汽车可靠性理论基础课件

汽车可靠性理论基础汽车可靠性理论基础汽车可靠性理论基础第一章汽车可靠性理论基础

1.汽车可靠性概述

2.汽车故障的类型及其分布

3.汽车可靠性分析

4.汽车可靠性综合评定教学内容：教学目标：

1.了解汽车可靠性综合评定方法2.熟悉可靠性基本理论、汽车可靠性的数据采集及可靠性数据分析3.掌握汽车可靠性的基本定义及评价指标4.掌握汽车故障的类型及分布规律第一章汽车可靠性理论基础

§1.1汽车可靠性概述一、可靠性简介（一）汽车可靠性的定义1、可靠性:指产品在规定的使用条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。⑴可靠性的四要素：a.产品：整车、部件、零件b.规定条件：环境条件（气候、道路）；运行条件（载荷性质、种类、行驶速度）；维修条件（维修方式、水平、制度）c.规定时间：保用期、第一次大修里程、报废期d.规定功能：设计任务书、使用说明书、订货合同（二）汽车可靠性发展的历史摇篮期二战期间，美军的飞机因飞行故障损失的数量是被地方击落数量的1.5倍；飞机上电子设备有60%不能正常使用。奠基期20世纪50年代，美国军用雷达因故障不能工作的时间占全年的84%，也就是说一年当中仅有1.8个月是正常工作，因此，美国成立了可靠性管理机构，制定了可靠性工程大纲和标准。普及期20世纪60年代，可靠性的研究从电子产品向其他工业产品迅速推广。成熟期20世纪70年代，人们在以消费者为中心的理念指导下，在强烈的市场竞争条件下，在消费主义思想的支持下，提出了大量产品的责任问题，可靠性研究工作在世界范围内达到成熟阶段。二、可靠性的评价指标（一）可靠度（有效度）可靠度：汽车在规定的使用条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。记作R（t）。（二）失效度（不可靠度、累计故障概率）失效度：汽车在规定的使用条件下和规定的时间内丧失规定功能（发生故障）的概率。记作F（t）。

（三）故障概率密度：汽车出现故障的概率随时间变化的规律。失效度对时间的分布函数。用f（t）表示。

产品出现故障的概率随时间的变化的规律，反映了单位时间的的失效概率。（四）故障率：故障率函数也称失效率函数，是指产品到t时刻为止未发生故障，在该时刻后发生故障的概率，用λ(t)表示，可以表述产品在整个寿命期内出现故障的可能性。计算故障率时，常用当量故障率D表示：式中：n—样车数t—时间rj—第j类故障数，εj—第j类故障的当量系数。汽车故障一般分成4类:致命故障ε1=100严重故障ε2=10一般故障ε3=1轻微故障ε4=0.2（五）平均无故障工作时间：汽车故障的平均间隔时间，记为MTBF（六）平均首次故障时间：汽车产品首次故障时间的平均值。记为MTTF（七）平均维修时间：修复时间的平均值,记为MTTR.（八）可靠寿命：产品可靠度是工作寿命t的函数，是用可靠度函数R（t）表示的，故对于一批产品而言，当给定时间t，就确定了相应的可靠度，反之，若确定了可靠度，即可求出相应的寿命，以TR表示。在可靠寿命中有以下特殊情况：①特征寿命：可靠度R（t）=exp（-1）=36.8%的可靠寿命称为特征寿命。②中位寿命：可靠度R（t）=50%的可靠寿命称为中位寿命，记为T0.5③额定寿命：可靠度R（t）=90%的可靠寿命称为的额定寿命，记为T0.9

（九）维修度M(t)：系统在规定的条件下进行维修时，在规定的时间内，保持或恢复到规定状态的概率。（十）有效度：把系统可靠性和维修性特性转换为效能的一个指标的参数。三、系统可靠性（一）系统可靠性的定义

系统可靠性是指工作系统在一定的使用条件下，在要求的工作时间内，完成规定功能的能力。（二）简单系统可靠性1、串联系统若组成系统的各零部件，只要有一个零件发生故障，系统便发生故障。

