工机的可靠性与维修性

λ（t）
新产品
大修1
大修2 t
（4）、举例： 已知： 一批产品100 件，当工作到5000h 时，失效6件，工作到 6000h时，总失效数为 8件， 求： 该批产品工作到 5000h的故障率？ 解：
λ(t) λ(5000) Δn(t) [N n(t)]Δt 8 6 (100 6) 1000 2.13%/1000
二、工机的可靠性 1、定义：规定的产品在规定条件下、在规定时间内、 完成规定功能的能力（四要素：产品、条件、时间、 功能）。 对工机而言，其产品包括：整车、部件、零件， 它们都是可靠性研究的对象。 ★ 规定的产品是指：目标对象——设计、制造、 生产、使用、维护、保养、修理都在研究范围之内 ★ 规定条件是指：工机产品的工作条件，包括气 候、道路等的环境条件；载荷性质、种类、行驶速度等 的运行条件；维修方式、水平、制度等的维修条件。 ★ 规定的时间是指：工机行驶的保用期、第一期 大修里程、报废期等，可以用时间单位来表示，也可用 行驶里程数表示。
3、可靠性的内容 （1）、无故障性——在某一时间段内，规定的产品对象 连续保持其规定工作能力的性质 （2）、耐久性——规定的产品对象在到达报废之前， 保持其工作能力的性能
三、故障与可靠性的关系
1、故障是随机发生的事件，其发生率必须用概率论与 数理统计的方法进行研究，所以，可靠性也是如此 2、故障和可靠性属于同一事物的两个方面。 3、在进行批量维修时，必须建立故障概率密度函数， 研究其各阶段的分布规律，分析其与可靠度的关 系，以便对重要机件或整机的实用性能、可靠程度、 安全系数、使用寿命等进行科学合理的统计、评估和预测， 最终目的是以期对工机的检测和维修提供合理的理论指导。
4、故障类型（08工机协会颁布）
（1）、按故障成因分 ①、人为故障（使用、修理、保养和保管中：着火再启动、延安高速 甲醇、密云水库、嶂石岩三码等） ②、自然故障（？南京水泥罐车、上海旅行社赴美） （2）、按故障的危害（严重）程度分 ①、致命故障（？） ②、严重故障（？） ③、一般故障（？） ④、轻微故障（？） （3）、按故障发生的进程分 ①、渐进型故障（？） ②、突发性故障（？）
4、平均寿命 u （1）、定义：指工机平均故障间隔时间（里程） （2）、类型： ①、MTBF（ Mean Time Between Failures ） ②、MTTF ( Mean Time To Failure) （3）、计算方法：
N t u MTBF r
式中，N 为样机数，t 为检验截止时的时间，r 为检 验期内 N 件产品的故障总数。若 r = 0，怎么办？
（3）、故障率函数的基本类型
①、常数型（一 般指突发性故障： 油系管路崩裂； 电系熔丝熔断等） ②、负指数型（渐减 型：一般指大型复杂 系统故障：如紧固件、 大型自动化铸造生产 线等）
λ
λ
t
t
③、正指数分布型 （渐增型，一般指 工机的机械系统， 如：驱动桥等）
④、抛物线型（部 分质量低劣的假冒 伪劣产品）
（4）、举例： 已知：有10台推土机，4000h内的总故障数为210次， 求： 这批推土机的平均寿命 解：
u MTBF Nrt 10 4000 190.46h 210
而且必须把“=”改为“＞”ห้องสมุดไป่ตู้
注意：若r = 0，则按r =1计算，
四、工机的可靠性指标
工机的可靠性是它所具有的质量、寿命方面的一 种能力。它可以从不同角度、用不同的评价指标来描述， 常用的可靠性评价指标如下： ⑴、可靠度 ⑵、不可靠度（又称故障概率、失效度、累积失效 概率） ⑶、故障概率密度函数 ⑷、故障率（失效率） ⑸、平均寿命 ⑹、有效度
1、可靠度 R（t ）—— Reliability （time） （1）、定义：实现“四规” 功能的概率—是工机可靠 性的 概率量度 （2）、例如：100件油泵总 成，5000h时有17件失效， 则： R（t ）=R（5000）= （100-17）/100=83% （3）、线图：按上例中给定 若干时间点，就可以绘出 工机可靠度曲线
