可靠性理论-第6章可靠性试验方法

实验室试验-台架试验
所谓台架试验，就是在实验室使用专门的试验装置，模 拟实际工作状态，完成总成或零部件的试验。它是实际工作 状态在实验室再现的一种方法。尤其在新产品开发阶段，耗 时、耗资最多的是可靠性评价试验，为缩短时间、节约经费， 采用台架模拟试验。
优点:加速试验进程 ;数据重复性好、可比性强;采集数据 方便，寿命分布明确;比整车试验经济。
按照试验条件分类（续）
（2）加速寿命试验 在不改变失效机理的前提下，增 加应力幅值或加载频率，从而使故障率增大或寿命缩短 的试验。这种试验可以在较短的时间里获得可靠性评定 数据和暴露使用中可能出现的故障。
这里所提到的应力是一种广义的概念，它包括负荷 (拉、压、扭、剪)、振动、冲击等机械应力之外，还包 括温度、湿度、腐蚀等环境应力，以及电流、电压、电 场、磁场引起的电应力等等。 对于施加机械（交变或随机）载荷的寿命试验，通 常称为疲劳寿命试验。对于汽车产品来说，其 MTTF 、 MTBF大多很长，进行旷日持久的常规性试验，从经济和 开发周期来看往往是不允许的。
a)加速寿命试验的目的 ①设置苛刻的试验条件，促使样品加速失效。设置的条件 必须与实际情况有内在联系，能在短时间内预测通常使用条 件下的寿命。 ②在苛刻环境和负荷条件下试验，确定零部件材料的安全 裕度。 ③在苛刻环境和负荷条件下试验，剔除有缺陷的零部件， 以保证整车的可靠性水平。 b)加速寿命试验方法的选择原则 ①保证失效机理的稳定性。如果试验条件过于苛刻，有可 能使原来条件下的失效机理发生改变，产生的失效就是在不 正常条件下的失效机理引起的。 ②明确加速因素与产品寿命之间的关系。通过理论模型或 经验模型，折算出正常条件下的产品寿命。
6.3.2 按照破坏情况分类
可分为破坏性和非破坏性二种 (1)破坏性试验 试验样品最终被破坏或失效的试验。其 中包括破坏性寿命试验，破坏性极限条件试验。破坏性寿命 试验是为了确定产品寿命和可靠性特征值而进行的试验。破 坏性极限条件试验是在超负荷或严酷环境条件 ( 如高温、低 温、酸碱盐腐蚀、高湿、缺氧、低气压等)下的破坏性试验， 其主要目的是为了考察汽车和零部件产品在特殊环境下抵抗 失效的能力。 (2)非破坏性试验 这种试验是在不破坏产品的基础上而 获得可靠性数据。其中包括以非破坏性方法查明产品潜在的 缺陷，如采用超声波、声发射、射线、探伤剂、磁性等各种 无损检测手段，查找产品是否存在缺陷，从而排除故障源。 这种检测、试验方法适用于制造阶段对材料及其零部件的质 量检验，也可以对外加工的贵重产品进行抽样检验。
紧急制动试 判断制动器、前轴转向节的强度 验 垂直冲击试 判断悬架、车身的强度 验 弯道转向试 判断转向机构的强度 验 空转试验 考验传动系统振动负荷
(5)特殊环境下的可靠性试验
特殊环境是指特殊的气候环境。
试验地区 严寒地区 环境特征 低温 冰雪 低温、低气压、 长坡、辐射、 高湿度、高温、 高辐射、雨水、 盐雾、霉菌Βιβλιοθήκη 6.3可靠性试验的分类•
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可靠性试验的类型很多，在汽车产品研制、生产 的各个阶段，随着试验的目的、要求和试验对象 的变化，试验人员应做出不同的选择。通常有： 按试验场所分有：现场试验、试验场试验、实验 室试验。 按试验的破坏情况分有：破坏性和非破坏性二种。 按试验条件可分为：常规性寿命试验、加速寿命 试验、强制老化试验等 按试验对象有：全数试验和抽样试验。
试车场试验（续）
试车场的主要设施：
试验场主要设施
直 线 车 道
弯 曲 车 道
高 速 环 道
试 验 广 场
特 殊 坏 路
特 殊 环 境
越 野 场 地
风 洞 试 验
标 准 陡 坡
试验场试验-试验设施（续） 1)直线车道 测量汽车最高车速，汽车换档加速时间， 滑行距离，高速制动。 2)弯曲车道 试验汽车转向系统、承载系的可靠性， 检查汽车的操纵稳定性能。 3) 高速环形车道 检查汽车传动系的可靠性，包括 发动机、变速器、冷却系、润滑系、燃油经济性以及 轮胎高速运行条件下的寿命。 4)试验广场 用于稳态转向试验，通常用喷水法来检 查汽车的不足转向特性和轮胎的侧滑车速。
实验室试验 （续）
缺点：由于受试验条件的限制，不可能完全反 映实际使用情况
对象：比较适合于总成或零部件的可靠性对比试 验。 实验室试验也大致经历了三个阶段 : 早期是等幅 加载试验，逐渐发展到程序加载的多工况试验，最 近随机加载的试验开始增多。就目前的发展水平， 汽车零部件和总成的实验室可靠性试验，仍以程序 加载试验为主。
c) 加速寿命试验的结果评价
如何评价加速寿命试验的结果，需要考虑以下几个问题 ① 与常规使用条件相比，平均寿命是否缩短? ② 常规使用条件相比，故障模式有无变化? ③ 与常规使用条件相比，故障的范围有无扩大? ④ 与常规使用条件相比，负荷条件发生了哪些变化? ⑤ 在给定的累积故障概率范围内，与其它加速方法相比较， 其试验结果是否存在差异? ⑥ 反映可靠性指标的F(t)、R(t)、f(t)分布函数是否与原 来常规使用条件下的分布函数相同? ⑦ 加速的强度，即加速系数有多大? ⑧ 试验设备、监视装置、数据的收集分析经济性如何?
