機械的可靠性設(shè)計與維修性設(shè)計

　　主要內(nèi)容：機械的可靠性度量指標(biāo)，可靠性設(shè)計，維修設(shè)計。

　　可靠性的度量指標(biāo)

　　1. 可靠度

　　1 可靠度數(shù)值應(yīng)根據(jù)具體產(chǎn)品的要求來確定， 一般原則是根據(jù)故障發(fā)生后導(dǎo)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 時刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品， 在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。故障率也是時間的函數(shù)， 記為λ（t），稱為故障率函數(shù)。

　　產(chǎn)品在其整個壽命期間內(nèi)各個時期的故障率是不同的， 其故障率隨時間變化的曲線稱為壽命的曲線， 也稱浴盆曲線。

　　3個階段：

　?、旁缙诠收掀凇．a(chǎn)品在使用初期，由于材質(zhì)、設(shè)計、制造、安裝及調(diào)整等環(huán)節(jié)造成的缺陷，或檢驗疏忽等原因存在的固有缺陷陸續(xù)暴露出來，此期間故障率較高，但經(jīng)過不斷的調(diào)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， 并逐漸趨于穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

　　⑵偶發(fā)故障期。這個期間的故障率降到最低，且趨向常數(shù)，表示產(chǎn)品處于正常工作狀 態(tài)。這段時間較長，是產(chǎn)品的最佳工作期。這時發(fā)生的故障是隨機的，是偶然原因引起應(yīng)力增加，當(dāng)應(yīng)力超過設(shè)計規(guī)定的額定值時，就可能發(fā)生故障。

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

　　3. 平均壽命 （ 或平均無故障工作時間）

　　對非維修產(chǎn)品稱平均壽命， 其觀測值為產(chǎn)品發(fā)生失效前的平均工作時間， 或所有試驗產(chǎn)品都觀察到壽命終了時，們壽命的算術(shù)平均值3于維修產(chǎn)品來說， 稱平均無故障工作時間或平均故障問隔時間， 其觀測值等于在使用壽命周期內(nèi)的某段觀察期間累積工作時 間與發(fā)生故障次數(shù)之比。

　　4. 維修度

　　維修度是指維修產(chǎn)品發(fā)生故障后， 在規(guī)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(guī)定時間內(nèi)能修復(fù)的概率， 它是維修時間 r 的函數(shù)， 用 M（z）表示， 稱為維修度函數(shù)。

　　5. 有效度

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

　　品的可靠性預(yù)計

　　產(chǎn)品的可靠性預(yù)計是根據(jù)零組部件的可靠性數(shù)據(jù)來預(yù)算產(chǎn)品的可靠性指標(biāo) ， 如可靠度、故障率或平均壽命等。

　　可靠性預(yù)計的目的是為可靠性設(shè)計選擇最佳設(shè)計方案提供可靠依據(jù)， 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(dá)不到預(yù)定指標(biāo)， 就可以針對發(fā)現(xiàn)的問題及時進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計， 從而取得事半功倍的效果。

　　一）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計

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

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

　?、?串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性Rs（t） 總是小于系統(tǒng)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(tǒng)的可靠性預(yù)計

　　并聯(lián)系統(tǒng)可靠性表示系統(tǒng)中只要有一個單元能正常工作， 系統(tǒng)就能正常工作。 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度好像鋼絲繩的可靠性， 只有當(dāng)所有鋼絲繩均斷裂， 鋼絲繩才能完全斷開。當(dāng)然， 當(dāng)斷絲數(shù)達(dá)到一定數(shù)量就得降級使用或報廢。鋼絲繩的壽命是由壽命最長的那股鋼絲決定的， 故并聯(lián)系統(tǒng)又稱繩索模型。

　　三）串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計

　　任何一個串—并聯(lián)系統(tǒng)總可以看成是由一些串聯(lián)式和并聯(lián)式子系統(tǒng)組合而成。在進(jìn)行串一并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計時， 只要用上述方法分別求出各子系統(tǒng)的可靠度， 就可以使系統(tǒng)可靠性框圖逐步簡化， 最后總可以簡化成一個簡單的串聯(lián)系統(tǒng)或并聯(lián)系統(tǒng)， 于是可求出整個系統(tǒng)的可靠度。

　?。ㄒ唬?確定零件合理的安全系數(shù)安全系數(shù)是指零件在理論上計算的承載能力與實際所能承擔(dān)的負(fù)荷之比值。確定安全系數(shù)時應(yīng)考慮以下幾個因素：

　?。?） 環(huán)境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動等；

　　（2） 使用中發(fā)生超負(fù)荷或誤操作時的后果；

　?。?） 為提高安全系數(shù)所付出的經(jīng)濟代價是否合算等。安全系數(shù)的提高應(yīng)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計來達(dá)到， 而不是簡單地通過增加構(gòu)件尺寸、增加重量或增加費用等方法來實現(xiàn)。

　?。?二 ） 貯備設(shè)計 （ 冗余設(shè)計 ）

　?。ㄈ┢渌O(shè)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(shè)備運行過程中的維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷以及故障檢修、調(diào)整和最后的驗收試驗等直至恢復(fù)正常運行等一系列工作。簡言之， 為保持或恢復(fù)產(chǎn)品規(guī)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(fù)的難易程度， 即在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)， 完成某種產(chǎn)品維修任務(wù)的難易程度。

　?。ǘ┊a(chǎn)品結(jié)構(gòu)的維修性設(shè)計

　　維修性設(shè)計是指產(chǎn)品設(shè)計時， 設(shè)計師應(yīng)從維修的觀點出發(fā)， 保證當(dāng)產(chǎn)品一旦出故障， 能容易地發(fā)現(xiàn)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(biāo)之一。維修度的高低直接影響產(chǎn)品的維修工時、維修費用， 影響產(chǎn)品的利用率。維修性設(shè)計中應(yīng)考慮的主要問題有可達(dá)性、零組部件的標(biāo)準(zhǔn)化和互換性等內(nèi)容。

　?。ㄈ┛煽啃栽O(shè)計與維修性設(shè)計的關(guān)系

　　可靠性設(shè)計和維修性設(shè)計是從不同的角度來保證產(chǎn)品的可靠性。前者著重從保證產(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)安全問題， 在方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè) 計階段就設(shè)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， 其本身就能自動及時發(fā)現(xiàn)故障， 并且顯示故障或發(fā)出警報信號， 并能自動排除故障或中止故障。