汽車(chē)維修工程

1、 張金柱 教 授黑龍江工程學(xué)院第一節(jié) 汽車(chē)可靠性概述一、可靠性歷史搖籃期奠基期普及期成熟期二、可靠性定義產(chǎn)品在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力（四要素：產(chǎn)品、條件、時(shí)間、功能）。規(guī)定條件是指：汽車(chē)產(chǎn)品的工作條件，包括氣候、道路等的環(huán)境條件；載荷性質(zhì)、種類、行駛速度等的運(yùn)行條件；維修方式、水平、制度等的維修條件。規(guī)定的時(shí)間是指：汽車(chē)行駛的保用期、第一期大修里程、報(bào)廢期等，可以用時(shí)間單位來(lái)表示，也可用行駛里程數(shù)表示。規(guī)定的功能是指：設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、使用說(shuō)明書(shū)、定貨合同以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種功能和要求，不能完成規(guī)定功能的就是不可靠，稱之為發(fā)生了故障或失效。三 、可靠性的衡量指標(biāo)1可靠度：是指

2、產(chǎn)品（此處指汽車(chē)，以下同）在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，稱為產(chǎn)品的可靠度。2失效度（又稱累積故障概率）：產(chǎn)品在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)喪失規(guī)定的功能的概率，記為 。3故障概率密度函數(shù)：是指失效率對(duì)時(shí)間的分布函數(shù)，即 ，稱為故障概率密度函數(shù)，記做。)(tRl4故障率函數(shù)（失效率函數(shù)）l（1）概念：是指產(chǎn)品到t時(shí)刻為止未發(fā)生故障，在該時(shí)刻后發(fā)生故障的概率，用（t）表示，可以表述產(chǎn)品在整個(gè)壽命期內(nèi)出現(xiàn)故障的可能性。l（2）故障率函數(shù)和其他函數(shù)的關(guān)系l與失效分布密度函數(shù)f（t）的關(guān)系l （1-7）l與可靠度函數(shù)R（t）的關(guān)系 l （1-8）l與失效概率分布函數(shù)F（t）的關(guān)系l （1-9）

3、l4故障率函數(shù)（失效率函數(shù)）l（1）概念：是指產(chǎn)品到t時(shí)刻為止未發(fā)生故障，在該時(shí)刻后發(fā)生故障的概率，用（t）表示，可以表述產(chǎn)品在整個(gè)壽命期內(nèi)出現(xiàn)故障的可能性。l3）故障率函數(shù)曲線（見(jiàn)圖1-1-3） l故障率函數(shù)曲線也稱壽命曲線或浴盆曲線，壽命曲線描述了失效率隨時(shí)間而變化的規(guī)律，由于其曲線如同浴盆故稱為浴盆曲線，從該曲線的變化趨勢(shì)來(lái)看，可將失效曲線劃分為三個(gè)階段，即失效的三個(gè)時(shí)期。l1）早期失效期（DFR：Decreasing Failure Rate）l基本特征：開(kāi)始失效率較高，隨時(shí)間推移，失效率逐漸降低。產(chǎn)生DFR型失效的原因：產(chǎn)品本身存在著某種缺陷，如各摩擦副間的配合間隙是否得當(dāng)；加工精度

4、是否符合要求；材料是否存在內(nèi)部缺陷；設(shè)計(jì)不夠完善；加工工藝不當(dāng)；檢驗(yàn)差錯(cuò)致使次品混于合格品中等等。l2）偶然失效期（CFR： Constant Failure Rate）l基本特征：失效率（t）近似等于常數(shù)，失效率低且性能穩(wěn)定，在這期間失效是偶然發(fā)生的，何時(shí)發(fā)生無(wú)法預(yù)測(cè)。l原因：由于各種失效因素或承受應(yīng)力的隨機(jī)性，致使故障的發(fā)生完全是偶然的，但用戶通過(guò)對(duì)汽車(chē)維護(hù)和修養(yǎng)，可以使這一時(shí)期延長(zhǎng)。（日常維護(hù)，一級(jí)維護(hù) 二級(jí)維護(hù)）l3）耗損失效期（IFR： Increasing Failure Rate）l基本特征：隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，失效率急劇加大。 l5.平均壽命與可靠壽命l（1）平均壽命 是一個(gè)標(biāo)志產(chǎn)

