第一章汽車可靠性理論基礎

主講：雷朱/p>

《汽車維修工程》

Automotive

MaintenanceandRepairEngineering第一章汽車可靠性理論基礎三、汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集與分析二、汽車故障類型及其分布規(guī)律汽車維修工程一、可靠性的內(nèi)涵及其評價指標第一章汽車可靠性理論基礎§1-1汽車可靠性概述①產(chǎn)品:通常是指可作為單獨研究或單獨試驗對象的任何元件、零件，甚至一臺完整的設備。一、汽車可靠性與維修1、可靠性

指產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。⑴可靠性的四要素：產(chǎn)品、規(guī)定條件、規(guī)定時間、規(guī)定功能。對汽車而言，其產(chǎn)品主要包括：整車、總成和零部件。第一章汽車可靠性理論基礎②規(guī)定條件：指汽車產(chǎn)品的工作條件，包括：環(huán)境條件：氣候、道路狀況等；運行條件：載荷的性質(zhì)、種類，行駛速度，

連續(xù)工作時間等；維修條件：維修方式、水平、制度等。③規(guī)定時間：汽車行駛的保用期、第一次大修里程、報廢期等。第一章汽車可靠性理論基礎④規(guī)定功能：設計任務書、使用說明書、訂貨合同以

及國家標準規(guī)定的各種功能和要求。安全性、舒適性、動力性、經(jīng)濟性和排放性能等。

汽車可靠性標志著汽車在整個使用壽命周期內(nèi)保持所需質(zhì)量指標的性能。第一章汽車可靠性理論基礎（2）可靠性的類型①固有可靠性：

產(chǎn)品從設計到制造整個過程中確定了的內(nèi)在可靠性，它是產(chǎn)品的固有屬性。②使用可靠性：

考慮了使用、維修對產(chǎn)品可靠性的影響，包括使用、維修方法以及操作人員的技術熟練程度等都會對產(chǎn)品的壽命及功能的發(fā)揮產(chǎn)生重大影響。

汽車的可靠性取決于汽車本身的固有可靠性以及汽車的使用、維修水平，并與汽車的使用條件有關。第一章汽車可靠性理論基礎2、維修：指在系統(tǒng)投入運行后，為了保持或在系統(tǒng)發(fā)生故障后恢復產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力而采取的技術與管理措施。維修包括維護與修理，維護是為了保持產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力；修理是為了在系統(tǒng)發(fā)生故障后恢復產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力。汽車維修只能在一定程度上維持汽車的技術狀況，提高其使用可靠性；但不能完全恢復其固有可靠性水平。因此，經(jīng)過相當里程的行使（達到極限行使里程）后，汽車就需要報廢。第一章汽車可靠性理論基礎汽車可靠性評價指標1.可靠度（有效度）：汽車在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。記作R（t）。2.失效度（不可靠度、累計故障概率）：汽車在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時間內(nèi)喪失規(guī)定功能（發(fā)生故障）的概率。記作F（t）。R（t）＋F（t）=1第一章汽車可靠性理論基礎4.故障率函數(shù)⑴概念：汽車工作到t時刻為止尚未發(fā)生故障的條件下在下一單位時間內(nèi)發(fā)生故障的條件概率。第一章汽車可靠性理論基礎

⑵故障率函數(shù)曲線描述了故障率隨時間的變化規(guī)律，分為早期故障、偶然故障、耗損故障三種類型。第一章汽車可靠性理論基礎⑴早期故障期（Ａ段）產(chǎn)品在工作之初，由于設計、制造、裝配等方面的缺陷，而發(fā)生早期故障的一段時間。在此期間，汽車發(fā)生故障的可能性很大，但故障率隨著時間的增加而迅速下降。對于剛投入使用的新車或大修車來說，使早期故障減少的有效途徑是加強走合期的使用、維護和管理。實驗表明：汽車的使用壽命、工作可靠性和經(jīng)濟性在很大程度上取決于汽車使用的初期走合。必須嚴格執(zhí)行有關新車或大修車走合的各項規(guī)定第一章汽車可靠性理論基礎⑵偶然故障期（B段）

