《设备工程与管理ch2设备的可靠性与维修性机自10》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设备工程与管理ch2设备的可靠性与维修性机自10（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 设备的可靠性和维修性强调设备的可靠性和维修性是基于现代化生产的需要，原因有二：一是现代化设备性能高、构造复杂，确保可靠性的必要性显著增加；二是随着设备向自动化方向发展，新技术被不断地采用和推广，进行设备可靠性的研究有了可能。设备可靠性、维修性三大影响因素：1、固有因素设备本身在设计、制造时已经决定了内在的、固有的可靠性和维修性2、人为因素设备在使用、维修过程中，操作人员与维修人员对设 备可靠性，维修性有所影响3、环境因素设备所处的环境条件对设备可靠性、维修性的影响。 一、设备可靠性1、可靠性设备在规定的时间内，规定的条件下，完成规定动能的性能（能力）。规定的条件主要包括三种：1）环境条
2、件：温度、湿度、腐蚀性灰尘和气体、振动、冲击、地理等2）使用条件：连续生产、间断生产和满载、轻载等3）维护保养条件：操作者的技术熟练程度规定的功能：明确的功能指标，明确的发生故障或不能正常工作的界限。2.1 基本概念2、可靠度表示可靠性的尺度用来表示设备在规定的时间内，规定的条件下，毫无故障地执行其规定功能的概率。简单说，就是研究对象在一定条件下不发生故障的概率。可靠度一般以时间函数来表示，称为可靠度函数R(t)。Y=R(t)曲线称为可靠度曲线。R(t)=P(Tt) 0R(t)1T设备的实际寿命t某一规定的时间（规定寿命）2.1 基本概念二、设备的故障及相关概念1、故障定义故障：设备（系统）或
3、零部件丧失其规定的功能的状态。注意：设备故障状态只有在运转状态下才能显现。异常、缺陷异常、缺陷是尚未发生故障，但已超出了正常状态，往往不久就会发展成故障，也成为故障前状态。2.1 基本概念2、设备故障分类1）按故障发生的速度分类突发性故障由于各种不利因素和偶然的外界影响的共同作用超出了设备所能承受的限度而突然发生的故障。特点是无明显征兆，突然发生，依靠事前检查或监视不能预知。渐发性故障由于各种影响因素的作用使设备的初始参数逐渐劣化、衰减过程逐渐发展而引起的故障。特点是一般有明显征兆，可早期发现。2.1 基本概念2）按故障发生的后果分类功能故障设备不能继续完成自己规定功能的故障。往往由于个别零件
4、损坏造成。参数故障设备的工作参数不能保持在允许范围内的故障。属渐发性的，一般不妨碍设备的运转，但影响产品的加工质量。2.1 基本概念3）按故障的损伤程度分类允许故障损伤可以容忍，不会引起严重后果的故障。不允许故障由于设计时考虑不周，制造装配质量不合格，违反操作规程所造成的故障。4）按故障的易见性分类明显安全性故障可能直接危及作业安全的故障。明显使用性故障对使用能力或完成作业任务有直接影响的故障。2.1 基本概念明显非使用性故障对使用能力或完成作业任务没有不利的直接影响的故障。隐蔽安全性故障同另一故障（明显功能故障）结合后会危及作业安全的隐蔽功能故障。隐蔽经济性故障同另一故障（明显功能故障）结合
5、后不会产生安全性后果，但有经济性后果影响的故障。2.1 基本概念3、设备故障的典型模式1）故障模式含义故障的主要特征即故障的表现形式。2）常见的故障模式异常振动、磨损、疲劳、裂纹、破裂、过度变形、腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、松弛、熔融、蒸发、绝缘劣化 、异常声响、油质劣化、材质劣化、粘合及其他。回转机械的主要故障模式：异常振动、磨损、异常声响、裂纹、疲劳。静止设备的主要故障模式：腐蚀、裂纹、渗漏。2.1 基本概念4、故障的发生机理形成故障源的原因；诱发零部件、设备系统发生故障的物理、化学、电学与机械学过程；设备的某种故障在达到表面化之前，其内部的演变过程及其因果原理。1）设计错误应力过高，应力集中
