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1、第一講 第一章 汽車可靠性理論基礎(chǔ)§1-1 汽車可靠性概述課堂類別:理論教學(xué)目標(biāo): 1、了解可靠性的內(nèi)涵 2、掌握可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)教學(xué)重難點(diǎn):重點(diǎn):可靠度難點(diǎn): 故障率函數(shù)教學(xué)方法與手段:1.教學(xué)方法:教師講授、案例分析 、集體討論、個(gè)別回答、師生互動(dòng)啟發(fā)2.教學(xué)手段:多媒體教學(xué)教案正頁(yè)主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程一、汽車可靠性與維修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??煽啃缘乃囊兀寒a(chǎn)品、規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間、規(guī)定功能。產(chǎn)品:通常是指可作為單獨(dú)研究或單獨(dú)試驗(yàn)對(duì)象的任何元件、零件,甚至一臺(tái)完整的設(shè)備。對(duì)汽車而言,其產(chǎn)品主要包括:整車、總成和零部件。規(guī)定條件:指汽車

2、產(chǎn)品的工作條件,包括:環(huán)境條件:氣候、道路狀況等;運(yùn)行條件:載荷的性質(zhì)、種類,行駛速度,連續(xù)工作時(shí)間等;維修條件:維修方式、水平、制度等。規(guī)定時(shí)間: 汽車行駛的保用期、第一次大修里程、報(bào)廢期等。規(guī)定功能:設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、使用說(shuō)明書(shū)、訂貨合同以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種功汽車可靠性標(biāo)志著汽車在整個(gè)使用壽命周期內(nèi)保持所需質(zhì)量指標(biāo)的性能。能和要求。如:安全性、舒適性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能等。(2)可靠性的類型固有可靠性: 產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造整個(gè)過(guò)程中確定了的內(nèi)在可靠性,它是產(chǎn)品的固有屬性。使用可靠性: 考慮了使用、維修對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響,包括使用、維修方法以及操作人員的技術(shù)熟練程度等都會(huì)對(duì)產(chǎn)品的壽命及功能的

3、發(fā)揮產(chǎn)生重大影響。汽車的可靠性取決于汽車本身的固有可靠性以及汽車的使用、維修水平,并與汽車的使用條件有關(guān)。2、維修:指在系統(tǒng)投入運(yùn)行后,為了保持或在系統(tǒng)發(fā)生故障后恢復(fù)產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力而采取的技術(shù)與管理措施。 維修包括維護(hù)與修理,維護(hù)是為了保持產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力;修理是為了在系統(tǒng)發(fā)生故障后恢復(fù)產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力。 汽車維修只能在一定程度上維持汽車的技術(shù)狀況,提高其使用可靠性;但不能完全恢復(fù)其固有可靠性水平。 因此,經(jīng)過(guò)相當(dāng)里程的行使(達(dá)到極限行使里程)后,汽車就需要報(bào)廢。二、汽車可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)1.可靠度(有效度): 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

4、)。2.失效度(不可靠度、累計(jì)故障概率): 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)。R(t)F(t)=13.故障概率密度函數(shù): 汽車出現(xiàn)故障的概率隨時(shí)間變化的規(guī)律。記作f(t)。4.故障率函數(shù)概念:汽車工作到t時(shí)刻為止尚未發(fā)生故障的條件下 在下一單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的條件概率記作 (t)。設(shè)T為汽車在規(guī)定條件下的使用壽命,t為設(shè)定的工作時(shí)間;“Tt”表示:“汽車工作到t時(shí)刻為止尚未發(fā)生故障”的事件; “tTt+t”表示:“汽車在(t,t +t)內(nèi)失效”的事件; 于是,“汽車工作到t時(shí)刻后在(t,t+t)內(nèi)發(fā)生故障的條件概率”為: P (tTt +t/ T

