汽车维修工程整套课件电子教案.ppt

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汽车系统可靠性,可靠性是指产品在规定条件下，在规定时间内完成规定功能的能力。汽车可靠性包含四个要素：汽车产品、规定使用条件、规定时间和规定功能。,（,1,）汽车产品：汽车产品包括整车、总成和零部件；,（,2,）规定使用条件：规定使用条件包括工作条件、运用条件、维修条件和管理条件；,（,3,）规定时间：规定时间是指汽车使用量的尺度可以是时间单位，也可以是行驶里程数、工作循环次数等。汽车行驶的保用期、第一期大修里程、报废期等都是重要的特征时间；,（,4,）规定功能：规定的功能是指汽车设计任务书、使用说明书、订货合同以及国家标准规定的各种功能、性能和要求，不能完成规定功能就是不可靠，称为发生,了故障或失效。,一、可靠性的含义,第一节 汽车可靠性概述,常用的可靠性评价指标主要有可靠度、失效度、故障概率密度、故障率、平均寿命、可靠寿命等。,1.,可靠度,汽车可靠度是指在规定条件和规定时间内，完成规定功能的概率，用,R,表示。例如有,n,个某种汽车零件在规定工作条件下和规定时间内，有,r,个失效，其余（,n-r,）仍在继续工作，那么这批零件的可靠度为,式中：,F,为累积故障概率、失效度或不可靠度。,由曲线,可以看出,:,在产品使用初期，可靠性最高（为,1,），随着时间的推移，产品的可靠度,逐渐降低，直至最终完全失效。,图,1-1,可靠度随时间,的变化曲线,第一节 汽车可靠性概述,二、可靠性的评价指标,2.,失效度,（,又称累积故障概率,）,产品在规定条件下，在规定的时间内丧失规定功能的概率，,记为,F,（,t,）,，即,由于出现故障与不出现故障是两个对应的事件,故失效度和可靠度的关系可以表示为,图,1-2,失效度随时间的变化曲线,图,1-3,可靠度与失效度的关系曲线,第一节 汽车可靠性概述,二、可靠性的评价指标,3.,故障概率密度,故障概率密度是指在规定的时间间隔发生失效的概率，通常用故障概率密度函数来表示失效率的分布情况，故障概率密度函数是指失效率对时间的分布函数,d F,（,t,）,/dt,，记做,f,（,t,）,。,若故障分布函数,F,（,t,）,连续可导，则故障密度函数,f,（,t,）,可有下式得出,：,即,所以,第一节 汽车可靠性概述,二、可靠性的评价指标,4.,故,障率,定义：故障率是指工作到,t,时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，用,（,t,）表示。,故障率函数和其他函数的关系：,假设在规定条件下产品的寿命为,T,规定的工作时间为,t,，其累积故障概率为,F,（,t,）故障概率密度函数为,f,（,t,），则,第一节 汽车可靠性概述,二、可靠性的评价指标,第一节 汽车可靠性概述,故障率函数曲线也称寿命曲线或浴盆曲线：从曲线的变化趋势可将其划分为早期故障期、偶然故障期和损耗故障期三个阶段。,早期故障期,：是产品的磨合阶段。失效原因,:,产品本身存在缺陷；加工精度不合要求；材料存在内部缺陷；设计不完善加工工艺不当等。,偶然故障期：,是产品的正常使用期。失效原因,:,由于各种失效因素或承受应力的随机性所以故障发生具有偶然性，用户可通过对汽车进行维护使这一时期延长。,耗损故障期,失效原因：产品在长期使用后出现老化、磨损、疲劳等引起。,图,1-4,故障率函数曲线,二、可靠性的评价指标,第一节 汽车可靠性概述,5.,平均寿命,平均寿命是一个标志产品平均能工作多长时间的量，它是对整批产品而言的一个指标。如果产品寿命的故障概率密度函数为,f,（,t,），则其数学期望 称为产品的平均寿命。,6.,可靠寿命,可靠度是工作寿命,t,的函数用可靠度函数,R,（,T,）,表示若给定时间就确定了可靠度反之若确定了可靠度即可求出相应的寿命即为可靠寿命，用,t,R,表示。,二、可靠性的评价指标,汽车故障是指汽车在规定的条件和规定时间内不能完成规定功能的现象。,2.,汽车故障类型,1,）按故障模式,故障模式是指由失效机理所显示出来的各种失效现象或失效状态，是故障的表现形式。汽车上常见的故障模式如下：,（,1,）损坏形故障模式：如断裂、碎裂、开裂、点蚀、烧蚀、变形、拉伤、龟裂、压痕等；,（,2,）退化型故障模式：如老化、变质、剥落、异常磨损；,（,3,）松脱性故障模式：如松动、脱落；,（,4,）失调型故障模式：如压力过高或过低、行程失调、间隙过大或过小、干涉、卡滞；,（,5,）堵塞与渗漏型故障模式：如堵塞、气阻、漏油、漏水、漏气；,（,6,）性能衰退,型或功能失效型故障模式：如功能失效、性能衰退、公害超标、异响、过热等。