汽车可靠性试验概述
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检查与图纸规定的尺寸、材料、技术条件是否一致 应力强度计算：审核设计、强度复核 试验分析：应力测试试验、台架可靠性试验。
Page 34
常见失效模式及诱发原因
Page 35
做出结论，提出对策
综合分析资料，确定失效模式，找出失效诱因。 确定原因属于产品、环境还是人为因素。 确定原因属于设计、制造还是使用。 针对失效原因，提出改进建议。
Page 50
失效分析实例
做出结论，提出对策 对策：
对倒角区域进行感应淬火，形成具有高硬度和良好耐磨性 的回火马氏体结构。 加强对机加工和研磨工艺的控制，避免曲轴的早期失效。 增大倒角半径，减少曲轴材料局部区域的金属学缺陷。
Page 51
报告小结
汽车可靠性试验的基本知识 试验中需要注意的问题 试验评价的内容 失效分析的基本思路及实例
断口展现出明显的 疲劳失效的特征。 曲柄销曲柄臂的倒 角处有多处疲劳裂 纹。
Page 45
失效分析实例
断口的微观检查(3号曲轴)
距表面很近的地方，有一些很长 另一区域的表面，有金属剥落的迹
的不连续的裂缝。
象，剥落处伴随着疲劳的传播。
二者都加剧了疲劳裂纹的生成。
Page 46
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式 应力强度计算：审核设计、强度复核
Page 4
可靠性试验的分类
可靠性试验
整车 行驶试验
台架 模拟试验
破坏性试验
寿命试验 临界试验
正常使用试验 加速寿命试验 强制老化试验
非破坏性试验
实际使用试验 搁置失效试验
Page 5
环境试验 正常使用试验
整车行驶试验
主要指整车可靠性和耐久性试验。 要求：具有固定路形的特殊可靠性道路（如 石块路、卵石路、鱼鳞坑路、搓板路、扭曲路、 凸块路、沙槽、水池、盐水池等）、变速跑道、 坡道、砂土路等。 相关标准： 汽车可靠性行驶试验方法（GB/T 126781990）； 汽车耐久性行驶试验方法（GB/T 126791990）。
基本知识 试验评价 失效分析
Page 18
试验评价
评价指标的计算
原则：整车只计算本质故障，同一零部件发生几次相同模 式的故障则只计算一次，各子系统除计算本系统发生的所 有本质故障外，还须计算由于其连接、协调、匹配不当造 成其他子系统发生的故障。
评价参数：平均故障间隔里程MTBF、平均当量故障数Cr
断口的微观检查(1号曲轴)
在倒角区域下，有 一些分散的裂纹， 圆角区域之下（由 表面向深层）可见 晶粒间自然形成的 分散的细小裂纹， 能谱分析检测颗粒 边界未见有害元素 。疲劳产生的原因 是初始疲劳阶段的 应力过大。
Page 44
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
断口的宏观检查(3号曲轴)
Page 28
确定失效对象的状态
失效源区分析原则
失效源区在缝隙最宽处 失效源区在两组人字形纹汇合处 失效源区在放射棱线发源处 断口上有疲劳弧线发源地为失效源区 断口上有生锈痕迹，可判断为旧痕，可能是失效源区
Page 29
失效源区分析原则
失效源区在裂缝最宽处
Page 30
失效源区分析原则
失效源区在两组人字形纹汇合处
协作产品验收和质量检查。 分为：计数抽样、计量抽样。
一次抽样、多次抽样、序贯抽样。
Page 12
可靠性抽样试验
抽样试验的基本原理
从n个产品中抽取k个产品进行可靠性试验,规定一个判定数c
当不合格品数k<=c时，产品合格； 当不合格品数k>c时，产品不合格。
若产品的实际不合格率为P，产品被判定为合格的概率：
Page 47
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式 应力强度计算：审核设计、强度复核
Page 48
失效分析实例
应力强度计算：审核设计、强度复核
初始疲劳：经过计算得到初始疲劳应力为175MPa，即 175MPa的应力会使曲柄销倒角处产生初始疲劳。
使疲劳裂纹传播的应力：使初始疲劳裂纹传播的应力均值为 160MPa，最小应力值为80MPa。
可靠性 试验？
试验对象是否可修 可靠性试验规范体系 零部件可靠性试验 试验载荷的选择 试验样品的质量检查 试验数据的完整与准确 试验结果进行分析 注意试验安全
Page 11
可靠性抽样试验
从批量产品中抽取部分样品进行实验，以此来判断 产品的可靠性是否达到要求的方法叫做可靠性抽样 试验。 主要用于：产品的生产鉴定；
c
LP Cnk Pk 1 P nk k 0
假定有两个不合格率：