5、t ) 將此條件概率除以時(shí)間間隔t,便得到t時(shí)間內(nèi)的平均故障率。 當(dāng)t0時(shí),就可以得到t時(shí)刻的失效率: 按上式計(jì)算故障率比較困難,實(shí)際應(yīng)用中常用頻率或平均故障率的觀察值來(lái)代替。頻率設(shè)在t=0時(shí)有N個(gè)產(chǎn)品開(kāi)始工作,到t時(shí)刻的故障件數(shù)為Nf(t);到t時(shí)刻仍在工作而尚未發(fā)生故障的件數(shù)為N-Nf(t);若在下一個(gè)時(shí)間t內(nèi)出現(xiàn)故障的件數(shù)為Nf(t),則單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障的件數(shù)為Nf(t) / t 。 那么,產(chǎn)品的平均故障率為:例題: 如圖所示為50個(gè)某類型汽車輪胎調(diào)查數(shù)據(jù),試分別求出汽車行駛到3.5萬(wàn)Km和5.5萬(wàn)Km時(shí)的故障率。解:根據(jù)題意N=50;Nf(3.5)=7;t=4-3.5 =0.5萬(wàn)Km

6、;Nf(3.5)=1+3+2+5=11;則:當(dāng)t=5.5萬(wàn)Km時(shí), Nf(5.5)=3; t=6-5.5 =0.5萬(wàn)Km;Nf(5.5)=1+3+2+5+7+10+9+6=43;平均故障率的觀察值 汽車在規(guī)定的考察行程(或時(shí)間)內(nèi),故障發(fā)生次數(shù)(m)與累計(jì)行程(L)之比。即: 故障率的單位一般用每萬(wàn)km的百分?jǐn)?shù)(% 1/萬(wàn)km)來(lái)表示?;?/小時(shí)、菲特。 (1菲特=10-9 1/小時(shí)) 故障率函數(shù)曲線 描述了故障率隨時(shí)間的變化規(guī)律,分為早期故障、偶然故障、耗損故障三種類型。早期故障期(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

7、能性很大,但故障率隨著時(shí)間的增加而迅速下降。對(duì)于剛投入使用的新車或大修車來(lái)說(shuō),使早期故障減少的有效途徑是加強(qiáng)走合期的使用、維護(hù)和管理。實(shí)驗(yàn)表明:汽車的使用壽命、工作可靠性和經(jīng)濟(jì)性在很大程度上取決于汽車使用的初期走合。偶然故障期(B段) 在此期間, (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。此類故障多由操作不當(dāng)、裝配失控、潤(rùn)滑不良、維護(hù)欠佳、材料及隱患等偶然因素而引發(fā),沒(méi)有一種特定的原因起主導(dǎo)作用。在正常使用期內(nèi),應(yīng)在正常使用的基礎(chǔ)上,執(zhí)行“預(yù)防為主、定期檢測(cè)、強(qiáng)制維護(hù)、視情修理”的方針,以降低故障率,維持并保證汽車的完好技術(shù)狀況和工作能力。耗損故障期(C段) 由于老化、

8、疲勞、磨損等原因引起的故障。(t)隨著時(shí)間的增加而迅速增加,屬故障率遞增型。汽車或總成進(jìn)入該時(shí)期后,應(yīng)考慮大修。5.平均壽命與可靠壽命平均壽命:平均壽命是一個(gè)標(biāo)志產(chǎn)品平均能工作多長(zhǎng)時(shí)間的量,它是對(duì)整批產(chǎn)品而言的一個(gè)指標(biāo)。 設(shè)產(chǎn)品壽命T的故障概率密度函數(shù)為f(t),那么,它的數(shù)學(xué)期望 就稱為產(chǎn)品的平均壽命。對(duì)于可維修產(chǎn)品而言,其平均壽命是指產(chǎn)品的平均無(wú)故障工作時(shí)間,計(jì)作MTBF。在實(shí)際工作中,常用其觀察值:對(duì)于不可維修產(chǎn)品而言,其平均壽命是指產(chǎn)品的平均壽終時(shí)間(發(fā)生失效前的平均工作時(shí)間),計(jì)作MTTF??煽繅勖?在汽車可靠性研究中,經(jīng)常需要知道對(duì)應(yīng)于給定的R值,R(t)下降到R時(shí)所需的時(shí)間,而

9、此時(shí)間就稱為可靠壽命,用tR表示。如:用t0.99表示可靠度R(t)=99時(shí)產(chǎn)品的可靠壽命。本節(jié)作業(yè):名詞解釋:可靠度、失效度、平均壽命、第二講 第一章 汽車可靠性理論基礎(chǔ)§1-2汽車故障的類型及其分布規(guī)律課堂類別:理論教學(xué)目標(biāo): 1、了解汽車故障類型 2、掌握汽車故障故障分布規(guī)律教學(xué)重難點(diǎn):重點(diǎn):指數(shù)分布和難點(diǎn): 威布爾分布教學(xué)方法與手段:1.教學(xué)方法:教師講授、案例分析 、集體討論、個(gè)別回答、師生互動(dòng)啟發(fā)2.教學(xué)手段:多媒體教學(xué)教案正頁(yè)主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程一、汽車故障的概念及類型1.概念: 故障或失效是指產(chǎn)品喪失保持原有功能的能力。2.模式 故障模式是指由失效機(jī)理所顯示出來(lái)的各種失

