汽車產(chǎn)品可靠性工程技術(shù)可靠性試驗(yàn)

汽車產(chǎn)品可靠性工程技術(shù)可靠性試驗(yàn)第1頁/共54頁主要內(nèi)容基本知識試驗(yàn)評價失效分析第2頁/共54頁基本知識可靠性試驗(yàn)的目的可靠性試驗(yàn)的分類快速可靠性試驗(yàn)試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題可靠性抽樣試驗(yàn)第3頁/共54頁可靠性試驗(yàn)的目的

可靠性試驗(yàn)是為了提高或確認(rèn)產(chǎn)品、裝置及零件的可靠性進(jìn)行的試驗(yàn)的總稱。

其目的是：對汽車及其零部件可靠性水平的評估和考核；對批量產(chǎn)品或外加工產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)收；對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行失效機(jī)理分析；儲備設(shè)計(jì)所需資料，探索發(fā)展方向，為新產(chǎn)品的開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)。第4頁/共54頁可靠性試驗(yàn)的分類第5頁/共54頁整車行駛試驗(yàn)

主要指整車可靠性和耐久性試驗(yàn)。 要求：具有固定路形的特殊可靠性道路（如石塊路、卵石路、魚鱗坑路、搓板路、扭曲路、凸塊路、沙槽、水池、鹽水池等）、變速跑道、坡道、砂土路等。 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)： 汽車可靠性行駛試驗(yàn)方法（GB/T12678-1990）；

汽車耐久性行駛試驗(yàn)方法（GB/T12679-1990）。

第6頁/共54頁海南汽車試驗(yàn)場第7頁/共54頁不同車型的試驗(yàn)道路種類與長度第8頁/共54頁臺架模擬試驗(yàn)

使實(shí)際工作狀態(tài)在試驗(yàn)室再現(xiàn)的一種方法，包括總成試驗(yàn)和零件試驗(yàn)。 總成試驗(yàn)：發(fā)動機(jī)、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器和后橋等。 零件試驗(yàn)：一般針對外協(xié)外購件。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

汽車發(fā)動機(jī)可靠性試驗(yàn)方法(GB/T19055-2003)；

汽車轉(zhuǎn)向器總成試驗(yàn)方法(QC/T29096-92)； 汽車動力轉(zhuǎn)向器總成臺架試驗(yàn)方法(QC/T529-2000

)。第9頁/共54頁快速可靠性試驗(yàn)由于汽車及其零部件的使用壽命很長，用常規(guī)的試驗(yàn)條件進(jìn)行可靠性試驗(yàn)需要耗費(fèi)很多資金與時間，因此大量采用快速可靠性試驗(yàn)方法。分為：增大應(yīng)力法；

濃縮應(yīng)力法；

增加試樣； 貝葉斯法。原則：故障模式一致性； 子系統(tǒng)故障分布相近； 確定快速系數(shù)。第10頁/共54頁可靠性試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題試驗(yàn)對象是否可修可靠性試驗(yàn)規(guī)范體系零部件可靠性試驗(yàn)試驗(yàn)載荷的選擇試驗(yàn)樣品的質(zhì)量檢查試驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整與準(zhǔn)確試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析注意試驗(yàn)安全可靠性試驗(yàn)？第11頁/共54頁可靠性抽樣試驗(yàn)從批量產(chǎn)品中抽取部分樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以此來判斷產(chǎn)品的可靠性是否達(dá)到要求的方法叫做可靠性抽樣試驗(yàn)。主要用于：產(chǎn)品的生產(chǎn)鑒定；

協(xié)作產(chǎn)品驗(yàn)收和質(zhì)量檢查。分為：計(jì)數(shù)抽樣、計(jì)量抽樣。一次抽樣、多次抽樣、序貫抽樣。第12頁/共54頁可靠性抽樣試驗(yàn)抽樣試驗(yàn)的基本原理

從n個產(chǎn)品中抽取k個產(chǎn)品進(jìn)行可靠性試驗(yàn),規(guī)定一個判定數(shù)c當(dāng)不合格品數(shù)k<=c時，產(chǎn)品合格；當(dāng)不合格品數(shù)k>c時，產(chǎn)品不合格。若產(chǎn)品的實(shí)際不合格率為P，產(chǎn)品被判定為合格的概率：

假定有兩個不合格率：

合格可靠性水平P0，極限可靠性水平P1。

1-L(P0):廠方風(fēng)險(xiǎn)；L(P1)：用方風(fēng)險(xiǎn)。第13頁/共54頁可靠性抽樣試驗(yàn)福特公司批檢驗(yàn)抽樣表第14頁/共54頁可靠性抽樣試驗(yàn)汽車零部件威布爾分布計(jì)量一次抽樣當(dāng)給定m、R、tR、β時，即可確定批產(chǎn)品合格所對應(yīng)的t/tR、n、c的關(guān)系，制作威布爾分布抽樣試驗(yàn)表。第15頁/共54頁可靠性抽樣試驗(yàn)第16頁/共54頁可靠性抽樣試驗(yàn)汽車整車指數(shù)分布計(jì)量一次抽樣