,第二节 汽车故障类型及其分布规律,一、汽车故障概念及类型,2,）,按故障率函数特点,早期故障型,:,产品在使用初期故障发生的可能性很大,，,但随时间的延长而逐渐下降,，,此类故障多是由于设计、制造、管理、检验的差错及装配不佳而致,。,偶然故障型,:,故障发生的可能性较小,，,一般处于正常使用期,，,此类故障多是由于操作疏忽、润滑不良、维护欠佳、材料隐患、工艺及结构缺陷等原因所致,。,耗损故障型,:,这种故障一般是产品长期使用后出现老化衰竭引起的,，,并且故障率随时间的延长而逐渐增加,，,因此一般在故障率开始上升前更换或维修将要耗损的零部件,，,可以减少故障延长汽车的使用寿命,。,第二节 汽车故障类型及其分布规律,一、汽车故障概念及类型,3,）,按汽车故障定性,按照汽车行业中,汽车产品质量检查评定办法,，,把汽车故障分为致命故障、严重故障、一般故障和轻微故障四种，,（,1,）,致命故障,：,危及人身安全,，,引起主要总成件报废,，,造成重大经济损失,，,对周围环境造成重大损害,。,（,2,）,严重故障,：,引起主要零部件、总成严重损坏或影响行车安全,，,不能用易损备件或随车工具在较短时间内排除,。,（,3,）,一般故障,：,不影响行车安全的非主要零部件故障,，,可用易损备件或随车工具在较短时间内排除,。,（,4,）,轻微故障,：,对汽车正常运行基本没有影响,，,不需要更换零部件,，,可用随车工具比较容易的排除,。,第二节 汽车故障类型及其分布规律,一、汽车故障概念及类型,汽车故障分布能很好地描述随机变量的性质，揭示失效、维修随时间变化的分布规律，能为产品可靠性评价和改进提供依据，常用的有指数分布、正态分布、对数正态分布和威布尔分布,。,1.,指数分布,指数分布是连续型随机变量分布形式中最基本的一种，由于它计算简便，因而在可靠性工程中获得广泛应用,。,产品处于偶然故障期时，其故障率为常数，可得到指数分布的如下表达式,。,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,2.,正态分布,正态分布又称高斯分布，是一种最常用的连续型分布，在可靠性工程中，它对强度和应力的分布、磨损件的失效分布、可靠性设计等方面都起着重要作用,。,（,1,）正态分布的不可靠度函数：,（,2,）正态分布的可靠度函数：,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,（,3,）,正态分布的寿命特征值若产品的工作寿命是正态分布的随机变量,，,则其寿命的特征值如下,:,平均寿命,方差寿命,中位寿命,可靠寿命,图,1-5,正态分布的不可靠度函数,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,3.,对数正态分布,正态分布虽然应用比较普遍,，,但其分布规律,具有,对称性特性,，,对数正态分布是一种不对称分布,，,用来描述零件寿命的一种较好的分布函数,。,若随机变量,T,的对数值,lnt,服从正态分布,，,则该随机变量,T,就服从对数正态分布,。,这里引进相关的随机变量,x,，,因此,X,服从正态分布,，,可得,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,4.,威布尔分布,在汽车零部件可靠性的数据处理中，一般都采用威布尔分布，整的威布尔分布由三个参数决定，其表达式为,式中：,m,形状参数；,t,0,尺度参数；,r,位置参数,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,在实际工程问题中,位置参数,r,常为,0,，故上述三参数的分布简化为两参数的分布，即：,式中，形状参数,m,影响分布函数曲线的形状特征。,当,m=1,时，为指数分布，当,m=2,时，为瑞利分布，当,m=2.7-3.7,时，为近似正态分布，当,m=3.13,时，为正态分布，在汽车零部件可靠性试验处理中，除非知道属于某种分布，一般采用威布尔分布,。