车辆可靠性-第5章-汽车机械零件的可靠性设计

1车辆可靠性第5章汽车可靠性设计25.1汽车可靠性设计规范5.1.1可靠性设计的含义及重要地位汽车设计质量是保证汽车可靠性的重要环节。汽车设计阶段所赋予的产品质量和可靠性水平，对汽车产品的寿命和可靠性具有根本性的影响。所谓汽车可靠性设计，就是在汽车产品性能设计的同时，运用可靠性理论和分析方法，明确汽车系统可靠性的指标，进行汽车系统设计的一种方法。所以，汽车可靠性设计决不是掘弃以往的汽车常规设计方法，而是在常规设计基础上，使汽车设计更趋完善、更加精确、更为科学的系统设计方法。35.1.2汽车设计阶段可靠性工作的主要环节在可靠性设计阶段，应着重抓好五个环节。(1)系统设计进行科学的、合理的系统设计，选定目标样车，掌握同类车型的各种试验参数和可靠性水平，明确开发新车型的系统、分系统的可靠度要求和目标（即可靠度的预测和分配），赋予各子系统的容差和空间位置。(2)详细设计严格按照系统要求，进行各子系统、零部件的详细设计。重点把握结构、材料的选择，应力、强度的精确计算，注意部件与整车的协调、配合。4汽车设计阶段可靠性工作的5个主要环节(3)考核评审通过可靠性试验、分析、研究、阶段性的设计评审，考核设计方案是否合适;并及时反馈设计部门予以修订设计。(4)工艺设计在设计文件中，明确零部件的质量要求和工艺规范，建立、健全质量验收的标准，从生产角度(或外加工进货角度)保证零部件的可靠性。(5)试验反馈运用可靠性试验数据和可靠性分析、研究的成果，及时反馈到有关设计、生产中去。55.1.3汽车可靠性设计的基本要求5.1.3.1可靠性设计的辩证思维(1)可靠性与成本的辩证关系汽车是一个复杂的系统，汽车设计的方法实属系统工程学的方法，对于系统而言，就是在有限的资源(人力、物力、时间)条件制约下，尽可能地获得最大的系统有效性。还应考虑到质量指标、经济指标、外观形貌、生产和开发能力，诸如性能、成本、安全、时间、尺寸、重量以及使用、维修等方面的限制产品的寿命不一定是越长越好。6可靠度与费用的关系75.1.3.1可靠性设计的辩证思维(2)可靠性与简单化、标准化、冗余性的辩证关系在通常情况下，系统愈简单，零部件愈少，则可靠性就愈高;愈是简单化、标准化，也就愈能增加互换性、更换性和易检性，从而提高了产品的可维修性。对某些关键性部件采用冗余系统设计(贮备设计)，虽然增加了系统的复杂性，但它是提高系统可靠性的有效办法。所以，简单化、标准化与冗余系统的采用，要辩证地分析。(3)可靠性与可维修性的辩证关系汽车是可维修产品，不应单纯追求产品的固有可靠性，必须重视可维修性设计，着眼于汽车的有效度。85.1.3.1可靠性设计的辩证思维(4)可靠性与设计程序的辩证关系如可靠性数据的调查、收集、预测、分配等。可靠性预测、分配的工作质量如何，主要取决于数据本身的可靠性水平。为保证产品设计可靠性，可靠性设计必须依赖于完备的设计数据。设计数据包括:准备优选的原材料、部件的规格参数和试验数据;重要部件和低可靠度部件的一览表;规格说明书;故障、应力等完备的技术资料;同时还包括收集、分析现场试验数据和确定反馈路线。虽然严格的设计程序有时显得繁琐，会牵制精力甚至影响开发周期，然而科学规范的设计程序是整车质量和可靠性的必要保证。95.1.3.1可靠性设计的辩证思维(5)设计审查与可靠性的关系将可能发现的问题解决在产品开发阶段，必须在设计工作的各个阶段，组织设计评审工作。故障模式及危害度分析和审定是设计开发工作计划的重要组成部分，是形成自主开发能力的一个重要环节。主要有以下几种评审:①市场调研、项目确立的可行性评审。②图样设计完成后的评审。③样机试制后的评审。④性能、可靠性试验结束后的评审。⑤产品鉴定。评审的主要目的:审查可靠性、可维修性与质量是否取得了均衡，审查费用、功能、加工性、生产效率、使用性等与设计有关的各个要素是否有不完备的地方;审查系统、分系统与零部件的匹配与协调。