6、，材料、配合、润滑方式选用不当，对使用条件、环境影响考虑不周。2.1 基本概念2）原材料缺陷材料不符合技术条件，铸锻件缺陷，热处理变形，热处理缺陷等。3）制造缺陷切削、压力加工和装配缺陷，热处理、焊接和电镀缺陷，混料，热应力，管理混乱等。4）运转缺陷过载，过热，腐蚀，润滑不良，漏电，操作失误，维护和修理不当等。2.1 基本概念三、有关设备可靠性的几个函数1、可靠度函数R(t)=P(Tt) 2、累积故障密度函数F(t)表示在一段时间内，设备发生故障的概率。F(t)=P(Tt) 0F(t)1与可靠度之间为互补关系，也称为不可靠度函数。F(t)+R(t)=1F(t)=1-R(t) 2.1 基本概念理
7、解：可靠度和不可靠度的估计值设t0时刻有N个完好设备（零部件）在工作，到达t时刻，有n(t)个设备（零部件）出现故障而失效，那么 尚有N-n(t)个设备（零部件）在继续工作，则2.1 基本概念3、故障密度函数f(t)累积故障密度F(t)的导数2.1 基本概念4、设备的故障率（失效率、危险率、故障强度）工作到某一时间的系统、设备、零部件等，在接着到来的单位时间内发生故障的概率。1）平均故障率2）瞬时故障率(t)一批设备（或零部件），在已正常工作到t时刻的条 件下，在下一段时间（tt）内将要发生故障的条件概 率。2.1 基本概念a.估计值假定t0时刻，有N个完好设备（零部件）在工作，到t时刻有n(
8、t)个设备（零部件）失效，尚有N-n(t)个设 备（零部件）在继续工作，再让这些设备（零部件）工 作一小段时间t，则在ttt时间内又有n(t)=n(t t)-n(t)个设备（零部件）失效，则在t的时间内，设 备（零部件）失效的概率为那么在t时刻之后，每一单位时间内所发生的失效概率即为失效率。2.1 基本概念b.连续值2.1 基本概念通常定义危险性如果设备的故障发生遵从指数分布，即每单位时间 故障发生次数相等， (t)常数，则2.1 基本概念表3-1 可靠性函数之间的关系2.1 基本概念R(t)F(t)f(t)(t)R(t)1-F(t)F(t)1-R(t)f(t)-dR(t) /dtdF(t)/
9、dt(t)四、设备故障分布的基本类型1、故障率减小型（DFR型）故障率(t)随时间单调降低，也就是说，设备或零部件在开始使用时故障率高，随后逐渐降低。 故障发生的原因：设备的结构、制造工艺、装配质量和材料上的某些缺陷。2.1 基本概念2、故障率恒定型（CFR型）故障率(t)常数，可靠度函数R(t)呈简单的指数分布。故障发生的原因：随机性，使用不当、操作上的疏忽或润滑密封、散热通风及类似维护条件不良等偶然原因 。2.1 基本概念3、故障率增加型（IFR型）故障率(t)随时间的增加而升高，说明设备经过一段比较稳定的运行之后到达磨损老化阶段，若不采取维修 措施，故障率随时间的延长，不断升高，最后导致
10、全部 损坏。故障密度函数多数f(t)多半近似正态分布。2.1 基本概念五、设备故障发生的规律及其描述1、设备故障发生的规律浴盆曲线（设备寿命特性曲线）2.1 基本概念2、设备的寿命周期1）早期故障期设备安装调试过程至移交生产使用阶段（故障率 趋于减少的时间）在构成设备的众多零部件中有少数在设计和制造阶段 就有缺陷的零部件，它们在开始使用后的早期内，就往 往承受不了应力而发生故障。缩短这一段时间，应在设备投入运行以前进行试车、 试运转，以便及时发现，修正和排除缺陷，尽可能设法 来加速失效率下降过程。2.1 基本概念2）偶发故障期故障率基本为一常数的延续时间故障的发生是随机的，不可预测，对应设备的
11、实际使用期，称正常工作期、有效寿命、使用寿命。延长这一段时间，就是希望在容许的费用内延长使用寿命。2.1 基本概念3）耗损故障期故障率上升的时间设备中的某些零部件已经老化磨损，寿命衰竭。推迟这一阶段的到来，应通过可靠性预测，事先估计，及时修复或更换，使趋向上升的故障率又降下来，延 长设备的有效寿命。2.1 基本概念3、设备故障发生的规律的描述韦布尔分布。韦布尔分布可以将正态分布、指数分布、超指数分布统一地加以表现，其形状参数值能够反映出各种设备在 其寿命周期内的故障机理。韦布尔分布表达式如下：2.1 基本概念m形状参数，决定故障分布密度曲线的基本形状；m1，构成恒定型，即指数分布型m1，构成上
