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1、汽车维修工程,北 京 科 技 大 学主 讲 人:王 晶,第一章 汽车可靠性理论基础,第一节 汽车可靠性概述 一、可靠性历史 人类从制造最简单的工具开始，就知道工具应该耐用、少出毛病，即使有毛病也要易修的道理，这就是可靠性最初的概念；但是可靠性发展成一门学科并应用到工业生产上，还是近代的事，其历史大约可以追溯到40多年前，它的发展基本上可分为四个时期:-摇篮期-奠基期-普及期-成熟期,二、可靠性定义,目前，世界上公认的可靠性定义为：产品在规定条件下，在规定时间内，完成规定功能的能力(四要素：产品、条件、时间、功能)。对汽车而言，其产品包括：整车、部件、零件，它们都是可靠性研究的对象。规定条件：汽
2、车产品的工作条件，包括气候、道路等的环境条件；载荷性质、种类、行驶速度等的运行条件；维修方式、水平、制度等的维修条件。规定时间：汽车行驶的保用期、第一次大修里程、报废期等。它们可以用时间单位表示，也可用行驶里程数表示。规定功能：设计任务书、使用说明书、订货合同以及国家标准规定的各种功能和要求。不能完成规定功能的就是不可靠，称之为发生了故障或失效。,三、可靠性的衡量指标,汽车可靠性是汽车所具有的寿命质量方面的一种能力。它可以从不同角度、用不同的评价指标来描述，常用的可靠性评价指标如下:1可靠度 产品(此处指汽车，以下同)在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率，的可靠度，用R(t)表示。若事件
3、A，其概率为P(A)，则 R(t)=P(A)0P(A)1,2失效度 称为产品失效度又称累积故障概率，也称不可靠度，是指产品在规定条件下，在规定时间内丧失规定功能的概率，记为F(t)。由于出现故障与不出现故障是两个对应的事件，故 R(t)+F(t)=1,3故障概率密度函数,失效率对时间的分布函数，即dF(t)dt，称为故障概率密度函数，记做f(t)。这是由于产品发生失效是随机的，对于不同产品和不同的工作条件，寿命T不同，须用故障概率密度函数来表示失效率的分布情况，即,4.故障率函数,(1)概念 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(t)表示，可以
4、表述产品在整个寿命期内出现故障的可能性。已知T寿命，用Tt表示“产品工作到t尚未发生故障”事件；用tt)再除以t，则得t时间内的平均故障率。当t趋于O时，就可得到t时刻的失效率，即,（2）故障函数和其他函数的关系,1）与失效分布密度函数的关系2）与可靠度函数的关系3）与失效概率函数的关系,(3)故障率函数曲线 故障率函数曲线也称寿命曲线或浴盆曲线(图13)，描述了失效率随时间而变化的规律。由于该曲线如同浴盆，故称为浴盆曲线。从曲线的变化趋势来看，可将失效曲线划分为三个阶段，即失效的二个时期。,失效曲线划分的三阶段,-早期失效期(DFR：Decreasing Failure Rate)基本特征：
5、开始失效率较高，随时间推移，失效率逐渐降低。-偶然失效期(CFR：Constant Failure Rate)基本特征：失效率(t)近似等于常数，失效率低且性能稳定。-耗损失效期(IIR：Increasing Failure Rate)基本特征：随着时间的增长，失效率急剧加大。,5.平均寿命与可靠寿命,1)平均寿命 这是一个标志产品平均能工作多长时间的量，是对整批产品而言的一个指标。对于可维修产品，是指产品的平均无故障工作时间，记为MTBF(Mean Time between failure)；对于不可维修产品，是指产品的平均寿终时间，记为MTTF(Mean time to failure).
