汽車維修工程

第一章汽車可靠性理論基礎第一節汽車可靠性概述一、可靠性歷史搖籃期奠基期普及期成熟期二、可靠性定義產品在規定條件下，在規定時間內，完成規定功能的能力（四要素：產品、條件、時間、功能）。規定條件是指：汽車產品的工作條件，包括氣候、道路等的環境條件；載荷性質、種類、行駛速度等的運行條件；維修方式、水平、制度等的維修條件。規定的時間是指：汽車行駛的保用期、第一期大修里程、報廢期等，可以用時間單位來表示，也可用行駛里程數表示。規定的功能是指：設計任務書、使用說明書、定貨合同以及國家標準規定的各種功能和要求，不能完成規定功能的就是不可靠，稱之為發生了故障或失效。三、可靠性的衡量指標1．可靠度：是指產品（此處指汽車，以下同）在規定條件下和規定時間內完成規定功能的概率，稱為產品的可靠度。2．失效度（又稱累積故障概率）：產品在規定條件下，在規定時間內喪失規定的功能的概率，記為。3．故障概率密度函數：是指失效率對時間的分布函數，即，稱為故障概率密度函數，記做。汽車可靠性理論基礎

4．故障率函數（失效率函數）（1）概念：是指產品到t時刻為止未發生故障，在該時刻后發生故障的概率，用λ（t）表示，可以表述產品在整個壽命期內出現故障的可能性。（2）故障率函數和其他函數的關系與失效分布密度函數f（t）的關系（1-7）與可靠度函數R（t）的關系（1-8）與失效概率分布函數F（t）的關系（1-9）汽車可靠性理論基礎

4．故障率函數（失效率函數）（1）概念：是指產品到t時刻為止未發生故障，在該時刻后發生故障的概率，用λ（t）表示，可以表述產品在整個壽命期內出現故障的可能性。汽車可靠性理論基礎

3）故障率函數曲線（見圖1-1-3）汽車可靠性理論基礎

故障率函數曲線也稱壽命曲線或浴盆曲線，壽命曲線描述了失效率隨時間而變化的規律，由于其曲線如同浴盆故稱為浴盆曲線，從該曲線的變化趨勢來看，可將失效曲線劃分為三個階段，即失效的三個時期。1）早期失效期（DFR：DecreasingFailureRate）基本特征：開始失效率較高，隨時間推移，失效率逐漸降低。產生DFR型失效的原因：產品本身存在著某種缺陷，如各摩擦副間的配合間隙是否得當；加工精度是否符合要求；材料是否存在內部缺陷；設計不夠完善；加工工藝不當；檢驗差錯致使次品混于合格品中等等。2）偶然失效期（CFR：ConstantFailureRate）基本特征：失效率λ（t）近似等于常數，失效率低且性能穩定，在這期間失效是偶然發生的，何時發生無法預測。原因：由于各種失效因素或承受應力的隨機性，致使故障的發生完全是偶然的，但用戶通過對汽車維護和修養，可以使這一時期延長。（日常維護，一級維護二級維護）3）耗損失效期（IFR：IncreasingFailureRate）基本特征：隨著時間的增長，失效率急劇加大。汽車可靠性理論基礎

5.平均壽命與可靠壽命（1）平均壽命是一個標志產品平均能工作多長時間的量，它是對整批產品而言的一個指標。（2）可靠壽命由可靠度函數R（t）知，若給定時間t就確定了可靠度，若確定了可靠度，即可求出相應的壽命，即為可靠壽命，用tR表示。汽車可靠性理論基礎

如t0.99表示可靠度R（t）=99%時產品的壽命，在可靠度壽命中有如下三種特殊情況：1）特征壽命：可靠度R=EXP（-1）=36.8%的可靠壽命，稱為特征壽命。2）中位壽命：可靠度R=50%的可靠壽命稱為中位壽命記為t0.53）額定壽命：可靠度R（t）=90%的可靠壽命稱為額定壽命記為t0.9汽車可靠性理論基礎

