第一章 可靠性概论课件.ppt

机 械 可 靠 性 设 计,主讲：武 红 霞,周二（三四节）：南2-303 周五（三四节）：南2-302,一、课程介绍,先修课程：,概率论,数理统计,最优化计算方法,教学参考书：,机械可靠性设计，陈健元编著，机械工业出版社机械概率设计，E.B.豪根著，汪一麟等译，机械工业出版社机械传动可靠性理论与应用，黄洪钟编著，中国科学技术出版社可靠性普遍存在于人类社会的各个方面，时刻影响着人类社会的发展在航空、航天、核技术、武器装备、质量控制、家用电器和医疗器械等领域都涉及到可靠性技术在神州x号宇航员的安全措施中都考虑了众多可靠性问题有人预言：“只有那些具有高可靠性指标的产品及其企业才能在日益激烈的国际贸易竞争中幸存下来本课程的主要任务是使学生了解可靠性的概念、可靠性基础数学、机械强度可靠性设计、机械系统可靠性设计，简要介绍了可靠性优化、可靠性试验为学生学习后继课程，从事相关领域的管理、工程技术服务、科学研究以及开拓新技术领域，打下坚实的基础简介,可 靠 性 概 论,第 一 章,一、可靠性的定义,第一节 可靠性的定义,,二、广义可靠性和狭义可靠性,三、固有可靠性和使用可靠性,一、可靠性的定义,可靠性是产品质量的部分内容。

它是质量的一个局部，但它是质量的核心部分一）定义,产品（系统）在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力一般所说的“可靠性”指的是“可信赖的”或“可信任的”我们说一个人是可靠的，就是说这个人是说得到做得到的人，而一个不可靠的人是一个不一定能说得到做得到的人，是否能做到要取决于这个人的意志、才能和机会同样，一台仪器设备，当人们要求它工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的根据国家标准的规定，产品的可靠性是指：,定义中包含五个因素：,现在产品质量包括：性能、可靠性、经济性和安全性四个方面人们在购买重要商品时往往喜爱购买名牌产品，其主要原因是购买其可靠性1. 产品：指研究对象,可以是零件、构件、部件、机器、甚至系统 美国1961年研制Apollo-11宇宙飞船，720万个零件，提出可靠度为99.99999的定量要求，1967年成功，1969年7月发射人总是要生病从生理学上讲，人也可以看成是产品或机器2.规定条件,包括：运输条件,环境条件（温度、湿度、压力、腐蚀、振动、冲击等 ）,工作条件（载荷性质、大小、操作方法、维修措施等）,3.规定时间,所研究对象的工作期限。

1）所研究对象的可靠性与工作时间有关系,设产品在规定条件下的寿命为T，它是随机变量，而给定的时间为t这些条件必须在使用说明书中加以规定，这是判断发生故障时有关责任方的关键这里所说的时间，不仅仅指日历时间，根据产品不同，还可能是与时间成比例的次数、距离等，如应力循环次数、汽车的行驶里程等储存条件,（如交换机寿命20年，寿命5年，划盖工作寿命6万次，汽车寿命30万公里等）,产品寿命Tt 可靠（正常工作），Tt不可靠（故障或失效）,（2）可靠程度与t大小有关,0小时 1000小时 1500小时,甲厂：t = 1000小时，T<1000有210失效,乙厂：t =1500小时，T<1500有410失效,通常可靠度是随时间而降低，产品只能在一定的时间区间内才能达到目标可靠度因此，对时间的规定一定要明确4.规定的功能,研究对象能在规定的功能参数下正常运行产品有两种状态：,完成规定功能,丧失规定功能故障（可维修产品）、失 效（不可维修产品）规定功能，即规定故障判据实例1: 拖拉机,GB3187-82规定：失效即产品丧失了规定的功能，对可修复产品失效也称为故障为正确判断产品是否失效，合理的判据非常重要。

