失效模式分析（PPT31页)

4-1失效模式、后果与严重度分析(FMECA)FailureModeEffectandCriticalityAnalysis§1概述§2失效模式与后果分析§3严重度分析4-2§1概述失效的定义：1、设备在规定条件下，不能完成其规定的功能；2、设备在规定条件下，一个或几个不能达到其规定值；3、由于环境应力变化，导致功能丧失；4、即使设备在规定条件下具有完成规定功能的能力，但因操作者的失误而造成产品功能丧失；4-3失效等级：故障类型分类原则1致命故障导致人身伤亡、重要总成报废、重大经济损失或对环境造成重大危害。2严重故障导致重要总成、零部件损坏，且不可能在短时间内修复。3一般故障导致性能下降，在短时间内修复4轻微故障一般随车工具在短时间可以修复失效等级严重程度I导致系统功能失效，造成系统或环境重大损失，导致人员伤亡。II能导致系统功能失效，造成系统或环境重大损失，不导致人员伤亡。III导致系统功能下降，对系统或环境均无显著损害。IV导致系统功能下降，对系统或环境均无害。4-4故障模式的分类1、损坏型故障模式：裂纹、塑性变形、断裂等2、退化型故障模式：老化、变质、表面防护脱落等3、松脱型故障模式：松动、脱开、脱焊等4、失调型故障模式：间隙不适、流量不当、压力不当等5、堵塞和渗漏型故障模式：堵、渗、漏等6、功能型故障模式：功能不正常、功能不稳定等7、其它类型故障模式：润滑不良等故障模式的比率故障模式比率——产品出现失效模式的百分比进一步分析失效原因，采取预防措施的可靠依据4-5轴承离合器连接器齿轮发电机电位器继电器腐蚀18.7-6.3-6.327.512.3蠕变-------形变2.56.623.7202.1-0.4侵蚀3.1------疲劳4.4-1.7---2.3摩擦10.6---1.5-2.6氧化-------绝缘--1.6-12.31012.3裂痕0.5------磨损60.283.48.16025.1252.4断裂-10.047.1204.61517.5其它--11.5-16.122.511.9几种机械零部件的失效模式及其比率4-6§2失效模式与后果分析一、FMEAFMECAFMEA失效模式与后果分析CA严重度分析功能FMEA硬件FMEA设计初期复杂系统1、功能FMEA和硬件FMEA4-72、FMEA程序FMEA基本程序:1、确定失效模式2、绘制系统功能图和可靠性框图3、确定工作参数和功能4、查明所有失效模式、发生原因及后果5、按可能的最坏后果评定失效模式的严重性级别6、确定失效模式的检测方法及补救预防措施7、提出修改方案及其他措施8、提交分析报告4-8输入原始资料分析系统结构及各组成部分功用构造系统的可靠性框图列出各功能级的失效模式机理效应研究失效检测方法可能的预防措施致命性分析失效模式概率致命度的估计输出填写FMECA表格FMECA分析过程4-9零件材料失效原因的分类机械因子弹性变形、塑性变形、蠕变、疲劳、断裂、滑移机械磨损接触不良平衡状态破坏相变化、应力松弛化学反应腐蚀、氧化、电应力电介质击穿、脉冲热应力摩擦渗透湿气、气体、流体4-10断裂分类：根据裂纹发展过程沿晶断裂穿晶断裂根据受载性质疲劳断裂静载断裂冲击断裂根据完全断裂前的宏观变形脆性断裂韧性断裂4-11疲劳断裂原因：表面因素：表面粗糙度、划痕、碰伤等材质因素：材料的成分、机械性能、冶金特性等几何因素：圆角、倒角等环境因素：环境介质、环境温度等载荷因素：载荷性质、大小、变化速度等疲劳源裂纹扩展区瞬断区4-12项目失效模式失效原因可能后果发生概率严重性可能措施发动机壳破裂工艺质量差材料缺陷运输中损坏搬运中损坏内压过高导弹毁坏0.0006严重严格控制原材料质量，消除缺陷。进行耐压试验，采用合理包装，在运输中保护发动机推进剂药柱断裂孔穴粘接面分离固化残余应力温度过低老化燃烧速度过高；内压过高；机壳在工作过程中破裂0.0001严重严格控制生产过程，确保工艺质量，严格控制在极限温度之内存储和使用。内衬与外壳分离与药柱或隔热层分离粘接剂不良粘接控制不良壳体成形后净化不够燃烧速度过高；内压过高；机壳在工作过程中破裂0.0001严重严格执行正常清洗程序，机巧清洗后严格检验，确保清除一切沾染物例某一固体火箭发动机由推进剂药柱、内衬和发动机壳组成。绘制其失效模式后果分析表FMECA分析实例14-13FMECA分析的用途1、在设计管理上的用途FMECA与线路应力分析的结合是可靠性预测、分配和评定时的一项原始资料。