機械的可靠性設計與維修性設計

    一、可靠性定義及其度量指標  
    (一)、可靠性定義  
    所謂可靠性是指系統或產品在規定的條件和規定的時間內，完成規定功能的能力。  
    這里所說的規定條件包括產品所處的環境條件(溫度、濕度、壓力、振動、沖擊、塵埃、雨淋、日曬等)、、使用條件(載荷大小和性質、操作者的技術水平等)、、維修條件(維修方法、手段、設備和技術水平等)、。在不同規定條件下，產品的可靠性是不同的。  
    規定時間是指產品的可靠性與使用時間的長短有密切關系，產品隨著使用時間或儲存時間的推移，性能逐漸劣化，可靠性降低。所以，可靠性是時間的函數。這里所規定的時間是廣義的，可以是時間，也可以用距離或循環次數等表示。  
    (二)、可靠性度量指標  
    1．可靠度  
    可靠度是可靠性的量化指標，即系統或產品在規定條件和規定時間內完成規定功能的概率。可靠度是時間的函數，常用R(t)、表示，稱為可靠度函數。  
    產品出故障的概率是通過多次試驗中該產品發生故障的頻率來估計的。例如，取N個產品進行試驗，若在規定時間t內共有Nf(t)、個產品出故障，則該產品可靠度的觀測值可用下式近似表示：  
R(t)、≈[N—Nf(t)、]／N    (4—10)、  
    與可靠度相反的一個參數叫不可靠度。它是系統或產品在規定條件和規定時間內未完成規定功能的概率，即發生故障的概率，所以也稱累積故障概率。  
    不可靠度也是時間的函數，常用F(t)、表示。同樣對N個產品進行壽命試驗，試驗到瞬間的故障數為Nf(t)、，則當N足夠大時，產品工作到t瞬間的不可靠度的觀測值(即累積故障概率)、可近似表示為：      
F(t)、≈Nf(t)、／N    (4—11)、  
    可靠度數值應根據具體產品的要求來確定，一般原則是根據故障發生后導致事故的后果和經濟損失而定。  
    2．故障率(或失效率)   
    故障率是指工作到t時刻尚未發生故障的產品，在該時刻后單位時間內發生故障的概率。故障率也是時間的函數，記為γ(t)、，稱為故障率函數。  
    產品的故障率是一個條件概率，它表示產品在工作到t時刻的條件下，單位時間內的故障概率。它反映t時刻產品發生故障的速率，稱為產品在該時刻的瞬時故障率且γ(t)、，習慣稱故障率。  
    故障率的觀測值等于N個產品在t時刻后單位時間內的故障產品數△Nf(t)、／△t與在t時刻還能正常工作的產品數Ns(t)、之比，即：  
γ(t)、＝△Nf(t)、／[Ns(t)、·△t]    (4——12)、  
故障率(失效率)、的常用單位為(1／106h)、。  
    產品在其整個壽命期間內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，如圖4—8所示。  
    由圖可見，產品的失效過程可分為以下3個階段：  
    (1)、早期故障期。產品在使用初期，由于材質、設計、制造、安裝及調整等環節造成的缺陷，或檢驗疏忽等原因存在的固有缺陷陸續暴露出來，此期間故障率較高，但經過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，并逐漸趨于穩定運轉。  
    (2)、偶發故障期。這個期間的故障率降到最低，且趨向常數，表示產品處于正常工作狀態。這段時間較長，是產品的最佳工作期。這時發生的故障是隨機的，是偶然原因引起應力增加，當應力超過設計規定的額定值時，就可能發生故障。  
    (3)、磨損故障期。這個時期的故障迅速上升，因為產品經長期使用后，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(或平均無故障工作時間)、  
    對非維修產品稱平均壽命，其觀測值為產品發生失效前的平均工作時間，或所有試驗產品都觀察到壽命終了時，它們壽命的算術平均值；對于維修產品來說，稱平均無故障工作時間或平均故障間隔時間，其觀測值等于在使用壽命周期內的某段觀察期間累積工作時間與發生故障次數之比。  

    4．維修度  
    維修度是指維修產品發生故障后，在規定條件(備件貯備、維修工具、維修方法及維修技術水平等)、和規定時間內能修復的概率，它是維修時間τ的函數，用M(τ)、表示，稱為維修度函數。  

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