在此期間，函數(shù)的變化趨于穩(wěn)定，接近常數(shù)，屬故障率恒定型，相當與正常使用期。此類故障多由操作不當、裝配失控、潤滑不良、維護欠佳、材料及隱患等偶然因素而引發(fā)，沒有一種特定的原因起主導作用。在正常使用期內(nèi)，應在正常使用的基礎上，執(zhí)行“預防為主、定期檢測、強制維護、視情修理”的方針，以降低故障率，維持并保證汽車的完好技術狀況和工作能力。⑶耗損故障期（C段）由于老化、疲勞、磨損等原因引起的故障。λ（t）隨著時間的增加而迅速增加，屬故障率遞增型。汽車或總成進入該時期后，應考慮大修。第一章汽車可靠性理論基礎5.平均壽命與可靠壽命⑴平均壽命：平均壽命是一個標志產(chǎn)品平均能工作多長時間的量，它是對整批產(chǎn)品而言的一個指標。第一章汽車可靠性理論基礎⑵可靠壽命：在汽車可靠性研究中，經(jīng)常需要知道對應于給定的R值，R（t）下降到R時所需的時間，而此時間就稱為可靠壽命，用tR表示。如：用t0.99表示可靠度R（t）=99﹪時產(chǎn)品的可靠壽命。第一章汽車可靠性理論基礎§1-2汽車故障類型及故障分布規(guī)律二、汽車故障的概念及類型1.概念：故障或失效是指產(chǎn)品喪失保持原有功能的能力。2.故障模式故障模式是指由失效機理所顯示出來的各種失效現(xiàn)象或失效狀態(tài)。第一章汽車可靠性理論基礎(6)性能衰退或功能失效型故障模式。如：功能失效、性能衰退、公害超標、異響、過熱等。(1)損壞型故障模式。如：斷裂、碎裂、開裂、裂紋、點蝕、撓蝕、擊穿、變形、壓痕等。(2)退化型故障模式。如：老化、變質(zhì)、剝落、磨損等。(3)松脫型故障模式。如：松動、脫落等。(4)失調(diào)型故障模式。如：壓力過高或過低、行程失調(diào)、間隙過大或過小、干涉、卡滯等。(5)堵塞與滲漏型故障模式。如：堵塞、氣阻、漏油、漏水、漏氣、滲油等。第一章汽車可靠性理論基礎3.故障分類⑴按照故障率函數(shù)特點，可把故障分為早期故障型、偶然故障型和耗損故障型三類。⑵按照汽車行業(yè)中《汽車產(chǎn)品質(zhì)量評定辦法》的規(guī)定，可把汽車故障分為以下幾種：1）致命故障：危及人身安全，引起主要總成件報廢，造成重大經(jīng)濟損失，對周圍環(huán)境造成嚴重損害。2）嚴重故障：引起主要零部件、總成嚴重損壞或影響行車安全，不能用易損件和隨車工具在較短時間內(nèi)排除。3）一般故障：不影響行車安全的非主要零部件故障，可用易損件和隨車工具在較短時間內(nèi)排除。4）輕微故障：對汽車正常運行基本沒影響，不需要更換零件，可用隨車工具比較容易地排除。第一章汽車可靠性理論基礎汽車可靠性研究中常用的故障分布

確定汽車的故障分布是可靠性研究的基本內(nèi)容之一，它能很好地描述隨機變量的性質(zhì)，揭示其內(nèi)在規(guī)律。判定隨機變量的分布類型以及表征這些分布的相應參數(shù)值，可為產(chǎn)品可靠性的評價和改進提供依據(jù)。故障隨時間分布規(guī)律的獲得，是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)、應用統(tǒng)計分析的方法，確定其分布模式。汽車可靠性研究中應用的理論概論分布類型很多，常用的有二項分布、泊松分布、正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布等。第一章汽車可靠性理論基礎指數(shù)分布是隨機變量分布形式中最基本的一種。產(chǎn)品處于偶然故障期內(nèi)所發(fā)生的故障服從指數(shù)分布，在此期間λ（t）=常數(shù)。偶然故障、突變失效，如電器元件、氣缸墊等，一般服從指數(shù)分布。一般復雜機器的故障率分布常以指數(shù)分布為主。1.指數(shù)分布第一章汽車可靠性理論基礎

正態(tài)分布是一種最常用的連續(xù)分布，很多自然現(xiàn)象都可以用它來描述，如工藝誤差、測量誤差、材料性能、應力分布、汽車零件的強度和壽命等。磨損零件的故障分布可近似地認為服從正態(tài)分布。2.正態(tài)分布第一章汽車可靠性理論基礎