5、品平均能工作多長(zhǎng)時(shí)間的量，它是對(duì)整批產(chǎn)品而言的一個(gè)指標(biāo)。l（2）可靠壽命l由可靠度函數(shù)R（t）知，若給定時(shí)間t就確定了可靠度，若確定了可靠度，即可求出相應(yīng)的壽命，即為可靠壽命，用tR表表示。l如t0.99表示可靠度R（t）=99%時(shí)產(chǎn)品的壽命，在可靠度壽命中有如下三種特殊情況：l1）特征壽命：可靠度R=EXP（-1）=36.8%的可靠壽命，稱為特征壽命。l2）中位壽命：可靠度R=50%的可靠壽命稱為中位壽命 記為t0.5 l3）額定壽命：可靠度R（t）=90%的可靠壽命稱為額定壽命 記為t0.9l第二節(jié) 汽車(chē)故障類型及故障分布規(guī)律l一、汽車(chē)故障概念及類型l概念：是指汽車(chē)在規(guī)定的條件下，規(guī)定時(shí)間

6、內(nèi)，不能完成規(guī)定功能的現(xiàn)象。l模式：即故障的表現(xiàn)形式，由如下幾種：l（1）損壞型故障模式：如斷裂、碎裂、開(kāi)裂、點(diǎn)蝕、燒蝕、變形、拉傷、龜裂、壓痕等。l（2）退化型故障模式：如老化、變質(zhì)、剝落、異常磨損。l（3）松脫性故障模式：如松動(dòng)、脫落。l（4）失調(diào)型故障模式：如壓力過(guò)高或過(guò)低，行程失調(diào)，間隙過(guò)大或過(guò)小，干涉，卡滯。l（5）堵塞與滲漏型故障模式：如堵塞、氣阻、漏油、漏水、漏氣。l（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、公害超標(biāo)、異響、過(guò)熱。l故障分類l（1）按照故障率函數(shù)特點(diǎn)可把故障分三種類型。l 1）早期故障型：產(chǎn)品在使用初期發(fā)生的可能性很大，但隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降，

7、此類故障多是由于設(shè)計(jì)、制造、管理、檢驗(yàn)的差錯(cuò)及裝配不佳而致。l2）偶然故障型：故障發(fā)生的可能性較小，一般處于正常使用期，此類故障多是由于操作疏忽、潤(rùn)滑不良、維護(hù)欠佳、材料隱患、工藝及結(jié)構(gòu)缺陷等原因所至。l3）耗損故障型：是指產(chǎn)品經(jīng)長(zhǎng)期使用后，出現(xiàn)老化衰竭而引起，其隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，因此一般在故障率開(kāi)始上升前更換或維修將要耗損的零部件，則可以減少故障率，延長(zhǎng)汽車(chē)的使用壽命。 l（2）按照汽車(chē)行業(yè)中汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量檢查評(píng)定辦法（即所謂藍(lán)皮書(shū)）把汽車(chē)故障分為如下幾種：l1）致命故障：危及人生安全，引起主要總成件報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)周?chē)h(huán)境造成要中損害。l2）嚴(yán)重故障： 引起主要零部件、總成嚴(yán)

8、重?fù)p壞或影響行車(chē)安全，不能用易損備件和隨車(chē)工具在較短時(shí)間內(nèi)排除。l3）一般故障：不影響行車(chē)安全的非主要零部件故障，可用易損備件和隨車(chē)工具在較短時(shí)間內(nèi)排除。l4）輕微故障：對(duì)汽車(chē)正常運(yùn)行基本沒(méi)有影響，不需要更換零部件，可用隨車(chē)工具比較容易的排除。l二、汽車(chē)可靠性研究中的威布爾分布及應(yīng)用 l1威布爾分布的定義l完整的威布爾分布有三個(gè)參數(shù)決定，其表達(dá)如下：l可靠度：R（t）=exp（-（t-r）m/t0） （1-10）l失效度：F（t）=1- exp（-（t-r）m/ t0） （1-11）l故障概率密度函數(shù)：f（t）=m（t-r）m-1/ t0 X exp（-（t-r）m/ t0） 1-12）l故障

