機械的可靠性設計與維修性設計

　　主要內容：機械的可靠性度量指標，可靠性設計，維修設計。

　　可靠性的度量指標

　　1. 可靠度

　　1 可靠度數值應根據具體產(chǎn)品的要求來(lái)確定， 一般原則是根據故障發(fā)生后導致事故的后果和經(jīng)濟損失而定。

　　2.故障率 （ 或失效率）

　　故障率是指工作到 t 時(shí)刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品， 在該時(shí)刻后單位時(shí)間內發(fā)生故障的概率。故障率也是時(shí)間的函數， 記為λ（t），稱(chēng)為故障率函數。

　　產(chǎn)品在其整個(gè)壽命期間內各個(gè)時(shí)期的故障率是不同的， 其故障率隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)稱(chēng)為壽命的曲線(xiàn)， 也稱(chēng)浴盆曲線(xiàn)。

　　3個(gè)階段：

　?、旁缙诠收掀?。產(chǎn)品在使用初期，由于材質(zhì)、設計、制造、安裝及調整等環(huán)節造成的缺陷，或檢驗疏忽等原因存在的固有缺陷陸續暴露出來(lái)，此期間故障率較高，但經(jīng)過(guò)不斷的調試和排除故障，加之相互配合件之間的磨合，使故障率較快地降下來(lái)， 并逐漸趨于穩定運轉。

　?、婆及l(fā)故障期。這個(gè)期間的故障率降到最低，且趨向常數，表示產(chǎn)品處于正常工作狀 態(tài)。這段時(shí)間較長(cháng)，是產(chǎn)品的最佳工作期。這時(shí)發(fā)生的故障是隨機的，是偶然原因引起應力增加，當應力超過(guò)設計規定的額定值時(shí)，就可能發(fā)生故障。

　?、悄p故障期。這個(gè)時(shí)期的故障迅速上升， 因為產(chǎn)品經(jīng)長(cháng)期使用后， 由于磨損和老化， 大部分零組部件將接近或達到固有壽命期， 所以故障率較高。

　　3. 平均壽命 （ 或平均無(wú)故障工作時(shí)間）

　　對非維修產(chǎn)品稱(chēng)平均壽命， 其觀(guān)測值為產(chǎn)品發(fā)生失效前的平均工作時(shí)間， 或所有試驗產(chǎn)品都觀(guān)察到壽命終了時(shí)，們壽命的算術(shù)平均值3于維修產(chǎn)品來(lái)說(shuō)， 稱(chēng)平均無(wú)故障工作時(shí)間或平均故障問(wèn)隔時(shí)間， 其觀(guān)測值等于在使用壽命周期內的某段觀(guān)察期間累積工作時(shí) 間與發(fā)生故障次數之比。

　　4. 維修度

　　維修度是指維修產(chǎn)品發(fā)生故障后， 在規定條件 （ 備件貯備、維修工具、維修方法及維修技術(shù)水平等 ） 和規定時(shí)間內能修復的概率， 它是維修時(shí)間 r 的函數， 用 M（z）表示， 稱(chēng)為維修度函數。

　　5. 有效度

　　狹義可靠度 R（t） 與維修度 M （τ ） 的綜合稱(chēng)為有效度， 也稱(chēng)廣義可靠度。其定義是， 對維修產(chǎn)品， 在規定的條件下使用， 在規定維修條件下修理， 在規定的時(shí)間內具有或維持其規定功能處于正常狀態(tài)的概率。

　　品的可靠性預計

　　產(chǎn)品的可靠性預計是根據零組部件的可靠性數據來(lái)預算產(chǎn)品的可靠性指標 ， 如可靠度、故障率或平均壽命等。

　　可靠性預計的目的是為可靠性設計選擇最佳設計方案提供可靠依據， 且在產(chǎn)品定型投產(chǎn)之前就可以對新產(chǎn)品的可靠性做出估計， 若達不到預定指標， 就可以針對發(fā)現的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)設計， 從而取得事半功倍的效果。