合格可靠性水平P0，极限可靠性水平P1。 1-L(P0):厂方风险；L(P1)：用方风险。
Page 13
可靠性抽样试验
福特公司批检验抽样表
Page 14
可靠性抽样试验
汽车零部件威布尔分布计量一次抽样
t tR
ln Rt1 m
ln R
失效分析实例
收集背景数据及使用条件
Page 38
失效分析实例
收集背景数据及使用条件
Page 39
分析失效源区
失效分析实例
Page 40
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
化学成分分析、金相组织分析
Page 41
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
金相组织分析： 轴颈和曲柄销的微观组织结构均为回火马氏体。 失效区域的铁素体-珠光体结构大概包含60%的铁素体， 在微观结构中还可以见到一些铁素体带。
失效是什么？ 失效分析是什么？ 失效分析的方法
Page 22
失效是什么
发生下列情况之一时，机械产 品被定义为失效： (1)完全失去规定的功能； (2)仍然可用，但是不再能够良 好地执行其原定的功能； (3)严重的损伤，使其在继续使 用中失去可靠性及安全性，因 而需要立即从服役中拆除进行 修理成调换。
疲劳失效的时间估计：假设使疲劳出现的循环次数为107， 载荷频率为90,000/h，计算得初始疲劳出现的时间约为 110h，疲劳裂纹传播的时间约为35h，则疲劳失效的总时 间约为150h。
Page 49
失效分析实例
做出结论，提出对策 结论：
曲轴材料的化学成分和拉伸特性均符合规定。 对给定的化学成分和热处理方法，冲击特性也是合理的。 曲轴的失效均由疲劳引起。 疲劳失效的源区在曲柄销和曲柄臂的倒角处。 正常情况下，能够引发初始疲劳的应力值为175MPa。 表面或表面下层的状况会影响初始疲劳出现的应力值，1 号和3号曲轴，引发初始疲劳的应力值为160MPa。 使初始疲劳裂纹传播的应力均值为160MPa，最小应力值 为80MPa。
Page 23
机械零件的失效分类
变形失效
机械零件失效
断裂失效
表面损伤失效
过量弹性变形 过量塑性变形
脆性断裂 塑性断裂 环境介质引起
的断裂 疲劳断裂 蠕变持久断裂 磨损失效
腐蚀失效
Page 24
高应变 低周疲劳
低应变 高周疲劳
腐蚀疲劳
热疲劳
失效分析是什么？
也称故障分析，指在失效事件发生之后，分析引起 产品失效的原因，并提出对策，以防止其再发生的 技术活动和管理活动。 目的：通过失效分析，找出失效原因，提出防止失 效的措施，然后反馈到产品设计、制造部门，以提 高产品的质量、可靠性与耐久性，并能防止同类失 效再次发生。
M TBF0 M TBF1
22r 2, 22r 2,1
只要事先规定好MTBF0、MTBF1、α、β，就可以 求出满足该式的故障数r，也就是判定数c。
2T 22r 2,1
M TBF0
2T 22r 2,
M TBF1
求出必须的试验总时间T，从而确定抽样方案。
Page 17
主要内容
汽车可靠性试验概述
主要内容
基本知识 试验评价 失效分析
Page 2
基本知识
可靠性试验的目的 可靠性试验的分类 快速可靠性试验 试验中应注意的问题 可靠性抽样试验
Page 3
可靠性试验的目的
可靠性试验是为了提高或确认产品、装 置及零件的可靠性进行的试验的总称。
其目的是：
对汽车及其零部件可靠性水平的评估和考核； 对批量产品或外加工产品进行验收； 对试验结果进行失效机理分析； 储备设计所需资料，探索发展方向，为新产品的 开发积累经验。
MTBF nt r
n
i ri
Cr
i1
n
n-试验车样车数； r-1、2、3类故障的总数； t-试验截止里程。
ri-子系统发生第i类故障数；
i-第i类故障当量故障数。
Page 19
试验评价
评价指标限值 基本车型评价限值
Page 20
主要内容
基本知识 试验评价 失效分析
Page 21
失效分析
Page 31
失效源区分析原则
失效源区在放射棱线发源处
Page 32
失效源区分析原则
断口上有疲劳弧线发源地为失效源区
Page 33
分析确定失效原因
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
断口的宏观检查、微观检查； 化学成分分析、金相组织分析
利用同批次未失效件进行分析
无损探伤、检查表面硬度和零件尺寸等
Page 27
确定失效对象的状态
先导失效件判别原则
相邻两块残骸有被其他残块碰 撞时留下的划痕，表明二者不 是先导失效件。 零件表面加工原则。相互碰撞 的零件会留下对方的印痕。 T 型法则：在一个零件上有两 条相交的裂纹，则A裂纹在先， B裂纹在后。 分叉法则：将残骸拼凑后，形 成如图所示的裂纹分叉情况， 则汇合裂纹在前，分叉裂纹在 后。裂纹沿箭头方向发展。
