第一章 汽车可靠性理论基础

汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系汽车维修工程主讲教师：刘占峰汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第一章汽车可靠性理论基础要点:1、可靠性的内涵及其评价指标2、汽车故障类型及其分布规律3、汽车可靠性数据的采集与分析汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系§1-1汽车可靠性概述①产品:通常是指可作为单独研究或单独试验对象的任何元件、零件，甚至一台完整的设备。一、汽车可靠性与维修1、可靠性指产品在规定的使用条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。⑴可靠性的四要素：产品、规定条件、规定时间、规定功能。对汽车而言，其产品主要包括：整车、总成和零部件。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系④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。如：安全性、舒适性、动力性、经济性和排放性能等。②规定条件：指汽车产品的工作条件，包括：环境条件：气候、道路状况等；运行条件：载荷的性质、种类，行驶速度，连续工作时间等；维修条件：维修方式、水平、制度等。③规定时间：汽车行驶的保用期、第一次大修里程、报废期等。汽车可靠性标志着汽车在整个使用寿命周期内保持所需质量指标的性能。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系（2）可靠性的类型①固有可靠性：产品从设计到制造整个过程中确定了的内在可靠性，它是产品的固有属性。②使用可靠性：考虑了使用、维修对产品可靠性的影响，包括使用、维修方法以及操作人员的技术熟练程度等都会对产品的寿命及功能的发挥产生重大影响。汽车的使用可靠性取决于汽车本身的固有可靠性以及汽车的使用、维修水平，并与汽车的使用条件有关。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系2、维修：指在系统投入运行后，为了保持或在系统发生故障后恢复产品完成规定功能的能力而采取的技术与管理措施。维修包括维护与修理，维护是为了保持产品完成规定功能的能力；修理是为了在系统发生故障后恢复产品完成规定功能的能力。汽车维修只能在一定程度上维持汽车的技术状况，提高其使用可靠性；但不能完全恢复其固有可靠性水平。因此，经过相当里程的行使（达到极限行使里程）后，汽车就需要报废。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系二、汽车可靠性评价指标1.可靠度（有效度）：汽车在规定的使用条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。记作R（t）。2.失效度（不可靠度、累计故障概率）：汽车在规定的使用条件下和规定的时间内丧失规定功能（发生故障）的概率。记作F（t）。R（t）＋F（t）=1汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系3.故障概率密度函数：汽车出现故障的概率随时间变化的规律。记作f（t）。dttdRdttdFtf)()()(dttftdF)()(tdttftF0)()(ttdttfdttftR0)()(1)(汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系4.故障率函数⑴概念：汽车工作到t时刻为止尚未发生故障的条件下在下一单位时间内发生故障的条件概率记作λ（t）。●设T为汽车在规定条件下的使用寿命，t为设定的工作时间；●“T﹥t”表示：“汽车工作到t时刻为止尚未发生故障”的事件；●“t﹤T≤t+Δt”表示：“汽车在（t，t+Δt）内失效”的事件；于是，“汽车工作到t时刻后在（t，t+Δt）内发生故障的条件概率”为：P（t﹤T≤t+Δt/T﹥t）将此条件概率除以时间间隔Δt，便得到Δt时间内的平均故障率。当Δt→0时，就可以得到t时刻的失效率：汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系按上式计算故障率比较困难，实际应用中常用频率或平均故障率的观察值来代替。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系①频率设在t=0时有N个产品开始工作，到t时刻的故障件数为Nf（t）；到t时刻仍在工作而尚未发生故障的件数为N-Nf（t）；若在下一个时间Δt内出现故障的件数为ΔNf（t），则单位时间内出现故障的件数为ΔNf（t）/Δt。那么，产品的平均故障率为：ttNNtNtNNttNtffff)()()()()(汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系例题：如图所示为50个某类型汽车轮胎调查数据，试分别求出汽车行驶到3.5万Km和5.5万Km时的故障率。解：根据题意N=50；ΔNf（3.5）=7；Δt=4-3.5=0.5万Km；汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系Nf（3.5）=1+3+2+5=11；则：km1%90.355.0115075.35.35.3万tNNNffkm1%70.855.0435035.5万当t=5.5万Km时，ΔNf（5.5）=3；Δt=6-5.5=0.5万Km；Nf（5.5）=1+3+2+5+7+10+9+6=43；汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系②平均故障率的观察值λ汽车在规定的考察行程（或时间）内，故障发生次数（m）与累计行程（ΣL）之比。即：Lm故障率的单位一般用每万km的百分数（%1/万km）来表示。或1/小时、菲特。