安全管理——技术讲义作业-技术34-可靠性定义及其度量指标(doc 8)1727.docx

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1、可靠性定定义及其其度量指指标【大纲考考试内容容要求】：1、了了解机械械失效三三个阶段段和维修修度、有有效度、平平均无故故障工作作时间；2、熟熟悉可靠靠性、故故障率、可可靠性预预计、人人机界面面设计要要点。【教教材内容容】：第第四节机机械的可可靠性设设计与维维修性设设计一、可可靠性定定义及其其度量指指标(一一)可靠靠性定义义所谓可可靠性是是指系统统或产品品在规定定的条件件和规定定的时间间内，完完成规定定功能的的能力。这里所说的规定条件包括产品所处的环境条件(温度、湿度、压力、振动、冲击、尘埃、雨淋、日晒等)、使用条件(载荷大小和性质、操作者的技术水平等)、维修条件(维修方法、手段、设备和技术水平

2、等)。在不同规定条件下，产品的可靠性是不同的。规定时间是指产品的可靠性与使用时间的长短有密切关系，产品随着使用时间或储存时间的推移，性能逐渐劣化，可靠性降低。所以，可靠性是时间的函数。这里所规定的时间是广义的，可以是时间，也可以用距离或循环次数等表示。(二)可靠性度量指标1可靠度可靠度是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数，常用R(t)表示，称为可靠度函数。产品出故障的概率是通过多次试验中该产品发生故障的频率来估计的。例如，取N个产品进行试验，若在规定时间t内共有Nf(t)个产品出故障，则该产品可靠度的观测值可用下式近似表示：R(t)NNf

3、(t)N (47)与可靠度相反的一个参数叫不可靠度。它是系统或产品在规定条件和规定时间内未完成规定功能的概率，即发生故障的概率，所以也称累积故障概率。不可靠度也是时间的函数，常用F(t)表示。同样对N个产品进行寿命试验，试验到瞬间的故障数为Nf(t)，则当N足够大时，产品工作到t 瞬间的不可靠度的观测值(即累积故障概率)可近似表示为：F(t)Nf(t)N (48)可靠度数值应根据具体产品的要求来确定，一般原则是根据故障发生后导致事故的后果和经济损失而定。2故障率(或失效率)故障率是指工作到t 时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。故障率也是时间的函数，记为(t)，称为故障

4、率函数。产品的故障率是一个条件概率，它表示产品在工作到t 时刻的条件下，单位时间内的故障概率。它反映t 时刻产品发生故障的速率，称为产品在该时刻的瞬时故障率且(t)，习惯称故障率。故障率的观测值等于N个产品在t时刻后单位时间内的故障产品数Nf(t)t与在t时刻还能正常工作的产品数Ns(t)之比，即：(t)Nf(t)Ns(t)t (49)故障率(失效率)的常用单位为(1106h)。产品在其整个寿命期间内各个时期的故障率是不同的，其故障率随时间变化的曲线称为寿命的曲线，也称浴盆曲线，如图46所示。由图可见，产品的失效过程可分为以下3个阶段：(1)早期故障期。产品在使用初期，由于材质、设计、制造、安

5、装及调整等环节造成的缺陷，或检验疏忽等原因存在的固有缺陷陆续暴露出来，此期间故障率较高，但经过不断的调试和排除故障，加之相互配合件之间的磨合，使故障率较快地降下来，并逐渐趋于稳定运转。(2)偶发故障期。这个期间的故障率降到最低，且趋向常数，表示产品处于正常工作状态。这段时间较长，是产品的最佳工作期。这时发生的故障是随机的，是偶然原因引起应力增加，当应力超过设计规定的额定值时，就可能发生故障。(3)磨损故障期。这个时期的故障迅速上升，因为产品经长期使用后，由于磨损和老化，大部分零组部件将接近或达到固有寿命期，所以故障率较高。3平均寿命(或平均无故障工作时间)对非维修产品称平均寿命，其观测值为产品