Page 36
失效分析实例
收集背景数据及使用条件 某型柴油机曲轴较为频繁的出现早期失效，表现形 式为断裂。该柴油机为两缸、35HP。 失效的时间从30h到700h不等。 曲轴材料为C45钢，锻造而成 ，机加工之前已具有 BH 180-207。 曲轴的轴颈和曲柄臂均进行了表面感应淬火(25mm)。
Page 37
c
Lt tR Cnk 1 Rtk Rt nk
k 0
Lt tR
当给定m、R、tR、β时，即可确定批产品合格所对 应的t/tR、n、c的关系，制作威布尔分布抽样试验
表。
Page 15
可靠性抽样试验
R 0.9;m 0.6; 0.9
Page 16
可靠性抽样试验
汽车整车指数分布计量一次抽样
Page 25
失效分析的方法
确定失效对象的状态 分析确定失效原因 做出结论，提出对策
Page 26
确定失效对象的状态
收集背景数据及使用条件 环境，汽车载荷、速度、道路、交通状况，使用 的油料，操作情况，行驶里程，损坏件出厂日期、 厂家等等。 对失效部件进行残骸分析及初步检查 找出失效的先导失效件和失效源。
曲轴的化学成分和热处理过程均符合要求。
Page 42
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
断口的宏观检查
断口展现出明显的 疲劳失效的特征。 曲柄销曲柄臂的倒 角处有疲劳裂纹。 初始的区域相对光 滑并且没有显示出 异常的长/深的裂 纹。
Page 43
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
Page 6
汽车试验场
Page 7
不同车型的试验道路种类与长度
Page 8
台架模拟试验
使实际工作状态在试验室再现的一种方法，包括总成试 验和零件试验。
总成试验：发动机、离合器、变速器、转向器和后桥等。 零件试验：一般针对外协外购件。 相关标准： 汽车发动机可靠性试验方法(GB/T 19055-2003)； 汽车转向器总成试验方法(QC/T 29096-92)； 汽车动力转向器总成台架试验方法(QC/T529-2000 )。
Page 9
快速可靠性试验
由于汽车及其零部件的使用寿命很长，用常规的试 验条件进行可靠性试验需要耗费很多资金与时间， 因此大量采用快速可靠性试验方法。 分为：增大应力法；
浓缩应力法； 增加试样； 贝叶斯法。 原则：故障模式一致性； 子系统故障分布相近； 确定快速系数。
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可靠性试验中应注意的问题
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
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常见失效模式及诱发原因
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做出结论，提出对策
综合分析资料，确定失效模式，找出失效诱因。 确定原因属于产品、环境还是人为因素。 确定原因属于设计、制造还是使用。 针对失效原因，提出改进建议。
Page 50
失效分析实例
做出结论，提出对策 对策：
对倒角区域进行感应淬火，形成具有高硬度和良好耐磨性 的回火马氏体结构。 加强对机加工和研磨工艺的控制，避免曲轴的早期失效。 增大倒角半径，减少曲轴材料局部区域的金属学缺陷。
Page 51
报告小结
汽车可靠性试验的基本知识 试验中需要注意的问题 试验评价的内容 失效分析的基本思路及实例
断口展现出明显的 疲劳失效的特征。 曲柄销曲柄臂的倒 角处有多处疲劳裂 纹。
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失效分析实例
断口的微观检查(3号曲轴)
距表面很近的地方，有一些很长 另一区域的表面，有金属剥落的迹
的不连续的裂缝。
象，剥落处伴随着疲劳的传播。
二者都加剧了疲劳裂纹的生成。
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失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式 应力强度计算：审核设计、强度复核
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可靠性试验的分类
可靠性试验
整车 行驶试验