,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,参数,m,，,t0,，,r,的几何意义,：,（,1,）,形状参数,m,：形状参数,m,值的大小决定,f(t),和,(t),的曲线形状，如图,1-7,和图,1-8,所示，,(t),随时间的变化反映了产品的寿命变化规律，如图,1-9,。,图,1-7,m,值对,f(t),的影响,图,1-8 m,值对,(t),的影响,图,1-9,威尔分布,的失效率曲线,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,当,m1,时，失效率随时间增加而递增，反映了耗损失效过程的特征，即,IER,型。根据,m,值的大小可以判断造成该零件失效的原因。,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,（,2,）尺度参数,t,0,：尺寸参数不影响曲线变化的形状和位置，只是改变曲线纵横坐标的标尺，如图,1-10,所示。,（,3,）位置参数,r,：参数,r,不同时，威布尔分布的概率密度曲线形状不变，只是曲线起点的位置发生变化，参数,r,增大，曲线沿着横轴正方向平行移动，如图,1-11,所示。,图,1-10,尺寸参数对,f(t),的影响,图,1-11,位置参数对,f(t),的影响,第二节 汽车故障类型及其分布规律,二、汽车可靠性常用故障分布,一般将能完成某一特定功能，由若干个彼此有联系的且又能相互协调工作的单元组成的综合体，称为系统。所有组成系统的单位称为单元。,系统可分为可修复系统和不可修复系统两大类。对系统进行可靠性分析时，通常使用系统功能逻辑框图来表达系统工程与单元功能间的逻辑关系，,这种图用方框表示单元功能，用短线连接来表示单元与系统功能的关系，简称系统逻辑框图或系统功能图。,汽车的整车系统框图如图,1-12,所示。,图,1-12,整车系统框图,第三节,汽车系统可靠性,一、系统可靠性,1.,串联系统,定义,：若组成系统的各零件，只要有一个子系统发生故障，系统便发生故障，则该系统称为串联系统，如图,1-13,所示。,特点：,各个子系统在可靠性框图中更换顺序，系统可靠性关系不变；任意一个子系统失效，则整个系统失效。系统可靠度,R,s,等于各个子系统可靠度,R,i,的乘积，其关系为,式中：,R,s,系统可靠度；,R,子系统可靠度。,图,1-13,串联系统框图,第三节,汽车系统可靠性,一、系统可靠性,对于可靠性系统，当故障间隔时间服从指数分布时，串联系统的故障率,s,为各子系统故障率,i,之和，其关系式为,从以上分析可知：串联系统的可靠度总是不高于各个子系统中的最小的可靠度，系统的失效率不低于各子系统中最高的失效率。其关系式为,因此，在串联系统中要尽可能避免有特别薄弱的环节。在串联系统中，零件数目越多，系统可靠度就越小。所以，从可靠性观点来说，对于一个串联系统，应尽量用较少的总成或零件来组成。同样，若系统可靠度已确定，其组成的零件越多，则对每个零件的可靠度要求也越高。,第三节,汽车系统可靠性,一、系统可靠性,2.,并联系统,若组成系统的各个子系统中，只要其中还有一个子系统在起作用，就能维持整个系统完成规定功能，则称该系统为并联系统，如图,1-14,所示。,并联系统的系统可靠度为：,可见，并联系统的系统可靠度总是大于系统中任何一个子系统的可靠度。因此,并联的零件越多，系统可靠度就越大，或每个零件所要求的可靠度越低。,图,1-14,并联系统框图,第三节,汽车系统可靠性,一、系统可靠性,3.,混联系统,由串联子系统和并联子系统组成的系统称为混联系统，图,1-15,为一种常见的混联系统，为计算系统可靠度，将,2,和,3,两个子系统相连，构成并联子系统,2-3,，然后再与子系统,1,串联组成等效串联系统，如图,1-16,所示，对图,1-15,所示混联系统进行逻辑运算，则系统可靠度为,：,图,1-15,混联系统,图,1-16,等效串联系统,第三节,汽车系统可靠性,一、系统可靠性,1.,定义,根据系统设计所确定的汽车可靠性指标值，合理地将该指标分配于系统各组元（总成、零部件）的设计过程，称为汽车可靠性分配,。,2.,目的和,作用,（,1,）确定汽车系统的可靠性指标；,（,2,）确定各子系统的可靠性指标；,（,3,）有利于加强设计部门间的联络和配合；,（,4,）有利于增强设计者的全局观念。,3.,分配原则（,通常可靠性分配应考虑下列原则,）,（,1,）技术水平；,（,2,）复杂程度；,（,3,）重要程度；,（,4,）任务情况；,（,5,）考虑费用、质量、尺寸等条件的约束。