6.3.3 按照试验条件分类
按照试验所给予的条件，可分为常规性寿命试验、加 速寿命试验、强制老化试验、临界试验、特定环境和路面 条件下的试验。
(1)常规性寿命试验 按照规定的使用条件，对汽车或 零部件进行寿命试验。这种试验可以是连续工作，也可以 是间断工作。所谓规定的使用条件，就是根据产品设计要 求，采用接近或类似于实际使用条件的实验。这种试验方 法的特点是试验周期较长，但实验结果较为真实。
实践证明，当应力值低于某一数值时，寿命趋于无穷大。据此，需 要对应力的分布状况做人为处理，把应力低于疲劳极限的工作时间剔除， 使试验时间缩短。
（3）强制老化试验 在室温、高温、低温、潮湿、腐蚀、紫外线辐射等环境下， 将处于非工作状态的汽车或零部件作搁置试验，使之在短时 间里加速老化。这种试验类似于加速寿命试验，所不同的是 设置了特殊的试验环境。
特殊试验环境
高 温 环 境 试
验
低 温 环 境 试
验
潮 湿 环 境 试
验
腐 蚀 环 境 试 验
红 外 线 辐
射
(4)临界试验 临界试验就是极限载荷的试验，用于在短时间内 了解零部件能够承受最大载荷的能力。如
试验项目 砂地试验 泥水槽试验 急起步试验 试验目的 判断传动系统的强度
基本方法 驱动轮置于砂槽，变换挡位， 使汽车冲出砂槽
d) 加速寿命试验的方法
①加大应力法 就是试验应力，包括工作应力和环境应力。 ②提高频率法 就是提高施加应力的频率。 ③判定加速法 加严失效判据，就是提前判定失效。例如原 定特性值变化10%作为失效，现在以5%就算失效。 ④替代试验法 利用易发生失效的试制品代替实际产品进行 寿命试验，或者将己经使用到某种程度的样品进行寿命试验， 例如，对车门撞击试验就不必油漆等等。 ⑤截尾试验法 这种方法又称为统计加速，是利用统计学的 原理，将尚未失效而已经达到某种寿命指标的试验样品停止 试验，依照统计原理判断寿命。 ⑥浓缩应力法 去除小应力幅值，使试验时间缩短。
试验场试验-试验设施（续） 5)特殊坏路 是一种破坏性路面，包括凹凸不平约石块 路扭曲路、搓板路，用以考验悬架和承载系。 6)特殊环境 人为制造水槽、泥泞、灰尘、洞等特殊路 段考察汽车在特殊环境下的运行能力。
7)越野场地 设有各种障碍的自然田块，通常没有路面， 考察各种军车的越野能力。
8) 风洞试验，测量汽车外形的风阻系数及空气动力特 性。 9)标准陡坡 测验汽车的爬坡能力和驻坡能力。
现场试验的特点 优点：是一种综合性试验，能比较全面客观真实地评 价产品在实际使用中的可靠性和维修性，其试验所得的数 据和结论，最为直接了当，也最为可靠。
缺点： 是费用消耗大、投入的人力较多，试验周期长， 不确定因素较多，试验的重复性相对差些。 对象：主要是以汽车整车的可靠性为主，也包括一些重 要总成的可靠性试验。
台架模拟试验包括 :总成可靠性试验，零件可靠性试验。 其中总成试验台架有 :发动机试验台架，离合器试验台架， 变速器试验台架，后轴试验台架，制动器试验台架等等。零 件试验台架主要用于单一条件的试验。在开发试制阶段，主 要用于考核零件可靠性，考核材料的强度、性能;在批量试 车阶段，主要用于质量控制或外购件的质量验收。
开发一种新车型，至少进行两次现场试验，一次在设计定型前， 一次在投产后。每次持续时间和里程应相当于在用户手中 3至5年的实 际服役期。
(2)
试车场试验