10、效現(xiàn) 象或失效狀態(tài)。汽車常見(jiàn)的故障模式有以下六種:(1)損壞型故障模式。如:斷裂、碎裂、開(kāi)裂、裂紋、點(diǎn)蝕、撓蝕、擊穿、變形、壓痕等。(2)退化型故障模式。如:老化、變質(zhì)、剝落、磨損等。(3)松脫型故障模式。如:松動(dòng)、脫落等。(4)失調(diào)型故障模式。如:壓力過(guò)高或過(guò)低、行程失調(diào)、間隙過(guò)大或過(guò)小、干涉、卡滯等。(5)堵塞與滲漏型故障模式。如:堵塞、氣阻、漏油、漏水、漏氣、滲油等。(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、過(guò)熱等。3.故障分類按照故障率函數(shù)特點(diǎn),可把故障分為早期故障型、偶然故障型和耗損故障型三類。按照汽車行業(yè)中汽車產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定辦法的規(guī)定,可把汽車故障分

11、為以下幾種: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)行基本沒(méi)影響,不需要更換零件,可用隨車工具比較容易地排除。二、汽車可靠性研究中常用的故障分布 確定汽車的故障分布是可靠性研究的基本內(nèi)容之一,它能很好地描述隨機(jī)變量的性質(zhì),揭示其內(nèi)在規(guī)律。 判定隨機(jī)變量的分布類型以及表征這些分布的相應(yīng)參數(shù)值,可為產(chǎn)品可靠性的評(píng)價(jià)和改進(jìn)提供依據(jù)。 故障隨時(shí)間

12、分布規(guī)律的獲得,是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析的方法,確定其分布模式。 汽車可靠性研究中應(yīng)用的理論概論分布類型很多,常用的有二項(xiàng)分布、泊松分布、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。1.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(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.正態(tài)分布 正態(tài)分布是一種最常用的連續(xù)分布,很多自然現(xiàn)象都可以用它來(lái)描述,如工藝誤差、測(cè)量誤差、材料性能、應(yīng)力分布、汽車零件的強(qiáng)度和壽命等。 磨損零件的故障分布可近似地認(rèn)為服從正態(tài)分布

13、。3.對(duì)數(shù)正態(tài)分布 對(duì)數(shù)正態(tài)分布是描述零件壽命與耐久性的一種較好的分布函數(shù)。常用于機(jī)械部件的疲勞壽命、疲勞強(qiáng)度及耐磨壽命等研究中。4. 威布爾分布威布爾分布是基于最弱環(huán)模型為物理背景導(dǎo)出的。如兩端受拉力的一根由許多鏈環(huán)串聯(lián)而成的鏈條,當(dāng)最弱環(huán)節(jié)斷裂時(shí),整根鏈條就告失效。廣義地說(shuō),凡是由若干個(gè)獨(dú)立部件串聯(lián)構(gòu)成的產(chǎn)品,只要其中某個(gè)部件失效,整個(gè)產(chǎn)品就告失效,即屬于最弱環(huán)模型。如汽車的傳動(dòng)系。受變載荷作用的滾動(dòng)軸承、齒輪與汽車鋼板彈簧等零件的疲勞壽命都可用威布爾分布來(lái)描述。 由于威布爾分布函數(shù)具有很好的兼容性,可將常見(jiàn)的正態(tài)分布、指數(shù)分布等容納在內(nèi),所以,它是應(yīng)用最廣泛的可靠性函數(shù)。威布爾分布的定義