,第三节,汽车系统可靠性,二、汽车系统可靠性分配,4.,汽车系统可靠度分配方法（,等可靠度分配法和相对失效率分配法,）,1,）等可靠度分配法,将汽车系统需要达到的可靠度水平，相等地分配到各子系统，这种分配方法称为等可靠度分配法，也称均衡分配法，该方法适用于设计初期，对各单元可靠性资料掌握很少，分配中不考虑成本、失效率、安全性等实际情况，假定各单元条件相同，包括串联系统等分配法和并联系统等分配法。,特点：,优点是方法比较简单；,缺点是没有考虑各子系统的重要性、成本高低、修复难易程度、现有可靠性水平等。,第三节,汽车系统可靠性,二、汽车系统可靠性分配,以预测,（,即原有,）,失效率为依据,，,将分配于各子系统的,（,容许,）,失效率正比于预测,（,原有,）,失效率,，,这种分配方法称为相对失效率分配法,，,这种分配方法是根据相对失效率分配方法的原则,，,分配于各子系统的,（,容许,）,失效率大小,，,与预测失效率有很大关系,，,预测的失效率越大,，,分配给它的失效率也越大；反之亦然,，,可靠性很高的产品,，,分配的（容许,）,失效率也越小,，,这种分配方法,，,通常用于失效率为常数的单元组成的串联系统,，,单元和系统的寿命均服从指数分布,，,分配过程中依照失效率作分配值。,2,）,相对失效率分配,法,第三节,汽车系统可靠性,二、汽车系统可靠性分配,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。在可靠性设计阶段，应着重抓好以下五个环节,:,（,1,）系统设计,（,2,）详细设计,（,3,）考核评审,（,4,）工艺设计,（,5,）试验反馈,第四节,汽车可靠性设计,一、可靠性设计原理,产品的设计需要遵循很多原则，可靠性设计原则如下,:,（,1,）可靠性优先,（,2,）严格试验,（,3,）简单化、标准化、通用化,（,4,）可靠性增长,（,5,）较高维修性,第四节,汽车可靠性设计,二、可靠性设计原则与内容,设计工作是保证汽车可靠性的起点和基础，为使汽车具有满意的可靠性，应重视汽车设计阶段的工作质量，汽车设计阶段的,可靠性问题是至关重要的，可靠性设计包括以下内容：,（,1,）制订系统的可靠性目标,（,2,）可靠性指标的分配与预测,（,3,）结构可靠性设计与验证,（,4,）系统可靠性设计与验证,（,5,）维修制度的设计与验证,（,6,）耐特殊环境设计,（,7,）外购件的选用与可靠性验证,（,8,）工艺可靠性设计,（,9,）运输、储存、包装的可靠性,（,10,）用户使用中可靠性信息的搜集与可靠性改进,第四节,汽车可靠性设计,二、可靠性设计原则与内容,可靠性是用概率描述产品特性的，只有通过对全部产品的工作全过程进行长期连续观测，才能估计确定。信息量越大，估计的统计置信度越高，因此，对整个过程中的各个阶段的各种数据进行采集和分析，在可靠性管理中占有极重要的地位。,1.,汽车可靠性试验,1,）汽车可靠性试验的目的,（,1,）对汽车及其零部件可靠性水平的评估和考核；,（,2,）对批量产品或外加工产品进行验收；,（,3,）对试验结果进行失效机理分析，通过试验，找出失效原因，提出改进方案，提高汽车的可靠性水平；,（,4,）储备设计所需的资料，探索发展方向，酝酿新的设计思想，为下一轮开发新产品积累经验。,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,一、汽车可靠性数据的采集,2,）可靠性试验分类按试验性质分为：寿命试验、临界试验、环境试验,和使用试验等。,寿命试验：,为确定产品寿命分布及特征值而进行的试验,，,它一般采用台架试验和试验场试验。,临界试验：,为找出作为安全零件的弱点，进行强制性破坏试验，施以破坏性应力以证实实际使用中若发生最大应力时，零件是否具有充分的强度。,环境试验：,产品在特定使用环境条件下进行的、观察环境应力的故障效果的使用试验。,使用试验：,在汽车研制出来后抽样送到使用现场进行实际运行考验，只有当它基本满足使用要求之后，才能正式定型成批生产，现场试验是可靠性试验数据搜集的主要渠道。,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,一、汽车可靠性数据的采集,2.,使用可靠性数据的采集,方法与内容,1,）使用可靠性数据的采集方法,使用可靠性数据的采集方法要根据对象的种类和目的来定，有两种方法：,对现场人员分发报表，定期返回。