发动机油路故障（二）简单系统可靠性1、串联系统其系统可靠度为若各单元的寿命分布均为指数分布，即式中，为系统的故障率；为第ｉ个单元的故障率。s说明：a.串联系统的工作寿命总是等于系统中最短的一个零件的寿命，即并且，系统的平均故障间隔时间为b.串联系统的系统可靠性总是小于系统中任何一个零件的可靠度。（二）简单系统可靠性2、并联系统若组成系统的各个总成或零件中，只要其中还有一个总成或零件在起作用，就能维持整个系统继续工作。设各单元的可靠性相互独立，则系统失效概率为：其系统可靠度为：说明：a.并联系统的工作寿命总是等于系统中最长的一个零件的寿命。

b.并联系统的系统可靠度总是大于系统中任何一个零件的可靠度。蓄电池与发电机如何连接？（二）简单系统可靠性3、串并联组合系统串、并联组合系统是由串联子系统和并联子系统组合而成如图1-5所示。为了提高系统可靠度，将Ｂ和Ｃ两零件相连，构成并联子系统，然后再与零件Ａ串联组成等效串联系统，如图1-6所示。图１－５串、并联组合系统图１－６等效串联系统其系统可靠度为：RS=RARB+RARC-RARBRC（三）汽车可靠性分配1、汽车可靠性分配的定义

根据系统设计所确定的汽车可靠性指标值，合理地将指标分配于系统各单元的设计过程。2、汽车可靠性分配的目的和作用（1）通过可靠性分配，确定汽车系统的可靠性指标。（2）通过可靠性分配，确定各子系统的可靠性指标。（3）通过可靠性分配，有利于加强设计部门间的联络和配合。（4）通过可靠性分配，有利于增强设计者的全局观念。§1-2汽车故障类型及故障分布规律一、汽车故障的概念及类型（一）故障1.故障的定义：产品在规定的条件下，在规定时间内，不能完成规定功能的现象。故障的表现形式称为故障的模式。

本质故障：由汽车本身的原因而引起的故障。误用故障：由操作者失误而引起的故障。

一次故障：最初发生的故障。二次故障：由一次故障导致发生的相关故障或上一级系统的故障。按使用过程分按原因后果分2.故障的分类

（1）按故障模式分：1)损坏型故障模式如断裂、碎裂、开裂、点蚀、烧蚀、变形、拉伤、龟裂以受压痕等。2)退化型故障模式如老化、变质、剥落以及异常磨损等。3)松脱型故障模式如松动、脱落等，特别是螺纹链接件。4)失调型故障模式如压力过高或过低、行程失调、间隙过大或过小、干涉以及卡滞等。5)堵塞与渗漏型故障模式如堵塞、气阻、漏油、漏水以及漏气等。6)性能衰退或功能失效型故障模式如功能失效、性能衰退、公害超标、异响以及过热等。2.故障的分类⑵按照故障性质分类：1）致命故障：危及人身安全，引起主要总成件报废，造成重大经济损失，对周围环境造成严重损害。2）严重故障：引起主要零部件、总成严重损坏或影响行车安全，不能用易损件和随车工具在较短时间内排除。3）一般故障：不影响行车安全的非主要零部件故障，可用易损件和随车工具在较短时间内排除。4）轻微故障：对汽车正常运行基本影响，不需要更换零件，可用随车工具比较容易地排除。（二）典型的寿命曲线⑴早期故障期（Ａ段）产品在工作之初，由于设计、制造、装配等方面的缺陷，而发生早期故障的一段时间。在此期间，汽车发生故障的可能性很大，但故障率随着时间的增加而迅速下降。⑵偶然故障期（B段）在此期间，λ（t）的变化趋于稳定，接近常数，属故障率恒定型，相当与正常使用期。§1-2汽车故障类型及故障分布规律⑶耗损故障期（C段）由于老化、疲劳、磨损等原因引起的故障。二、汽车可靠性常用的故障分布汽车可靠性研究中应用的理论分布类型很多，常用的有正态分布、对数正态分布、指数分布和威布尔分布等。（一）指数分布指数分布是随机变量分布形式中最基本的一种。