只要事先規(guī)定好MTBF0、MTBF1、α、β，就可以求出滿足該式的故障數(shù)r，也就是判定數(shù)c。

求出必須的試驗(yàn)總時間T，從而確定抽樣方案。第17頁/共54頁主要內(nèi)容基本知識試驗(yàn)評價失效分析第18頁/共54頁試驗(yàn)評價評價指標(biāo)的計(jì)算原則：整車只計(jì)算本質(zhì)故障，同一零部件發(fā)生幾次相同模式的故障則只計(jì)算一次，各子系統(tǒng)除計(jì)算本系統(tǒng)發(fā)生的所有本質(zhì)故障外，還須計(jì)算由于其連接、協(xié)調(diào)、匹配不當(dāng)造成其他子系統(tǒng)發(fā)生的故障。評價參數(shù)：平均故障間隔里程MTBF、平均當(dāng)量故障數(shù)Crn-試驗(yàn)車樣車數(shù)；r-1、2、3類故障的總數(shù)；t-試驗(yàn)截止里程。ri-子系統(tǒng)發(fā)生第i類故障數(shù)；-第i類故障當(dāng)量故障數(shù)。第19頁/共54頁試驗(yàn)評價評價指標(biāo)限值基本車型評價限值第20頁/共54頁主要內(nèi)容基本知識試驗(yàn)評價失效分析第21頁/共54頁失效分析失效是什么？失效分析是什么？失效分析的方法第22頁/共54頁失效是什么發(fā)生下列情況之一時，機(jī)械產(chǎn)品被定義為失效：(1)完全失去規(guī)定的功能；(2)仍然可用，但是不再能夠良好地執(zhí)行其原定的功能；(3)嚴(yán)重的損傷，使其在繼續(xù)使用中失去可靠性及安全性，因而需要立即從服役中拆除進(jìn)行修理成調(diào)換。第23頁/共54頁機(jī)械零件的失效分類第24頁/共54頁失效分析是什么？也稱故障分析，指在失效事件發(fā)生之后，分析引起產(chǎn)品失效的原因，并提出對策，以防止其再發(fā)生的技術(shù)活動和管理活動。目的：通過失效分析，找出失效原因，提出防止失效的措施，然后反饋到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造部門，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性與耐久性，并能防止同類失效再次發(fā)生。第25頁/共54頁失效分析的方法確定失效對象的狀態(tài)分析確定失效原因做出結(jié)論，提出對策第26頁/共54頁確定失效對象的狀態(tài)收集背景數(shù)據(jù)及使用條件 環(huán)境，汽車載荷、速度、道路、交通狀況，使用的油料，操作情況，行駛里程，損壞件出廠日期、廠家等等。對失效部件進(jìn)行殘骸分析及初步檢查找出失效的先導(dǎo)失效件和失效源。

第27頁/共54頁確定失效對象的狀態(tài)先導(dǎo)失效件判別原則相鄰兩塊殘骸有被其他殘塊碰撞時留下的劃痕，表明二者不是先導(dǎo)失效件。零件表面加工原則。相互碰撞的零件會留下對方的印痕。T型法則：在一個零件上有兩條相交的裂紋，則A裂紋在先，B裂紋在后。分叉法則：將殘骸拼湊后，形成如圖所示的裂紋分叉情況，則匯合裂紋在前，分叉裂紋在后。裂紋沿箭頭方向發(fā)展。第28頁/共54頁確定失效對象的狀態(tài)失效源區(qū)分析原則失效源區(qū)在縫隙最寬處失效源區(qū)在兩組人字形紋匯合處失效源區(qū)在放射棱線發(fā)源處斷口上有疲勞弧線發(fā)源地為失效源區(qū)斷口上有生銹痕跡，可判斷為舊痕，可能是失效源區(qū)第29頁/共54頁失效源區(qū)分析原則失效源區(qū)在裂縫最寬處第30頁/共54頁失效源區(qū)分析原則失效源區(qū)在兩組人字形紋匯合處第31頁/共54頁失效源區(qū)分析原則失效源區(qū)在放射棱線發(fā)源處第32頁/共54頁失效源區(qū)分析原則斷口上有疲勞弧線發(fā)源地為失效源區(qū)第33頁/共54頁分析確定失效原因殘骸的理化性能檢驗(yàn)分析，確定失效模式 斷口的宏觀檢查、微觀檢查； 化學(xué)成分分析、金相組織分析利用同批次未失效件進(jìn)行分析 無損探傷、檢查表面硬度和零件尺寸等檢查與圖紙規(guī)定的尺寸、材料、技術(shù)條件是否一致應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算：審核設(shè)計(jì)、強(qiáng)度復(fù)核試驗(yàn)分析：應(yīng)力測試試驗(yàn)、臺架可靠性試驗(yàn)。第34頁/共54頁常見失效模式及誘發(fā)原因第35頁/共54頁做出結(jié)論，提出對策綜合分析資料，確定失效模式，找出失效誘因。確定原因?qū)儆诋a(chǎn)品、環(huán)境還是人為因素。確定原因?qū)儆谠O(shè)計(jì)、制造還是使用。針對失效原因，提出改進(jìn)建議。第36頁/共54頁失效分析實(shí)例收集背景數(shù)據(jù)及使用條件某型柴油機(jī)曲軸較為頻繁的出現(xiàn)早期失效，表現(xiàn)形式為斷裂。該柴油機(jī)為兩缸、35HP。失效的時間從30h到700h不等。