14、與特征1)函數(shù)關(guān)系式 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):式中 m形狀參數(shù) t0 尺度參數(shù) r 位置參數(shù)2)數(shù)字特征數(shù)學(xué)期望 方差式中 Gamma函數(shù),可查函數(shù)表。 在實(shí)際工程問(wèn)題中,位置參數(shù)r=0,故威布爾分布可簡(jiǎn)化為兩參數(shù)分布:當(dāng)m=1時(shí),(t)=1/=常數(shù),故障率恒定,即為指數(shù)分布;當(dāng)ml時(shí),(t)為單調(diào)遞減函數(shù),它描述了遞減型的早期故障期;當(dāng)m1時(shí),(t)為單調(diào)遞增函數(shù),它描述了遞增型的耗損故障期;當(dāng)m34時(shí),非常接近正態(tài)分布。 可見(jiàn),不同m值的威布爾分布可反映浴盆曲線的三種不同失效期,所以威布爾分布的適應(yīng)性較為廣泛。威布爾分布各參數(shù)的意義1) 形狀參數(shù)

15、m 形狀參數(shù)m是三個(gè)參數(shù)中最重要的一個(gè),它是影響威布爾分布密度曲線形狀的本質(zhì)參數(shù)。2)位置參數(shù)r r值不影響曲線的形狀,只影響曲線在橫坐標(biāo)上的位置。 在威布爾分布的鏈條模型中,r表示最薄弱一環(huán)的強(qiáng)度,在可靠性分析中,r同樣具有這種極限值的含義。 當(dāng)tr 時(shí),零件就沒(méi)有失效的可能; 即 F(t)=0 當(dāng)tr 時(shí),零件才會(huì)出現(xiàn)失效的可能; 當(dāng)tr 時(shí),威布爾分布變成兩參數(shù)分布函數(shù)。 3)尺度參數(shù)t0 t0不影響曲線的形狀和位置,只改變曲線縱、橫坐標(biāo)的標(biāo)尺。也就是說(shuō)t0只是使坐標(biāo)標(biāo)尺因尺度不同而帶來(lái)圖形上的差別。本節(jié)作業(yè):繪出汽車故障率函數(shù)曲線并進(jìn)行分析。第3講 第一章 汽車可靠性理論基礎(chǔ)§

16、;1-3汽車系統(tǒng)可靠性§1-4汽車可靠性設(shè)計(jì) 課堂類別:理論教學(xué)目標(biāo): 1、了解汽車系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2、掌握汽車系統(tǒng)可靠性分配的原則方法教學(xué)重難點(diǎn):重點(diǎn):可靠性分配的原則難點(diǎn): 可靠性分配的方法教學(xué)方法與手段:1.教學(xué)方法:教師講授、案例分析 、集體討論、個(gè)別回答、師生互動(dòng)啟發(fā)2.教學(xué)手段:多媒體教學(xué)教案正頁(yè)主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程一、可靠性分配的可靠性分配是把系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)按一定的方法合理的分配給分系統(tǒng)、設(shè)備、零部件(或元器件)的全過(guò)程。 系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)中最基本單元的可靠度來(lái)推測(cè)系統(tǒng)的可靠性的過(guò)程,那么可靠性分配就是根據(jù)系統(tǒng)要求的總指標(biāo)由上而下規(guī)定最基本單元可靠度的逆

17、過(guò)程。 二、可靠性分配的 (1)通過(guò)可靠性分配,落實(shí)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。 機(jī)械產(chǎn)品的可靠性水平,除制造、材料原因以外,很大程度上依賴于機(jī)械的設(shè)計(jì)水平,它是構(gòu)成產(chǎn)品固有可靠性的基礎(chǔ),應(yīng)兼顧生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益,及時(shí)、合理地調(diào)整系統(tǒng)的可靠性。(2)通過(guò)可靠性分配,確定各子系統(tǒng) (總成、零部件)的可靠性指標(biāo) 一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械電子產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)整體的可靠性指標(biāo) 必須依靠各零部件的可靠性加以保證。零部件的可靠性指標(biāo),系統(tǒng)的可靠性目標(biāo)再高也是徒勞的。 (3)通過(guò)可靠性分配,有利于加強(qiáng)設(shè)計(jì)部門(mén)間的聯(lián)絡(luò)和配合。 幫助設(shè)計(jì)者了解總成本及零部件的可靠性與系統(tǒng)可靠性之間的關(guān)系,使之心中有數(shù),減少盲目性,明確設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題;通

