安全生產技術考試要點：第四章安全人機工程4
第四節 機械的可靠性設計與維修性設計w 主要內容：機械的可靠性度量指標，可靠性設計，維修設計。w 一、可靠性的度量指標n 1. 可靠度l 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後導致事故的後果和經濟損失而定。 w 2.故障率 ( 或失效率)w 故障率是指工作到 t 時刻尚未發生故障的產品, 在該時刻後單位時間內發生故障的機率。故障率也是時間的函式, 記為λ（t），稱為故障率函式。w 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。 產品的失效過程可分為 3個階段： w ⑴早期故障期。產品在使用初期，由於材質、設計、製造、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, 並逐漸趨於穩定運轉。w ⑵偶發故障期。這個期間的故障率降到最低，且趨向常數，表示產品處於正常工作狀 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。w ⑶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後, 由於磨損和老化, 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。 w 3. 平均壽命 ( 或平均無故障工作時間)w 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，們壽命的算術平均值3於維修產品來說, 稱平均無故障工作時間或平均故障問隔時間, 其觀測值等於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。 w 4. 維修度 維修度是指維修產品發生故障後, 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機率, 它是維修時間 r 的函式, 用 m（z）表示, 稱為維修度函式。w 5. 有效度 狹義可靠度 r(t) 與維修度 m (τ ) 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於正常狀態的機率。 二、系統或產品的可靠性預計 w 產品的可靠性預計是根據零組部件的可靠性數據來預算產品的可靠性指標 , 如可靠度、故障率或平均壽命等。w 可靠性預計的目的是為可靠性設計選擇最佳設計方案提供可靠依據, 且在產品定型投產之前就可以對新產品的可靠性做出估計, 若達不到預定指標, 就可以針對發現的問題及時進行改進設計, 從而取得事半功倍的效果。 ( 一 ) 串聯繫統的可靠性預計 w 串聯繫統的可靠性表示系統中所有單元均正常時, 系統才能正常工作。 串聯繫統的可靠性有如下特點:w ⑴ 串聯繫統中單元數越多, 則系統的可靠性越低；各單元本身的可靠性越低, 則系統的可靠性越低。w ⑵ 串聯繫統的可靠性rs（t） 總是小於系統中可靠度最低單元的可靠性rimin, 而且其壽命取決於該單元的壽命。 ( 二 ) 並聯繫統的可靠性預計 w 並聯繫統可靠性表示系統中只要有一個單元能正常工作, 系統就能正常工作。 並聯繫統的可靠度好像鋼絲繩的可靠性, 只有當所有鋼絲繩均斷裂, 鋼絲繩才能完全斷開。當然, 當斷絲數達到一定數量就得降級使用或報廢。鋼絲繩的壽命是由壽命最長的那股鋼絲決定的, 故並聯繫統又稱繩索模型。 ( 三 ) 串並聯繫統的可靠性預計 w 任何一個串—並聯繫統總可以看成是由一些串聯式和並聯式子系統組合而成。在進行串一併聯繫統的可靠性預計時, 只要用上述方法分別求出各子系統的可靠度, 就可以使系統可靠性框圖逐步簡化, 最後總可以簡化成一個簡單的串聯繫統或並聯繫統, 於是可求出整個系統的可靠度。 三、機械設備結構可靠性設計要點 w （一） 確定零件合理的安全係數安全係數是指零件在理論上計算的承載能力與實際所能承擔的負荷之比值。確定安全係數時應考慮以下幾個因素:w (1) 環境條件的影響如溫度、濕度、衝擊、振動等；w (2) 使用中發生超負荷或誤操作時的後果；w (3) 為提高安全係數所付出的經濟代價是否合算等。安全係數的提高應通過最佳化結構設計來達到, 而不是簡單地通過增加構件尺寸、增加重量或增加費用等方法來實現。w ( 二 ) 貯備設計 ( 冗餘設計 )w （三）其他設計 四、維修性設計 w ( 一 ) 維修及維修性w 所謂維修是指使產品保持在正常使用和運行狀態, 以及為排除故障或缺陷所採取的一切措施, 包括設備運行過程中的維護保養、設備狀態監測與故障診斷以及故障檢修、調整和最後的驗收試驗等直至恢復正常運行等一系列工作。簡言之, 為保持或恢復產品規定功能採取的技術措施叫做維修。w 維修性是指對故障產品修復的難易程度, 即在規定條件和規定時間內, 完成某種產品維修任務的難易程度。 w ( 二 ) 產品結構的維修性設計w 維修性設計是指產品設計時, 設計師應從維修的觀點出發, 保證當產品一旦出故障, 能容易地發現故障, 易拆、易檢修、易安裝, 即可維修度要高。維修度是產品的固有性質,它屬於產品固有可靠性的指標之一。維修度的高低直接影響產品的維修工時、維修費用, 影響產品的利用率。維修性設計中應考慮的主要問題有可達性、零組部件的標準化和互換性等內容。 w ( 三)可靠性設計與維修性設計的關係可靠性設計和維修性設計是從不同的角度來保證產品的可靠性。前者著重從保證產品的工作性能出發, 力求不出故障或少出故障, 是解決本質安全問題, 在方案設計和結構設 計階段就設法消除危險與有害因素；後者則是從維修的角度考慮, 一旦產品發生故障, 其本身就能自動及時發現故障, 並且顯示故障或發出警報信號, 並能自動排除故障或中止故障。