6、2)可靠寿命 由可靠度函数R(t)知，若给定时间t就确定了可靠度。,第二节 汽车故障类型及故障分布规律,一、汽车故障概念及类型1.概念 汽车故障足指汽车在规定条件下和规定时间内，不能完成规定功能的现象。2.模式 故障模式是指故障的表现形式，有如下几种 1)损坏型故障模式，如断裂、碎裂、开裂、点蚀、烧蚀、变形、拉伤、龟裂以及压痕等。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、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)性能衰退型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。,3.故障分类(1)
7、按照故障率函数特点，可把故障分为三种类型：早期故障型 偶然故障型 耗损故障型(2)按照汽车行业中汽车产品质量检查评定办法(即所谓蓝皮书)，把汽车故障分为如下几种：致命故障 严重故障 一般故障 轻微故障,二、汽车可靠性研究中的威布尔分布及应用,在研究分析汽车及其零部件可靠性时，必须掌握失效随时间变化的分布规律。在可靠性没计中，既要掌握失效随时间变化的分布规律，又要掌握维修随时间变化的分布规律。汽车可靠性研究中所用的理论概率分布类型很多，较常用的分布有：二项分布、泊松分布、正态分布、指数分布、威布尔分布等。威布尔分布函数是应用最广泛的的可靠度函数，具有很好的兼容性，将日常见的正态分布、指数分布等都
8、容纳在内。,1威布尔分布的定义,完整的威布尔分布由二个参数决定，其表达为:可靠度：失效度：故障概率密度函数：故障率：m-形状参数-尺度参数 r-位置参数 在实际工程中，位置参数r常为0，故上述三参数的分布简化为两参数的分布，即,式中，形状参数影响分布函数曲线的形状特征。当m=1时，则即m=1时，为指数分布；当m=2时，为瑞利分布；当m=2.73.7时，为近似正态分布；当m=3.313时，为正态分布。因此，在汽车零部件可靠性试验处理中，除非很有把握知道属于某种分布，一般都采用威布尔分布，这在美国、欧洲和日本已经普遍使用,2威布尔分布参数的意义,m、t0、r是威布尔分布的三个参数，它们在数学上有其
9、明显的几何意义；在物理意义上，它们代表了产品不同的性能(不同的失效模式)。(1)形状参数m 取不同的m值的其威布尔分布曲线的形状也随之变化。当m1时，失效率随时间增加而递增，反映了耗损失效过程的特征，即IFR型。(2)尺度参数t0 尺寸参数不影响曲线变化的形状和位置，只是改变曲线纵横坐标的标尺。(3)位置参数r 参数r不同时，威布尔分布的概率密度曲线形状不变，只是曲线起点的位置发生变化。参数r增大，曲线沿着横轴正方向平行移动。,3.威布尔分布的应用,在使用威布尔分布研究产品可靠性时，通常用以下几个寿命来评价产品可靠性：1)B10寿命：累积失效概率F(t)=10时的寿命。2)特征寿命：可靠度为3
10、6.8时的寿命，R=36.8 3)中位寿命：可靠度为50时的寿命，也称B50寿命。例1.1 已知某汽车零件疲劳寿命服从威布尔分布，其形状参数m=2，尺寸参数=400h,位置参数 r=60h。求该零部件工作到100h的可靠度。解：有 式中，即，=,第三节 汽车可性数据的采集与分析,一、汽车可靠性数据的采集 1.可靠性试验(1)可靠性试验的目的 可靠性试验是为了提高或确认产晶的可靠性而进行的试验的总称。其目的大体分为：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。(2)可靠性试验分类 按试验性质分为寿命试验、临界试验、
11、环境试验和使用试验等。按试验性质，寿命试验分为：1)贮存寿命试验；2)工作寿命试验；3)加速寿命试验。,寿命试验按失效情况可分为完全寿命试验和截尾试验(或称为不完全寿命试验)。完全寿命试验是指试验进行到投试样品完全失效为止。截尾试验中，当试验达到规定的试验时间t就停止试验，称为定时截尾试验；当试验达到规定的失效数r就停止试验，称为定数截尾试验。在截尾寿命试验过程中，若发生样品失效，则更换样品继续试验，使样品数量保持不变，称之为有替换试验；若在试验过程中，样品失效后不再补充，而将残存的样品继续试验到规定时间才结束，这种试验称为无替换试验。截尾试验分为四种类型：1)无替换定时截尾试验，记做(n，无
12、，to)；2)无替换定数截尾试验，记做(n，无，r)；3)有替换定时截尾试验，记做(n，有，to)；4)有替换定数截尾试验，记做(n，有，r)。,2使用可靠性数据的采集方法与内容,(1)使用可靠性数据的采集方法 一般有两种方法：一种是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；另一种是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。(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。
13、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晶性能指标为准，但在实际执行巾往往存在困难，因为生产者与使用者以及操作人员之间的看法往往小一致。因此，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，应考虑维修人员的水平、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，也小要把毛病特大特多的除外,二、汽车可靠性数据的分析图分析法(图估计法),要判断某一产品的失效类型以及当知道其分布类型后估计其分布参数等，是可靠性研究中的基本问题。在实践中，最简单可行的方法便是图分析法。1概率纸原理 2图分析法 一般用概率纸进行图形分析有以下步骤：(1)整理数据(2)描点(3)配置直线(4)图估计 1)形状参数的图估计 2)尺度参数的图估计 3)特征寿命的图估计 4)位置参数的图估计 5)平均寿命的图估计 6)方差 的图估计 7)可靠度函数R(t)的图估计 8)可靠寿命图估计,瞧，我的车多棒！,严 谨,
