汽車可靠性理論基礎(chǔ)課件

汽車可靠性理論基礎(chǔ)汽車可靠性理論基礎(chǔ)汽車可靠性理論基礎(chǔ)第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)

1.汽車可靠性概述

2.汽車故障的類型及其分布

3.汽車可靠性分析

4.汽車可靠性綜合評(píng)定教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)目標(biāo)：

1.了解汽車可靠性綜合評(píng)定方法2.熟悉可靠性基本理論、汽車可靠性的數(shù)據(jù)采集及可靠性數(shù)據(jù)分析3.掌握汽車可靠性的基本定義及評(píng)價(jià)指標(biāo)4.掌握汽車故障的類型及分布規(guī)律第一章汽車可靠性理論基礎(chǔ)

§1.1汽車可靠性概述一、可靠性簡(jiǎn)介（一）汽車可靠性的定義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：a.產(chǎn)品：整車、部件、零件b.規(guī)定條件：環(huán)境條件（氣候、道路）；運(yùn)行條件（載荷性質(zhì)、種類、行駛速度）；維修條件（維修方式、水平、制度）c.規(guī)定時(shí)間：保用期、第一次大修里程、報(bào)廢期d.規(guī)定功能：設(shè)計(jì)任務(wù)書、使用說明書、訂貨合同（二）汽車可靠性發(fā)展的歷史搖籃期二戰(zhàn)期間，美軍的飛機(jī)因飛行故障損失的數(shù)量是被地方擊落數(shù)量的1.5倍；飛機(jī)上電子設(shè)備有60%不能正常使用。奠基期20世紀(jì)50年代，美國(guó)軍用雷達(dá)因故障不能工作的時(shí)間占全年的84%，也就是說一年當(dāng)中僅有1.8個(gè)月是正常工作，因此，美國(guó)成立了可靠性管理機(jī)構(gòu)，制定了可靠性工程大綱和標(biāo)準(zhǔn)。普及期20世紀(jì)60年代，可靠性的研究從電子產(chǎn)品向其他工業(yè)產(chǎn)品迅速推廣。成熟期20世紀(jì)70年代，人們?cè)谝韵M(fèi)者為中心的理念指導(dǎo)下，在強(qiáng)烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下，在消費(fèi)主義思想的支持下，提出了大量產(chǎn)品的責(zé)任問題，可靠性研究工作在世界范圍內(nèi)達(dá)到成熟階段。二、可靠性的評(píng)價(jià)指標(biāo)（一）可靠度（有效度）可靠度：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）。（二）失效度（不可靠度、累計(jì)故障概率）失效度：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）。

（三）故障概率密度：汽車出現(xiàn)故障的概率隨時(shí)間變化的規(guī)律。失效度對(duì)時(shí)間的分布函數(shù)。用f（t）表示。

產(chǎn)品出現(xiàn)故障的概率隨時(shí)間的變化的規(guī)律，反映了單位時(shí)間的的失效概率。（四）故障率：故障率函數(shù)也稱失效率函數(shù)，是指產(chǎn)品到t時(shí)刻為止未發(fā)生故障，在該時(shí)刻后發(fā)生故障的概率，用λ(t)表示，可以表述產(chǎn)品在整個(gè)壽命期內(nèi)出現(xiàn)故障的可能性。計(jì)算故障率時(shí)，常用當(dāng)量故障率D表示：式中：n—樣車數(shù)t—時(shí)間rj—第j類故障數(shù)，εj—第j類故障的當(dāng)量系數(shù)。汽車故障一般分成4類:致命故障ε1=100嚴(yán)重故障ε2=10一般故障ε3=1輕微故障ε4=0.2（五）平均無故障工作時(shí)間：汽車故障的平均間隔時(shí)間，記為MTBF（六）平均首次故障時(shí)間：汽車產(chǎn)品首次故障時(shí)間的平均值。記為MTTF（七）平均維修時(shí)間：修復(fù)時(shí)間的平均值,記為MTTR.（八）可靠壽命：產(chǎn)品可靠度是工作壽命t的函數(shù)，是用可靠度函數(shù)R（t）表示的，故對(duì)于一批產(chǎn)品而言，當(dāng)給定時(shí)間t，就確定了相應(yīng)的可靠度，反之，若確定了可靠度，即可求出相應(yīng)的壽命，以TR表示。在可靠壽命中有以下特殊情況：①特征壽命：可靠度R（t）=exp（-1）=36.8%的可靠壽命稱為特征壽命。②中位壽命：可靠度R（t）=50%的可靠壽命稱為中位壽命，記為T0.5③額定壽命：可靠度R（t）=90%的可靠壽命稱為的額定壽命，記為T0.9

