第12講可靠性概述

第六章機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)可靠性的概述可靠性設(shè)計(jì)常用指標(biāo)1一.學(xué)習(xí)內(nèi)容基本內(nèi)容：

了解可靠性研究的發(fā)展及其必要性；了解傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)；掌握可靠性的定義和四要素；掌握發(fā)生失效的基本機(jī)理；掌握可靠性設(shè)計(jì)的常用指標(biāo)。重要內(nèi)容：可靠性的定義和四要素；可靠度；失效概率；失效概率密度函數(shù)；失效率；平均壽命。難點(diǎn)內(nèi)容：失效概率；失效概率密度函數(shù)；失效率。2二.可靠性的概述（一）可靠性研究的發(fā)展史1.起源——二戰(zhàn)期間，美軍電子裝置多有故障，卻無法發(fā)現(xiàn)真正原因。2.系統(tǒng)研究3.我國現(xiàn)狀美國，始于1952年有發(fā)展，但落后于國際4.可靠性研究是一門新興而有前景的科學(xué)3（二）研究可靠性的必要性產(chǎn)品開發(fā)周期短，試驗(yàn)時(shí)間少；產(chǎn)品或系統(tǒng)日益復(fù)雜，故障率升高；產(chǎn)品責(zé)任索賠辦法，促使廠家重視；提高可靠性，可提高經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。4（三）可靠性的概念及特點(diǎn)研究的對(duì)象規(guī)定的條件規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的功能可靠性四要素可靠性的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。51.研究的對(duì)象可靠性的研究對(duì)象就是產(chǎn)品，它可以是系統(tǒng)、整機(jī)、部件，也可以是組件、元件或零件等。62.規(guī)定的條件環(huán)境條件：溫度、濕度、氣壓等；工作條件：振動(dòng)、沖擊、噪音等；負(fù)荷條件：載荷、輸出功率等；儲(chǔ)存條件；使用和維護(hù)條件；條件不同，可靠性不同。73.規(guī)定的時(shí)間時(shí)間是表達(dá)產(chǎn)品可靠性的基本因素；規(guī)定的時(shí)間可以是“計(jì)時(shí)的時(shí)間”，也可以用次數(shù)、周期或距離等來代替；隨著使用時(shí)間的增長，可靠性降低。84.規(guī)定的功能指產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)；不同的產(chǎn)品，規(guī)定功能不同；相同的產(chǎn)品，在不同的條件下規(guī)定功能也不相同。9（三）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法及其不合理性1.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法特點(diǎn)：以計(jì)算安全系數(shù)為主前提：材料強(qiáng)度及承受壓力均為單值零件的安全系數(shù)=零件的強(qiáng)度零件的應(yīng)力優(yōu)點(diǎn)：簡便缺點(diǎn)：合理性欠缺102.為何傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法不合理設(shè)計(jì)的前提不準(zhǔn)確：零件的應(yīng)力、強(qiáng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)是多值，呈分布狀態(tài)?！煽啃栽O(shè)計(jì)的前提產(chǎn)品正常111）如何出現(xiàn)失效當(dāng)應(yīng)力分布曲線與強(qiáng)度分布曲線出現(xiàn)交叉μs>μF失效122）產(chǎn)生失效的幾種情況不變，安全系數(shù)不變K<1分布曲線左移可靠度減少K>1分布曲線右移可靠度增加（1）13（2），不變可靠度增加可靠度減少大或小或143）結(jié)論如果平均應(yīng)力和平均強(qiáng)度成比例增大時(shí)，安全系數(shù)不變，但可靠度減??；如果平均應(yīng)力和平均強(qiáng)度成比例減小時(shí)，安全系數(shù)不變，但可靠度增大；如果應(yīng)力或強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差減小時(shí)，可靠度增大；如果應(yīng)力或強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差增大時(shí)，可靠度減??；因此，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮安全系數(shù)是不夠的，必須考慮到可靠性。15（四）可靠性工程的內(nèi)容1、可靠性基本理論可靠性數(shù)學(xué)與故障物理學(xué)；集合論與邏輯代數(shù)；概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)；圖論與隨機(jī)過程；系統(tǒng)工程與人素工程學(xué)；環(huán)境工程學(xué)與環(huán)境應(yīng)力分析；試驗(yàn)及分析基礎(chǔ)理論。7、原件可靠性制定原件可靠性；元件失效分析與可靠性評(píng)價(jià)；元器件及原材料的合理選擇；元器件的老化篩選；元器件現(xiàn)場使用情況調(diào)查和反饋。