FMECA是评定设计方案的手段FMECA是设计评审、质量复查、事故预想的依据和证明2、在其他用途安排测试点、制造和质量控制，制定试验计划的一种依据。制定检测程序、设计诊断装置的基础。与试验结果和失效分析报告一起进行定性评定。可靠性维修，后勤保障分析的原始资料。4-144-154-164-17§4.3严重度分析一、定性分析A级，常发生。单一失效模式发生概率大于系统总失效概率的20%。B级，较常发生。单一失效模式发生概率在系统总失效概率的10%~20%。C级，偶尔发生。单一失效模式发生概率在系统总失效概率的1%~10%。D级，很少发生。单一失效模式发生概率在系统总失效概率的0.1%~1%。E级，极少发生。单一失效模式发生概率小于系统总失效概率的0.1%。4-18二、定量分析1、失效后果概率失效后果值必然损失1.0偶然损失0.11.0很少损失1.00无影响02、失效模式严重度数字610tCPmPt失效率后果元件失效率×10-6/h为单位任务阶段内的工作时间失效模式相对频率4-193、产品严重度数字niPrtC16)10(in属于某一严重度的失效模式数产品在该严重度下的最后一个失效模式4-20若某产品的失效率，在某一任务阶段，出现两个II级严重的失效模式和一个IV严重失效模式。这三个失效模式的相对频率分别为：，失效后果概率均为0.5，在该阶段工作时间为1h，求该产品在此任务阶段，在严重性II下的。16102.7hp5.0,2.0,3.0321rmCC,II级严重性的第一个失效模式的严重度数字为mC求08.11011072.03.05.010666tCPm72.01011072.02.05.010666tCPmII级严重性的第二个失效模式的严重度数字为4-218.11011072.0)2.03.0(5.0)10()10()10()10(66626121616ttttCPPpPnpPrrC求II级严重性的产品严重度数字为4-22三、严重度矩阵严重性级别严重性级别发生概率概率增加严重度数字Cr低高ABCDEIVIIIIII严重度增加4-23机车车辆FMEA分析实例国际铁路联盟的研究与试验机构的B176委员会（UICOREB176）对机车车辆转向架进行了深入的研究，进行了大量的实验和评估，并为选择高速机车车辆的样机转向架进行了费用—效能分析。——决策基础的重要部分4-24方法描述：1、部件描述2、与安全有关的各种部件的描述3、可能的故障4、损坏特征、可能的原因及其影响的评估5、故障检测6、目前的改进措施7、对系统的影响4-25转向架系统钢轨使用区域100钢轨与轴箱间的部件200轴箱300轴箱与转向架间部件400转向架构架500转向架构架与车体间部件600车体700轮/轨210轮对220轴承230一系悬挂410轮对导向装置420轴箱定位装置421二系悬挂610转向架-车体的连接620抗侧滚装置630限位止挡621弹簧装置611减振器6124-26故障类型：1、A型故障：由于生产或装配造成的功能丧失通过工厂和检修保证状态良好2、B型故障：产品功能的逐渐退化引入一个正常的检测系统3、C型故障：产品功能的突然丧失4-27代码与零部件名称110钢轨（使用区域）故障类型横向位移阻力降低，钢轨型面不符合设计规范横向加速度过高影响分析影响低，对所有转向架影响皆相同影响小，对所有转向架影响皆相同危害评价在最大运行速度时测得的钢轨力是安全的加速度超过正常值，横向钢轨力增加危险性A机车车辆转向架FMEA表格4-28机车车辆转向架FMEA表格（续）代码与零部件名称210车轮/钢轨230轮对轴承300轴箱故障类型车轮与钢轨的接触尺寸不当轴箱过热轴箱破损影响分析磨损车轮型面快速形成大锥度影响不可避免一般不会发生危害评价不良的接触影响转向架稳定性的灵敏度如果不及时报告，运行危险运行危险危险性BBC4-29机车车辆转向架FMEA表格（续）代码与零部件名称410一系弹簧故障类型一系弹簧断裂影响分析可能不会发生危害评价危害运行安全危险性C4-30机车车辆转向架FMEA表格（续）代码与零部件名称420轮对导向装置500转向架700车体故障类型控制信号错误转向架构架断裂车体支撑与固定系统断裂影响分析导致受控零部件不能正常工作可能不会发生可能不会发生危害评价危害高速运行时的安全危害运行安全危害运行安全危险性CCC4-31机车车辆转向架FMEA表格（续）代码与零部件名称610二系弹簧悬挂故障类型空气弹簧压力不同影响分析较少发生危害评价由于空簧压力不同引起轮载变化危险性B