北航14系 保障性分析 大作业

自行车关键结构保障性方案课程：保障性分析技术教师：郭霖翰目录1.引言 (3)1.1.自行车 (3)1.2.自行车的保障方案 (3)2.自行车的结构及部件 (4)2.1.自行车的结构 (4)2.2.自行车的组成 (4)2.3.自行车的部件 (5)3.故障模式影响分析（FMEA） (7)4.维修工作项目确定分析（CMIA） (23)5.使用与维修任务分析（O&MTA） (26)6.结论 (30)1.引言1.1.自行车自行车，又称脚踏车或单车，通常是二轮的小型陆上车辆。

人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是绿色环保的交通工具。

自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中，其基本部件缺一不可。

其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。

按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统：1.导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。

乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。

2.驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。

人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。

3.制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶、确保行车安全。

此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯，支架等部件。

1.2.自行车的保障方案保障性反映系统与保障能力相关的设计特性，是装备的设计特性和计划的保障资源能满足平时战备完好性和战时利用率要求的能力。

保障方案是保障系统的完整的总体描述，它满足装备的保障要求并与设计方案及使用方案相协调。

保障方案的内容包括使用保障方案和维修保障方案，其中使用保障方案是完成使用任务所需的装备保障的描述，包括动用准备方案、能源补充、弹药装挂、储存方式、运输方式和特殊保障；维修保障方案是装备采用的维修级别、维修原则、各级维修级别的主要工作等的描述，包括维修类别、维修级别及任务、维修原则、诊断方案、保障约束条件等。

保障性要求包括：使用和维修人力和人时要求、人员技能水平要求、使用和保障费用要求、在维修级别可修复系统故障的目标比率、使用环境平均停机时间、使用环境再次出动时间、标准化和互操作要求、寿命周期费用、材料贮存要求、和修理级别。

保障性分析是确保保障性要求在装备的设计过程得以考虑的各种技术与方法的综合与应用。

其作用包括：（1）提出和确定与保障有关的设计因素以影响装备设计，使装备设计既满足任务要求又便于实施保障；（2）在研制装备的过程中，尽早的确定影响保障和费用的主导因素，以便确定分析工作的重点，并及时制定改进的目标和解决办法；（3）提出装备使用与维修所需的各类保障资源的要求，以便进行保障资源的研制与采购；（4）利用分析所得的数据资料形成保障性分析记录，建立统一的保障数据库，以便于装备设计和综合保障工作的使用。

装备的保障性分析主要进行两个方面的工作，即确定装备的作战使用特性、保障特性和制定保障性要求，及保障资源要求分析。

国军标中保障性分析的项目包括：（1）100系列，保障性分析的工作的规划与控制，目的是为保障性分析制定计划和提出评审要求；（2）200系列，装备与保障系统的分析，目的是通过与比较系统的对比和保障性、费用、战备完好性主导因素分析，确定保障性初定目标和有关保障性的设计目标值、门限值及约束；（3）300系列，备选方案的制定与评价，目的是优化新研装备的保障方案并研制在费用、进度、性能和保障性之间达到最佳平衡的装备系统；（4）400系列，确定保障资源要求，目的是确认新研装备在使用环境中的保障资源要求并制定停产后保障计划；（5）500系列，保障性评估。

本文主要选取自行主要功能结构的某些部件进行相关的保障性分析，包括故障模式影响分析（FMEA）、以可靠性为中心的维修分析（RCMA）、维修工作项目确定分析（CMIA）和使用与维修任务分析（O&MTA）。

最后根据分析结果，给出简要的自行车建议保障方案。

2.自行车的结构及部件2.1.自行车的结构根据图1所示的自行车（010000）结构图，将自行车按功能划分为三大主要系统：控制系统，如刹车握把、前夹器、变速器等；支架系统，如座垫、上管等；传动系统，如轮胎、链条、飞轮等。

2.2.自行车的组成车体部分：包括车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等，是自行车的主体。