2、可靠性設(shè)計(jì)貯備設(shè)計(jì)和裕度設(shè)計(jì)；降額設(shè)計(jì)和構(gòu)件概率設(shè)計(jì)；熱設(shè)計(jì)、抗機(jī)械力設(shè)計(jì)；防潮、腐蝕、鹽霧、塵設(shè)計(jì)；電磁兼容設(shè)計(jì)和抗輻射設(shè)計(jì)；電磁兼容設(shè)計(jì)和抗輻射設(shè)計(jì)；維修性設(shè)計(jì)和使用性設(shè)計(jì)；質(zhì)量、體積、重量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合設(shè)計(jì)。8、系統(tǒng)可靠性可靠性預(yù)計(jì)與分配；失效模式效應(yīng)與危害度分析；事件樹分析法(ETA)；故障樹分析法(FTA)；可靠性綜合評(píng)估。3、可試靠驗(yàn)性

環(huán)境試驗(yàn)；壽命試驗(yàn)；篩選試驗(yàn)。9、可教靠育性舉辦各種可靠性學(xué)習(xí)班與講座；內(nèi)外培訓(xùn)和內(nèi)外考察；專業(yè)技術(shù)會(huì)議；出版可靠性刊物、可靠性教材。4、制造

質(zhì)量控制手段和方法

10可靠性管理

建立可靠性管理機(jī)構(gòu)和研究機(jī)構(gòu)；制定可靠性管理綱要；制定產(chǎn)品可靠性管理規(guī)范；建立質(zhì)量反饋制度；開展產(chǎn)品可靠性評(píng)審。5、使靠用性的?？勺C

使用和維護(hù)規(guī)程制定；操作和維修人員培訓(xùn)；安全性設(shè)計(jì)；人-機(jī)匹配設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)。6、可靠性.信息

現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、分析、整理和反饋；試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和反饋；元器件失效率匯集和交換；各種可靠性信息搜集和交流；用戶調(diào)查和反饋。11、可靠性標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)；認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)；管理標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)161.可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，確定采用的可靠性指標(biāo)及其量值；進(jìn)行可靠性預(yù)測；對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行合理的分配；把規(guī)定的可靠度直接設(shè)計(jì)到零件中去。17（五）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)的比較共同點(diǎn)：以零件的安全或失效為研究內(nèi)容18三.可靠性設(shè)計(jì)常用指標(biāo)可靠度失效率或故障率平均壽命有效壽命維修度有效度重要度19（一）可靠度定義：產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間和規(guī)定的使用條件下，完成規(guī)定的功能的概率?？煽慷仁且粋€(gè)時(shí)間的函數(shù)。：產(chǎn)品的可靠度：正常產(chǎn)工作的產(chǎn)品數(shù)量：產(chǎn)品的總數(shù)量20（二）失效概率產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的概率，也稱不可靠度。：產(chǎn)品的失效概率：失效的產(chǎn)品數(shù)量：產(chǎn)品的總數(shù)量211.故障分布函數(shù)實(shí)際上，也就是失效概率的分布圖。222.失效概率密度函數(shù)23（三）失效率定義：產(chǎn)品工作t時(shí)刻時(shí)尚未失效的產(chǎn)品，在時(shí)刻t以后的下一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。：t時(shí)刻產(chǎn)品的失效數(shù)：(t＋Δt)時(shí)刻產(chǎn)品的失效數(shù)：時(shí)間間隔失效率：24對(duì)上式進(jìn)行變形演算251.可靠度函數(shù)的一般方程式綜上所述，產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)——可靠度，不可靠度，失效概率密度函數(shù)以及失效率是互相聯(lián)系的。26例1有100個(gè)零件已工作了6年，工作滿5年時(shí)共有3個(gè)零件失效，工作滿6年時(shí)共有6個(gè)零件失效。試計(jì)算這批零件工作滿5年時(shí)的失效率。27解答：1)時(shí)間以年為單位，則Δt=1年。2)時(shí)間以小時(shí)為單位，則Δt=8760小時(shí)。/年小時(shí)282.失效率曲線失效率與時(shí)間的關(guān)系曲線，亦稱浴盆曲線。291）早期失效期發(fā)生時(shí)期：一般發(fā)生在產(chǎn)品開始工作后的較早階段；特點(diǎn)：由很高的數(shù)值急劇下降到某一穩(wěn)定的數(shù)值；發(fā)生原因：主要是由于材料不良，制造工藝缺陷，檢驗(yàn)錯(cuò)誤以及設(shè)計(jì)缺點(diǎn)等因素引起的。302）有效壽命期也稱正常運(yùn)行期或偶然失效期，是產(chǎn)品的最佳狀態(tài)時(shí)期；特點(diǎn)：失效率低且穩(wěn)定，失效是隨機(jī)的；發(fā)生原因：一般是由偶然的原因引起的。313）耗損失效期發(fā)生時(shí)期：產(chǎn)品使用的后期；特點(diǎn)：失效率隨工作時(shí)間的增加而上升；發(fā)生原因：產(chǎn)品經(jīng)長期使用后，某些零件的疲勞，老