可靠性理論、案例及應(yīng)用課件

張微碩028可靠性理論、案例及應(yīng)用1內(nèi)容提要可靠性概念及意義1可靠性案例2滾動(dòng)軸承的可靠性設(shè)計(jì)32一、可靠性概念（一）產(chǎn)品的可靠性是指：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。對(duì)產(chǎn)品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的產(chǎn)品，可以長(zhǎng)時(shí)間正常工作（這正是所有消費(fèi)者需要得到的）；從專業(yè)術(shù)語(yǔ)上來(lái)說(shuō)，就是產(chǎn)品的可靠性越高，產(chǎn)品可以無(wú)故障工作的時(shí)間就越長(zhǎng)。

從實(shí)踐中看，有的產(chǎn)品雖然能工作，但不能完成規(guī)定功能；有時(shí)出現(xiàn)局部故障，但尚能完成一定的功能。產(chǎn)品的可靠性，可以針對(duì)產(chǎn)品完成的某一種功能而言，也可以針對(duì)其多種功能的綜合而言。因此，在具體進(jìn)行可靠性分析研究時(shí)。首先必須對(duì)產(chǎn)品在什么情況下叫做不可靠，在什么情況下叫做失效，要有一個(gè)明確的規(guī)定，也就是說(shuō)，要對(duì)產(chǎn)品故障的失效判據(jù)加以規(guī)定，合理的給出“故障判據(jù)”。在研究產(chǎn)品的可靠性問(wèn)題時(shí)，必須牢牢掌握可靠性三大要素，即時(shí)間、條件、功能，建立一個(gè)基本觀點(diǎn)，即概率統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)。3一、可靠性概念（三）可靠性指標(biāo)

衡量產(chǎn)品可靠性水平有好幾種標(biāo)準(zhǔn)，有定量的，也有定性的，有時(shí)要用幾種標(biāo)準(zhǔn)（指標(biāo)）去度量一種產(chǎn)品的可靠性，但最基本最常用的有以下幾種標(biāo)準(zhǔn)。

1.可靠度R（t）它是產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。一批產(chǎn)品的數(shù)量為N，從t=0時(shí)開始使用，隨著時(shí)間的推移，失效的產(chǎn)品件數(shù)逐漸增加，而正常工作的產(chǎn)品件數(shù)n(t)逐漸減少，用R(t)表示產(chǎn)品在任意時(shí)刻t的可靠度。

2.可靠壽命[CR(tr)]它與一般理解的壽命有不同含義，概念也不同，設(shè)產(chǎn)品的可靠度為R(t)，使可靠度等于規(guī)定值r時(shí)的時(shí)間tr的，即被定義為可靠壽命。

3.失效率（故障率）λ（t）它是指某產(chǎn)品（零部件）工作到時(shí)間t之后，在單位時(shí)間△t內(nèi)發(fā)生失效的概率。

4.有效壽命與平均壽命有效壽命一般是指產(chǎn)品投入使用后至達(dá)到某規(guī)定失效率水平之前的一段工作時(shí)間。而平均壽命MTTF對(duì)于不可修復(fù)產(chǎn)品，指從開始使用直到發(fā)生失效這一段工作時(shí)間的平均值；對(duì)于可修復(fù)的產(chǎn)品，是指在整個(gè)使用階段和除維修時(shí)間之后的各段有效工作時(shí)間的平均值。

5.平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF是指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間，也稱為平均故障間隔。它僅適用于可維修產(chǎn)品。同時(shí)也規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計(jì)工作時(shí)間與故障次數(shù)的比值為MTBF。其他如可靠度、有效度、維修度、平均維修時(shí)間等也是衡量產(chǎn)品可靠性水平的一種標(biāo)準(zhǔn)，但是一般以可靠壽命失效率就足以說(shuō)明產(chǎn)品可靠性程度了。

5一、可靠性概念（四）

采用可靠性技術(shù)，可以對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量作出全面的評(píng)價(jià)。對(duì)于一個(gè)高質(zhì)量的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，除了各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合要求外，還包括產(chǎn)品隨時(shí)間變化而保持自身工作能力的性能，這就是產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。產(chǎn)品的可靠性是與時(shí)間、故障定義、故障形式等因素有關(guān)的一種綜合性能。從概念上說(shuō)，它包括了產(chǎn)品的無(wú)故障性和耐久性問(wèn)題。由于產(chǎn)品故障與耐久性往往與一些偶然現(xiàn)象有關(guān)，常用隨機(jī)量和隨機(jī)函數(shù)來(lái)描述這些現(xiàn)象或過(guò)程。因此，評(píng)價(jià)產(chǎn)品可靠性的各項(xiàng)指標(biāo)都具有概率性質(zhì)。