（1菲特=10-91/小时)汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系⑵故障率函数曲线描述了故障率随时间的变化规律，分为早期故障、偶然故障、耗损故障三种类型。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系⑴早期故障期（Ａ段）产品在工作之初，由于设计、制造、装配等方面的缺陷，而发生早期故障的一段时间。在此期间，汽车发生故障的可能性很大，但故障率随着时间的增加而迅速下降。对于刚投入使用的新车或大修车来说，使早期故障减少的有效途径是加强走合期的使用、维护和管理。实验表明：汽车的使用寿命、工作可靠性和经济性在很大程度上取决于汽车使用的初期走合。必须严格执行有关新车或大修车走合的各项规定汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系⑵偶然故障期（B段）在此期间，λ（t）的变化趋于稳定，接近常数，属故障率恒定型，相当与正常使用期。此类故障多由操作不当、装配失控、润滑不良、维护欠佳、材料及隐患等偶然因素而引发，没有一种特定的原因起主导作用。在正常使用期内，应在正常使用的基础上，执行“预防为主、定期检测、强制维护、视情修理”的方针，以降低故障率，维持并保证汽车的完好技术状况和工作能力。⑶偶然故障期（C段）由于老化、疲劳、磨损等原因引起的故障。λ（t）随着时间的增加而迅速增加，属故障率递增型。汽车或总成进入该时期后，应考虑大修。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系5.平均寿命与可靠寿命⑴平均寿命：平均寿命是一个标志产品平均能工作多长时间的量，它是对整批产品而言的一个指标。设产品寿命T的故障概率密度函数为f(t)，那么，它的数学期望就称为产品的平均寿命。①对于可维修产品而言，其平均寿命是指产品的平均无故障工作时间，计作MTBF。在实际工作中，常用其观察值：②对于不可维修产品而言，其平均寿命是指产品的平均寿终时间（发生失效前的平均工作时间），计作MTTF。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系⑵可靠寿命：在汽车可靠性研究中，经常需要知道对应于给定的R值，R（t）下降到R时所需的时间，而此时间就称为可靠寿命，用tR表示。如：用t0.99表示可靠度R（t）=99﹪时产品的可靠寿命。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系特殊情况：汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系§1-2汽车故障类型及故障分布规律汽车常见的故障模式有以下六种：一、汽车故障的概念及类型1.概念：故障或失效是指产品丧失保持原有功能的能力。2.模式故障模式是指由失效机理所显示出来的各种失效现象或失效状态。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系(6)性能衰退或功能失效型故障模式。如：功能失效、性能衰退、公害超标、异响、过热等。(1)损坏型故障模式。如：断裂、碎裂、开裂、裂纹、点蚀、挠蚀、击穿、变形、压痕等。(2)退化型故障模式。如：老化、变质、剥落、磨损等。(3)松脱型故障模式。如：松动、脱落等。(4)失调型故障模式。如：压力过高或过低、行程失调、间隙过大或过小、干涉、卡滞等。(5)堵塞与渗漏型故障模式。如：堵塞、气阻、漏油、漏水、漏气、渗油等。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系3.故障分类⑴按照故障率函数特点，可把故障分为早期故障型、偶然故障型和耗损故障型三类。⑵按照汽车行业中《汽车产品质量评定办法》的规定，可把汽车故障分为以下几种：1）致命故障：危及人身安全，引起主要总成件报废，造成重大经济损失，对周围环境造成严重损害。2）严重故障：引起主要零部件、总成严重损坏或影响行车安全，不能用易损件和随车工具在较短时间内排除。3）一般故障：不影响行车安全的非主要零部件故障，可用易损件和随车工具在较短时间内排除。4）轻微故障：对汽车正常运行基本影响，不需要更换零件，可用随车工具比较容易地排除。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系二、汽车可靠性研究中常用的故障分布确定汽车的故障分布是可靠性研究的基本内容之一，它能很好地描述随机变量的性质，揭示其内在规律。判定随机变量的分布类型以及表征这些分布的相应参数值，可为产品可靠性的评价和改进提供依据。故障随时间分布规律的获得，是根据试验数据、应用统计分析的方法，确定其分布模式。汽车可靠性研究中应用的理论概论分布类型很多，常用的有二项分布、泊松分布、正态分布、对数正态分布、指数分布和威布尔分布等。汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系指数分布是随机变量分布形式中最基本的一种。产品处于偶然故障期内所发生的故障服从指数分布，在此期间λ（t）=常数。偶然故障、突变失效，如电器元件、气缸垫等，一般服从指数分布。一般复杂机器的故障率分布常以指数分布为主。tetf)(1.指数分布汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系正态分布是一种最常用的连续分布，很多自然现象都可以用它来描述，如工艺误差、测量误差、材料性能、应力分布、汽车零件的强度和寿命等。磨损零件的故障分布可近似地认为服从正态分布。2.正态分布汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系对数正态分布是描述零件寿命与耐久性的一种较好的分布函数。常用于机械部件的疲劳寿命、疲劳强度及耐磨寿命等研究中。3.对数正态分布汽车维修工程第一章汽车可靠性理论基础精品课程2007年6月能源与动力工程学院交通运输系威布尔分布是基于最弱环模型为物理背景导出的。如两端受拉力的一根由许多链环串联而成的链条，当最弱环节断裂时，整根链条就告失效。广义地说，凡是由若干个独立部件串联构成的产品，只要其中某个部件失效，整个产品就告失效，即属于最弱环模型。如汽车的传动系