方法：在试车场模拟的服役条件进行试验。 优点 : 能够保持恒定的试验条件，参数和因素易于分 辨和隔离，适宜于针对性地解决问题。 缺点 : 所得到的可靠性数据，需要根据实际的使用情 况对模拟试验条件下取得的数据进行折算。这种折算， 需要大量的试验和统计数据作为基础。 对象：由于受到试验条件的限制，目前还局限于总成、 零部件的专项可靠性试验。
6.3.1按照试验场所分类试验 按照试验场所分类有现场试验、试车场试验、实验室试 验。三种试验方法各有优、缺点。
试验场所分类
现场试验
试车场试验
实验室试验
(1)
现场试验
方法：按照实际服役条件进行的可靠性试验。 这种试验可以在汽车服役地区的道路上进行。在服役地区 试验，也称野外试验或现场试验。进行行驶试验时，车上一般 装有记录负荷、应力、速度、温度的仪器，装有气温、气压、 风速、里程、燃油和润滑油的记录装置或传感器。 在现场试验时，须按一定的计划挑选试验的路面、地区。 路面一般可分为 :平整道路、泥路、山路、城市道路、坑洼 的恶劣路面， 地区可分为严寒、酷暑地区，高原、高湿、低气压地区， 试验中必须有计划地各取一定的里程。
第6章 汽车可靠性试验
第6章 汽车可靠性试验
为了分析、评价、验证和提高产品的可靠性而进行的试验，统 称为可靠性试验。广义地说，任何与产品失效效应有关的试验， 都可以认为是可靠性试验。狭义的可靠性试验，往往是指寿命 试验。 6.1可靠性试验的意义 在汽车可靠性研究中，通过可靠性试验了解整车及其各系 统的关系，了解总成、零部件的失效情况，获得可靠性数据、 资料，从而达到提高汽车产品的可靠性水平。
可靠性问题 冷启动性能差；气制动管路结冰；冷却液、 润滑液、燃油冻结、金属低温脆性失效；非 金属零件的硬化失效；采暖、除霜装置失效； 特殊维修问题 冷却液沸腾，供油系气阻；动力性下降，启 动性能恶化、人体力下降，维修困难 冷却液沸腾，供油系气阻；金属件腐蚀；电 器件故障；非金属件老化，变质、发霉
(3)实验室试验
方法：也是采用模拟服役条件，但与实际的服役条件相差较大。
优点:
1)试验对象可以按照需要选定，可以随时更换试验对象。 2）试验参数和因素可以更精确地隔离和控制，可以排除外界 的干扰。 3）可以增加载荷或加载频率，加速试验进程。 4）减轻试验人员劳动强度，实现自动试验、无需看管、24h不 间断运行。 5）改善试验人员的工作环境，使高温试验、低温试验、有严 重噪声的试验环境在密闭的实验室中进行。
6.2 可靠性试验的目的
1) 对汽车及其零部件可靠性水平的评估和考核。利用试验 中获得的数据，求得产品的可靠度、失效率及平均寿命等可靠 性指标，以考核其功能、强度、可靠性和寿命等是否符合设计 要求。 2) 对批量产品或外加工产品进行验收。 3) 对试验结果进行失效机理分析。通过可靠性试验，暴露 产品在设计、制造、使用、维护、管理方面存在的问题和薄弱 环节，找出失效原因，提出改进方案，从而使汽车的可靠性水 平不断得以提高。 4) 储备设计所需的资料，探索发展方向，酝酿新的设计思 想，为下一轮开发新产品积累经验。
判断驾驶室、车架的锈蚀及橡胶 在 300mm 深、50m 长的泥水槽 中行驶 件的损坏 判断传动系统、悬架、车架的强 发动机最大转矩急速起步，反 度 复操作
在附着系数高的路面上直行或 转弯时，紧急制动 汽车以较高的速度驶过长坡凸 峰 以可能的速度、以最大的转向 角反复进行弯道行驶试验 原地将驱动轮支起，以额定转 速的 100%～115 连续运转 在平路或坡道上拖拉挂车，以