9、率：（t）=f（t）/R（t）= m（t-r）m-1/ t0 （1-13）l式中 m形狀參數(shù)（無(wú)單位）lt0尺度參數(shù)lr位置參數(shù) （與t 單位同，h ，小時(shí)）l在實(shí)際工程問(wèn)題中，位置參數(shù)r常為0，故上述三參數(shù)的分布簡(jiǎn)化為兩參數(shù)的分布，如下式：lR（t）=exp（- t m/ t0） （1-14）lF（t）=1- exp（- t m / t0） （1-15）lf（t）=m t m-1/ t0 exp（- t m/ t0） （1-16）l（t） = m t m-1/ t0 （1-17）l式中，形狀參數(shù)m影響分布函數(shù)曲線的形狀特征l當(dāng)m=1時(shí)，R（t）=exp（- t / t0）=- exp-t （

10、=1/ t0） （1-18）l F（t）=1- exp（- t / t0）=1- exp-t （1-19）l f（t）=1/ t0 X exp（- t / t0）=exp-t （1-20）l （t） =1/ t0= （1-21）l即 m = 1 時(shí)，為指數(shù)分布l當(dāng) m=2時(shí)，為瑞利分布l當(dāng)m=2.73.7時(shí)，為近似正態(tài)分布l當(dāng)m=3.313時(shí)，為正態(tài)分布l2 威布爾分布參數(shù)的意義：lm ，t0，r 是威布爾分布的三個(gè)參數(shù)，這三個(gè)參數(shù)在數(shù)學(xué)上有其明顯的幾何意義，在物理上，他們代表了產(chǎn)品不同的性能（不同的失效模式），下面分別加以說(shuō)明。l（1）形狀參數(shù)m：m 取不同的數(shù)值，其威布爾分布曲線的形狀也隨

11、之變化。l當(dāng)m1時(shí)，失效率隨時(shí)間增加而遞減，反映了產(chǎn)品早期失效過(guò)程的特征，稱DFR型。l當(dāng)m=1時(shí)，失效率等于常數(shù)（=1/ t0），反映了隨機(jī)失效過(guò)程的特征，即CFR型。l當(dāng)m1時(shí)，失效率隨時(shí)間增加而遞增，反映了耗損失效過(guò)程的特征， 即ZFR型。l（2）尺度參數(shù)t0：如圖所示，尺寸參數(shù)不影響曲線變化的形狀和位置，只是改變曲線的縱橫坐標(biāo)的標(biāo)尺。l（3）位置參數(shù)r：參數(shù)r 不同時(shí)，威布爾分布的概率密度曲線形狀不變，只是曲線起點(diǎn)的位置發(fā)生變化，參數(shù)r 增大，曲線沿著橫軸正方向平行移動(dòng)。l3 威布爾分布的應(yīng)用：l在使用威布爾分布研究產(chǎn)品可靠性時(shí)，通常用以下幾個(gè)壽命來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品可靠性：l（1）B10壽命：

12、累積失效概率F（t ）=10%時(shí)的壽命。l（2）特征壽命：可靠度為36.8%時(shí)的壽命，R=e-1=36.8%l（3）中位壽命：可靠度為50%時(shí)的壽命，也稱B50壽命。l例1 已知某汽車(chē)零件疲勞壽命服從威布爾分布，其形狀參數(shù)m=2，尺寸參數(shù)=400h，位置參數(shù)r=60h，求該零部件工作到100h的可靠度。l解：有F （t ）=1- exp（-（t-r）m/ t0）lR（t）=1-F（t）=（-（t-r）m/ t0）l其中，t0=ml即 R（t）= exp-（t-r/）ml= exp -（100-6/400）2=0.946l例2 已知某元器件的壽命服從兩參數(shù)威布爾分布，m=2.8 ，=1000h，

13、求t=100h時(shí)的可靠度，失效率與中位壽命值。l解：1) t=100h時(shí)的可靠度為：R（100）l 由R（t）=1- F（t）= exp(-t/)ml = exp (-100/1000)2.8=0.998l2）失效率（t）=f（t）/R（t）=m/ X（t/）m-1l （100）=2.8/1000 X（100/1000）2.8-1=4.4X10-5h-1l3）中位壽命：即 R（t）=0.5時(shí)所對(duì)應(yīng)的壽命時(shí)間l記作 t0.5 根據(jù)題意列方程如下：lR（t）= exp(-t/)m lln R（t）= ln exp(-t/)m 即 ln R（t）=-(t/)ml則 t=（ln 1/R（t）1/ml所

