì)故障概率）：汽車在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)喪失規(guī)定功能（發(fā)生故障）的概率。記作F（t）。R（t）＋F（t）=1第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)4.故障率函數(shù)⑴概念：汽車工作到t時(shí)刻為止尚未發(fā)生故障的條件下在下一單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的條件概率。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)

⑵故障率函數(shù)曲線描述了故障率隨時(shí)間的變化規(guī)律，分為早期故障、偶然故障、耗損故障三種類型。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)⑴早期故障期（Ａ段）產(chǎn)品在工作之初，由于設(shè)計(jì)、制造、裝配等方面的缺陷，而發(fā)生早期故障的一段時(shí)間。在此期間，汽車發(fā)生故障的可能性很大，但故障率隨著時(shí)間的增加而迅速下降。對于剛投入使用的新車或大修車來說，使早期故障減少的有效途徑是加強(qiáng)走合期的使用、維護(hù)和管理。實(shí)驗(yàn)表明：汽車的使用壽命、工作可靠性和經(jīng)濟(jì)性在很大程度上取決于汽車使用的初期走合。必須嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)新車或大修車走合的各項(xiàng)規(guī)定第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)⑵偶然故障期（B段）

在此期間，函數(shù)的變化趨于穩(wěn)定，接近常數(shù)，屬故障率恒定型，相當(dāng)與正常使用期。此類故障多由操作不當(dāng)、裝配失控、潤滑不良、維護(hù)欠佳、材料及隱患等偶然因素而引發(fā)，沒有一種特定的原因起主導(dǎo)作用。在正常使用期內(nèi)，應(yīng)在正常使用的基礎(chǔ)上，執(zhí)行“預(yù)防為主、定期檢測、強(qiáng)制維護(hù)、視情修理”的方針，以降低故障率，維持并保證汽車的完好技術(shù)狀況和工作能力。⑶耗損故障期（C段）由于老化、疲勞、磨損等原因引起的故障。λ（t）隨著時(shí)間的增加而迅速增加，屬故障率遞增型。汽車或總成進(jìn)入該時(shí)期后，應(yīng)考慮大修。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)5.平均壽命與可靠壽命⑴平均壽命：平均壽命是一個(gè)標(biāo)志產(chǎn)品平均能工作多長時(shí)間的量，它是對整批產(chǎn)品而言的一個(gè)指標(biāo)。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)⑵可靠壽命：在汽車可靠性研究中，經(jīng)常需要知道對應(yīng)于給定的R值，R（t）下降到R時(shí)所需的時(shí)間，而此時(shí)間就稱為可靠壽命，用tR表示。如：用t0.99表示可靠度R（t）=99﹪時(shí)產(chǎn)品的可靠壽命。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)§1-2汽車故障類型及故障分布規(guī)律二、汽車故障的概念及類型1.概念：故障或失效是指產(chǎn)品喪失保持原有功能的能力。2.故障模式故障模式是指由失效機(jī)理所顯示出來的各種失效現(xiàn)象或失效狀態(tài)。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)(6)性能衰退或功能失效型故障模式。如：功能失效、性能衰退、公害超標(biāo)、異響、過熱等。(1)損壞型故障模式。如：斷裂、碎裂、開裂、裂紋、點(diǎn)蝕、撓蝕、擊穿、變形、壓痕等。(2)退化型故障模式。如：老化、變質(zhì)、剝落、磨損等。(3)松脫型故障模式。如：松動(dòng)、脫落等。(4)失調(diào)型故障模式。如：壓力過高或過低、行程失調(diào)、間隙過大或過小、干涉、卡滯等。(5)堵塞與滲漏型故障模式。如：堵塞、氣阻、漏油、漏水、漏氣、滲油等。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)3.故障分類⑴按照故障率函數(shù)特點(diǎn)，可把故障分為早期故障型、偶然故障型和耗損故障型三類。⑵按照汽車行業(yè)中《汽車產(chǎn)品質(zhì)量評定辦法》的規(guī)定，可把汽車故障分為以下幾種：1）致命故障：危及人身安全，引起主要總成件報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害。2）嚴(yán)重故障：引起主要零部件、總成嚴(yán)重?fù)p壞或影響行車安全，不能用易損件和隨車工具在較短時(shí)間內(nèi)排除。3）一般故障：不影響行車安全的非主要零部件故障，可用易損件和隨車工具在較短時(shí)間內(nèi)排除。4）輕微故障：對汽車正常運(yùn)行基本沒影響，不需要更換零件，可用隨車工具比較容易地排除。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)汽車可靠性研究中常用的故障分布