對數(shù)正態(tài)分布是描述零件壽命與耐久性的一種較好的分布函數(shù)。常用于機械部件的疲勞壽命、疲勞強度及耐磨壽命等研究中。3.對數(shù)正態(tài)分布第一章汽車可靠性理論基礎威布爾分布是基于最弱環(huán)模型為物理背景導出的。如兩端受拉力的一根由許多鏈環(huán)串聯(lián)而成的鏈條，當最弱環(huán)節(jié)斷裂時，整根鏈條就告失效。廣義地說，凡是由若干個獨立部件串聯(lián)構(gòu)成的產(chǎn)品，只要其中某個部件失效，整個產(chǎn)品就告失效，即屬于最弱環(huán)模型。如汽車的傳動系。受變載荷作用的滾動軸承、齒輪與汽車鋼板彈簧等零件的疲勞壽命都可用威布爾分布來描述。由于威布爾分布函數(shù)具有很好的兼容性，可將常見的正態(tài)分布、指數(shù)分布等容納在內(nèi)，所以，它是應用最廣泛的可靠性函數(shù)。4.威布爾分布第一章汽車可靠性理論基礎§1-3汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集與分析三、汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集1.數(shù)據(jù)采集和分析的重要性在維持和改進老產(chǎn)品以及開發(fā)新產(chǎn)品的過程中，都需進行各種各樣的試驗，記錄大量的試驗數(shù)據(jù)，收集、處理、分析和利用這些數(shù)據(jù)是非常重要的。⑴可靠性數(shù)據(jù)的全面性、大量性和不確切性要求我們對數(shù)據(jù)必須進行系統(tǒng)地收集、認真地研究和科學地管理。數(shù)據(jù)是可靠性工程的基礎，只有掌握完整、準確的可靠性數(shù)據(jù)，才能進行可靠性評定；對老產(chǎn)品可靠性評定的結(jié)果，又是對新產(chǎn)品可靠性預測的依據(jù)。第一章汽車可靠性理論基礎⑵可靠性過程貫徹在從產(chǎn)品的計劃、設計、試驗、制造到使用維修的整個過程，因此，對整個過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)都要進行收集和分析。⑶可靠性數(shù)據(jù)按產(chǎn)生的階段分為：設計階段、生產(chǎn)階段和使用維修階段。設計階段：收集并分析同類產(chǎn)品的故障數(shù)據(jù)，可對新車、總成和零件的可靠性進行預測，這種預測有利于設計方案的對比和選擇；該階段可靠性研究和試驗所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，只能作為分析產(chǎn)品的初始可靠性，對于故障模式和可靠性增長規(guī)律，不宜用此階段的數(shù)據(jù)進行可靠性評定，因為設計尚不成熟，技術狀況和試驗條件變化較大，試驗數(shù)據(jù)也較少。第一章汽車可靠性理論基礎生產(chǎn)階段：為了對產(chǎn)品質(zhì)量進行控制，必須定期或不定期地進行抽樣試驗，來確定產(chǎn)品合格與否，從而指導生產(chǎn)、保證質(zhì)量。由于生產(chǎn)階段的產(chǎn)品數(shù)量和試驗數(shù)量大大增加，這種數(shù)據(jù)對可靠性的評定就反映了設計與制造水平。使用和維修階段：使用和維修階段的可靠性數(shù)據(jù)收集與分析，對產(chǎn)品的設計、制造評價最有權威性，因為使用階段車輛的使用條件真實、數(shù)量較多，是可靠性評定的主要數(shù)據(jù)來源。第一章汽車可靠性理論基礎1.數(shù)據(jù)采集的方法和注意事項⑴數(shù)據(jù)采集的方法對現(xiàn)場工作人員分發(fā)報表并定期回收。組織專門測定可靠性的人員進行可靠性試驗。⑵采集數(shù)據(jù)時應注意的事項采集范圍：在每一份數(shù)據(jù)的收集報告中，產(chǎn)品對象范圍要明確統(tǒng)一。制定異常工作的標準(即故障的含義)：異常工作的含義一般以原訂產(chǎn)品性能指標為準，但在實際執(zhí)行中往往存在困難，因為生產(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)查開始前，要盡可能制訂出明確的故障判別標準。第一章汽車可靠性理論基礎時間的記錄：可靠性中所說的時間是廣義的，是一個重要因素，其含義需要明確。一般來說，時間主要指工作時間；有的還要考慮運輸、儲存、停機時間等。使用條件：主要包括使用場合、氣候、使用工況(載荷、車速)及運轉(zhuǎn)形式等。維修條件：使用條件相同而維修條件不同，產(chǎn)品的故障率會相差兩倍之多。維修條件包括維修人員的水平、維修制度、設備條件以及修理水平等。取樣方法：可靠性數(shù)據(jù)應在母體中隨機取樣進行調(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。第一章汽車可靠性理論基礎可靠性試驗簡介道路試驗臺架試驗GB/T12678-1990《汽車可靠性行駛試驗方法》GB/T12534《汽車道路試驗通則》GB7031《車輛振動輸入道路平面度表示方法》1.可靠性試驗的目的為研制新產(chǎn)品、發(fā)現(xiàn)其弱點以改進設計；為確認零件的設計任務書；為接受產(chǎn)品和保證產(chǎn)品質(zhì)量;為審查制造工藝的好壞等。第一章汽車可靠性理論基礎2.可靠性試驗分類可靠性試驗方法多達百余種，常用的也有20～30種。由于可靠性試驗不僅費時、費力，而且還要消耗相當?shù)馁Y金。因此，采用正確而又恰當?shù)姆椒ǎ粌H有利于保證和提高產(chǎn)品的可靠性，而且能大量節(jié)約時間、人力和費用。第一章汽車可靠性理論基礎⑴壽命試驗壽命試驗是為確定產(chǎn)品壽命分布及特征而進行的試驗。一般采用臺架試驗和現(xiàn)場試驗兩種方法，同時，為了縮短試驗周期，一般都采用加速壽命試驗。1）壽命試驗按試驗條件分為：臺架加速壽命試驗破壞性試驗是在規(guī)定條件下投入一定數(shù)量的樣品進行壽命試驗，記錄有關樣品的失效時間；非破壞性試驗一般是對轎車和價格高的重要零件進行的可靠性試驗。臺架試驗由于試驗條件穩(wěn)定，容易獲得良好的效果。第一章汽車可靠性理論基礎試驗場加速壽命試驗使汽車在高速環(huán)行路和其他多種路面（各種石塊路、比利時路、各種卵石路、搓板路）等壞路上進行強化的加速壽命試驗。以確認強度構(gòu)件在行駛中的安全性。此外，為確認綜合的耐久可靠性，對行駛各種路面，如砂石、泥水、鹽水、轉(zhuǎn)彎、爬坡、高速環(huán)行路等適當組合進行程序試驗。2）壽命試驗按試驗性質(zhì)分為：貯存壽命試驗