6案例長(zhǎng)征系列火箭的可靠性（一）

“神舟”號(hào)載人飛船的勝利飛天，托舉“神舟”號(hào)飛船勝利飛天的運(yùn)載火箭是號(hào)稱“中華神箭”的“長(zhǎng)征”-2號(hào)F型運(yùn)載火箭，其簡(jiǎn)寫形式為“長(zhǎng)征”-2F（CZ-2F）運(yùn)載火箭。

CZ-2F火箭由芯級(jí)、二級(jí)和4個(gè)助推器、整流罩、逃逸塔等組成的火箭全長(zhǎng)58.34m，起飛質(zhì)量479.8噸，芯級(jí)直徑3.35m，助推器直徑2.25m，整流罩最大直徑3.8m，火箭的芯級(jí)和助推器發(fā)動(dòng)機(jī)均使用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進(jìn)劑，它可把8t重的有效載荷送入近地點(diǎn)高度200km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度350km的軌道。它由箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動(dòng)力裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、推進(jìn)劑利用系統(tǒng)、故障檢測(cè)系統(tǒng)、逃逸系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)、外測(cè)安全系統(tǒng)、附加系統(tǒng)、地面設(shè)備系統(tǒng)共十個(gè)大小系統(tǒng)組成。

7案例長(zhǎng)征系列火箭的可靠性（三）

為了達(dá)到載人飛行的高可靠要求，設(shè)計(jì)人員把可靠性作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，對(duì)影響運(yùn)載火箭成敗的關(guān)鍵項(xiàng)目和環(huán)節(jié)，如控制系統(tǒng)的慣性測(cè)量裝置、箭機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)、綜合放大器、推進(jìn)劑利用系統(tǒng)的控制機(jī)、遙測(cè)系統(tǒng)的一類參數(shù)測(cè)量裝置、發(fā)射機(jī)，故障檢測(cè)處理系統(tǒng)的逃逸程序控制器、外安系統(tǒng)的單脈沖應(yīng)答機(jī)等均進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，大幅度提高了系統(tǒng)的可靠性。對(duì)無(wú)法采取冗余措施的系統(tǒng)，如液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了以提高可靠性為目的的改進(jìn)設(shè)計(jì)，箭體結(jié)構(gòu)提高了剩余強(qiáng)度系數(shù)，特別是針對(duì)歷史上火箭飛行試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)，重點(diǎn)解決了防多余物、防虛焊、防斷壓線、防松動(dòng)、防漏電、防電磁干擾、防過(guò)負(fù)荷、防不相容、防漏液漏氣、防局部環(huán)境放大、防裝配應(yīng)力、防應(yīng)力集中等問(wèn)題。9案例長(zhǎng)征系列火箭的可靠性（四）在可靠性試驗(yàn)方面，重點(diǎn)進(jìn)行了電子產(chǎn)品的環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)、環(huán)境安全余量試驗(yàn)和電磁兼容試驗(yàn)。全箭的控制、推進(jìn)劑利用、故障檢測(cè)處理、遙測(cè)和外安五大電子電氣系統(tǒng)，共有近360種不同種類的電子產(chǎn)品，五百多臺(tái)（件）配套產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的可靠與否，直接關(guān)系到火箭飛行的成敗。

CZ-2F火箭的安全性指標(biāo)是0.997，這是我國(guó)運(yùn)載火箭史上首次對(duì)火箭提出安全性指標(biāo)。作為載人運(yùn)載火箭，航天員的安全始終要放在一切工作的首位。左圖上海航天部門工程技術(shù)人員正在測(cè)試第二節(jié)“長(zhǎng)征三號(hào)”火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液位傳感器

10應(yīng)用滾動(dòng)軸承的可靠性設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，由專門工廠大量制造，工藝成熟、用材優(yōu)良，積累了許多疲勞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，是最早具有可靠性指標(biāo)的機(jī)械零件。其可靠性設(shè)計(jì)理論比較成熟。根據(jù)軸承標(biāo)準(zhǔn)，可靠度R(t)=0.9時(shí)滾動(dòng)軸承的壽命，由疲勞壽命曲線導(dǎo)出，按下式計(jì)算大量試驗(yàn)證明，滾動(dòng)軸承的疲勞壽命服從威布爾分布。11應(yīng)用滾動(dòng)軸承的可靠性設(shè)計(jì)13應(yīng)用滾動(dòng)