机械可靠性概述(1)解析

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 多是专用件，标准件少，环境影响 利用国军标GJB299-或MIL-HBK-217 严劣，失效率不是常数 预计
维修主要以更换元器件为主
修复和更换相结合
2、机械产品可靠性的特点
常规设计
■ 可靠度 ■ 累积失效概率 ■ 平均故障间隔时间 ■ 可靠寿命
■ 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) 用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的
2、机械产品可靠性的特点
性能
确定性 可重复 真值可测可见 应用传统学科知识
可靠性
不确定性/随机性 不可重复 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
机械产品ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
失效模式比较简单
失效模式比较复杂
失效主要是由偶然因素造成
失效通常是由于疲劳、老化、磨损、 腐蚀等
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 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。
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 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。
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
若定义： (t) n(t)
为平均失效率
(N n(t))t
n(t)
则：(t) lim (t) lim
N dF(t)
N t 0
N t
0
1
n(t)
N
t
(1 F(t))dt
为失效率
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
(10) 1 1
(100 2) 1 98
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。
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
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
(50)
1
1
(100 10) 1 90
4、机械产品可靠性的度量参数
显然有： (t) d (F(t)) d (1 R(t)) dR(t)
(1 F(t))dt R(t)dt
R(t)dt
t
t
(t)dt
靠性
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。
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： R(t) N n(t) 1 n(t)
N
N
失效概率为： F (t) 1 R(t) n(t) N
4、机械产品可靠性的度量参数
(2) 失效率
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，
脚痛医脚”的权宜之计。
概率设计
应力和强度为常量，乘以各种系数 应力和强度为随机变量
以安全系数进行设计校核
多种指标设计校核，可预测失效概 率或可靠度
取过大的安全系数往往导致保守的 设计
能得到较小的零件尺寸、体积和重 量，在节省原材料和降低设计或加 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 从控制参数均值和参数标准差两方
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
(4)松脱漏堵型 松动、脱落、漏油、漏水、漏气、堵塞等
(5)退化变质型 老化、变质、腐蚀、锈蚀、积碳等
(6)其他类型
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。
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
说明
(1)功能失效型 操纵失灵、不启动、不工作、卡死等
(2)功能失常型 (3)损坏损伤型