产品处于偶然故障期内所发生的故障服从指数分布，在此期间λ（t）=常数。偶然故障、突变失效，如电器元件、气缸垫等，一般服从指数分布。

一般复杂机器的故障率分布常以指数分布为主。§1-2汽车故障类型及故障分布规律指数分布密度函数指数分布密度函数：二、汽车可靠性常用的故障分布（一）指数分布二、汽车可靠性常用的故障分布（一）指数分布1.正态分布特征正态分布的故障密度函数为：二、汽车可靠性常用的故障分布（二）正态分布二、汽车可靠性常用的故障分布（二）正态分布二、汽车可靠性常用的故障分布（二）正态分布分布函数：密度函数：二、汽车可靠性常用的故障分布（三）对数正态分布⑴威布尔分布的定义与特征威布尔分布的基本形式为一种三参数分布，其表达式为：故障概率密度函数：二、汽车可靠性常用的故障分布（四）威布尔分布§1-3汽车可靠性分析一、汽车可靠性数据的采集（一）可靠性试验的目的1)为研制新产品、发现其弱点以改进设计；2)为确认零件的设计任务书；3)为接受产品和保证产品质量；4)为审查制造工艺的好坏等。（二）可靠性试验分类可靠性试验不仅费时、费力，而且还要消耗相当的资金。按试验性质可靠性试验分为寿命试验、临界试验、环境试验和使用试验等。１．寿命试验寿命试验是为确定产品寿命分布及特征而进行的试验。一般采用台架试验和现场试验两种方法，同时，为了缩短试验周期，一般都采用加速寿命试验。§1-3汽车可靠性分析1）寿命试验按试验条件分为：台架加速寿命试验试验场加速寿命试验2）寿命试验按试验性质分为：储存寿命试验工作寿命试验加速寿命试验3）寿命试验按失效情况分为：完全寿命试验截尾寿命试验（不完全寿命试验）（二）可靠性试验分类⑵临界试验临界试验是为了进一步找出作为安全零件的弱点，进行强制性破坏试验，施以破坏性应力，以证实实际使用中若发生最大应力时，零件是否具有充分的强度。如急转弯、紧急制动、快速起步等。在通常使用状态下似乎是非常苛刻的，而一般认为是实际使用中可能发生的，因而用它来确认可靠性试验。⑶使用试验使用试验是在汽车研制出来后抽样送到使用现场进行实际运行考验，只有当它基本满足使用要求之后，才能正式定型成批生产。现场试验是可靠性试验数据收集的主要渠道。⑷环境试验环境试验是产品在特定使用环境条件下进行的使用试验,例如高、低温试验、降雨、降雪等试验。§1-3汽车可靠性分析（三）可靠性数据的采集方法和注意事项（1）使用可靠性数据的采集方法大众分析法——对现场人员分发报表，定期返回，其特点是费用低廉，不需专门人员，但易出现数据不完整和不准确的情况；专家分析法——组织专门测定可靠性的人员进行可靠性试验，其特点是费用高，但由于采集者对数据分析过程有充分的理解，选择的数据适当，能掌握重点，易发现数据的谬误，因而可保证数据的完整和准确。§1-3汽车可靠性分析（三）可靠性数据的采集方法和注意事项（2）数据采集时应注意的事项1）采集范围：在每一份数据的收集报告中，产品对象范围要明确统一。2）制定异常工作的标准（即故障的含义）：异常工作的含义一般以原订产品性能指标为准，但在实际执行中往往存在困难，因为生产者与使用者以及操作人员之间的看法往往不一致，因此在调查开始前，要尽可能制订出明确的故障判别标准。3）时间的记录：可靠性中所说的时间是广义的，是一个重要因素，其含义需要明确。一般来说，时间主要指工作时间。有的还要考虑运输、储存、停机时间等。4）使用条件：主要包括使用场合、气候、使用工况（载荷、车速）及运转形式等。5）维修条件：使用条件相同而维修条件不同，产品的故障率可相差两倍之多。应包括维修人员的水平、维修制度、设备条件以及修理水平等。6）取样方法：可靠性数据应在母体中随机取样进行调查，既不要仅调查发生事故的产品，也不要把毛病特大特多的除外。§1-3汽车可靠性分析二、汽车可靠性数据的分析目的：判断产品的失效类型、故障分布类型，估计其分布参数等，是可靠性研究中的基本问题。方法：图分析法（图估计法）和数值分析法。在实践中，最简单可行的方法便是图分析法。下面以威布尔分布为例进行分析。1.概率纸原理对于威布尔分布，其分布函数为：§1-3汽车可靠性分析2.图分析法（图估计法）由于威布尔概率纸上坐标X—Y,Y—F（t）的对应关系，假如能够根据样本(或是截尾样本)确定或基本上确定X—Y坐标下的一条直线，那就可以断定这个样本(或截尾样本)是来自某个威布尔母体，并且可以从这条直线上确定其分布参数。倘若在x—Y坐标下明显地不是一条直线，那就可以断定该样本(或截尾样本)不是来自某个威布尔母体。在实际应用中，首先根据试验结果统计出各时间段内的失效数，计算出F（t）；再在概率纸上描点；然后估计各参数值。一般用概率纸进行图分析有以下步骤：1.整理数据