（九）維修度M(t)：系統(tǒng)在規(guī)定的條件下進(jìn)行維修時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的概率。（十）有效度：把系統(tǒng)可靠性和維修性特性轉(zhuǎn)換為效能的一個(gè)指標(biāo)的參數(shù)。三、系統(tǒng)可靠性（一）系統(tǒng)可靠性的定義

系統(tǒng)可靠性是指工作系統(tǒng)在一定的使用條件下，在要求的工作時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。（二）簡(jiǎn)單系統(tǒng)可靠性1、串聯(lián)系統(tǒng)若組成系統(tǒng)的各零部件，只要有一個(gè)零件發(fā)生故障，系統(tǒng)便發(fā)生故障。

發(fā)動(dòng)機(jī)油路故障（二）簡(jiǎn)單系統(tǒng)可靠性1、串聯(lián)系統(tǒng)其系統(tǒng)可靠度為若各單元的壽命分布均為指數(shù)分布，即式中，為系統(tǒng)的故障率；為第ｉ個(gè)單元的故障率。s說明：a.串聯(lián)系統(tǒng)的工作壽命總是等于系統(tǒng)中最短的一個(gè)零件的壽命，即并且，系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間為b.串聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性總是小于系統(tǒng)中任何一個(gè)零件的可靠度。（二）簡(jiǎn)單系統(tǒng)可靠性2、并聯(lián)系統(tǒng)若組成系統(tǒng)的各個(gè)總成或零件中，只要其中還有一個(gè)總成或零件在起作用，就能維持整個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)工作。設(shè)各單元的可靠性相互獨(dú)立，則系統(tǒng)失效概率為：其系統(tǒng)可靠度為：說明：a.并聯(lián)系統(tǒng)的工作壽命總是等于系統(tǒng)中最長(zhǎng)的一個(gè)零件的壽命。

b.并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠度總是大于系統(tǒng)中任何一個(gè)零件的可靠度。蓄電池與發(fā)電機(jī)如何連接？（二）簡(jiǎn)單系統(tǒng)可靠性3、串并聯(lián)組合系統(tǒng)串、并聯(lián)組合系統(tǒng)是由串聯(lián)子系統(tǒng)和并聯(lián)子系統(tǒng)組合而成如圖1-5所示。為了提高系統(tǒng)可靠度，將Ｂ和Ｃ兩零件相連，構(gòu)成并聯(lián)子系統(tǒng)，然后再與零件Ａ串聯(lián)組成等效串聯(lián)系統(tǒng)，如圖1-6所示。圖１－５串、并聯(lián)組合系統(tǒng)圖１－６等效串聯(lián)系統(tǒng)其系統(tǒng)可靠度為：RS=RARB+RARC-RARBRC（三）汽車可靠性分配1、汽車可靠性分配的定義

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所確定的汽車可靠性指標(biāo)值，合理地將指標(biāo)分配于系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)過程。2、汽車可靠性分配的目的和作用（1）通過可靠性分配，確定汽車系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。（2）通過可靠性分配，確定各子系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。（3）通過可靠性分配，有利于加強(qiáng)設(shè)計(jì)部門間的聯(lián)絡(luò)和配合。（4）通過可靠性分配，有利于增強(qiáng)設(shè)計(jì)者的全局觀念?！?-2汽車故障類型及故障分布規(guī)律一、汽車故障的概念及類型（一）故障1.故障的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，不能完成規(guī)定功能的現(xiàn)象。故障的表現(xiàn)形式稱為故障的模式。