18、過(guò)可靠性分配,容易暴露系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供途徑和依據(jù)。 (4)通過(guò)可靠性分配,有利于增強(qiáng)設(shè)計(jì)者的全局觀念。 全面衡量系統(tǒng)的質(zhì)量、費(fèi)用及性能等因素,以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全局效果??煽啃苑峙涞脑瓌t可靠性分配的過(guò)程是自上而下進(jìn)行的,預(yù)測(cè)程序可靠性分配程序 預(yù)測(cè)和分配的關(guān)系 可靠性分配以前,事先需進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè),可靠性預(yù)測(cè)過(guò)程則與可靠性分配相反,它是自下而上進(jìn)行的。預(yù)測(cè)是為了分配,而分配過(guò)程中也會(huì)有預(yù)測(cè)。因此,可靠性分配是一個(gè)有預(yù)測(cè)分配再預(yù)測(cè)再分配的反復(fù)過(guò)程,是一個(gè)不斷進(jìn)化的過(guò)程??煽啃苑峙涞倪^(guò)程是自上而下進(jìn)行的, 可靠性分配的是一個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程,其合理性是相對(duì)的,應(yīng)依據(jù)如下:1、技術(shù)水平可以

19、達(dá)到。2、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜指標(biāo)要求越低。3、單元越重要指標(biāo)要求越高。4、條件越惡略指標(biāo)要求越低。5、分配結(jié)果滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求。 可靠性設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)預(yù)計(jì)分配再預(yù)計(jì)再分配的循環(huán)過(guò)程。原則等可靠度分配法可靠度分配法一、等可靠度分配法 系統(tǒng)需要達(dá)到的可靠度水平,相等地分配到各子系統(tǒng),這種分配方法稱為等可靠度分配法,也稱均衡分配法。 分配中不考慮成本、失效率、安全性等實(shí)際情況,以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)分配可靠度。1、串聯(lián)系統(tǒng)等可靠度分配法 等可靠度分配法例1、 一臺(tái)汽車保修設(shè)備,由四部分串聯(lián)組成,要求總體可靠度達(dá)到Rs=0.85,其中已知某有一部分的可靠度為0.98,按等可靠度分配法確定其余三部分的可靠度。 解:設(shè)已知的

20、可靠度Rl=0.98,其余三部分的可靠度為Ro,按照串聯(lián)系統(tǒng)等可靠度分配法的計(jì)算公式有:通過(guò)計(jì)算,得到其余三部分的可靠度為0.95幻燈片10等可靠度分配法2、并聯(lián)系統(tǒng)的等可靠度分配法并聯(lián)系統(tǒng)的等可靠度分配法的公式為式中 Fs系統(tǒng)要求的不可靠度;Fi第i個(gè)單元分配到的不可靠度;Rs系統(tǒng)要求的可靠度;n并聯(lián)單元數(shù)?;脽羝?1等可靠度分配法并聯(lián)系統(tǒng)的等可靠度分配法例2、 由3個(gè)單元組成的并聯(lián)系統(tǒng),要求系統(tǒng)可靠度達(dá)到0.98,求每個(gè)單元的可靠度。解:已知Rs=0.98,設(shè)每個(gè)單元可靠度為Ro,則計(jì)算可得等可靠度分配法的優(yōu)點(diǎn):比較簡(jiǎn)單 缺點(diǎn):是沒(méi)有考慮各子系統(tǒng)的重要性、成本高低、修復(fù)的難易程度、現(xiàn)有可靠

21、性水平等 相對(duì)失效率分配法以預(yù)測(cè)(即原有)失效率為依據(jù),將分配于各子系統(tǒng)的(容許)失效率正比于預(yù)測(cè) (原有)失效率,這種分配方法稱為相對(duì)失效率分配法.設(shè)計(jì)初始階段,由于缺乏可靠性數(shù)據(jù),可以按幾種主要因素進(jìn)行專家評(píng)分,給出影響因子,綜合考慮。主要影響因素有:(可從可靠性數(shù)據(jù)查得)復(fù)雜因子:根據(jù)單元組成零部件數(shù)以及組裝的難易程度來(lái)評(píng)定重要因子:根據(jù)單元故障引起系統(tǒng)故障的概率大小來(lái)評(píng)定結(jié)構(gòu)因子:根據(jù)單元結(jié)構(gòu)成熟程度和目前技術(shù)水平來(lái)評(píng)定環(huán)境因子:根據(jù)單元所處環(huán)境來(lái)評(píng)定工藝因子:根據(jù)單元加工工藝難易程度來(lái)評(píng)定相對(duì)失效率分配的步驟 設(shè)系統(tǒng)是由n子系統(tǒng)串聯(lián)而成的,它們分配到的失效率分別為:1,2,.,n。系