特点是费用低廉，不需专门人员，但易出现数据不完整和不准确的情况；,组织专门测定可靠性的人员 进行可靠性试验，特点是费用高，但由于采集者对数据分析过程有充分的理解，选择的数据适当，能掌握重点，易发现数据的谬误，因而可保证数据的完整和准确。,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,一、汽车可靠性数据的采集,2,）数据采集时应注意的事项,（,1,）采集范围，在每一份数据的搜集报告中，产品对象范围要明确统一；,（,2,）制定异常工作的标准，,在调查开始前，要尽可能制定出明确的故障判别标准；,（,3,）,时间的记录，可靠性中所说的时间是广义的，是一个重要因素，其含义需要明确；,（,4,）,使用条件，主要包括使用场合、气候、使用工况及运转形式等；,（,5,）,维修条件，使用条件相同而维修条件不同，产品的故障率可相差两倍之多，应包括维修人员的水平、维修制度、设备条件以及修理水平等；,（,6,）,取样方法，可靠性数据应在母体中随机取样进行调查，既不要仅调查发生事故的产品。,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,一、汽车可靠性数据的采集,用概率纸进行图分析时的步骤,：,1,）整理数据,设有,n,个产品进行试验，到,r,个产品失效时中止试验，且记录下相应的失效时间,：,t,1,，,t,2,，,t,k,为所测数据点数，用估计法求出累计失效概率,F(t,i,),，,i=1,2,，,，,k,。,数据列表见表,1-1,。,倘若试验时间每次记录一个失效数，即,n,1,n,2,n,k,1,，则,，这时表述的即为完全样本试验。,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,二、汽车可靠性数据的分析,2,）描点,把数据描在威布尔概率纸上（或其他分布的概率纸上），并且当,t,i,值较大时，为了能在一张概率纸上描下所有点，可把坐标标尺适当放大一定倍数,。,3,）配置直线,通常是凭目,力来配置一条直线，使得各点分布在这一直线附近，对配置直线的要求有,：,直线上下方的点的数目要大致相等，直线中段,（,即,F,(t),值为,30,%,-70%,）,的偏差要尽可能小，若画不出直线，则表明这组数据不是来自威布尔分布。,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,二、汽车可靠性数据的分析,4,）图估计,（,1,）形状参数,m,的图估计：由于配置直线为,Y=mX-C,，过坐标纸上的,m,（,1,，,0,）点作所配置直线的平行线，则平行线为,Y=mX,p,-C,p,=m1-0=m,，因此该平行线在,Y,轴上的交点值即为形状参数,m,的值，如图,1-17,所示,。,图,1-17,形状参数,m,的图估计图,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,二、汽车可靠性数据的分析,（,2,）尺度参数,t,0,的图估计,设配置直线为,Y=mX-C,与,Y,轴的交点坐标为,C(0,，,b),，,b,是配置直线在轴的截距，,b=-c=lnt,0,，故,t,0,=e,-c,，因此，过,C(0,，,b),点作轴的平行线，与轴相交点所对应轴刻度即为,C,；再在尺上找到刻度为,C,的点；由尺上,C,点向下的垂线与,t,尺相交，则对应尺的刻度即为,t,0,值,(,图,1-18),。,图,1-18,尺寸参数,t,0,的图估计,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,二、汽车可靠性数据的分析,（,3,）特征寿命,的图,估计,累计故障概率,F,=,63.2,%,对应的,t,坐标尺数即位,，,记,(,a,，,0,),为配置直线在轴的交点,，,则,Y=mXC=ma-C=0,，有,C=ma,，,即,m=C,/,a,，,因此,，,先通过配置直线与,X,轴的交点,(,a,，,0,),作垂线,，,垂线在,t,尺上的读数即为,值,，,如图,1-19,。,图,1-19,特征寿命,的图估计,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,二、汽车可靠性数据的分析,（,4,）位置参数,r,的图估计,若描点正好拟合成直线，则,r=0,，因为威布尔分布是以,r=0,制作的，若拟合成曲线，则,r,为某一数值，表明到,r,时尚未发生故障，则拟合曲线，与,t,轴的交点所对应的,t,值就等于,r,。