本質(zhì)故障：由汽車本身的原因而引起的故障。誤用故障：由操作者失誤而引起的故障。

一次故障：最初發(fā)生的故障。二次故障：由一次故障導(dǎo)致發(fā)生的相關(guān)故障或上一級(jí)系統(tǒng)的故障。按使用過程分按原因后果分2.故障的分類

（1）按故障模式分：1)損壞型故障模式如斷裂、碎裂、開裂、點(diǎn)蝕、燒蝕、變形、拉傷、龜裂以受壓痕等。2)退化型故障模式如老化、變質(zhì)、剝落以及異常磨損等。3)松脫型故障模式如松動(dòng)、脫落等，特別是螺紋鏈接件。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、干涉以及卡滯等。5)堵塞與滲漏型故障模式如堵塞、氣阻、漏油、漏水以及漏氣等。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)、異響以及過熱等。2.故障的分類⑵按照故障性質(zhì)分類：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(duì)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(duì)汽車正常運(yùn)行基本影響，不需要更換零件，可用隨車工具比較容易地排除。（二）典型的壽命曲線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。⑵偶然故障期（B段）在此期間，λ（t）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?！?-2汽車故障類型及故障分布規(guī)律⑶耗損故障期（C段）由于老化、疲勞、磨損等原因引起的故障。二、汽車可靠性常用的故障分布汽車可靠性研究中應(yīng)用的理論分布類型很多，常用的有正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布等。（一）指數(shù)分布指數(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?！?-2汽車故障類型及故障分布規(guī)律指數(shù)分布密度函數(shù)指數(shù)分布密度函數(shù)：二、汽車可靠性常用的故障分布（一）指數(shù)分布二、汽車可靠性常用的故障分布（一）指數(shù)分布1.正態(tài)分布特征正態(tài)分布的故障密度函數(shù)為：二、汽車可靠性常用的故障分布（二）正態(tài)分布二、汽車可靠性常用的故障分布（二）正態(tài)分布二、汽車可靠性常用的故障分布（二）正態(tài)分布分布函數(shù)：密度函數(shù)：二、汽車可靠性常用的故障分布（三）對(duì)數(shù)正態(tài)分布⑴威布爾分布的定義與特征威布爾分布的基本形式為一種三參數(shù)分布，其表達(dá)式為：故障概率密度函數(shù)：二、汽車可靠性常用的故障分布（四）威布爾分布§1-3汽車可靠性分析一、汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集（一）可靠性試驗(yàn)的目的1)為研制新產(chǎn)品、發(fā)現(xiàn)其弱點(diǎn)以改進(jìn)設(shè)計(jì)；2)為確認(rèn)零件的設(shè)計(jì)任務(wù)書；3)為接受產(chǎn)品和保證產(chǎn)品質(zhì)量；4)為審查制造工藝的好壞等。（二）可靠性試驗(yàn)分類可靠性試驗(yàn)不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且還要消耗相當(dāng)?shù)馁Y金。按試驗(yàn)性質(zhì)可靠性試驗(yàn)分為壽命試驗(yàn)、臨界試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)和使用試驗(yàn)等。１．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(chǎng)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)。§1-3汽車可靠性分析1）壽命試驗(yàn)按試驗(yàn)條件分為：臺(tái)架加速壽命試驗(yàn)試驗(yàn)場(chǎng)加速壽命試驗(yàn)2）壽命試驗(yàn)按試驗(yàn)性質(zhì)分為：儲(chǔ)存壽命試驗(yàn)工作壽命試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn)3）壽命試驗(yàn)按失效情況分為：完全壽命試驗(yàn)截尾壽命試驗(yàn)（不完全壽命試驗(yàn)）（二）可靠性試驗(yàn)分類⑵臨界試驗(yàn)臨界試驗(yàn)是為了進(jìn)一步找出作為安全零件的弱點(diǎn)，進(jìn)行強(qiáng)制性破壞試驗(yàn)，施以破壞性應(yīng)力，以證實(shí)實(shí)際使用中若發(fā)生最大應(yīng)力時(shí)，零件是否具有充分的強(qiáng)度。