產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件下，進行非工作狀態(tài)的存在試驗稱為貯存試驗。其目的是為了了解產(chǎn)品在特定的環(huán)境條件下貯存的可靠度。第一章汽車可靠性理論基礎工作壽命試驗產(chǎn)品在規(guī)定的條件下作加負載的工作試驗稱為工作壽命試驗。它分為靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗。靜態(tài)試驗是加額定載荷的壽命試驗，通過靜態(tài)試驗可以了解產(chǎn)品在額定應力下工作的可靠性，不過它難以反映產(chǎn)品在實際工作狀態(tài)下的可靠性。動態(tài)試驗是模擬產(chǎn)品在實際工作狀態(tài)下的試驗，它與產(chǎn)品的實際工作狀態(tài)是非常接近的，故它的準確度比靜態(tài)試驗的高，但動態(tài)試驗的設備比較復雜，費用較高。第一章汽車可靠性理論基礎加速壽命試驗加速壽命試驗是在既不改變產(chǎn)品的失效機理又不增加新的失效因素的前提下，提高試驗應力，加速產(chǎn)品失效因素的作用，加速產(chǎn)品的失效過程，促使產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效。加速壽命試驗可以縮短試驗周期，節(jié)省費用，快速對產(chǎn)品的可靠性作出評價。根據(jù)試驗結(jié)果，可以預測正常應力下的產(chǎn)品壽命。按試驗時應力施加的方式可分為；恒定應力加速壽命試驗、步進應力加速壽命試驗、序進應力加速壽命試驗等。第一章汽車可靠性理論基礎4）壽命試驗按失效情況分為：完全壽命試驗試驗進行到投試樣品完全失效為止。截尾壽命試驗（不完全壽命試驗）無替換定時截尾試驗（n，無，t0）在不補充失效樣品的前提下，當試驗達到規(guī)定的試驗時間t0就停止的試驗。無替換定數(shù)截尾試驗（n，無，r）在不補充失效樣品的前提下，當試驗達到規(guī)定的失效數(shù)r就停止的試驗。有替換定時截尾試驗（n，有，