机械可靠性概述(1)分析
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机械产品可靠性概述
1、概述
机械产品可靠性的定义
在规定的使用条件和规定时间内，机械产品完成规定功 能的能力。 按应用对象分类
(1)结构可靠性
考虑结构疲劳、磨损、断裂等强度失效问题。 (2)机构可靠性 考虑机构在运动过程中，由于变形、磨损等引起的功 能失效。
1、概述
机械可靠性设计方法
(1)定性设计方法 成功的设计经验或失败的经验教训，有针对性地应 用到设计中，避免故障或设计缺陷。 (2)定量设计方法
n(t ) F (t ) 1 R(t ) N
4、机械产品可靠性的度量参数
(2) 失效率
n(t ) 若定义： (t ) ( N n(t ))t
为平均失效率
n(t )
dF (t ) N 则： (t ) lim (t ) lim 为失效率 n ( t ) ( 1 F ( t )) dt N N 1 t N t 0 t 0
工工艺要求等方面带来效益
从控制参数的均值方面入手提高可
靠性
从控制参数均值和参数标准差两方
面提高可靠性
2、机械产品可靠性的特点
1）不存在一个综合性的可靠性指标
由于机械产品可靠性设计方法涉及的因素很多，不可能像 传统的设计方法那样用安全系数作为唯一的评价度量。根据 具体情况可以选用如失效率、可靠度、MTBF、维修度、有用 度等作为评价的项目，对设计者来说，必须在设计开始时， 就弄清楚指标的大小。
概率设计法以应力—强度干涉模型和功能失效极限 状态函数理论为基础，将应力、强度视为随机变量，利 用概率方法计算出给定设计条件下产品的失效概率或可 靠度，以符合给定的可靠性要求。
2、机械产品可靠性的特点
性能 确定性 可重复
可靠性 不确定性/随机性 不可重复
真值可测可见
应用传统学科知识
温、冲击、振动和盐雾等环境条件都是导致产品可靠性下降
的重要原因。研究表明，应力分布尾部对可靠度的影响较强 度尾部的影响大得多，因此对环境质量的控制比对强度质量
的控制重要得多。
4）可靠性设计与维修性设计相结合 可靠性设计赋予产品固有可靠性，而在耗损期中失效率
急剧升高，这时就要通过更换或维修恢复产品的可靠性，因
2）可靠性设计强调“把可靠性设计到零件中”。 这个可靠度叫固有可靠度，它是由设计决定的，有生产
保证的。如果设计不当，就不能生产出本质上可靠的零件；
不论工艺水平多高都不能得到高可靠的产品。 实践证明，机械产品的失效主要是由于设计不当造成的。
3）可靠性设计必须考虑环境因素 环境对应力的影响很大，因而影响可靠性。如高温、低
例：100件产品，实验10小时2件失效。再观测1小时，发现有1
件失效
1 1 (10) (100 2) 1 98
若实验到50小时时共有10件失效。再观测1小时，也发现有1件 失效，这时
1 1 (50) (100 10) 1 90
用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的
寿命，概率密度函数为f(t)
R(t ) P(T t ) t f (t )dt
用统计方法：若有N个相同的产品同时投入试验，经 历时间ｔ后有n(t)件产品失效。
可靠度为： 失效概率为：
R (t )
N n(t ) n(t ) 1 N N
真值不可测不可见
以传统学科知识为基础，考虑 不确定性
2、机械产品可靠性的特点
电子产品
失效模式比较简单 失效主要是由偶然因素造成
机械产品
失效模式比较复杂 失效通常是由于疲劳、老化、磨损、 腐蚀等
ESS剔除早期失效，经济合理有效的 寿命和可靠性试验一般是小子样，
试验时间较长 ，费用高 失效率接近常数，有标准手册，可 预计 维修主要以更换元器件为主 修复和更换相结合 多是专用件，标准件少，环境影响
脚痛医脚”的权宜之计。
7）可靠性设计贯彻人-机工程观点
8）可靠性设计贯彻全寿命周期总费用最优的观点，而不只
是考虑造价。
3、机械产品的主要失效模式
机械产品可靠性设计的根本任务是预防潜在故障及纠正故障