如急轉(zhuǎn)彎、緊急制動(dòng)、快速起步等。在通常使用狀態(tài)下似乎是非?？量痰?，而一般認(rèn)為是實(shí)際使用中可能發(fā)生的，因而用它來確認(rèn)可靠性試驗(yàn)。⑶使用試驗(yàn)使用試驗(yàn)是在汽車研制出來后抽樣送到使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)，只有當(dāng)它基本滿足使用要求之后，才能正式定型成批生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集的主要渠道。⑷環(huán)境試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)是產(chǎn)品在特定使用環(huán)境條件下進(jìn)行的使用試驗(yàn),例如高、低溫試驗(yàn)、降雨、降雪等試驗(yàn)?！?-3汽車可靠性分析（三）可靠性數(shù)據(jù)的采集方法和注意事項(xiàng)（1）使用可靠性數(shù)據(jù)的采集方法大眾分析法——對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員分發(fā)報(bào)表，定期返回，其特點(diǎn)是費(fèi)用低廉，不需專門人員，但易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整和不準(zhǔn)確的情況；專家分析法——組織專門測(cè)定可靠性的人員進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，其特點(diǎn)是費(fèi)用高，但由于采集者對(duì)數(shù)據(jù)分析過程有充分的理解，選擇的數(shù)據(jù)適當(dāng)，能掌握重點(diǎn)，易發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的謬誤，因而可保證數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確。§1-3汽車可靠性分析（三）可靠性數(shù)據(jù)的采集方法和注意事項(xiàng)（2）數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1）采集范圍：在每一份數(shù)據(jù)的收集報(bào)告中，產(chǎn)品對(duì)象范圍要明確統(tǒng)一。2）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)。3）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。4）使用條件：主要包括使用場(chǎng)合、氣候、使用工況（載荷、車速）及運(yùn)轉(zhuǎn)形式等。5）維修條件：使用條件相同而維修條件不同，產(chǎn)品的故障率可相差兩倍之多。應(yīng)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。6）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?！?-3汽車可靠性分析二、汽車可靠性數(shù)據(jù)的分析目的：判斷產(chǎn)品的失效類型、故障分布類型，估計(jì)其分布參數(shù)等，是可靠性研究中的基本問題。方法：圖分析法（圖估計(jì)法）和數(shù)值分析法。在實(shí)踐中，最簡(jiǎn)單可行的方法便是圖分析法。下面以威布爾分布為例進(jìn)行分析。1.概率紙?jiān)韺?duì)于威布爾分布，其分布函數(shù)為：§1-3汽車可靠性分析2.圖分析法（圖估計(jì)法）由于威布爾概率紙上坐標(biāo)X—Y,Y—F（t）的對(duì)應(yīng)關(guān)系，假如能夠根據(jù)樣本(或是截尾樣本)確定或基本上確定X—Y坐標(biāo)下的一條直線，那就可以斷定這個(gè)樣本(或截尾樣本)是來自某個(gè)威布爾母體，并且可以從這條直線上確定其分布參數(shù)。倘若在x—Y坐標(biāo)下明顯地不是一條直線，那就可以斷定該樣本(或截尾樣本)不是來自某個(gè)威布爾母體。在實(shí)際應(yīng)用中，首先根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)出各時(shí)間段內(nèi)的失效數(shù)，計(jì)算出F（t）；再在概率紙上描點(diǎn)；然后估計(jì)各參數(shù)值。一般用概率紙進(jìn)行圖分析有以下步驟：1.整理數(shù)據(jù)