λ λ
t
t
⑤、浴盆型（绝大多数工机整机、汽车整车以及工机、 汽车发动机一般均按此规律分布——A为早期故障期… 此阶段称为磨合期； B为偶然故障期…此阶段的时间长 短称为有效寿命；C为损耗故障期… 此阶段为老化期； 请注意各阶段的特点）
λ
A B
C
t
★★★附：小知识—— 我国现行的国家标准规定，若按工机的整个 经济使用寿命来计算的话，则工机整个经济使用 寿命期中故障率的走势是：
内失效的概率 故障概率密度—产品对象在某一时间区段内的 失效概率 故障率— t 时刻后，单位时间内的失效概率
△t
t
（2）、解释：设有 N 个产品对象，从0时刻 开始工作，到 t 时刻 时，有 n(t) 个产品失 效，则 t 时刻后仍未 失效的产品个数为：
Δn(t) λ(t) [N n(t)]Δt Δn(t) N [N n(n)]Δt N-n(t) ; 假设在（t— t+△t） N 单位时间内又有 △n(t) Δn(t) 1 个产品失效，则，定 NΔt [N n(t)] 义： N t 时刻的失效率为： 1 f(t) f(t) R(t) R(t)
★★★附：小知识——故障率的单位 国内使用单位： x%/1000h，1000小时的百分数 国外使用单位：
Fit (Failure instance /time)
失效事件的百分比率／工作时间
1Fit=10-6/1000h=10-9/h （汽车的故障率单位是x%/1000km） （工机的故障率单位是x%/1000h）
第二章 工机的可靠性与维修性
§2-1 工机的故障与可靠性指标：故障的类型， 描述可靠性的基本指标 §2-2 工机故障的分布规律 ：指数分布规律 §2-3 系统可靠性及其应用：多个单元组成的系 统的可靠性计算 §2-4 工机的维修性：描述维护和修理性能的指 标 重要概念 简单计算 复习思考题
一、工机故障及其类型 1、故障定义：机械产品不能实现其规定的部分或全部 功能的现象。 malfunction breakdown trouble failure strand fault hitch glitch bug on the blink run aground 2、常见故障现象： （1）、工作异常 （举例？） （2）、声音异常（？） （3）、气味异常（？） （4）、排放异常（？） （5）、温度异常（？） （6）、油料消耗异常（？） （7）、“一断”、“二开”、“三松”、“四磨”、 “五漏”
f(t)
0
500
1000
t
④、解释：设有N个产品对象，在测定故障频率时，将 时间分成若干小区间：0-t1 , t1-t2 , t2-t3 , … tn-1-tn , 则，第i个区间段内的故障频率应为△n(ti)/△ti ，（其 中， △n(ti)为第i个区间段内的故障数， △ti 为第i个 区间段内的持续时间），因此，在△ti内，故障概率 密度（单位工件在△ti内的故障频率）为△n(ti)/△ti N 所以，可以对其再定义——用 t 为横坐标，用 △n(ti)/△ti N 为纵坐标所绘制的曲线为故障概率密度 曲线，该曲线所描绘的函数称为故障概率密度函数
一批产品经过1,000小时工作后，如只有1％失效， 已能满足一般市场需求，但与精密科技的标准相差仍极 远。衡量产品失效的机率是以「失效率」（failure rate） 表示，形式是失效百分比率／工作时间。例如上述产品 的失效率是 0.01/1000小时，或10-5/小时。衡量精密科 学设备的失效率是以「非特」（FIT）为单位（此为 failure-instance／time之简写），1非特是10-9/小时， 这相当于1个组件有10亿小时的可靠工作。例如一架每 秒计算100万次的大型电子计算器，含有约5万片集成 电路，若电路的失效率是数千非特（10-6/小时级）， 则计算器连续有效工作时间不会超过二十小时。如果要 求计算器以90％的可靠程度工作一天以上，则电路的失 效率需降至80非特（８×10-８/小时）以下。近年出现 由数十万片组件组成的系统，组件失效率已达到几非特。 将来制造数以百万计的巨大系统，失效率的要求将在1 非特以下。
