因可靠性引发的实例
-
机械可靠性工程——案例
1.
内燃机可靠性设计的重要性
70
年代石油危机后，同功率档次发动机之间的燃油经济性计。用<
/p>
可靠度来确保结构的安全性，
把失效差距缩小，
< br>用户在选购新发动机
时，就把可靠性看的比燃油经济性和价格更重要。同时，内燃
机使用
中可靠性对产品的经济效益影响很大。首先，内燃机可靠性低，故障
频频出现，使维修费增加。
大修寿命缩短，农用小型柴油机的大修期
通常只有
1
．
5
～
2
实际上零部件的载荷、几何尺寸、材料性
能等都是
随机变年，
车用内燃机的大修寿命也只有国外先进水平
的
1
／
3
左右
。
于内燃机的可靠性差，
使配套机械不能正常运转，
造成直接的运行经
济损失，
如农场中联合收割机出
故障使谷物不能抢在雨季前收割而霉
烂在田野，
汽车出故障造成
运输费的损失。
从国内已有的统计数据表
明，
< br>内燃机的故障次数占配套机械总的故障次数的比例是较高的，
如
< br>装载机上内燃机的故障数占整机的
60
～
70
％，汽车上内燃机的故障
数占
1
／
3
左右。手扶拖拉机和轮式拖
拉机上内燃机的故障数分别占
26 8
％和
24
．
5
％．联合收割机上内燃机
的故障数占
22
％。为此，内
燃机配套
机械厂在选用动力机械时，
把内燃机的可靠性作为最主要的
性能
指标。
实际上零部件的载荷、几何尺寸、材料性能等都是随机
变量，是
某种概率分布的统计量，
可靠性设计正是考虑设计参数
分散性，
在常
规设计公式的基础上，
引
了可靠度或其他可靠性指标，
不单纯用一个
安全系数来衡量零件
的强度，
用概率统计的方法来处理各个设计变量，
同时对系统失
效的可能性进行定量分析和预测。
可靠性设计的目标是
零件的强
度
h
大于工作应力
S
< br>的概率要大于或等于所要求满足的可靠
度
R
。
可靠性设计准则
(
或基本方程
) P(h>s)
≥
R
或
P{h
—
s>0}
≥
R
这里
的强度
h
，狭义地讲是零件材料单位面积能承受的最大作用力，广义
地讲是指阻止零件
(
系统
)<
/p>
失效的因素，
称强度。
这里的工作应力<
/p>
s
，
狭义地讲是指单位面积所受外力的大
小，
广义地讲是指引起零件
(
系
统
)
失效的因素，简称应力，由于零件的强度
h
和工作应力
S
都是随
机变量，所以具有一定的概率密度函数。
概率密度函数中可存在的应力分布：
(1)
强度的最大值
h
小于应力的最小
值
S
，这样，零件一旦投入使
用必然失
效，故
R=0
。这种情况应避免出现。
(2)
应力的最大值
s
小于强度的最小值
h
，此时零件的可靠度
R=1
。
这种情况下零部件完全可靠，但结构庞大、
成本费用高。
(3)h
为强度的均值
，
S
为应力的均值，
即使当
h>s
时，这两条概率
密度曲线有部分重叠的地方
，
出现
<
br>法
<
br>主要原因可能包括： <
br>战斗 爱国者
<
br>降低保养成本
h
的干涉区，
这是在实
际设计问题中经常遇到的。
基于以上分析，内燃机可靠性设计可分为以下几个步骤：
(1)
应进行综合权衡得失、
全面分析各种矛盾因素之间的轻重缓
急，确定发动机的可靠性目标值。
(2)
进
行可靠性分配，
将发动机可靠性目标值分配到部件和零件
性。<
/p>
(3)
可靠
性预测，
即对每一个设计方案进行可靠性特征值的估算，
并与给
定的可靠性目标值作比较。
(4)
可靠性分析，
即对产品的设计方案进行故障模式、
影响及后
果分析
(
即
FMECA
法
)
和故
障树分析
(
即
FTA
)
，确定故障模
式，找出故障
原因，从而改进设计方案。
(5)
用等部门代表对发动机设计方案进行评议和审查，
以使设计
错误进行设计评审，在设计各个阶段，组织设计、生产、使
在设计阶
段尽量得以纠正。
2
．伊拉克战争中
部署在科威特的
爱国者
导弹击落了英国的
狂
风
战斗机；
F-16
攻
击
爱国者
导弹
阵地；
英军
挑战者
坦克互射；
美军
A-10
袭击英军装甲车等。
据初步分析，造成这些误击事件的
(1)
技
术原因在超视距作战和
非接触战争
中，
敌我识别工作完
全依靠技术设备予以完
成。在复杂、多变的现代战场环境下，现
有的敌我识别技术还不十分可靠。
在分析
爱国者
误击
狂风
机的原因时，有很多专家怀疑是
的目标识别系统发生了
故障
。
没有将飞行速度有很大差别的
飞毛腿
导弹与
狂风<
/p>
战斗机
区别开。
3.
台湾军方发生过
M110
自行榴炮炮口意外爆炸事故，
有可能就是
因为“
麻膛”造成引信提前引爆所致。美军在
1965
年参加越战，<
/p>
初期美军仍使用
M14
步枪，在
1967
年美军全面配发
M16
自动步
枪，但服役不久就发现机械故障与“麻膛”现象严重。美军为克
服这个难题，下令人手
1
瓶枪械防锈油，只要战
事稍有间歇必须
立即对
M16
步枪进行
保养，所以美军士兵几乎天天在保养枪械，
并且发现所有机枪、迫炮、榴炮、坦克炮等轻
重武器极易出现锈
蚀并产生“麻膛”现象。美军经调查后发现造成武器易锈蚀的主
要原因在东南亚地区所处的环境，因为当地平均相对湿度在
80
—
90%
，任何武器只要摆放数小时后就会生
锈。同时也发现美军各
式武器保养用品：如清洁液、润滑油、防锈油，其清洁、润滑、<
/p>
防锈的功能在亚热带环境中几乎完全失效。而美军官兵为了解决
武
器锈蚀问题，除无限量地使用各式保养油外，还用大量使用柴
油以及柴油机油混合油（<
/p>
6
：
4
）清洗装
备，而柴油可将黄油与各
种武器保养油溶解，如此不仅使武器保养用油暴增，柴油中的硫
分子将会使枪炮
“麻膛”
现象更为恶化
。
武器的保养油大量消耗，
损耗严重的武器被大量送往后方，这
种恶性循环使美军后勤体系
感到无法支撑。美军为了尽快解决这一问题，开始向民间厂商
征
求新的武器保养用油，并要能符合下列要求：提升枪炮性能与可
靠度。
简化保养步骤。
降低后勤补给压力。
（用油、
耗材以及人力成本）
。
延长枪炮使用寿命。
但美军这项需求非常笼
统，并无明确的参数，因为美军所面对是一片未知领域。这项规
范公布
后整整
6
年后，
1977
年由美国布雷克－弗瑞
（
BREAK
－
FREE
INC
）公司向
美军提交了一种
GLP3
合
1
复合保养油，美军在收到
这批保养油后立即交付部队进行武器实测，测试
环境是在极地、
沙漠、热带雨林、海上高盐份等恶劣环境下射击数百万发炮弹后
再以
3
合
1
保养油进行保养，随后评估弹头初速、炮管磨蚀、防