第二節汽車故障類型及故障分布規律一、汽車故障概念及類型１．概念：是指汽車在規定的條件下，規定時間內，不能完成規定功能的現象。２．模式：即故障的表現形式，由如下幾種：（1）損壞型故障模式：如斷裂、碎裂、開裂、點蝕、燒蝕、變形、拉傷、龜裂、壓痕等。（2）退化型故障模式：如老化、變質、剝落、異常磨損。（3）松脫性故障模式：如松動、脫落。（4）失調型故障模式：如壓力過高或過低，行程失調，間隙過大或過小，干涉，卡滯。（5）堵塞與滲漏型故障模式：如堵塞、氣阻、漏油、漏水、漏氣。（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、公害超標、異響、過熱。汽車可靠性理論基礎

３．故障分類（1）按照故障率函數特點可把故障分三種類型。

1）早期故障型：產品在使用初期發生的可能性很大，但隨時間的延長而逐漸下降，此類故障多是由于設計、制造、管理、檢驗的差錯及裝配不佳而致。2）偶然故障型：故障發生的可能性較小，一般處于正常使用期，此類故障多是由于操作疏忽、潤滑不良、維護欠佳、材料隱患、工藝及結構缺陷等原因所至。3）耗損故障型：是指產品經長期使用后，出現老化衰竭而引起，其隨時間的延長而逐漸增加，因此一般在故障率開始上升前更換或維修將要耗損的零部件，則可以減少故障率，延長汽車的使用壽命。汽車可靠性理論基礎

（2）按照汽車行業中《汽車產品質量檢查評定辦法》（即所謂藍皮書）把汽車故障分為如下幾種：1）致命故障：危及人生安全，引起主要總成件報廢，造成重大經濟損失，對周圍環境造成要中損害。2）嚴重故障：引起主要零部件、總成嚴重損壞或影響行車安全，不能用易損備件和隨車工具在較短時間內排除。3）一般故障：不影響行車安全的非主要零部件故障，可用易損備件和隨車工具在較短時間內排除。4）輕微故障：對汽車正常運行基本沒有影響，不需要更換零部件，可用隨車工具比較容易的排除。汽車可靠性理論基礎

二、汽車可靠性研究中的威布爾分布及應用1．威布爾分布的定義完整的威布爾分布有三個參數決定，其表達如下：可靠度：R（t）=exp（-（t-r）m/t0）（1-10）失效度：F（t）=1-exp（-（t-r）m/t0）（1-11）故障概率密度函數：f（t）=m（t-r）m-1/t0Xexp（-（t-r）m/t0）1-12）故障率：λ（t）=f（t）/R（t）=m（t-r）m-1/t0（1-13）式中m—形狀參數（無單位）t0—尺度參數r—位置參數（與t單位同，h，小時）汽車可靠性理論基礎

在實際工程問題中，位置參數r常為0，故上述三參數的分布簡化為兩參數的分布，如下式：

R（t）=exp（-tm/t0）（1-14）F（t）=1-exp（-tm/t0）（1-15）f（t）=mtm-1/t0﹡exp（-tm/t0）（1-16）λ（t）=mtm-1/t0（1-17）式中，形狀參數m影響分布函數曲線的形狀特征當m=1時，R（t）=exp（-t/t0）=-exp-λt（λ=1/t0）（1-18）

F（t）=1-exp（-t/t0）=1-exp-λt（1-19）

f（t）=1/t0Xexp（-t/t0）=λexp-λt（1-20）

λ（t）=1/t0=λ（1-21）即m=1時，為指數分布當m=2時，為瑞利分布當m=2.7—3.7時，為近似正態分布當m=3.313時，為正態分布汽車可靠性理論基礎

2．威布爾分布參數的意義：m，t0，r是威布爾分布的三個參數，這三個參數在數學上有其明顯的幾何意義，在物理上，他們代表了產品不同的性能（不同的失效模式），下面分別加以說明。（1）形狀參數m：m取不同的數值，其威布爾分布曲線的形狀也隨之變化。當m〈1時，失效率隨時間增加而遞減，反映了產品早期失效過程的特征，稱DFR型。當m=1時，失效率等于常數（λ=1/t0），反映了隨機失效過程的特征，即CFR型。當m〉1時，失效率隨時間增加而遞增，反映了耗損失效過程的特征，即ZFR型。（2）尺度參數t0：如圖所示，尺寸參數不影響曲線變化的形狀和位置，只是改變曲線的縱橫坐標的標尺。（3）位置參數r：參數r不同時，威布爾分布的概率密度曲線形狀不變，只是曲線起點的位置發生變化，參數r增大，曲線沿著橫軸正方向平行移動。汽車可靠性理論基礎