確定汽車的故障分布是可靠性研究的基本內(nèi)容之一，它能很好地描述隨機(jī)變量的性質(zhì)，揭示其內(nèi)在規(guī)律。判定隨機(jī)變量的分布類型以及表征這些分布的相應(yīng)參數(shù)值，可為產(chǎn)品可靠性的評價(jià)和改進(jìn)提供依據(jù)。故障隨時(shí)間分布規(guī)律的獲得，是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析的方法，確定其分布模式。汽車可靠性研究中應(yīng)用的理論概論分布類型很多，常用的有二項(xiàng)分布、泊松分布、正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布等。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)指數(shù)分布是隨機(jī)變量分布形式中最基本的一種。產(chǎn)品處于偶然故障期內(nèi)所發(fā)生的故障服從指數(shù)分布，在此期間λ（t）=常數(shù)。偶然故障、突變失效，如電器元件、氣缸墊等，一般服從指數(shù)分布。一般復(fù)雜機(jī)器的故障率分布常以指數(shù)分布為主。1.指數(shù)分布第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)

正態(tài)分布是一種最常用的連續(xù)分布，很多自然現(xiàn)象都可以用它來描述，如工藝誤差、測量誤差、材料性能、應(yīng)力分布、汽車零件的強(qiáng)度和壽命等。磨損零件的故障分布可近似地認(rèn)為服從正態(tài)分布。2.正態(tài)分布第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)

對數(shù)正態(tài)分布是描述零件壽命與耐久性的一種較好的分布函數(shù)。常用于機(jī)械部件的疲勞壽命、疲勞強(qiáng)度及耐磨壽命等研究中。3.對數(shù)正態(tài)分布第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)威布爾分布是基于最弱環(huán)模型為物理背景導(dǎo)出的。如兩端受拉力的一根由許多鏈環(huán)串聯(lián)而成的鏈條，當(dāng)最弱環(huán)節(jié)斷裂時(shí)，整根鏈條就告失效。廣義地說，凡是由若干個(gè)獨(dú)立部件串聯(lián)構(gòu)成的產(chǎn)品，只要其中某個(gè)部件失效，整個(gè)產(chǎn)品就告失效，即屬于最弱環(huán)模型。如汽車的傳動(dòng)系。受變載荷作用的滾動(dòng)軸承、齒輪與汽車鋼板彈簧等零件的疲勞壽命都可用威布爾分布來描述。由于威布爾分布函數(shù)具有很好的兼容性，可將常見的正態(tài)分布、指數(shù)分布等容納在內(nèi)，所以，它是應(yīng)用最廣泛的可靠性函數(shù)。4.威布爾分布第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)§1-3汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集與分析三、汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集1.數(shù)據(jù)采集和分析的重要性在維持和改進(jìn)老產(chǎn)品以及開發(fā)新產(chǎn)品的過程中，都需進(jìn)行各種各樣的試驗(yàn)，記錄大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，收集、處理、分析和利用這些數(shù)據(jù)是非常重要的。⑴可靠性數(shù)據(jù)的全面性、大量性和不確切性要求我們對數(shù)據(jù)必須進(jìn)行系統(tǒng)地收集、認(rèn)真地研究和科學(xué)地管理。數(shù)據(jù)是可靠性工程的基礎(chǔ)，只有掌握完整、準(zhǔn)確的可靠性數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行可靠性評定；對老產(chǎn)品可靠性評定的結(jié)果，又是對新產(chǎn)品可靠性預(yù)測的依據(jù)。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)⑵可靠性過程貫徹在從產(chǎn)品的計(jì)劃、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造到使用維修的整個(gè)過程，因此，對整個(gè)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)都要進(jìn)行收集和分析。⑶可靠性數(shù)據(jù)按產(chǎn)生的階段分為：設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段和使用維修階段。