可靠性理論、案例及應(yīng)用課件

張微碩028可靠性理論、案例及應(yīng)用1內(nèi)容提要可靠性概念及意義1可靠性案例2滾動軸承的可靠性設(shè)計32一、可靠性概念（一）產(chǎn)品的可靠性是指：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。對產(chǎn)品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的產(chǎn)品，可以長時間正常工作（這正是所有消費者需要得到的）；從專業(yè)術(shù)語上來說，就是產(chǎn)品的可靠性越高，產(chǎn)品可以無故障工作的時間就越長。

從實踐中看，有的產(chǎn)品雖然能工作，但不能完成規(guī)定功能；有時出現(xiàn)局部故障，但尚能完成一定的功能。產(chǎn)品的可靠性，可以針對產(chǎn)品完成的某一種功能而言，也可以針對其多種功能的綜合而言。因此，在具體進(jìn)行可靠性分析研究時。首先必須對產(chǎn)品在什么情況下叫做不可靠，在什么情況下叫做失效，要有一個明確的規(guī)定，也就是說，要對產(chǎn)品故障的失效判據(jù)加以規(guī)定，合理的給出“故障判據(jù)”。在研究產(chǎn)品的可靠性問題時，必須牢牢掌握可靠性三大要素，即時間、條件、功能，建立一個基本觀點，即概率統(tǒng)計的觀點。3一、可靠性概念（三）可靠性指標(biāo)

衡量產(chǎn)品可靠性水平有好幾種標(biāo)準(zhǔn)，有定量的，也有定性的，有時要用幾種標(biāo)準(zhǔn)（指標(biāo)）去度量一種產(chǎn)品的可靠性，但最基本最常用的有以下幾種標(biāo)準(zhǔn)。

1.可靠度R（t）它是產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。一批產(chǎn)品的數(shù)量為N，從t=0時開始使用，隨著時間的推移，失效的產(chǎn)品件數(shù)逐漸增加，而正常工作的產(chǎn)品件數(shù)n(t)逐漸減少，用R(t)表示產(chǎn)品在任意時刻t的可靠度。

2.可靠壽命[CR(tr)]它與一般理解的壽命有不同含義，概念也不同，設(shè)產(chǎn)品的可靠度為R(t)，使可靠度等于規(guī)定值r時的時間tr的，即被定義為可靠壽命。

3.失效率（故障率）λ（t）它是指某產(chǎn)品（零部件）工作到時間t之后，在單位時間△t內(nèi)發(fā)生失效的概率。

4.有效壽命與平均壽命有效壽命一般是指產(chǎn)品投入使用后至達(dá)到某規(guī)定失效率水平之前的一段工作時間。而平均壽命MTTF對于不可修復(fù)產(chǎn)品，指從開始使用直到發(fā)生失效這一段工作時間的平均值；對于可修復(fù)的產(chǎn)品，是指在整個使用階段和除維修時間之后的各段有效工作時間的平均值。

5.平均無故障工作時間MTBF是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間，也稱為平均故障間隔。它僅適用于可維修產(chǎn)品。同時也規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計工作時間與故障次數(shù)的比值為MTBF。其他如可靠度、有效度、維修度、平均維修時間等也是衡量產(chǎn)品可靠性水平的一種標(biāo)準(zhǔn)，但是一般以可靠壽命失效率就足以說明產(chǎn)品可靠性程度了。

5一、可靠性概念（四）

采用可靠性技術(shù)，可以對產(chǎn)品質(zhì)量作出全面的評價。對于一個高質(zhì)量的產(chǎn)品來說，除了各項性能指標(biāo)均符合要求外，還包括產(chǎn)品隨時間變化而保持自身工作能力的性能，這就是產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。產(chǎn)品的可靠性是與時間、故障定義、故障形式等因素有關(guān)的一種綜合性能。從概念上說，它包括了產(chǎn)品的無故障性和耐久性問題。由于產(chǎn)品故障與耐久性往往與一些偶然現(xiàn)象有關(guān)，常用隨機(jī)量和隨機(jī)函數(shù)來描述這些現(xiàn)象或過程。因此，評價產(chǎn)品可靠性的各項指標(biāo)都具有概率性質(zhì)。