评审应当是有组织的、客观的、公正的、有理论或试验依据的。105.1.3.2设计的基本要求(1)设计之初应力求避免已考虑到的缺陷，即使由于某种原因一时难于避免，也应从设计角度考虑容易诊断和修理。从根本上提高汽车的有效度和可靠性。(2)设计应包括:汽车系统设计、可靠性分配、详细设计以及与其相应的预测、分析、试验和设计审查等。(3)设计要在过去的技术积累的基础上，提高效率。为了做好设计工作，要有计划、有组织地积累必要的数据资料(建立数据库)。(4)必须综合平衡可靠性、维修性、整车系统协调性、产品质量要求、成本费用等技术经济要素。这些因素概括起来有:时限性、功能性、商业性、生产性、物理性、艺术性、舒适性。115.1.3.3汽车可靠性设计的基本内容(1)从系统方面考虑★确定整车的可靠性数据指标根据市场、用户要求和使用环境，明确汽车系统的可靠性要求，确定预期的可靠性和可维修性指标，进行方案设计。★确定汽车的工作环境诸如汽车使用气候条件、道路条件、载运条件等等。★确定整车的系统的构成及配置诸如:动力系一电控喷射发动机、制动系一ABS装置。★实施可靠性预测和分配将汽车系统的可靠性指标分配给各个分系统(总成)和零部件，并对可靠性的目标值进行预测。★决定易操作性基本要求（人机可靠性）如自动变速器、自动摇窗机、转向器变位能力、制动助力装置……等等。★决定维修性基本要求在维修性设计时，应采用修复容易的结构、维修方式及诊断方式。125.1.3.3汽车可靠性设计的基本内容★决定安全性基本要求如安全气囊、制动防锁装置、智能化防盗装置…等等。★可靠性设计评审有计划地、分阶段地提出可靠性评审的基本要求和基本内容，发挥集体智慧和专家作用，听取建设性评价和采取相应对策从而提高可靠性水平，使设计方案更经济、更有效、更可行。★修改设计方案根据可靠性试验结果，对不合理的设计予以修改，使设计方案更加完善，这种修改往往不是一次完成的，需要多次反复，逐步提高和完善。★确定整车或零部件的运输、包装以及保管要求涉及储运装置的设计。★各项指标的综合平衡不仅要考虑可靠性和维修性，同时要考虑其它质量要素，如重量、尺寸。外观等，并把功能，成本费用包括在内，都应取得平衡，当某些方面矛盾突出时，应当以求得安全性、可靠性、耐久性为优先。某些方面也可采用折中处理。135.1.3.3汽车可靠性设计的基本内容(2)从零部件方面考虑★确定总成或零件的可靠性要求。★制定出零件可靠性一览表。★制定出高可靠性零件一览表。★指出可靠性不佳的零件。★确定零件寿命。★确定零件的失效率。★重要的零件采用概率设计方法。★关键零件的可靠性试验计划。★采用标准件和质量稳定、设计成熟、制造水平高的零部件。★贮备设计:考虑采用冗余(贮备)设计法和备件的使用。145.1.3.3汽车可靠性设计的基本内容★重要零件及部件上装设自动监视、故障显示、自动校正装置。★制定重要件、易损件的使用、维修方针。★尽量减少调整点。★进行零件的可靠性预测。★确定零件报废标准、故障模式和失效判据。★进行零部件可靠性评审。★制定零件包装;运输、贮存、使用、维修说明书。155.1.3.3汽车可靠性设计的基本内容(3)从外购件方面考虑★收集外购件使用中的反馈信息，掌握外购件供应厂的设计和制造能力。★对外购件提出性能要求、可靠性要求以及相应的定量指标。★审查提供产品的工厂试验数据(或质量保证书)资料，其中包括可靠性数据、质量指标等等。★接收提供产品的工厂编制的产品设计、使用说明书。★对确定认购的产品作入库检验。★定期进行确认试验。165.1.3.3汽车可靠性设计的基本内容(4)从人机工程方面考虑★便于驾驶员操作具有良好的操纵性能和适宜的操作范围。★视野、灯光、反照镜等设计都要有利于提高驾驶员的辨清能力。★舒适性设计不易使驾驶员产生疲劳。