設(shè)計(jì)階段：收集并分析同類產(chǎn)品的故障數(shù)據(jù)，可對新車、總成和零件的可靠性進(jìn)行預(yù)測，這種預(yù)測有利于設(shè)計(jì)方案的對比和選擇；該階段可靠性研究和試驗(yàn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，只能作為分析產(chǎn)品的初始可靠性，對于故障模式和可靠性增長規(guī)律，不宜用此階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性評定，因?yàn)樵O(shè)計(jì)尚不成熟，技術(shù)狀況和試驗(yàn)條件變化較大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)也較少。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)生產(chǎn)階段：為了對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制，必須定期或不定期地進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，來確定產(chǎn)品合格與否，從而指導(dǎo)生產(chǎn)、保證質(zhì)量。由于生產(chǎn)階段的產(chǎn)品數(shù)量和試驗(yàn)數(shù)量大大增加，這種數(shù)據(jù)對可靠性的評定就反映了設(shè)計(jì)與制造水平。使用和維修階段：使用和維修階段的可靠性數(shù)據(jù)收集與分析，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造評價(jià)最有權(quán)威性，因?yàn)槭褂秒A段車輛的使用條件真實(shí)、數(shù)量較多，是可靠性評定的主要數(shù)據(jù)來源。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)1.數(shù)據(jù)采集的方法和注意事項(xiàng)⑴數(shù)據(jù)采集的方法對現(xiàn)場工作人員分發(fā)報(bào)表并定期回收。組織專門測定可靠性的人員進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。⑵采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)采集范圍：在每一份數(shù)據(jù)的收集報(bào)告中，產(chǎn)品對象范圍要明確統(tǒng)一。制定異常工作的標(biāo)準(zhǔn)(即故障的含義)：異常工作的含義一般以原訂產(chǎn)品性能指標(biāo)為準(zhǔn)，但在實(shí)際執(zhí)行中往往存在困難，因?yàn)樯a(chǎn)者與使用者以及操作人員之間的看法往往不一致，因此在調(diào)查開始前，要盡可能制訂出明確的故障判別標(biāo)準(zhǔn)。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)時(shí)間的記錄：可靠性中所說的時(shí)間是廣義的，是一個(gè)重要因素，其含義需要明確。一般來說，時(shí)間主要指工作時(shí)間；有的還要考慮運(yùn)輸、儲(chǔ)存、停機(jī)時(shí)間等。使用條件：主要包括使用場合、氣候、使用工況(載荷、車速)及運(yùn)轉(zhuǎn)形式等。維修條件：使用條件相同而維修條件不同，產(chǎn)品的故障率會(huì)相差兩倍之多。維修條件包括維修人員的水平、維修制度、設(shè)備條件以及修理水平等。取樣方法：可靠性數(shù)據(jù)應(yīng)在母體中隨機(jī)取樣進(jìn)行調(diào)查，既不要僅調(diào)查發(fā)生事故的產(chǎn)品，也不要把毛病特大特多的除外。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)可靠性試驗(yàn)簡介道路試驗(yàn)臺(tái)架試驗(yàn)GB/T12678-1990《汽車可靠性行駛試驗(yàn)方法》GB/T12534《汽車道路試驗(yàn)通則》GB7031《車輛振動(dòng)輸入道路平面度表示方法》1.可靠性試驗(yàn)的目的為研制新產(chǎn)品、發(fā)現(xiàn)其弱點(diǎn)以改進(jìn)設(shè)計(jì)；為確認(rèn)零件的設(shè)計(jì)任務(wù)書；為接受產(chǎn)品和保證產(chǎn)品質(zhì)量;為審查制造工藝的好壞等。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)2.可靠性試驗(yàn)分類可靠性試驗(yàn)方法多達(dá)百余種，常用的也有20～30種。由于可靠性試驗(yàn)不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且還要消耗相當(dāng)?shù)馁Y金。因此，采用正確而又恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ粌H有利于保證和提高產(chǎn)品的可靠性，而且能大量節(jié)約時(shí)間、人力和費(fèi)用。