GJB3554-《车辆系统质量与可靠性信息分类和编码要求》
失效类型 (1)功能失效型 (2)功能失常型 (3)损坏损伤型 (4)松脱漏堵型 (5)退化变质型 (6)其他类型
4、机械产品可靠性的度量参数
机械产品一般可分为整机（或称系统）和零部件
度量产品可靠性的参数
■ ■ ■
可靠度 累积失效概率 平均故障间隔时间
■ ■ ■
失效率 平均寿命 可靠寿命
■
…
机械产品最常用的可靠性度量参数就是可靠度、寿命或可 靠寿命以及MTBF
4、机械产品可靠性的度量参数
(1)可靠度：(Reliability)
利用国军标GJB299-或MIL-HBK-217 严劣，失效率不是常数
2、机械产品可靠性的特点
常规设计
应力和强度为常量，乘以各种系数 以安全系数进行设计校核
概率设计
应力和强度为随机变量 多种指标设计校核，可预测失效概
率或可靠度
取过大Biblioteka Baidu安全系数往往导致保守的
能得到较小的零件尺寸、体积和重
设计
量，在节省原材料和降低设计或加
说明 操纵失灵、不启动、不工作、卡死等 压力过高或过低、不到位、转速异常、功率不足等 断裂、破碎、裂纹、扭曲变形、点蚀、剥落等 松动、脱落、漏油、漏水、漏气、堵塞等 老化、变质、腐蚀、锈蚀、积碳等 与具体产品相关
3、机械产品的主要失效模式
强度是机械零件可靠性的最基本要求
强度不足产生的断裂往往引发重大安全事故。 疲劳、磨损、腐蚀 尽管机械产品种类繁多，不同机械产品的失效模式和 失效机理也各异，但由于疲劳、磨损、腐蚀而导致的失效 在整个机械产品失效中所占比例超过80%，因此机械可靠性 定量设计也往往针对这三种失效机理进行分析计算。
此维修会使使用可靠性得到恢复。设计时必须考虑到维修内 容。
5）可靠性设计过程是可靠性增长过程 所谓可靠性增长是指随着产品的设计、试制、生产各阶
段的进展，产品可靠性水平逐步提高的过程。因此，在不同
阶段要对产品的可靠性反复预测，发现问题及时改进，直到 达到要求为止。
6）可靠性设计要贯彻系统工程的观点 从整体出发，全面权衡可靠性设计，切忌“头痛医头，
1、概述
机械产品可靠性的定义
在规定的使用条件和规定时间内，机械产品完成规定功 能的能力。 按应用对象分类
(1)结构可靠性
考虑结构疲劳、磨损、断裂等强度失效问题。 (2)机构可靠性 考虑机构在运动过程中，由于变形、磨损等引起的功 能失效。
1、概述
机械可靠性设计方法
(1)定性设计方法 成功的设计经验或失败的经验教训，有针对性地应 用到设计中，避免故障或设计缺陷。 (2)定量设计方法
n(t ) F (t ) 1 R(t ) N
4、机械产品可靠性的度量参数
(2) 失效率
n(t ) 若定义： (t ) ( N n(t ))t
为平均失效率
n(t )
dF (t ) N 则： (t ) lim (t ) lim 为失效率 n ( t ) ( 1 F ( t )) dt N N 1 t N t 0 t 0
工工艺要求等方面带来效益
从控制参数的均值方面入手提高可
靠性
从控制参数均值和参数标准差两方
面提高可靠性
2、机械产品可靠性的特点
1）不存在一个综合性的可靠性指标
由于机械产品可靠性设计方法涉及的因素很多，不可能像 传统的设计方法那样用安全系数作为唯一的评价度量。根据 具体情况可以选用如失效率、可靠度、MTBF、维修度、有用 度等作为评价的项目，对设计者来说，必须在设计开始时， 就弄清楚指标的大小。
概率设计法以应力—强度干涉模型和功能失效极限 状态函数理论为基础，将应力、强度视为随机变量，利 用概率方法计算出给定设计条件下产品的失效概率或可 靠度，以符合给定的可靠性要求。
2、机械产品可靠性的特点
性能 确定性 可重复
可靠性 不确定性/随机性 不可重复
真值可测可见
应用传统学科知识
温、冲击、振动和盐雾等环境条件都是导致产品可靠性下降
的重要原因。研究表明，应力分布尾部对可靠度的影响较强 度尾部的影响大得多，因此对环境质量的控制比对强度质量
的控制重要得多。