3．威布爾分布的應用：在使用威布爾分布研究產品可靠性時，通常用以下幾個壽命來評價產品可靠性：（1）B10壽命：累積失效概率F（t）=10%時的壽命。（2）特征壽命：可靠度為36.8%時的壽命，R=e-1=36.8%（3）中位壽命：可靠度為50%時的壽命，也稱B50壽命。汽車可靠性理論基礎

例1已知某汽車零件疲勞壽命服從威布爾分布，其形狀參數m=2，尺寸參數η=400h，位置參數r=60h，求該零部件工作到100h的可靠度。解：有F（t）=1-exp（-（t-r）m/t0）R（t）=1-F（t）=（-（t-r）m/t0）其中，t0=ηm即R（t）=exp[-（t-r/η）m]=exp-（100-6/400）2=0.946汽車可靠性理論基礎

例2已知某元器件的壽命服從兩參數威布爾分布，m=2.8，η=1000h，求t=100h時的可靠度，失效率與中位壽命值。解：1)t=100h時的可靠度為：R（100）由R（t）=1-F（t）=exp(-t/η)m=exp(-100/1000)2.8=0.9982）失效率λ（t）=f（t）/R（t）=m/ηX（t/η）m-1λ（100）=2.8/1000X（100/1000）2.8-1=4.4X10-5h-13）中位壽命：即R（t）=0.5時所對應的壽命時間記作t0.5根據題意列方程如下：R（t）=exp(-t/η)mlnR（t）=lnexp(-t/η)m即lnR（t）=-(t/η)m則t=η（ln1/R（t））1/m所以t0.5=1000X（ln1/0.5）1/2.8=877.3h汽車可靠性理論基礎第三節汽車可靠性數據的采集與分析一、汽車可靠性數據的采集1．可靠性試驗（1）可靠性試驗的目的1）為研制新產品、發現其弱點以改進設計；2）為確認零件的設計任務書；3）為接受產品和保保證產品質量；4）為審查制造工藝的好壞等。汽車可靠性理論基礎（2）可靠性試驗分類按試驗性質分為：壽命試驗、臨界試驗、環境試驗和使用試驗等。壽命試驗按試驗性質分為：1）貯存壽命試驗；2）工作壽命試驗；3）加速壽命試驗。

汽車可靠性理論基礎產品在規定的環境條件下進行非工作狀態的存在試驗稱為貯存試驗，如室溫、高溫或潮濕等。產品在規定的條件下作加負載的工作試驗稱為工作壽命試驗。它分為靜態和動態兩種試驗。加速壽命試驗是在既不改變產品的失效機理又不增加新的失效因素的前提下，提高試驗應力，加速產品失效因素的作用，加速產品的失效過程，促使產品在短期內大量失效。汽車可靠性理論基礎2．使用可靠性數據的采集方法與內容（1）使用可靠性數據的采集方法使用可靠性數據的采集方法要根據對象的種類和目的來定，一般有兩種方法：一種是對現場人員分發報表，定期返回，其特點是費用低廉不需專門人員，但易出現數據不完整和不準確的情況；另一種是組織專門測定可靠性的人員進行可靠性試驗，其特點是費用高，但由于采集者對數據分析過程有充分的理解，選擇的數據適當，能掌握重點，易發現數據的謬誤，因而可保證數據的完整和準確。汽車可靠性理論基礎（2）數據采集時應注意的事項

1）采集范圍：在每一份數據的收集報告中，產品對象范圍要明確統一。

2）制定異常工作的標準（即故障的含義）：異常工作的含義一般以原訂產品性能指標為準，但在實際執行中往往存在困難，因為生產者與使用者以及