,（,5,）平均寿命,的图估计,对于威布尔分布有,，故在,m,，,t0,已知时，查,函数表，即可按此公式求得,值，对上式作变换：,/=(1,1/m),，可见,/,只是形状参数,m,的函数，因此，在威布尔概率纸上，右侧还有两把尺子,/,和,/,，其中,/,尺的刻度是,(1,1/m),的值，因此，图估计时先在,Y,尺上读得,m,值，相应地在,/,尺上读取,1,，则得,=E(T)=,1,。,（,6,）,方差,2,=,(T),的图估计,有,，在概率纸右边标尺上可以读出,/=,2,，则,=D(T)=,2,。,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,二、汽车可靠性数据的分析,（,8,）平均寿命,的图估计,可靠寿命,t,R,的图估计，可靠寿命,t,R,的图估计，即在给定,R,值下，求相应,t,R,，由,F(t)=1-R(t),，求出,F(t),后在拟合直线上找到,F(t),点，其对应在,t,尺上读数即为,t,R,，当然，也可以容易地在图上估计其中位寿命,t,0.5,、额定寿命,t,0.9,等，可靠寿命,t,R,的图估计如图,1-20,所示。,（,7,）,可靠度函数,R(t),的图估计,在,t,尺上取,t=t,i,，读取在拟合直线上相对应的,F(t,i,),值，则,R(t,i,)=1-F(t,i,),。,图,1-20,可靠寿命,t,R,的图估计,第五节,汽车可靠性数据的采集与分析,二、汽车可靠性数据的分析,注：当数据在概率纸上拟合为直线时，其图估计按上述步骤即可求出，当数据拟合为曲线时，为了便于分析，应先将曲线进行直线变换之后再按上述步骤求出。,什么是汽车的可靠性,?,如何评价,?,利用典型寿命曲线分析汽车失效率的变化规律和延长汽车使用寿命的措施,?,什么是系统的可靠性,?,如何提高系统的可靠性,?,什么是串联系统并联系统、混联系统,?,其系统的可靠度如何计算,?,汽车可靠性分配有什么意义,?,可靠性试验分为 哪几类,?,如何进行可靠性数据搜集,?,如何利用图分析法确定可靠性分布参数？,练习题,第一节 汽车零部件失效概述,第三节 汽车零件的疲劳断裂失效,第四节 汽车零件的变形失效,第五节 汽车零件的腐蚀失效,第二章 汽车零部件的失效理论,第二节 汽车零部件的磨损失效,第六节 汽车零部件失效方法分析,一、汽车零件失效类型,第一节 汽车零部件失效概述,1,.,失效的分类,汽车整机的失效通常是由某个零部件首先损坏而引发的。而汽车零件的失效大致有三种形式：,过量变形，以致在机构中失去功能，如高温工作条件下的螺栓发生松弛，汽车板簧发生滞后塑性变形失去弹性等；,磨损或腐蚀造成表面损伤，影响到机构的精度或灵敏度等；,断裂事故，这往往造成灾难性后果。,根据失效的原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生的时间以及失效产生的后果，将失效进行不同的分类见表,2-1,。,表,2-1,失效的分类及定义,第一节 汽车零部件失效概述,2.,汽车零件的失效模式,失效模式就是失效所表现的形式，失效模式具有可变性。汽车零件的主要失效模式有：,（,1,）磨损：包括磨料磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损等。,（,2,）疲劳断裂：包括高应力低周期疲劳、低应力高周期疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳等。,（,3,）腐蚀：包括化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀。,（,4,）变形：包括弹性变形、塑性变形，如曲轴的弯曲、扭曲、基础件（汽缸体、变速器壳体、驱动桥壳）变形等。,（,5,）老化：包括龟裂、变硬，如橡胶轮胎、塑料器件的老化。,第一节 汽车零部件失效概述,一、汽车零件失效类型,1,.,汽车零件的耗损,在汽车技术状况的变化过程中，尽管影响因素复杂，但汽车零件失效的主要原因仍然是汽车各机构的组成元件（包括零件）之间在工作过程中相互作用，使机构、总成、汽车的技术状况发生恶化的结果。,2.,使用条件对汽车零件技术状况的影响,（,1,）道路条件的影响。