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)⑴壽命試驗(yàn)壽命試驗(yàn)是為確定產(chǎn)品壽命分布及特征而進(jìn)行的試驗(yàn)。一般采用臺(tái)架試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)兩種方法，同時(shí)，為了縮短試驗(yàn)周期，一般都采用加速壽命試驗(yàn)。1）壽命試驗(yàn)按試驗(yàn)條件分為：臺(tái)架加速壽命試驗(yàn)破壞性試驗(yàn)是在規(guī)定條件下投入一定數(shù)量的樣品進(jìn)行壽命試驗(yàn)，記錄有關(guān)樣品的失效時(shí)間；非破壞性試驗(yàn)一般是對轎車和價(jià)格高的重要零件進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)。臺(tái)架試驗(yàn)由于試驗(yàn)條件穩(wěn)定，容易獲得良好的效果。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)試驗(yàn)場加速壽命試驗(yàn)使汽車在高速環(huán)行路和其他多種路面（各種石塊路、比利時(shí)路、各種卵石路、搓板路）等壞路上進(jìn)行強(qiáng)化的加速壽命試驗(yàn)。以確認(rèn)強(qiáng)度構(gòu)件在行駛中的安全性。此外，為確認(rèn)綜合的耐久可靠性，對行駛各種路面，如砂石、泥水、鹽水、轉(zhuǎn)彎、爬坡、高速環(huán)行路等適當(dāng)組合進(jìn)行程序試驗(yàn)。2）壽命試驗(yàn)按試驗(yàn)性質(zhì)分為：貯存壽命試驗(yàn)

產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件下，進(jìn)行非工作狀態(tài)的存在試驗(yàn)稱為貯存試驗(yàn)。其目的是為了了解產(chǎn)品在特定的環(huán)境條件下貯存的可靠度。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)工作壽命試驗(yàn)產(chǎn)品在規(guī)定的條件下作加負(fù)載的工作試驗(yàn)稱為工作壽命試驗(yàn)。它分為靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。靜態(tài)試驗(yàn)是加額定載荷的壽命試驗(yàn)，通過靜態(tài)試驗(yàn)可以了解產(chǎn)品在額定應(yīng)力下工作的可靠性，不過它難以反映產(chǎn)品在實(shí)際工作狀態(tài)下的可靠性。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)是模擬產(chǎn)品在實(shí)際工作狀態(tài)下的試驗(yàn)，它與產(chǎn)品的實(shí)際工作狀態(tài)是非常接近的，故它的準(zhǔn)確度比靜態(tài)試驗(yàn)的高，但動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的設(shè)備比較復(fù)雜，費(fèi)用較高。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)加速壽命試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn)是在既不改變產(chǎn)品的失效機(jī)理又不增加新的失效因素的前提下，提高試驗(yàn)應(yīng)力，加速產(chǎn)品失效因素的作用，加速產(chǎn)品的失效過程，促使產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效。加速壽命試驗(yàn)可以縮短試驗(yàn)周期，節(jié)省費(fèi)用，快速對產(chǎn)品的可靠性作出評價(jià)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以預(yù)測正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。按試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力施加的方式可分為；恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)等。第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)4）壽命試驗(yàn)按失效情況分為：完全壽命試驗(yàn)試驗(yàn)進(jìn)行到投試樣品完全失效為止。截尾壽命試驗(yàn)（不完全壽命試驗(yàn)）無替換定時(shí)截尾試驗(yàn)（n，無，t0）在不補(bǔ)充失效樣品的前提下，當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間t0就停止的試驗(yàn)。無替換定數(shù)截尾試驗(yàn)（n，無，r）在不補(bǔ)充失效樣品的前提下，當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的失效數(shù)r就停止的試驗(yàn)。有替換定時(shí)截尾試驗(yàn)（n，有，