任何不正常（漏油、漏水、噪声大，耗油超标等）出现其中之一，为故障则平均无故障工作时间（MTBF）=330h,停机为故障则MTBF=1200h,5.能力,可靠水平的高低，仍是定性的概念，定量指标以后再讲二) 特点,1.可靠性是t 0的质量.,t = 0的质量又称今天的质量 能否达到产品规定的功能设计、制造、调试阶段）,t 0的质量能否保持产品规定的功能2.具有统计规律性,单个产品寿命是随机的，但有统计规律性自然界所观察到的现象:,确定现象,随机现象,(1)确定现象,在一定条件下必然发生 的现象称为确定性现象.,实例:,“太阳不会从西边升起”,,“水从高处流向低处”,,“同性电荷必然互斥”,,确定现象的特征,条件完全决定结果,2. 随机现象,在一定条件下可能出现也可能不出现的现象,实例1 “在相同条件下掷一枚均匀的硬币,观 察正反两面出现的情况”.,结果有可能出现正面也可能出现反面.,实例2 “用同一门炮向同 一目标发射同一种炮弹多 发 , 观察弹落点的情况”.,结果: “弹落点会各不相同”.,实例3 “抛掷一枚骰子,观 察出现的点数”.,结果有可能为:,“1”, “2”, “3”, “4”, “5” 或 “6”.,实例4 “一只灯泡的寿命” 可长可短.,随机现象的特征,条件不能完全决定结果,随机现象在一次观察中出现什么结果具有偶然性, 但在大量重复试验或观察中, 这种结果的出现具有一定的统计规律性 。

例如： 抛硬币 次数 频率（出现正面） 12000 0.5016 24000 0.5005,产品寿命是随机现象，而可靠性与产品的工作时间有关，故可靠性的高低一定具有统计规律性二、广义可靠性和狭义可靠性,对于发生故障的产品一般有两种处置方式：,废弃、修复故障,废弃的不可修复产品的可靠性为狭义可靠性可修复产品的可靠性为广义可靠性广义可靠性除考虑狭义可靠性外，还有考虑发生故障后修理的难易程度即维修性狭义可靠性维修性广义可靠性,三、固有可靠性和使用可靠性,固有可靠性：在生产过程中已经确立了的可靠性它是产品内在的可靠性，是生产厂在模拟实际工作条件的标准环境下，对产品进行检测并给以保证的可靠性它与产品的材料、设计与制造工艺及检验精度等有关产品的开发者可以控制使用可靠性：与产品的使用条件密切相关，受到使用环境、操作水平、保养与维修等因素的影响使用者的素质对使用可靠性影响很大对产品而言，可靠性越高就越好可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长二、可靠性技术发展的必要性,一、可靠性技术发展概况,第二节 可靠性的发展及其重要意义,,三、可靠性学科的主要内容,一、可靠性技术发展概况,1、摇篮期（40年代）,可靠性的研究是在第二次世界大战中开始的，当时对可靠性还没有明确的定义，但是德国火箭专家R.Lusser在设计V-1火箭时，已经把各子系统的可靠度乘积作为火箭系统的可靠度，计算出该火箭的可靠度为0.75，首次定量的表达了产品的可靠性。

在第二次世界大战期间，美国空军由于飞行故障事故而损失的飞机为2100架，比被击落的数字多1.5倍；运往远东的作战飞机上的电子仪器设备，经过运输后有60不能使用，在储存期间有50失效；海军舰艇上的电子设备70因“意外”事故发生失效在使用中失效率高，难以维护这些事实引起了美国军方的高度重视，开始研究这些意外事故发生的概率，提出了对产品可靠性的定量要求2、奠基期（50年代）,1952年在美国国防部成立了电子设备可靠性咨询委员会（AGREE）， 1955年AGREE开始实施从设计、试验、生产到交付、储存和使用的全面的可靠性发展计划，并在1957年发表了著名的“军事电子设备的可靠性报告”，从9个方面阐述了可靠性设计、试验及管理的程序及方法，确定了美国可靠性工程的发展方向，成为可靠性发展的奠基性文件，标志着可靠性已经成为一门独立的学科，是可靠性工程发展的重要里程碑3、普及期（60年代）,从60年代开始，可靠性已不限于在电子领域应用，逐步推广到许多工业部门从最复杂的宇宙飞船到民用的洗衣机、冰箱、复印机和汽车，甚至到细小的可置于人体内的心脏起搏器，都应用了可靠性设计，有明确的可靠性指标，使可靠性进入了普及期。