6、发生失效前的平均工作时间，或所有试验产品都观察到寿命终了时，它们寿命的算术平均值；对于维修产品来说，称平均无故障工作时间或平均故障间隔时间，其观测值等于在使用寿命周期内的某段观察期间累积工作时间与发生故障次数之比。4维修度维修度是指维修产品发生故障后，在规定条件(备件贮备、维修工具、维修方法及维修技术水平等)和规定时间内能修复的概率，它是维修时间的函数，用M()表示，称为维修度函数。5有效度狭义可靠度R(t)与维修度M(f)的综合称为有效度，也称广义可靠度。其定义是，对维修产品，在规定的条件下使用，在规定维修条件下修理，在规定的时间内具有或维持其规定功能处于正常状态的概率。二、系统或产品的可靠

7、性预计产品的可靠性预计是根据零组部件的可靠性数据来预算产品的可靠性指标，如可靠度、故障率或平均寿命等。可靠性预计的目的是为可靠性设计选择最佳设计方案提供可靠依据，且在产品定型投产之前就可以对新产品的可靠性做出估计，若达不到预定指标，就可以针对发现的问题及时进行改进设计，从而取得事半功倍的效果。(一)串联系统的可靠性预计串联系统的可靠性表示系统中所有单元均正常时，系统才能正常工作。串联系统的可靠性有如下特点：(1)串联系统中单元数越多，则系统的可靠性越低；各单元本身的可靠性越低，则系统的可靠性越低。(2)串联系统的可靠性Rs(t)总是小于系统中可靠度最低单元的可靠性Rimin，而且其寿命取决于该

8、单元的寿命。(二)并联系统的可靠性预计并联系统可靠性表示系统中只要有一个单元能正常工作，系统就能正常工作。并联系统的可靠度好像钢丝绳的可靠性，只有当所有钢丝绳均断裂，钢丝绳才能完全断开。当然，当断丝数达到一定数量就得降级使用或报废。钢丝绳的寿命是由寿命最长的那股钢丝决定的，故并联系统又称绳索模型。(三)串并联系统的可靠性预计任何一个串一并联系统总可以看成是由一些串联式和并联式子系统组合而成。在进行串一并联系统的可靠性预计时，只要用上述方法分别求出各子系统的可靠度，就可以使系统可靠性框图逐步简化，最后总可以简化成一个简单的串联系统或并联系统，于是可求出整个系统的可靠度。机械设备备结构可可靠性设设

9、计要点点三、机械械设备结结构可靠靠性设计计要点(一)确确定零件件合理的的安全系系数安全系数数是指零零件在理理论上计计算的承承载能力力与实际际所能承承担的负负荷之比比值。确确定安全全系数时时应考虑虑以下几几个因素素：(1)环环境条件件的影响响如温度度、湿度度、冲击击、振动动等；(2)使使用中发发生超负负荷或误误操作时时的后果果；(3)为为提高安安全系数数所付出出的经济济代价是是否合算算等。安全系数数的提高高应通过过优化结结构设计计来达到到，而不不是简单单地通过过增加构构件尺寸寸、增加加重量或或增加费费用等方方法来实实现。(二)贮贮备设计计(冗余余设计)贮备设计计是指将将若干功功能相同同的零组组部

10、件作作为备用用机构，当当其中某某个零组组部件出出现故障障时，备备用机构构马上启启动工作作，使机机器仍能能保持正正常工作作。例如如，滚动动轴承中中的双排排滚珠，当当其中一一排损坏坏时，另另一排仍仍可以维维持正常常工作。采用贮备备设计的的产品，一一般是有有剧毒的的化工设设备、故故障率较较高的设设备、流流水生产产线上的的关键设设备或一一旦出现现事故损损失较大大的设备备。贮备设计计的目的的在于提提高可靠靠性，如如果盲目目采用，或或设计不不当将会会因增加加体积、重重量和费费用而导导致相反反的效果果。(三)耐耐环境设设计在产品设设计时要要考虑环环境条件件的影响响，应进进行耐机机械应力力(振动动、冲击击等)