★易于操作辨认，防止产生误操作采用易于操作，使用方便、失误动作较少的结构，设计防误操作的装置。★信息显示设计各种仪表(里程表、转速表、油量指示表等)、指示灯、巡航系统等等。★车内环境空调、灯光、制动、噪音、振动、音响等等。★色彩效果以及心理影响因素的考虑。175.1.3.3汽车可靠性设计的基本内容(5)从汽车产品制造方面考虑★选用先进的加工设备以及工具、量具、卡具。★正确的工艺设计以及工艺流程。★材料的可靠性试验或质量验收试验。★外协产品的接收试验。★制造人员的培训和教育。★制造过程的管理。★制定正确的操作规程。★制定正确的维修或安装调试规程。★具备适用的维修或安装调试设备和工具。★做好售后服务。★在生产线上作在线检查。★定期进行质量分析。185.2汽车零件可靠性设计5.2.1、应力－强度干涉理论应力与强度的概念应力：产品的工作值，如应力、压力、力、载荷、变形量、磨损量、温度等，常用s表示。强度：产品能承受这些工作值的能力，用δ表示。产品的可靠度可以说成是产品的强度大于施加于该产品的应力概率。19产品可靠性设计的基本假设：①强度为一非负的随机变量或随机过程②应力为一非负的随机变量或随机过程③当应力小于强度时，产品被认为是可靠的，否则被认为失效或故障。④失效仅由于应力的作用。⑤计算应力和强度的一切力学公式仍然适用，但公式中的确定量均视为随机变量或随机过程。20应力－强度可靠性计算模型的三种基本形式：①应力－强度随机变量模型：应力和强度均为随机变量。②应力－强度半随机过程（变量）模型：应力或强度之一为随机变量，另一个为随机过程③应力－强度随机过程模型：应力和强度均为随机过程。215.2.2、压力－强度干涉)(sf（1）、如图中所示的相交的区域，即干涉区域，就是产品可能发生故障的区域。（2)、在安全系数大于1的情况下仍然会存在一定的不可靠度。)(g22下面要解决的三个问题1）知道了零件的应力和强度的分布后，如何求零件的可靠度。2）一般的安全系数与可靠度意义下的安全系数的区别。3）一般机械零件设计中，应力和强度的分布怎么知道？235.2.3问题一、知道了应力和强度的分布，求零件的可靠度5.2.3.1特殊情况（公式法）：1）应力和强度均为正态分布时的可靠性计算dyyyyyyf]2)(exp[21)0(P022S当应力S和强度δ均为正态分布时，则它们的差也是正态分布，且有SySy－＝22Sy＝不可靠度为：-100102030405000.20.40.60.811.21.4S－＝y0y0y)(yf)(sf)(f)(yFdyyyyyy]2)(exp[21)0(PF02224yyyz化成标准正态分布，令22ssyyRzdyyyyyy]2)(exp[21)0(PR022则当y＝0时yyz令)()(1)(1]2exp[212RRyyzzdzzRyy可靠度为yyRz-6-4-202460.40.60.81Rz0)(zf)(RzF25当强度和应力的均值相等时，可靠度等于0.5当强度均值大于应力的均值时，方差越大，可靠度越小。02040608010012014000.010.020.030.04)(sf)(f-80-60-40-2002040608000.0050.010.0150.02)()(sfyf02040608010012014016018000.010.02)(sf)(f02040608010012014016018000.010.020.030.04)(sf)(f10s20s讨论262）当应力和强度均为对数正态分布时可靠性计算设随机变量s和δ服从对数正态分布，即它们对数lns和lnδ服从正态分布，它们的均值和标准差分别为：、和、sslnllnl、和、nsns分别是lns和lnδ的均值和标准差，即状态分布下的均值和标准差分别是变量S和δ的均值和标准差，2lnln21ln－＝2lnln21lnsss－＝1ln222ln