美国在许多武器装备中推行可靠性工程，美军形成了一系列较完善的标准60年代美国将可靠性全面用于航天计划和军用设备：,机械和电子故障是国家航空航天局（NASA）主要关心的问题，其中机械故障引起的事故多，损失大如：, 1963年同步通讯卫星SYMCOM，高压容器断裂，引起卫星空中坠毁；, 1964年人造卫星号因机械故障而损坏在关键机械零件中采用概率设计方法，将可靠度设计到结构和机械零部件中,1965年始，NASA开始三项机械可靠性工作：, 用过载试验方法进行可靠性试验验证；,用随机动载荷验证结构和零件的可靠性；,4、成熟期（70年代）,进入70年代，随着消费主义的高涨，提出了大量产品责任问题1975年美国质量管理学会（ASQC）对质量进展作过预测，由于产品责任，美国当年度的赔偿金额将达500亿美元为了防止产品的责任问题的发生，制造部门必须充分重视产品责任的预防，运用可靠性技术防止产品故障于未然这时，可靠性已成为质量保证和质量管理的重要部分西方工业发达国家全面开展可靠性工程实践和应用，可靠性技术变得越来越重要：,从航空、航天、尖端武器和电子等行业，逐步推广应用到各个行业, 核能、机械、电气、冶金、化工、铁道、船舶、电站、建筑、水利、通讯、医药等,从宇宙飞船到日用产品全面普及, 汽车、洗衣机、冰箱、复印机等,NASA将可靠性工程技术列为登月成功的三大技术成就之一,5、现状,美国几个大汽车公司的可靠性活动有组织，规模大而且扎实，各自都有可靠性保证计划。

美国罗姆航空研究中心专门作了一次非电子设备可靠性应用情况的调查分析,美国国防部可靠性分析中心（RAC）收集和出版了大量的非电子零部件的可靠性数据手册,以美国亚利桑那大学D.Kececioglu教授为首的可靠性专家开展机械可靠性设计理论的研究，积极推行概率设计法，提出开展机械概率设计的十五个步骤,美国：,日本：,日本以民用产品为主，大力推进机械可靠性的应用研究, 1958年，日本成立了“可靠性研究委员会”，1973年成立“电子元件可靠性中心”日本科技联盟的一个机械工业可靠性分科会将故障模式、影响（FMEA）等技术成功地引入机械工业的企业中；,日本企业界普遍认为：机械产品是通过长期使用经验的累积，发现故障经过不断设计改进获得的可靠性,日本一方面采用成功的经验设计，同时采用可靠性的概率设计方法的结果以及与实物试验进行比较，总结经验，收集和积累机械可靠性数据,根据日本统计资料介绍，在19711981年的10年中，电子产品可靠性水平提高了13个数量级，工程机械产品平均无故障时间提高了3倍前苏联对机械可靠性的研究十分重视，50年代后期前苏联开始可靠性研究，在其二十年科技规划中，将提高机械产品可靠性和寿命作为重点任务之一。

苏联：,发布了一系可靠性国家标准，这些标准主要以机械产品为对象，适于机械制造和仪器仪表制造行业的产品,在各类机械设备的产品标准中，还规定了可靠性指标或相应的试验方案,苏联还充分利用丰富的实际经验，研究并提出典型机械零件的可靠性设计经验公式，专门出版机械可靠性设计手册,苏联还十分重视工艺可靠性和制造过程的严格控制管理，认为这是保证机械产品可靠性的重要手段,80年代以来机械可靠性研究在我国开始受到重视,我国有关可靠性问题的研究越来越多但是可靠性技术在一般工业和企业中的应用还不广泛，与先进工业国家还存在较大的差距中国：,我国原机电部从1986年起已经发布了6批限期考核的机电产品可靠性技术指标的清单，前后共有879种产品已经进行了可靠性指标考核制订了GJB-87电子设备可靠性设计手册等一系列标准；,,,1990年11月和1995年10月，机械工业部举行了两次新闻发布会，先后介绍了236和159种带有可靠性指标的机电产品；,1992年3月国。