11、设设计和抗抗气候条条件(高高温、低低温、潮潮湿、雨雨淋、日日晒、风风化、腐腐蚀等)设计。设设计时就就应预计计产品实实际使用用的环境境条件，并并采取相相应的耐耐环境措措施。为为此，在在设计、试试制阶段段要进行行实验室室模拟或或现场作作预计环环境条件件下的可可靠性试试验，如如耐久性性试验、寿寿命试验验、环境境试验、可可靠性测测定和可可靠性验验证等试试验。(四)简简单化和和标准化化设计产品简单单化和标标准化是是提高可可靠性的的关键，即即产品在在满足功功能要求求的前提提下，其其结构越越简单越越好，因因为这时时零件数数少了，发发生故障障的机会会就少了了。在简单化化和标准准化设计计中应注注意如下下几点：(

12、1)应应避免单单纯追求求高水平平及复杂杂化，尽尽量选用用标准件件。(2)要要处理好好极限设设计，设设计时应应考虑并并保证产产品在各各种恶劣劣条件下下工作的的可靠性性，可以以通过保保险机构构、连锁锁机构等等安全装装置或安安全措施施来解决决。(五)提提高结合合部的可可靠性机械产品品都是由由若干零零部件组组成，故故零部件件间的结结合部位位很多。结结合部位位的配合合性质有有相对静静止的，也也有相对对运动的的，还有有要求密密封的，所所以相应应的有各各种连接接方式，如如有螺栓栓螺母连连接、焊焊接连接接、销子子或键连连接、齿齿轮齿条条连接、滑滑板与导导轨连接接或主轴轴与轴承承连接以以及法兰兰、密封封圈与转转

13、轴或箱箱体连接接等。这这些结合合部位的的故障率率一般都都比较高高，所以以极易诱诱发其他他故障的的发生。为为此，在在可靠性性设计时时应特别别注意设设法提高高结合部部位的可可靠度，即即保证结结合部的的连接强强度、刚刚度及配配合精度度和密封封要求等等。(六)结结构安全全设计在结构设设计时，要要做到结结构合理理，从根根本上消消除危险险与有害害因素，使使操作者者彻底从从危险部部位或危危险状态态下解脱脱出来，是是提高产产品可靠靠性和安安全性的的根本出出路。例例如，铁铁路上两两节车厢厢之间的的联接器器，传统统的方法法用的是是连杆插插销联接接器，工工人在脱脱开或连连接两节节车厢时时，必须须接近两两节车厢厢之间

14、进进行拔出出或插入入销子的的操作，这这时工人人就处于于可能被被两节车车厢撞击击或挤伤伤的危险险部位中中，随时时都可能能被撞伤伤。而现现在使用用的车辆辆自动联联接器，不不需工人人到两节节车厢之之间直接接操作，而而是利用用低速相相碰触自自动连接接。因为为根除了了危险因因素，当当然也就就不会发发生被车车厢撞伤伤的事故故了。(七)设设置齐全全的安全全装置作为可靠靠性较高高的现代代化机械械设备，已已具备也也必须具具备必要要的安全全装置，以以便用来来防止超超载、超超行程、超超温、超超压、误误操作、误误接触、外外部环境境突变(如停电电、停气气等)而而引起的的事故以以及限制制事故的的扩大。一一般都是是通过在在

15、线监测测仪器及及时捕捉捉异常信信号的变变化，当当超限时时立即发发出警报报信号、故故障显示示或自动动停机等等。这是是设计、制制造部门门应完成成的任务务，绝不不应把危危险与有有害因素素等事故故隐患留留给用户户。(八)人人机界面面设计人机界面面是人与与机器交交换信息息的环节节，如果果人机界界面设计计不当，人人与机器器相接触触造成能能量逸出出，将直直接会导导致事故故发生。所所以在人人机界面面设计时时，即人人机工程程设计时时，必须须考虑人人的生理理、心理理因素，考考虑人机机协调关关系，如如人的正正常生理理能力和和允许限限度。要要求所设设计的显显示器，长长时间观观察或监监听而不不易疲劳劳；操纵纵机构应应设