22、統(tǒng)失效率目標(biāo)值為s,分配的結(jié)果應(yīng)當(dāng)滿足:可靠性分配的目標(biāo)是確定i,具體步驟如下: (1) 根據(jù)現(xiàn)有的可靠性數(shù)據(jù)資料,推測(cè)(或已知)原各子系統(tǒng)的失效率,假設(shè)分別為:di(i=1,2,.,n)。 (2) 計(jì)算各子系統(tǒng)的失效分配系數(shù)i一相對(duì)失效率。 (3) 計(jì)算分配于各子系統(tǒng)的容許失效率i (4) 檢驗(yàn)分配結(jié)果是否滿足下式相對(duì)失效率分配法(5) 計(jì)算各子系統(tǒng)的可靠度Ri(t)為了滿足可靠度分配值之和大于系統(tǒng)可靠度目標(biāo)值,則各子系統(tǒng)的可靠度應(yīng)當(dāng)滿足關(guān)系式例3 已知一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)由四個(gè)子系統(tǒng)組成,預(yù)測(cè)的各子系統(tǒng)失效率分別為d1=0.25%h-l、d2=0.16%h-l、d3=0.28%h-l、d4=0.1

23、8%h-l,要求系統(tǒng)的可靠度達(dá)到0.90,保證連續(xù)工作60h以上。試用相對(duì)失效率法進(jìn)行可靠度分配。解: (1)由已知條件得到d1=0.25%h-l、d2=0.16%h-l、d3=0.28%h-l、d4=0.18%h-l相對(duì)失效率分配法(1)由已知條件得到d1=0.25%h-l、d2=0.16%h-l、d3=0.28%h-l、d4=0.18%h-l(2)計(jì)算失效率分配系數(shù)同理得:(3)計(jì)算各子系統(tǒng)的失效率 由題意可知,Rs(60)=0.90,假設(shè)系統(tǒng)的失效率為常數(shù)s,可通過(guò)下面公式求得相對(duì)失效率分配法各子系統(tǒng)的(容許)失效率為(4)計(jì)算各子系統(tǒng)所得的可靠度三、 其它分配方法1、拉格朗日乘子法拉格

24、朗日乘子法是一種將約束最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為無(wú)約束最優(yōu)化問(wèn)題的求優(yōu)方法。由于引進(jìn)了一種待定系數(shù)拉格朗日乘子,則可利用這種乘子將原約束最優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件組合成一個(gè)稱為拉格朗日函數(shù)的新目標(biāo)函數(shù),使新目標(biāo)函數(shù)的無(wú)約束最優(yōu)解就是原目標(biāo)函數(shù)的約束最優(yōu)解。2、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求最優(yōu)解它將多個(gè)變量的決策問(wèn)題通過(guò)一些子問(wèn)題得到變量的最優(yōu)解。這樣,n個(gè)變量的問(wèn)題就被構(gòu)造成一個(gè)順序求解各個(gè)單獨(dú)變量n級(jí)序列決策問(wèn)題。由于動(dòng)態(tài)規(guī)劃法利用一種遞推關(guān)系依次做出最優(yōu)決策,構(gòu)成一種最優(yōu)策略,達(dá)到整個(gè)過(guò)程中的最優(yōu),因此計(jì)算邏輯比較簡(jiǎn)單,適于計(jì)算機(jī)的計(jì)算,在工程中得到廣泛的應(yīng)用。一般的方法可解決不是很復(fù)雜可靠性系統(tǒng)的解

25、決,但很難完成復(fù)雜可靠性系統(tǒng)的分配要求。所以,復(fù)雜(冗余)性系統(tǒng)的可靠性分配研究成了在機(jī)械設(shè)計(jì)中一個(gè)亟待就解決的問(wèn)題。近些年來(lái),復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性分配問(wèn)題的方法得到的發(fā)展,衍生出很多新的方法。比如說(shuō)蟻群算法、最小二乘向量機(jī)法、Monte Carlo與遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊層次分析法等。本節(jié)作業(yè):1. 可靠性分配的方法有哪些?2. 可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容有哪些?第四講 第一章 汽車可靠性理論基礎(chǔ)§1-5汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集與分析課堂類別:理論教學(xué)目標(biāo): 1、了解汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集重要性 2、掌握可靠性數(shù)據(jù)的分析方法教學(xué)重難點(diǎn):重點(diǎn): 可靠性試驗(yàn)難點(diǎn): 可靠性數(shù)據(jù)的分析方法教學(xué)方法與手段:

26、1.教學(xué)方法:教師講授、案例分析 、集體討論、個(gè)別回答、師生互動(dòng)啟發(fā)2.教學(xué)手段:多媒體教學(xué)教案正頁(yè)主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程一、汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集1.數(shù)據(jù)采集和分析的重要性 在維持和改進(jìn)老產(chǎn)品以及開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的過(guò)程中,都需進(jìn)行各種各樣的試驗(yàn),記錄大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù),收集、處理、分析和利用這些數(shù)據(jù)是非常重要的??煽啃詳?shù)據(jù)的全面性、大量性和不確切性要求我們對(duì)數(shù)據(jù)必須進(jìn)行系統(tǒng)地收集、認(rèn)真地研究和科學(xué)地管理。u數(shù)據(jù)是可靠性工程的基礎(chǔ),只有掌握完整、準(zhǔn)確的可靠性數(shù)據(jù),才能進(jìn)行可靠性評(píng)定;v對(duì)老產(chǎn)品可靠性評(píng)定的結(jié)果,又是對(duì)新產(chǎn)品可靠性預(yù)測(cè)的依據(jù)??煽啃赃^(guò)程貫徹在從產(chǎn)品的計(jì)劃、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造到使用維修的整個(gè)過(guò)程,因

27、此,對(duì)整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)都要進(jìn)行收集和分析??煽啃詳?shù)據(jù)按產(chǎn)生的階段分為:設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段和使用維修階段。u設(shè)計(jì)階段: 收集并分析同類產(chǎn)品的故障數(shù)據(jù),可對(duì)新車、總成和零件的可靠性進(jìn)行預(yù)測(cè),這種預(yù)測(cè)有利于設(shè)計(jì)方案的對(duì)比和選擇; 該階段可靠性研究和試驗(yàn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù),只能作為分析產(chǎn)品的初始可靠性,對(duì)于故障模式和可靠性增長(zhǎng)規(guī)律,不宜用此階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性評(píng)定,因?yàn)樵O(shè)計(jì)尚不成熟,技術(shù)狀況和試驗(yàn)條件變化較大,試驗(yàn)數(shù)據(jù)也較少。 v生產(chǎn)階段: 為了對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制,必須定期或不定期地進(jìn)行抽樣試驗(yàn),來(lái)確定產(chǎn)品合格與否,從而指導(dǎo)生產(chǎn)、保證質(zhì)量。 由于生產(chǎn)階段的產(chǎn)品數(shù)量和試驗(yàn)數(shù)量大大增加,這種數(shù)據(jù)對(duì)可靠性

28、的評(píng)定就反映了設(shè)計(jì)與制造水平。w使用和維修階段: 使用和維修階段的可靠性數(shù)據(jù)收集與分析,對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造評(píng)價(jià)最有權(quán)威性,因?yàn)槭褂秒A段車輛的使用條件真實(shí)、數(shù)量較多,是可靠性評(píng)定的主要數(shù)據(jù)來(lái)源。1.數(shù)據(jù)采集的方法和注意事項(xiàng)數(shù)據(jù)采集的方法u對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員分發(fā)報(bào)表并定期回收。v組織專門(mén)測(cè)定可靠性的人員進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)u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。v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(kāi)始前,要盡可能制訂出明確的故障判

29、別標(biāo)準(zhǔn)。w時(shí)間的記錄:可靠性中所說(shuō)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(lái)說(shuō),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。x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。y維修條件:使用條件相同而維修條件不同,產(chǎn)品的故障率會(huì)相差兩倍之多。維修條件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。z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。二、可靠性試驗(yàn)簡(jiǎn)介ë道路試驗(yàn)ë臺(tái)架試驗(yàn)ëGB/T12678-1990汽車可靠性行駛試驗(yàn)方法 GB/T12534