台架 模拟试验
破坏性试验
寿命试验 临界试验
正常使用试验 加速寿命试验 强制老化试验
非破坏性试验
实际使用试验 搁置失效试验
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环境试验 正常使用试验
整车行驶试验
主要指整车可靠性和耐久性试验。 要求：具有固定路形的特殊可靠性道路（如 石块路、卵石路、鱼鳞坑路、搓板路、扭曲路、 凸块路、沙槽、水池、盐水池等）、变速跑道、 坡道、砂土路等。 相关标准： 汽车可靠性行驶试验方法（GB/T 126781990）； 汽车耐久性行驶试验方法（GB/T 126791990）。
基本知识 试验评价 失效分析
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试验评价
评价指标的计算
原则：整车只计算本质故障，同一零部件发生几次相同模 式的故障则只计算一次，各子系统除计算本系统发生的所 有本质故障外，还须计算由于其连接、协调、匹配不当造 成其他子系统发生的故障。
评价参数：平均故障间隔里程MTBF、平均当量故障数Cr
断口的微观检查(1号曲轴)
在倒角区域下，有 一些分散的裂纹， 圆角区域之下（由 表面向深层）可见 晶粒间自然形成的 分散的细小裂纹， 能谱分析检测颗粒 边界未见有害元素 。疲劳产生的原因 是初始疲劳阶段的 应力过大。
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失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
断口的宏观检查(3号曲轴)
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确定失效对象的状态
失效源区分析原则
失效源区在缝隙最宽处 失效源区在两组人字形纹汇合处 失效源区在放射棱线发源处 断口上有疲劳弧线发源地为失效源区 断口上有生锈痕迹，可判断为旧痕，可能是失效源区
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失效源区分析原则
失效源区在裂缝最宽处
Page 30
失效源区分析原则
失效源区在两组人字形纹汇合处
协作产品验收和质量检查。 分为：计数抽样、计量抽样。
一次抽样、多次抽样、序贯抽样。
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可靠性抽样试验
抽样试验的基本原理
从n个产品中抽取k个产品进行可靠性试验,规定一个判定数c
当不合格品数k<=c时，产品合格； 当不合格品数k>c时，产品不合格。
若产品的实际不合格率为P，产品被判定为合格的概率：
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失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式 应力强度计算：审核设计、强度复核
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失效分析实例
应力强度计算：审核设计、强度复核
初始疲劳：经过计算得到初始疲劳应力为175MPa，即 175MPa的应力会使曲柄销倒角处产生初始疲劳。
使疲劳裂纹传播的应力：使初始疲劳裂纹传播的应力均值为 160MPa，最小应力值为80MPa。
可靠性 试验？
试验对象是否可修 可靠性试验规范体系 零部件可靠性试验 试验载荷的选择 试验样品的质量检查 试验数据的完整与准确 试验结果进行分析 注意试验安全
Page 11
可靠性抽样试验
从批量产品中抽取部分样品进行实验，以此来判断 产品的可靠性是否达到要求的方法叫做可靠性抽样 试验。 主要用于：产品的生产鉴定；
c
LP Cnk Pk 1 P nk k 0
假定有两个不合格率：
合格可靠性水平P0，极限可靠性水平P1。 1-L(P0):厂方风险；L(P1)：用方风险。
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可靠性抽样试验
福特公司批检验抽样表
Page 14
可靠性抽样试验
汽车零部件威布尔分布计量一次抽样
t tR
ln Rt1 m
ln R
失效分析实例
收集背景数据及使用条件
Page 38
失效分析实例
收集背景数据及使用条件
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分析失效源区
失效分析实例
Page 40