16、计成成在操作作时需要要用的操操作力不不大，有有“手感”而不沉沉重；控控制器和和显示器器应尽量量少而集集中，配配置合理理，避免免操作失失误；且设有连连锁保护护装置，做做到即使使误操作作某一控控制器也也不会引引起事故故。一、单选选题: 1、 在在（），机机器的故故障率降降到最低低，且趋趋向常数数，这段段时间较较长，这这时发生生的故障障是随机机的，是是偶然原原因引起起应力增增加，当当应力超超过设计计规定的的额定值值时，就就可能发发生故障障。A. 早期故故障期B. 偶发故故障期C. 正常工工作期D. 磨损故故障期 AA BB CC DD 你的的答案： 标标准答案案：b 本题题分数： 166.677 分

17、，你你答题的的情况为为 错误误 所以以你的得得分为 0 分分 解析： -2、 （）是是系统或或产品在在规定条条件和规规定时间间内完成成规定功功能的概概率。A. 可靠性性B. 成功率率C. 完成率率D. 可可靠度 AA BB CC DD 你的的答案： 标标准答案案：d 本题题分数： 166.677 分，你你答题的的情况为为 错误误 所以以你的得得分为 0 分分 解析： -3、 故故障率是是指工作作到t 时刻尚尚未发生生故障的的产品，在在该时刻刻后（）时时间内发发生故障障的概率率。A. 一定B. 单位C. 相同D. 较短 AA BB CC DD 你的的答案： 标标准答案案：b 本题题分数： 166

18、.677 分，你你答题的的情况为为 错误误 所以以你的得得分为 0 分分 解析： -4、 以以下有关关串并联联系统说说法正确确的是（）A.串联联系统中中单元数数越多，则则系统的的可靠性性越高B.串联联系统的的可靠性性总是大大于系统统中可靠靠度最低低单元的的可靠性性C.并联联系统可可靠性表表示系统统中所有有单元都都能正常常工作，系系统才能能正常工工作。D. 任何一一个串一一并联系系统总可可以看成成是由一一些串联联式和并并联式子子系统组组合而成成 AA BB CC DD 你的的答案： 标标准答案案：d 本题题分数： 166.677 分，你你答题的的情况为为 错误误 所以以你的得得分为 0 分分 解

19、析： -5、 现现在使用用的车辆辆自动联联接器，不不需工人人到两节节车厢之之间直接接操作，而而是利用用低速相相碰触自自动连接接，从而而不会发发生被车车厢撞伤伤的事故故，这是是应用了了（）。A. 耐耐环境设设计B. 结构安安全设计计C. 简单化化和标准准化设计计D. 提提高结合合部的可可靠性 AA BB CC DD 你的的答案： 标标准答案案：b 本题题分数： 166.677 分，你你答题的的情况为为 错误误 所以以你的得得分为 0 分分 解析： -二、多选选题: 6、 安安全系数数是指零零件在理理论上计计算的承承载能力力与实际际所能承承担的负负荷之比比值。确确定安全全系数时时应考虑虑的因素素有

20、：（）A、对人人危害程程度大小小B、环境境条件的的影响C、使用用中发生生超负荷荷或误操操作时的的后果D、为提提高安全全系数所所付出的的经济代代价是否否合算E、操作作人员技技术水平平 A B C D E 你的的答案： 标标准答案案：b, c, d 本题题分数： 333.333 分，你你答题的的情况为为 错误误 所以以你的得得分为 .000 分 解析： -7、 以以下是机机械设备备结构可可靠性设设计要点点的是：（）。A. 确确定零件件合理的的安全系系数B. 经经济合理理性设计计C. 冗冗余设计计D. 设设置齐全全的安全全装置E. 耐耐环境设设计 A B C D E 你的的答案： 标标准答案案：a, c, d, e