（5）、 f(t) 与 F(t) 、 R(t) 的关系
F(t) f(t)dt dF(t) f(t) dt R(t) 1 F(t) dR(t) f(t) dt
t 0
三者关系说明
f(t)
F(t2)
R(t1)
F(t1)
R(t2) t1
t2
t
3、故障率（失效率）λ（t） （1）、定义：工作到某一时刻 t 时，仍未失效的产品在 该时刻以后单位时间内发生失效的概率。 故障频率—单位时间区段内的故障个数 故障概率—观察研究过程中的从头至尾的连续时间段
一般工机故障概率线图
F R(t)
F（t）
t
（3）、 F(t) 与R(t)的关系 F(t) +R(t)=1 （4）、 F(t) 与R(t)的计算方法 设一批产品中有 N 件为规定研究对象，若到 t 时刻 时，有n(t)件失效，则还有N-n(t)件产品能够工作，如果 N足够大，则：
N n(t) R(t) N N N n(t) n(t) F(t) 1 R(t) N N N
（5）、故障概率密度函数 f(t)
①、定义：表示故障概率在某一时间段内分布规律的函数 ②、举例：连杆轴瓦100套 ③、线图：
时间段h 0-100 100-200 200-300 300-400 400-500 500-600 600-700 700-800 800-900
失效套数 1 3 10 20 30 20 10 6 3
§2-1 工机的故障与可靠性指标
3、故障模式：
（1）、损坏型故障模式：如断裂、碎裂、开裂、点蚀、 烧蚀、变形、拉伤、龟裂、压痕等。 （2）、退化型故障模式：如老化、变质、剥落、异常磨 损。 （3）、松脱性故障模式：如松动、脱落。 （4）、失调型故障模式：如压力过高或过低，行程失 调，间隙过大或过小，干涉，卡滞。 （5）、堵塞与渗漏型故障模式：如堵塞、气阻、漏油、 漏水、漏气。 （6）、性能衰退型或功能失效型故障模式：如功能失 效、性能衰退、公害超标、异响、过热。
工机的一般可靠度线图 R
t
（4）、R(t)与T的关系 设 T 为产品的固有寿命， 而t为产品规定的使用时间， 则：T＝t、T＞t、T＜t、均有 可能，T＞t是希望，但却是 随机事件。 若再用P（T ＞t ）表示产 品完成规定功能的概率 则由可靠度的定义可知： R(t) = P（T ＞t ） 2、不可靠度（故障概率）F(t) （1）、定义：工机不能实现其 “四规”功能的概率 （2）、线图：
（4）、按显现情况分 ①、功能性故障（？） ②、潜在性故障（？） （5）、按照故障率函数特点分 • ①、早期型故障：产品在使用初期发生的可能性很大， 但随时间的延长而逐渐下降，此类故障多是由于设计、 制造、管理、检验的差错及装配不佳而致。 • ②、偶然型故障：故障发生的可能性较小，一般处于正 常使用期，此类故障多是由于操作疏忽、润滑不良、维 护欠佳、材料隐患、工艺及结构缺陷等原因所至。 • ③、耗损型故障：是指产品经长期使用后，出现老化衰 竭而引起，其随时间的延长而逐渐增加，因此一般在故 障率开始上升前更换或维修将要耗损的零部件，则可以 减少故障率，延长工机的使用寿命。
★规定的功能是指：设计任务书、使用说明书、 定货合同以及国家标准等规定的各种功能和要求，不能 完成规定功能的就是不可靠，称之为发生了故障或失效。 2、表达形式（可靠性的类型）： （1）、固有可靠性（内在可靠性）——在设计、制造 过程中赋予产品的内在质量（只能合理、科学、充分利 用，而不能提高） （2）、使用可靠性（工作可靠性）——工机在使用过 程中所表现出来的质量性能（可以通过科学合理的维护、 保养措施加以提高） （3）、环境可靠性——工机在周围环境的影响下所表现 出的可靠性。