道路状况和断面形状等决定了汽车及总成的工况，从而决定汽车零部件和机构的磨损情况，影响汽车的工作能力。,（,2,）运行条件的影响。主要指交通流量对汽车零件运行工况的影响。,（,3,）运输条件,的影响。城市公共汽车经常处于频繁起步、加速、减速、制动和停车为主的典型的非稳定工况下工作，若曲轴转速和润滑系统油压不能与载荷协调一致地变化，恶化了配合副的润滑条件，则零件的磨损较稳定工况将大大加剧。,第一节 汽车零部件失效概述,二、汽车零件的失效原因,（,4,）气候条件的影响,环境温度的影响。图,2-1,表明有一个故障率最低的环境气象温度。图,2-2,也表明有一个汽缸磨损最小的冷却液温度。,图,2-1,汽车故障率与环境温度图 图,2-2,汽缸磨损与冷却液温度,环境湿度和风速的影响。,（,5,）维修水平的影响,第一节 汽车零部件失效概述,二、汽车零件的失效原因,1.,概念,两物体相对运动使其接触表面间产生运动阻力的现象称为摩擦，该阻力称为摩擦力。,2.,分类,按零件表面润滑状态的不同，摩擦分为干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦四类。,（,1,）干摩擦：摩擦表面间无任何润滑介质隔开时的摩擦。,（,2,）液体摩擦：两摩擦表面被润滑油完全隔开时的摩擦。,（,3,）边界摩擦：两摩擦表面被一层极薄的边界膜隔开时的摩擦。,（,4,）混合摩擦：两摩擦表面间干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在时的摩擦。,注：实际工作状态中，零件通常都是在混合摩擦状态下工作的，其摩擦状态随工作条件的变化而变化。,第二节 汽车零部件的磨损失效,一、汽车零件的摩擦,1,.,磨损的概念,零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象，称为零件的磨损。,2,.,磨损的分类,依摩擦原理的不同，磨损可分为磨料磨损、黏着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。,（,1,）磨料磨损：摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损。,（,2,）黏着磨损：当金属表面的油膜被破坏，摩擦表面间直接接触而发生黏着作用，使一个零件表面的金属转移到另一个零件表面而引起的磨损。,（,3,）疲劳磨损：在交变载荷作用下 零件表层产生疲劳剥落的现象。,（,4,）腐蚀磨损：零件摩擦表面由于外部介质的作用，产生化学或电化学的反应而引起的磨损。,第二节 汽车零部件的磨损失效,二、汽车零件的摩损,（,1,）磨料磨损,磨料磨损的定义形式、影响因素及减轻措施 表,2-3,第二节 汽车零部件的磨损失效,二、汽车零件的摩损,（,2,）黏着磨损,黏着磨损的定义机理、影响因素和减轻措施 表,2-4,第二节 汽车零部件的磨损失效,二、汽车零件的摩损,（,3,）疲劳磨损,疲劳磨损的定义、分类、产生机理和减轻措施 表,2-5,第二节 汽车零部件的磨损失效,二、汽车零件的摩损,（,4,）腐蚀磨损,疲劳磨损的定义、分类、产生机理和减轻措施 表,2-6,第二节 汽车零部件的磨损失效,二、汽车零件的摩损,1,.,影响汽车零件磨损的因素,（,1,）材料性质的影响。不同材料由于其成分、组织、结构不同，抵抗磨损的能力也不同，如碳钢件的耐磨性随硬度的提高而提高，铸铁件的耐磨性则取决于碳含量。若在钢铁中加入一定的合金元素及进行适当的热处理，均可提高零件的耐磨性。,（,2,）加工质量的影响。零件的加工质量主要指其表面粗糙度及几何形状误差。几何形状误差过大，将造成零件工作中受力不均，或产生附加载荷，使磨损加剧。表面粗糙度值过大会破坏油膜的连续性，造成零件表面凸起点的相互咬合，同时腐蚀物质更易沉积于零件表面，使腐蚀磨损加剧。,（,3,）工作条件的影响。工作条件是指零件工作时的润滑条件、滑动速度、单位压力及工作温度等。,第二节 汽车零部件的磨损失效,三、影响汽车零件摩损的因素及磨损规律,2,.,汽车零件磨损规律,零件磨损分为三个阶段：,（,1,）第一阶段，磨合期（,oa,段）：由于新零件及修复件表面较为粗糙，会引起严重的磨料磨损，所以该阶段磨损速度较快。（,2,）,第二阶段，正常工作期（,ab,段）：经过磨合期的磨合，零件的表面粗糙度值降低，适油性及强度增强，所以磨损变得非常缓慢。