车辆可靠性设计
47页1、现代设计方法,-车辆可靠性设计,可靠性理论的系统研究是从1952年开始的。在第二次世界大战期间,美国的通讯设备、航空设备、水声设备都有相当数量因发生失效而不能正常使用。为了解决这个问题,美国开始研究电子元件和系统的可靠性问题。 目前,可靠性工程发展迅速并得以广泛应用。它对提高产品的设计水平和质量,降低产品的成本,保证产品的可靠性、安全性起着极其重要的作用。,概 述,那么什么是可靠呢?,可靠性是指在特定环境下,在规定的时间内,产品或系统无故障地完成其设计要求及功能的可能性。 从可靠性定义可以看出可靠性是研究产品失效规律的学科。由于影响失效的因素非常复杂,有时甚至是不可捉摸的,因而产品的寿命(即产品的失效时间)只能是随机的。所以可靠性是一门综合运用多种学科知识的工程技术学科。,一般汽车可靠性设计过程如下:,一、可靠度和故障率 可靠度是产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率,也可理解为无故障工作的概率。即把N作为寿命测试的部件数,和分别是可靠度和故障率。当时间超过时,有个产品正常工作,有个产品失效,则产品的可靠度和故障率可被定义如下:,汽车可靠性的基础理论,因 + 等于N ,有
2、或 从上面的方程中,可看出产品的可靠度与时间有关,根据不同时段内产品的故障数可绘制出图形如图5-1所示。 图5-1横坐标表示时间,纵坐标表示某一段时间内出现故障的产品数,图形表示产品的故障概率的分布情况。,若上面图中的时间段越来越小,纵坐标值连接形成一条连续的曲线叫失效概率密度函数,这里f(t)用表示。它定义为t时间附近单位时间内失效的产品数与产品总数之比。,其包含:,如果间隔时间足够小,图5-1中将变为图5-2,AA线边的区域和右边的区域分别与和的值相对应。,从上面的讨论中可知: 若图2中纵坐标值随N(所有的被测试零部件)增加而增加, 的区域代表出现故障的零部件数 ,阴影部分代表没有失效的零部件数 ,而曲线 代表 与 的比。 图5-3为机电产品典型失效模型曲线从图中可以看出 被分为三部分,即早期失效期,正常工作期和功能,为了提高产品的可靠性,应该研究和掌握产品的失效规律。可靠性研究虽然涉及上述三种失效期,但着重研究的是偶然失效,因为它发生在产品的正常使用期间。,失效期。在早期失效期时,产品有较高的失效率,但是下降很快;在正常工作期,故障率很低且与时间变化的关系很小;在功能失效期,由于
3、寿命或疲劳的原因不能发挥其作用,故障率上升很快。,从上面的讨论中,可知在t时刻的产品可靠度或失效概率可以根据故障概率密度函数 进行预计,但仍有一问题,就是如何知道当前正常工作而在下一个单位时间内失效的概率呢? 为了回答这个问题,引进与产品可靠度有关的另一个重要概念,称之为产品的失效率,用 表示,即: 反映的是产品任意时刻的失效状态,对可靠性工程有非常实际的意义。,二、可靠性寿命指标,中位寿命,1平均寿命 平均寿命是另一个评判产品可靠性的非常有用的定性指标。所谓平均寿命(mean life),是指产品寿命的平均值,而产品的寿命则是它的无故障工作时间。 平均寿命在可靠性特征量中有两种:MTTF(mean time to failure)和MTBF(mean time between failure)。MTTF是指不可修复产品从开始使用到失效的平均工作时间,或称平均无故障工作时间。 式中,ti为第i个产品失效前的工作时间h;N为测试产总的总数。,当N值较大时,可用下式计算 当产品失效属于恒定型失效时,即可靠度时,有,这说明失效规律服从指数分布的产品,其平均寿命是失效率的倒数。MTBF是指可修
4、复产品两次相邻故障间工作时间(寿命)的平均值,或称为平均无故障工作时间,2可靠寿命、中位寿命、特征寿命 用产品的寿命指标来描述其可靠性时,除采用平均寿命外,还有可靠寿命、中位寿命和特征寿命。 使可靠度等于给定值r时的产品寿命称为可靠寿命,记为tr,其中r称为可靠度水平。这时只要利用可靠度函数 反解出tr,得 式中R-1是R的反函数;tr即称为可靠度R=r时的可靠寿命。 R=0.5时的可靠寿命t0.5又称为中位寿命,当产品工作到中位寿命时,可靠度与积累失效概率都等于50,即产品为中位寿命时,正好有一半失效,中位寿命也是一个常用的寿命特征指标。,维修度,有效度,三、维修性及其主要数量指标,1维修度 产品的可靠度随工作时间的增加而降低,故障率则随产品的老化而增大,为了保证产品的功能或在失效后恢复它,有时需要进行维修,产品的维修可能性也叫产品的可维护性。可以通过维修来防止老化,降低产品的故障率。 维修活动以维修性来描述。维修性是可修复产品所具备的维修难易程度。维修性的衡量尺度是维修度。所谓维修度是指可以维修的产品,在规定的条件下和规定时间内完成维修的概率,记为,2有效度 由前可知,可靠性和维修
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