曲軸材料為C45鋼，鍛造而成，機(jī)加工之前已具有BH180-207。曲軸的軸頸和曲柄臂均進(jìn)行了表面感應(yīng)淬火(2-5mm)。第37頁/共54頁

失效分析實(shí)例收集背景數(shù)據(jù)及使用條件第38頁/共54頁

失效分析實(shí)例收集背景數(shù)據(jù)及使用條件第39頁/共54頁失效分析實(shí)例分析失效源區(qū)第40頁/共54頁失效分析實(shí)例殘骸的理化性能檢驗(yàn)分析，確定失效模式 化學(xué)成分分析、金相組織分析第41頁/共54頁失效分析實(shí)例殘骸的理化性能檢驗(yàn)分析，確定失效模式 金相組織分析：軸頸和曲柄銷的微觀組織結(jié)構(gòu)均為回火馬氏體。失效區(qū)域的鐵素體-珠光體結(jié)構(gòu)大概包含60%的鐵素體，在微觀結(jié)構(gòu)中還可以見到一些鐵素體帶。曲軸的化學(xué)成分和熱處理過程均符合要求。第42頁/共54頁失效分析實(shí)例殘骸的理化性能檢驗(yàn)分析，確定失效模式 斷口的宏觀檢查斷口展現(xiàn)出明顯的疲勞失效的特征。曲柄銷曲柄臂的倒角處有疲勞裂紋。初始的區(qū)域相對光滑并且沒有顯示出異常的長/深的裂紋。第43頁/共54頁失效分析實(shí)例殘骸的理化性能檢驗(yàn)分析，確定失效模式 斷口的微觀檢查(1號曲軸)在倒角區(qū)域下，有一些分散的裂紋，圓角區(qū)域之下（由表面向深層）可見晶粒間自然形成的分散的細(xì)小裂紋，能譜分析檢測顆粒邊界未見有害元素。疲勞產(chǎn)生的原因是初始疲勞階段的應(yīng)力過大。第44頁/共54頁失效分析實(shí)例殘骸的理化性能檢驗(yàn)分析，確定失效模式 斷口的宏觀檢查(3號曲軸)斷口展現(xiàn)出明顯的疲勞失效的特征。曲柄銷曲柄臂的倒角處有多處疲勞裂紋。第45頁/共54頁失效分析實(shí)例 斷口的微觀檢查(3號曲軸)距表面很近的地方，有一些很長的不連續(xù)的裂縫。另一區(qū)域的表面，有金屬剝落的跡象，剝落處伴隨著疲勞的傳播。二者都加劇了疲勞裂紋的生成。第46頁/共54頁失效分析實(shí)例殘骸的理化性能檢驗(yàn)分析，確定失效模式應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算：審核設(shè)計(jì)、強(qiáng)度復(fù)核第47頁/共54頁失效分析實(shí)例殘骸的理化性能檢驗(yàn)分析，確定失效模式應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算：審核設(shè)計(jì)、強(qiáng)度復(fù)核第48頁/共54頁失效分析實(shí)例應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算：審核設(shè)計(jì)、強(qiáng)度復(fù)核

初始疲勞：經(jīng)過計(jì)算得到初始疲勞應(yīng)力為175MPa，即175MPa的應(yīng)力會使曲柄銷倒角處產(chǎn)生初始疲勞。

使疲勞裂紋傳播的應(yīng)力：使初始疲勞裂紋傳播的應(yīng)力均值為160MPa，最小應(yīng)力值為80MPa。疲勞失效的時間估計(jì)：假設(shè)使疲勞出現(xiàn)的循環(huán)次數(shù)為107，載荷頻率為90,000/h，計(jì)算得初始疲勞出現(xiàn)的時間約為110h，疲勞裂紋傳播的時間約為35h，則疲勞失效的總時間約為150h。第49頁/共54頁失效分析實(shí)例做出結(jié)論，提出對策結(jié)論：曲軸材料的化學(xué)成分和拉伸特性均符合規(guī)定。對給定的化學(xué)成分和熱處理方法，沖擊特性也是合理的。曲軸的失效均由疲勞引起。疲勞失效的源區(qū)在曲柄銷和曲柄臂的倒角處。正常情況下，能夠引發(fā)初始疲勞的應(yīng)力值為175MPa。表面或表面下層的狀況會影響初始疲勞出現(xiàn)的應(yīng)力值，1號和3號曲軸，引發(fā)初始疲勞的應(yīng)力值為160MPa。使初始疲勞裂紋傳播的應(yīng)力均值為160MPa，最小應(yīng)力值