12、升型，即正态分布型mt)=n-n(t)/n显然，t=0，M(0)=0，G(0)=1；t=，M()=1，G()=02.1 基本概念3、维修密度函数m(t)单位时间内设备被修复的概率。2.1 基本概念4、修复率（维修率）(t)修理时间到达t时刻，尚未修复的设备在下一单位时间内完成修复的概率。1）离散值2）连续值2.1 基本概念维修密度函数的分布形状，可以是正态分布、对数正态分布、指数分布或韦布尔分布，但是在通常情况下， 对于可能工作时间远远大于维修时间的生产设备，可以 认为维修密度函数符合指数分布规律，即2.1 基本概念5、平均修复时间MTTR（Mean Time To Repair）与平均寿命类
13、似，设备也有平均修复时间，是指设备维修所需时间的平均值。离散状态下， ti第i次故障的修复时间连续分布状态下，对于指数分布，2.1 基本概念6、中值维修时间当维修度函数M(t)=0.5时所对应的维修时间。7、最大维修时间Mmax维修度函数为给定值1时的维修时间。一般取510。例2-5 某厂有一批设备，在相当长的一段时间内的统计表明，维修工作时间服从指数分布，共维修了48次， 花去维修时间300h。问：1）若规定每次维修时间为5h、 10h，则能够修好的设备可占发生故障设备总数中的多少 ？2）需要规定多长的维修时间，才能使99%发生了故障 的设备修好？ 2.1 基本概念8、可靠性与维修性的对应关
14、系2.1 基本概念可靠性方面维修性方面可靠度R(t)维修度M(t)不可靠度F(t)=1-R(t)不可维修度G(t)=1-M(t)故障密度f(t)=dF(t)/dt维修密度m(t)=dM(t)/dt故障率(t)=f(t)/R(t)修复率(t)=m(t)/1-M(t)平均寿命平均维修时间MTBFMTTR八、设备的时间一般情况下，设备有两种状态：要么处于完好状态，想使用任何时候都可以使用；要么处于故障状态，想使 用时由于某种原因不能使用。这样就将设备的时间划分为两类时间：1、使用时间（可工作时间）包括待机时间、起动时间、实际工作时间2、停歇时间（停机时间）包括改善修理时间、维修时间和拖延时间。其中维
15、修时间又可分为预防维修时间和事后维修时间。2.1 基本概念九、设备的有效度1、定义可修复的系统、设备、零部件等在某特定时间内具有或者维持其规定功能的概率。用来评价设备在某个特定 时间内可以有效工作的程度。有效度也是时间的函数，它是可靠度和维修度的综合表征，记为A(t)。注意：可维修设备，当发生故障时，只要能在允许的时间内修复后又能正常工作，则其有效度与单一可靠度 相比，增加了正常工作的概率；不可修复设备，有效度仅决定于且等于可靠度。2.1 基本概念2、两种形式1）瞬时有效度在某一特定瞬时，可维修设备保持正常工作使用状态和功能的概率，又称瞬时利用率，反映了t时刻设备的有 效度，而与t时刻之前设备
16、是否失效无关。2.1 基本概念2）稳态有效度A（）MUT设备平均能正常工作时间（使用时间平均值）MDT设备平均不能正常工作时间（停歇时间平均值）若故障密度与维修密度函数均为指数分布，则2.1 基本概念设备的可靠性是建立在该设备各个零部件之间的作用关系和这些零部件所具有的可靠性基础之上的。所以设 备的可靠度Rs取决于两个方面：1）设备零部件之间的结构组成形式（串联、并联和串并联）2）设备各零部件的固有可靠度Rj2.2 设备的可靠性分析一、零部件串联组合设备的可靠度在构成设备的若干个零部件中，只要有一个零部件发生故障，整台设备就发生故障。假设设备中各个零部件的可靠性相互独立，即其中一个零部件发生故障，不致影响其他零部件是否发生故障 该设备的可靠度为例2-6 某设备由四个零部件串联而成，可靠度分别为0