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
化学成分分析、金相组织分析
Page 41
失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
金相组织分析： 轴颈和曲柄销的微观组织结构均为回火马氏体。 失效区域的铁素体-珠光体结构大概包含60%的铁素体， 在微观结构中还可以见到一些铁素体带。
失效是什么？ 失效分析是什么？ 失效分析的方法
Page 22
失效是什么
发生下列情况之一时，机械产 品被定义为失效： (1)完全失去规定的功能； (2)仍然可用，但是不再能够良 好地执行其原定的功能； (3)严重的损伤，使其在继续使 用中失去可靠性及安全性，因 而需要立即从服役中拆除进行 修理成调换。
疲劳失效的时间估计：假设使疲劳出现的循环次数为107， 载荷频率为90,000/h，计算得初始疲劳出现的时间约为 110h，疲劳裂纹传播的时间约为35h，则疲劳失效的总时 间约为150h。
Page 49
失效分析实例
做出结论，提出对策 结论：
曲轴材料的化学成分和拉伸特性均符合规定。 对给定的化学成分和热处理方法，冲击特性也是合理的。 曲轴的失效均由疲劳引起。 疲劳失效的源区在曲柄销和曲柄臂的倒角处。 正常情况下，能够引发初始疲劳的应力值为175MPa。 表面或表面下层的状况会影响初始疲劳出现的应力值，1 号和3号曲轴，引发初始疲劳的应力值为160MPa。 使初始疲劳裂纹传播的应力均值为160MPa，最小应力值 为80MPa。
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机械零件的失效分类
变形失效
机械零件失效
断裂失效
表面损伤失效
过量弹性变形 过量塑性变形
脆性断裂 塑性断裂 环境介质引起
的断裂 疲劳断裂 蠕变持久断裂 磨损失效
腐蚀失效
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高应变 低周疲劳
低应变 高周疲劳
腐蚀疲劳
热疲劳
失效分析是什么？
也称故障分析，指在失效事件发生之后，分析引起 产品失效的原因，并提出对策，以防止其再发生的 技术活动和管理活动。 目的：通过失效分析，找出失效原因，提出防止失 效的措施，然后反馈到产品设计、制造部门，以提 高产品的质量、可靠性与耐久性，并能防止同类失 效再次发生。
M TBF0 M TBF1
22r 2, 22r 2,1
只要事先规定好MTBF0、MTBF1、α、β，就可以 求出满足该式的故障数r，也就是判定数c。
2T 22r 2,1
M TBF0
2T 22r 2,
M TBF1
求出必须的试验总时间T，从而确定抽样方案。
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主要内容
汽车可靠性试验概述
主要内容
基本知识 试验评价 失效分析
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基本知识
可靠性试验的目的 可靠性试验的分类 快速可靠性试验 试验中应注意的问题 可靠性抽样试验
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可靠性试验的目的
可靠性试验是为了提高或确认产品、装 置及零件的可靠性进行的试验的总称。
其目的是：
对汽车及其零部件可靠性水平的评估和考核； 对批量产品或外加工产品进行验收； 对试验结果进行失效机理分析； 储备设计所需资料，探索发展方向，为新产品的 开发积累经验。
MTBF nt r
n
i ri
Cr
i1
n
n-试验车样车数； r-1、2、3类故障的总数； t-试验截止里程。
ri-子系统发生第i类故障数；
i-第i类故障当量故障数。
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试验评价
评价指标限值 基本车型评价限值
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主要内容
基本知识 试验评价 失效分析
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失效分析
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失效源区分析原则
失效源区在放射棱线发源处
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失效源区分析原则
断口上有疲劳弧线发源地为失效源区