　　一）串聯(lián)系統的可靠性預計

　　串聯(lián)系統的可靠性表示系統中所有單元均正常時(shí)， 系統才能正常工作。 串聯(lián)系統的可靠性有如下特點(diǎn)：

　?、?串聯(lián)系統中單元數越多， 則系統的可靠性越低；各單元本身的可靠性越低， 則系統的可靠性越低。

　?、?串聯(lián)系統的可靠性Rs（t） 總是小于系統中可靠度最低單元的可靠性Rimin， 而且其壽命取決于該單元的壽命。

　　二）并聯(lián)系統的可靠性預計

　　并聯(lián)系統可靠性表示系統中只要有一個(gè)單元能正常工作， 系統就能正常工作。 并聯(lián)系統的可靠度好像鋼絲繩的可靠性， 只有當所有鋼絲繩均斷裂， 鋼絲繩才能完全斷開(kāi)。當然， 當斷絲數達到一定數量就得降級使用或報廢。鋼絲繩的壽命是由壽命最長(cháng)的那股鋼絲決定的， 故并聯(lián)系統又稱(chēng)繩索模型。

　　三）串并聯(lián)系統的可靠性預計

　　任何一個(gè)串—并聯(lián)系統總可以看成是由一些串聯(lián)式和并聯(lián)式子系統組合而成。在進(jìn)行串一并聯(lián)系統的可靠性預計時(shí)， 只要用上述方法分別求出各子系統的可靠度， 就可以使系統可靠性框圖逐步簡(jiǎn)化， 最后總可以簡(jiǎn)化成一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)系統或并聯(lián)系統， 于是可求出整個(gè)系統的可靠度。

　?。ㄒ唬?確定零件合理的安全系數安全系數是指零件在理論上計算的承載能力與實(shí)際所能承擔的負荷之比值。確定安全系數時(shí)應考慮以下幾個(gè)因素：

　?。?） 環(huán)境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)等；

　?。?） 使用中發(fā)生超負荷或誤操作時(shí)的后果；

　?。?） 為提高安全系數所付出的經(jīng)濟代價(jià)是否合算等。安全系數的提高應通過(guò)優(yōu)化結構設計來(lái)達到， 而不是簡(jiǎn)單地通過(guò)增加構件尺寸、增加重量或增加費用等方法來(lái)實(shí)現。

　?。?二 ） 貯備設計 （ 冗余設計 ）

　?。ㄈ┢渌O計

　?。ㄒ唬?維修及維修性

　　所謂維修是指使產(chǎn)品保持在正常使用和運行狀態(tài)， 以及為排除故障或缺陷所采取的一切措施， 包括設備運行過(guò)程中的維護保養、設備狀態(tài)監測與故障診斷以及故障檢修、調整和最后的驗收試驗等直至恢復正常運行等一系列工作。簡(jiǎn)言之， 為保持或恢復產(chǎn)品規定功能采取的技術(shù)措施叫做維修。

　　維修性是指對故障產(chǎn)品修復的難易程度， 即在規定條件和規定時(shí)間內， 完成某種產(chǎn)品維修任務(wù)的難易程度。

　?。ǘ┊a(chǎn)品結構的維修性設計

　　維修性設計是指產(chǎn)品設計時(shí)， 設計師應從維修的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)， 保證當產(chǎn)品一旦出故障， 能容易地發(fā)現故障， 易拆、易檢修、易安裝， 即可維修度要高。維修度是產(chǎn)品的固有性質(zhì)，它屬于產(chǎn)品固有可靠性的指標之一。維修度的高低直接影響產(chǎn)品的維修工時(shí)、維修費用， 影響產(chǎn)品的利用率。維修性設計中應考慮的主要問(wèn)題有可達性、零組部件的標準化和互換性等內容。

　?。ㄈ┛煽啃栽O計與維修性設計的關(guān)系

　　可靠性設計和維修性設計是從不同的角度來(lái)保證產(chǎn)品的可靠性。前者著(zhù)重從保證產(chǎn)品的工作性能出發(fā)， 力求不出故障或少出故障， 是解決本質(zhì)安全問(wèn)題， 在方案設計和結構設 計階段就設法消除危險與有害因素；后者則是從維修的角度考慮， 一旦產(chǎn)品發(fā)生故障， 其本身就能自動(dòng)及時(shí)發(fā)現故障， 并且顯示故障或發(fā)出警報信號， 并能自動(dòng)排除故障或中止故障。