自行车(20张)传动部分包括脚蹬、曲柄、链轮、链条、中轴和飞轮等，由人力踩动脚蹬，通过以上传动件带动车轮旋转，驱车前行。

行动部分：即前后车轮、包括前后轴部件、辐条、轮辋（车圈）、轮胎等。

安全装臵：包括制动器（车闸）、车灯、车铃、反射装臵等。

根据需要，还可增加一些附件，如支架、衣架、保险叉、挡泥板、气筒等。

另外，装有变速机构的运动车、竞赛车、山地车等还装有变速控制器和前后拨链器等。

2.3.自行车的部件车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。

车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架。

由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。

一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型。

外胎：分软边胎和硬边胎两种。

软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。

硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。

外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。

山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深也是适应越野山地用。

脚蹬部件：脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装臵，自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄，牙盘，中轴，链条飞轮，使后轮转动，从而使自行车前进。

因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位臵是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。

脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏。

无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。

脚踏必须转动灵活。

前叉部件：前叉部件在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。

转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。

此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。

前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。

链条：链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。

其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进。

链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。

飞轮：飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。

从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。

单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。

其单级飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后轴和后轮转动，自行车就前进了。

当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使“嗒嗒”声响得更急促。

多级飞轮是自行车变速装臵中的一个重要部件。

多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。

图1 自行车结构图在本文中，主要选取导向系统（010100）的刹车握把（010101）、支架系统（010200）的座垫（010201）、传动系统（010300）的轮胎（010301）和链条（010302）四个部件进行保障性分析。

3.故障模式影响分析（FMEA）在保障性分析中，故障模式影响分析（简称FMEA）的目的是通过系统分析，确定系统、外场可更换单元（LRU）、车间可更换单元（SRU）在设计和制造过程中所有可能的故障模式，以及每一故障模式的原因及影响，以便确定装备的修复性维修工作项目，并给RCMA提供故障模式、原因及影响输入。

通过在保障性分析中执行FMEA，可以提出保障系统的维修保障要求，并得到检测手段、拆装工具、所需备件、人员、技术资料等与规划保障资源相关的信息。

保障性分析中FMEA方法一般分为硬件FMEA方法和修复性维修工作项目确定方法。

在进行自行车的故障模式影响分析时，首先分析出产品可能存在的各种故障模式，然后分析这些故障能否通过改进设计来消除或用预防性维修来减缓。

并确定相应的修复性维修工作项目。

在此基础上，就可以考虑将工作项目分解为故障的诊断、隔离与定位，拆卸与分解，更换故障件（或原件修复），组装和安装、调试等作业。

从而可以提出检测手段、拆装工具、所需备件、人员、技术资料等与规划保障资源相关的信息。

并给RCMA提供故障模式、原因及影响输入。

本例选取自行车的四个部件进行FMEA分析，见表1所示。

表1 自行车FMEA分析表格初始约定层次：自行车010000 任务：自行车结构FMEA分析审核：第1 页• 共1 页约定层次：导向系统010100，支架系统010200，传动系统010300 分析人员：袁航批准：填表日期：2012年6月6日910以可靠性为中心的维修分析（RCMA）以可靠性为中心的维修分析（简称RCMA），是按照以最少的维修资源消耗保持装备固有可靠性和安全性的原则，应用逻辑决断的方法确定装备预防性维修要求的过程。

在保障性分析过程中，通过RCMA可以确定预防性维修的工作项目和要求，确定其维修工作类型、预防性维修工作的间隔期，从而可以分析提出进行预防性维修工作所需的保障资源。

RCMA方法主要包括以下三项内容：(1)系统和设备以可靠性为中心的维修分析系统和设备以可靠性为中心的维修分析用以确定设备的预防性维修的产品、预防性维修工作类型、维修间隔期及维修级别。

它适用于各种类型的设备预防性维修大纲的制订，具有通用性。

(2)结构以可靠性为中心的维修分析结构以可靠性为中心的维修分析用以确定结构项目的检查等级、检查间隔期及维修级别。

它适用于大型复杂设备的结构部分。

此处所指的结构包括各承受载荷的结构项目。

(3)区域检查分析区域检查分析用以确定区域检查的要求，如检查非重要项目的损伤，检查由邻近项目故障引起的损伤。

它适用于需要划分区域进行检查的大型设（装）备。

根据需要，选择系统和设备以可靠性为中心的维修分析方法对自行车进行RCMA。