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分析确定失效原因
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
断口的宏观检查、微观检查； 化学成分分析、金相组织分析
利用同批次未失效件进行分析
无损探伤、检查表面硬度和零件尺寸等
Page 27
确定失效对象的状态
先导失效件判别原则
相邻两块残骸有被其他残块碰 撞时留下的划痕，表明二者不 是先导失效件。 零件表面加工原则。相互碰撞 的零件会留下对方的印痕。 T 型法则：在一个零件上有两 条相交的裂纹，则A裂纹在先， B裂纹在后。 分叉法则：将残骸拼凑后，形 成如图所示的裂纹分叉情况， 则汇合裂纹在前，分叉裂纹在 后。裂纹沿箭头方向发展。
Page 36
失效分析实例
收集背景数据及使用条件 某型柴油机曲轴较为频繁的出现早期失效，表现形 式为断裂。该柴油机为两缸、35HP。 失效的时间从30h到700h不等。 曲轴材料为C45钢，锻造而成 ，机加工之前已具有 BH 180-207。 曲轴的轴颈和曲柄臂均进行了表面感应淬火(25mm)。
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c
Lt tR Cnk 1 Rtk Rt nk
k 0
Lt tR
当给定m、R、tR、β时，即可确定批产品合格所对 应的t/tR、n、c的关系，制作威布尔分布抽样试验
表。
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可靠性抽样试验
R 0.9;m 0.6; 0.9
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可靠性抽样试验
汽车整车指数分布计量一次抽样
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失效分析的方法
确定失效对象的状态 分析确定失效原因 做出结论，提出对策
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确定失效对象的状态
收集背景数据及使用条件 环境，汽车载荷、速度、道路、交通状况，使用 的油料，操作情况，行驶里程，损坏件出厂日期、 厂家等等。 对失效部件进行残骸分析及初步检查 找出失效的先导失效件和失效源。
曲轴的化学成分和热处理过程均符合要求。
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失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
断口的宏观检查
断口展现出明显的 疲劳失效的特征。 曲柄销曲柄臂的倒 角处有疲劳裂纹。 初始的区域相对光 滑并且没有显示出 异常的长/深的裂 纹。
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失效分析实例
残骸的理化性能检验分析，确定失效模式
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汽车试验场
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不同车型的试验道路种类与长度
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台架模拟试验
使实际工作状态在试验室再现的一种方法，包括总成试 验和零件试验。
总成试验：发动机、离合器、变速器、转向器和后桥等。 零件试验：一般针对外协外购件。 相关标准： 汽车发动机可靠性试验方法(GB/T 19055-2003)； 汽车转向器总成试验方法(QC/T 29096-92)； 汽车动力转向器总成台架试验方法(QC/T529-2000 )。
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快速可靠性试验
由于汽车及其零部件的使用寿命很长，用常规的试 验条件进行可靠性试验需要耗费很多资金与时间， 因此大量采用快速可靠性试验方法。 分为：增大应力法；
浓缩应力法； 增加试样； 贝叶斯法。 原则：故障模式一致性； 子系统故障分布相近； 确定快速系数。
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可靠性试验中应注意的问题
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