6案例長征系列火箭的可靠性（一）

“神舟”號載人飛船的勝利飛天，托舉“神舟”號飛船勝利飛天的運載火箭是號稱“中華神箭”的“長征”-2號F型運載火箭，其簡寫形式為“長征”-2F（CZ-2F）運載火箭。

CZ-2F火箭由芯級、二級和4個助推器、整流罩、逃逸塔等組成的火箭全長58.34m，起飛質(zhì)量479.8噸，芯級直徑3.35m，助推器直徑2.25m，整流罩最大直徑3.8m，火箭的芯級和助推器發(fā)動機(jī)均使用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進(jìn)劑，它可把8t重的有效載荷送入近地點高度200km，遠(yuǎn)地點高度350km的軌道。它由箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動力裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、推進(jìn)劑利用系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)、逃逸系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)、外測安全系統(tǒng)、附加系統(tǒng)、地面設(shè)備系統(tǒng)共十個大小系統(tǒng)組成。

7案例長征系列火箭的可靠性（三）

為了達(dá)到載人飛行的高可靠要求，設(shè)計人員把可靠性作為產(chǎn)品設(shè)計的重點，對影響運載火箭成敗的關(guān)鍵項目和環(huán)節(jié)，如控制系統(tǒng)的慣性測量裝置、箭機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)、綜合放大器、推進(jìn)劑利用系統(tǒng)的控制機(jī)、遙測系統(tǒng)的一類參數(shù)測量裝置、發(fā)射機(jī)，故障檢測處理系統(tǒng)的逃逸程序控制器、外安系統(tǒng)的單脈沖應(yīng)答機(jī)等均進(jìn)行了冗余設(shè)計，大幅度提高了系統(tǒng)的可靠性。對無法采取冗余措施的系統(tǒng)，如液體火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)行了以提高可靠性為目的的改進(jìn)設(shè)計，箭體結(jié)構(gòu)提高了剩余強(qiáng)度系數(shù)，特別是針對歷史上火箭飛行試驗中出現(xiàn)的問題和薄弱環(huán)節(jié)，重點解決了防多余物、防虛焊、防斷壓線、防松動、防漏電、防電磁干擾、防過負(fù)荷、防不相容、防漏液漏氣、防局部環(huán)境放大、防裝配應(yīng)力、防應(yīng)力集中等問題。9案例長征系列火箭的可靠性（四）在可靠性試驗方面，重點進(jìn)行了電子產(chǎn)品的環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性增長試驗、環(huán)境安全余量試驗和電磁兼容試驗。全箭的控制、推進(jìn)劑利用、故障檢測處理、遙測和外安五大電子電氣系統(tǒng)，共有近360種不同種類的電子產(chǎn)品，五百多臺（件）配套產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的可靠與否，直接關(guān)系到火箭飛行的成敗。

CZ-2F火箭的安全性指標(biāo)是0.997，這是我國運載火箭史上首次對火箭提出安全性指標(biāo)。作為載人運載火箭，航天員的安全始終要放在一切工作的首位。左圖上海航天部門工程技術(shù)人員正在測試第二節(jié)“長征三號”火箭發(fā)動機(jī)的液位傳感器

10應(yīng)用滾動軸承的可靠性設(shè)計滾動軸承絕大多數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，由專門工廠大量制造，工藝成熟、用材優(yōu)良，積累了許多疲勞試驗的數(shù)據(jù)，是最早具有可靠性指標(biāo)的機(jī)械零件。其可靠性設(shè)計理論比較成熟。根據(jù)軸承標(biāo)準(zhǔn)，可靠度R(t)=0.9時滾動軸承的壽命，由疲勞壽命曲線導(dǎo)出，按下式計算大量試驗證明，滾動軸承的疲勞壽命服從威布爾分布。11應(yīng)用滾動軸承的可靠性設(shè)計13應(yīng)用滾動