,（,3,）第三阶段，极限磨合期）曲线,b,点以后）：由 于磨损的不断积累，造成的极限磨损期零件的配合间隙过大，油压降低，正常的润滑条件被破坏，零件之间的相互冲击也随之增加，零件的磨损急剧上升。,图,2-3,汽车零件磨损特性曲线,第二节 汽车零部件的磨损失效,三、影响汽车零件摩损的因素及磨损规律,零件在交变应力作用下，经过较长时间工作而发生的断裂现象，称为疲劳断裂，其特点为：,（,1,）疲劳条件下的破断应力低于材料的抗拉强度,b,，而且低于屈服强度,s,。,（,2,）无论是塑性材料还是脆性材料制成的零件，在交变应力的作用下，一般都在疲劳裂纹扩展到一定程度后发生突然破坏，而且疲劳断裂过程在宏观形貌上没有留下明显的塑性变形。,（,3,）疲劳破坏的宏观断口有其独特的形貌，典型的宏观疲劳断口分为三个区域：疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。,第三节 汽车零部件的疲劳断裂失效,三、影响汽车零件摩损的因素及磨损规律,疲劳断裂失效的分类列表 表,2-7,第三节 汽车零部件的疲劳断裂失效,一、疲劳断裂失效的分类,根据零件的特点及破坏时总的应力循环次数，疲劳失效可按下图所示分类。,高周疲劳发生时，应力在屈服强度以下，零件的寿命主要由裂纹的形核寿命控制。低周疲劳发生时的应力可高于屈服强度，其寿命受裂纹扩展寿命的影响较大。汽车零件一般多为低应力高周疲劳断裂。,图,2-4,疲劳断裂失效的分类,第三节 汽车零部件的疲劳断裂失效,一、疲劳断裂失效的分类,1,.,疲劳裂纹的萌生,在一定应力循环后，在应力硬化区内由于应力的增加出现局 部损伤累积以及空穴集聚，这样在各晶粒内局部地区出现一个或几个分布不均匀的相对滑移线，且随着疲劳的加剧，原有滑移线的滑移量,整个疲劳过程是：,滑移微观裂纹产生微观裂纹连接宏观裂纹扩展断裂失效。,量加大，新出现的滑移线也往往挨着原有的滑移线而共同组成滑移带：滑移带随着疲劳的加剧而逐步加宽加深，在表面出现挤出带和挤入槽，如图所示。这种挤入槽就是疲劳裂纹策源地。另外，金属的晶界及非金属夹杂物等处以及零件应力集中的部位，均会产生不均匀滑移，最后也形成疲劳裂纹核心。,图,2-5,延性金属中由外载荷,作用造成的滑移,第三节 汽车零部件的疲劳断裂失效,二、疲劳断裂失效机理,2,.,疲劳裂纹的扩展,在没有应力集中的情况下：疲劳裂纹的扩展分为沿晶和穿晶两个阶段。,在交变应力的作用下，疲劳裂纹的扩展分三个阶段：,第一阶段：,裂纹从金属材料表面上的滑移带、挤入槽或非金属夹杂物等处开始，沿着最大切应力方向的晶面向内扩展，这是裂纹扩展的第一阶段。,第二阶段：,裂纹按第一阶段方式扩展一定距离后，将改变方向，沿着与正应力相垂直的方向扩展。,在有应力集中的情况下，则不出现第一阶段，而直接进入第二阶段。,图,2-6,疲劳裂纹扩展的两个阶段,第三节 汽车零部件的疲劳断裂失效,二、疲劳断裂失效机理,特点：,（,1,）是疲劳破坏的起始点，一般位于零件表面；,（,2,）断面磨损严重，且有光亮和细“晶粒”的表面结构。,（,3,）疲劳源数目可以不止一个。,典型的宏观疲劳断口一般分为三个区域：疲劳源区或称疲劳核心区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。,1,.,疲劳源区,图,2-7,疲劳裂纹的宏观断口示意图,1,-,前沿线；,2,-,裂纹策源地；,3,-,裂纹扩展区；,4,-,瞬时断裂区,第三节 汽车零部件的疲劳断裂失效,三、疲劳断口宏观形貌特征,疲劳裂纹扩展区是疲劳断口最重要的特征区域。此区域比较光亮、平滑，存在一些以疲劳源为中心，与裂纹方向相垂直的呈半圆形或扇面形的弧形线，称为疲劳弧线。疲劳弧线是金属疲劳断口宏观形貌的基本特征。,裂纹扩展区对衡量材料的性能很重要，这个区域大，表示材料的临界裂纹尺寸大，能较好地抵抗裂纹的扩展，即具有足够的断裂韧性。在低周疲劳断口上一般观察不到疲劳弧线。,2,.,疲劳裂纹扩展区,第三节 汽车零部件的疲劳断裂失效,三、疲劳断口宏观形貌特征,定义：,当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时，剩余截面上的真实应力超过材料强度，零件发生瞬时断裂的区域为瞬时断裂区。,特征：,与静载荷下的快速破坏区相似，会出现放射区和剪切唇，脆性材料的断口呈粗糙的“晶粒”状结构或呈放射线式，塑性材料的断口具有纤维状结构，在零件表面有剪切唇。,3,.,瞬时断