30、汽車道路試驗(yàn)通則 GB7031車輛振動(dòng)輸入 道路平面度表示方法1.可靠性試驗(yàn)的目的u為研制新產(chǎn)品、發(fā)現(xiàn)其弱點(diǎn)以改進(jìn)設(shè)計(jì);v為確認(rèn)零件的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū);w為接受產(chǎn)品和保證產(chǎn)品質(zhì)量;x為審查制造工藝的好壞等。 2.可靠性試驗(yàn)分類 可靠性試驗(yàn)方法多達(dá)百余種,常用的也有2030種。由于可靠性試驗(yàn)不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,而且還要消耗相當(dāng)?shù)馁Y金。因此,采用正確而又恰當(dāng)?shù)姆椒?,不僅有利于保證和提高產(chǎn)品的可靠性,而且能大量節(jié)約時(shí)間、人力和費(fèi)用。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)壽命試驗(yàn)按試驗(yàn)條件分為:u臺(tái)架加速

31、壽命試驗(yàn)ë破壞性試驗(yàn)是在規(guī)定條件下投入一定數(shù)量的樣品進(jìn)行壽命試驗(yàn),記錄有關(guān)樣品的失效時(shí)間;ë非破壞性試驗(yàn)一般是對(duì)轎車和價(jià)格高的重要零件進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)。 臺(tái)架試驗(yàn)由于試驗(yàn)條件穩(wěn)定,容易獲得良好的效果。v試驗(yàn)場(chǎng)加速壽命試驗(yàn) 使汽車在高速環(huán)行路和其他多種路面(各種石塊路、比利時(shí)路、各種卵石路、搓板路)等壞路上進(jìn)行強(qiáng)化的加速壽命試驗(yàn)。以確認(rèn)強(qiáng)度構(gòu)件在行駛中的安全性。 此外,為確認(rèn)綜合的耐久可靠性,對(duì)行駛各種路面,如砂石、泥水、鹽水、轉(zhuǎn)彎、爬坡、高速環(huán)行路等適當(dāng)組合進(jìn)行程序試驗(yàn)。2)壽命試驗(yàn)按試驗(yàn)性質(zhì)分為:u貯存壽命試驗(yàn) 產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件下,進(jìn)行非工作狀態(tài)的存在試驗(yàn)稱為貯存試驗(yàn)

32、。其目的是為了了解產(chǎn)品在特定的環(huán)境條件下貯存的可靠度。v工作壽命試驗(yàn) 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下作加負(fù)載的工作試驗(yàn)稱為工作壽命試驗(yàn)。它分為靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。ë 靜態(tài)試驗(yàn)是加額定載荷的壽命試驗(yàn),通過(guò)靜態(tài)試驗(yàn)可以了解產(chǎn)品在額定應(yīng)力下工作的可靠性,不過(guò)它難以反映產(chǎn)品在實(shí)際工作狀態(tài)下的可靠性。ë動(dòng)態(tài)試驗(yàn)是模擬產(chǎn)品在實(shí)際工作狀態(tài)下的試驗(yàn),它與產(chǎn)品的實(shí)際工作狀態(tài)是非常接近的,故它的準(zhǔn)確度比靜態(tài)試驗(yàn)的高,但動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的設(shè)備比較復(fù)雜,費(fèi)電較高。w加速壽命試驗(yàn) 加速壽命試驗(yàn)是在既不改變產(chǎn)品的失效機(jī)理又不增加新的失效因素的前提下,提高試驗(yàn)應(yīng)力,加速產(chǎn)品失效因素的作用,加速產(chǎn)品的失效過(guò)程,促使產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效。 加速壽命試驗(yàn)可以縮短試驗(yàn)周期,節(jié)省費(fèi)用,快速對(duì)產(chǎn)品的可靠性作出評(píng)價(jià)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,可以預(yù)測(cè)正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。 按試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力施加的方式可分為;恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)等。4)壽命試驗(yàn)按失效情況分為:u完全壽命試驗(yàn) 試驗(yàn)進(jìn)行到投試樣品完全失效為止。v截尾壽命試驗(yàn)(不完全壽命試驗(yàn))ë無(wú)替換定時(shí)截尾試驗(yàn)(n,無(wú),t0) 在不補(bǔ)充失效樣品的前提下,當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間t0就停止的試驗(yàn)。ë無(wú)替換定數(shù)截尾試驗(yàn)(n,無(wú),r) 在不補(bǔ)充失效樣品的前提下,當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的失效數(shù)r就停止的試驗(yàn)。&#

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