4）可靠性设计与维修性设计相结合 可靠性设计赋予产品固有可靠性，而在耗损期中失效率
急剧升高，这时就要通过更换或维修恢复产品的可靠性，因
2）可靠性设计强调“把可靠性设计到零件中”。 这个可靠度叫固有可靠度，它是由设计决定的，有生产
保证的。如果设计不当，就不能生产出本质上可靠的零件；
不论工艺水平多高都不能得到高可靠的产品。 实践证明，机械产品的失效主要是由于设计不当造成的。
3）可靠性设计必须考虑环境因素 环境对应力的影响很大，因而影响可靠性。如高温、低
例：100件产品，实验10小时2件失效。再观测1小时，发现有1
件失效
1 1 (10) (100 2) 1 98
若实验到50小时时共有10件失效。再观测1小时，也发现有1件 失效，这时
1 1 (50) (100 10) 1 90
用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的
寿命，概率密度函数为f(t)
R(t ) P(T t ) t f (t )dt
用统计方法：若有N个相同的产品同时投入试验，经 历时间ｔ后有n(t)件产品失效。
可靠度为： 失效概率为：
R (t )
N n(t ) n(t ) 1 N N
真值不可测不可见
以传统学科知识为基础，考虑 不确定性
2、机械产品可靠性的特点
电子产品
失效模式比较简单 失效主要是由偶然因素造成
机械产品
失效模式比较复杂 失效通常是由于疲劳、老化、磨损、 腐蚀等
ESS剔除早期失效，经济合理有效的 寿命和可靠性试验一般是小子样，
试验时间较长 ，费用高 失效率接近常数，有标准手册，可 预计 维修主要以更换元器件为主 修复和更换相结合 多是专用件，标准件少，环境影响
脚痛医脚”的权宜之计。
7）可靠性设计贯彻人-机工程观点
8）可靠性设计贯彻全寿命周期总费用最优的观点，而不只
是考虑造价。
3、机械产品的主要失效模式
机械产品可靠性设计的根本任务是预防潜在故障及纠正故障
GJB3554-《车辆系统质量与可靠性信息分类和编码要求》
失效类型 (1)功能失效型 (2)功能失常型 (3)损坏损伤型 (4)松脱漏堵型 (5)退化变质型 (6)其他类型
4、机械产品可靠性的度量参数
机械产品一般可分为整机（或称系统）和零部件
度量产品可靠性的参数
■ ■ ■
可靠度 累积失效概率 平均故障间隔时间
■ ■ ■
失效率 平均寿命 可靠寿命
■
…
机械产品最常用的可靠性度量参数就是可靠度、寿命或可 靠寿命以及MTBF
4、机械产品可靠性的度量参数
(1)可靠度：(Reliability)
利用国军标GJB299-或MIL-HBK-217 严劣，失效率不是常数
2、机械产品可靠性的特点
常规设计
应力和强度为常量，乘以各种系数 以安全系数进行设计校核
概率设计
应力和强度为随机变量 多种指标设计校核，可预测失效概
率或可靠度
取过大Biblioteka Baidu安全系数往往导致保守的
能得到较小的零件尺寸、体积和重
设计
量，在节省原材料和降低设计或加
说明 操纵失灵、不启动、不工作、卡死等 压力过高或过低、不到位、转速异常、功率不足等 断裂、破碎、裂纹、扭曲变形、点蚀、剥落等 松动、脱落、漏油、漏水、漏气、堵塞等 老化、变质、腐蚀、锈蚀、积碳等 与具体产品相关
3、机械产品的主要失效模式
强度是机械零件可靠性的最基本要求
强度不足产生的断裂往往引发重大安全事故。 疲劳、磨损、腐蚀 尽管机械产品种类繁多，不同机械产品的失效模式和 失效机理也各异，但由于疲劳、磨损、腐蚀而导致的失效 在整个机械产品失效中所占比例超过80%，因此机械可靠性 定量设计也往往针对这三种失效机理进行分析计算。
此维修会使使用可靠性得到恢复。设计时必须考虑到维修内 容。
5）可靠性设计过程是可靠性增长过程 所谓可靠性增长是指随着产品的设计、试制、生产各阶
段的进展，产品可靠性水平逐步提高的过程。因此，在不同
阶段要对产品的可靠性反复预测，发现问题及时改进，直到 达到要求为止。
6）可靠性设计要贯彻系统工程的观点 从整体出发，全面权衡可靠性设计，切忌“头痛医头，