14、以 t0.5=1000X（ln1/0.5）1/2.8=877.3hl第三節(jié) 汽車(chē)可靠性數(shù)據(jù)的采集與分析l一、汽車(chē)可靠性數(shù)據(jù)的采集l1可靠性試驗(yàn)l（1）可靠性試驗(yàn)的目的l1）為研制新產(chǎn)品、發(fā)現(xiàn)其弱點(diǎn)以改進(jìn)設(shè)計(jì)；l2）為確認(rèn)零件的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；l3）為接受產(chǎn)品和保保證產(chǎn)品質(zhì)量；l4）為審查制造工藝的好壞等。l（2）可靠性試驗(yàn)分類l 按試驗(yàn)性質(zhì)分為：壽命試驗(yàn)、臨界試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)和使用試驗(yàn)等。l壽命試驗(yàn)按試驗(yàn)性質(zhì)分為：l1）貯存壽命試驗(yàn)；l2）工作壽命試驗(yàn)；l3）加速壽命試驗(yàn)。l l產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行非工作狀態(tài)的存在試驗(yàn)稱為貯存試驗(yàn)，如室溫、高溫或潮濕等。 l產(chǎn)品在規(guī)定的條件下作加負(fù)載的工作試驗(yàn)

15、稱為工作壽命試驗(yàn)。它分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種試驗(yàn)。 l 加速壽命試驗(yàn)是在既不改變產(chǎn)品的失效機(jī)理又不增加新的失效因素的前提下，提高試驗(yàn)應(yīng)力，加速產(chǎn)品失效因素的作用，加速產(chǎn)品的失效過(guò)程，促使產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效。 l2使用可靠性數(shù)據(jù)的采集方法與內(nèi)容l（1）使用可靠性數(shù)據(jù)的采集方法l 使用可靠性數(shù)據(jù)的采集方法要根據(jù)對(duì)象的種類和目的來(lái)定，一般有兩種方法：一種是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員分發(fā)報(bào)表，定期返回，其特點(diǎn)是費(fèi)用低廉不需專門(mén)人員，但易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整和不準(zhǔn)確的情況；另一種是組織專門(mén)測(cè)定可靠性的人員進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，其特點(diǎn)是費(fèi)用高，但由于采集者對(duì)數(shù)據(jù)分析過(guò)程有充分的理解，選擇的數(shù)據(jù)適當(dāng)，能掌握重點(diǎn)，易發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的謬誤，因而可保

16、證數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確。l（2）數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)l 1）采集范圍：在每一份數(shù)據(jù)的收集報(bào)告中，產(chǎn)品對(duì)象范圍要明確統(tǒng)一。l 2）制定異常工作的標(biāo)準(zhǔn)（即故障的含義）：異常工作的含義一般以原訂產(chǎn)品性能指標(biāo)為準(zhǔn)，但在實(shí)際執(zhí)行中往往存在困難，因?yàn)樯a(chǎn)者與使用者以及操作人員之間的看法往往不一致，因此在調(diào)查開(kāi)始前，要盡可能制訂出明確的故障判別標(biāo)準(zhǔn)。l 3）時(shí)間的記錄：可靠性中所說(shuō)的時(shí)間是廣義的，是一個(gè)重要因素，其含義需要明確。一般來(lái)說(shuō)，時(shí)間主要指工作時(shí)間。有的還要考慮運(yùn)輸、儲(chǔ)存、停機(jī)時(shí)間等。l 4）使用條件：主要包括使用場(chǎng)合、氣候、使用工況（載荷、車(chē)速）及運(yùn)轉(zhuǎn)形式等。l 5）維修條件：使用條件相同而維修條件不同，產(chǎn)品的故障率可相差兩倍之多應(yīng)包括維修人員的水平、維修制度、設(shè)備條件以及修理水平等。l 6）取樣方法：可靠性數(shù)據(jù)應(yīng)在母體中隨機(jī)取樣進(jìn)行調(diào)查，既不要僅調(diào)查發(fā)生事故的產(chǎn)品，也不要把毛病特大特多的除外。l二、汽車(chē)可靠性數(shù)據(jù)的分析圖分析法（圖估計(jì)法）l因此，取坐標(biāo)紙上邊為軸，右邊為軸，二者均為等刻度坐標(biāo)。取坐標(biāo)紙下邊為軸，其與軸對(duì)應(yīng)