2015年安全工程师《技术》复习资料：安全人机工程

　　机械的可靠性设计与维修性设计

　　主要内容：机械的可靠性度量指标，可靠性设计，维修设计。

　　可靠性的度量指标

　　1. 可靠度

　　1 可靠度数值应根据具体产品的要求来确定， 一般原则是根据故障发生后导致事故的后果和经济损失而定。

　　2.故障率 （ 或失效率）

　　故障率是指工作到 t 时刻尚未发生故障的产品， 在该时刻后单位时间内发生故障的概率。故障率也是时间的函数， 记为λ（t），称为故障率函数。

　　产品在其整个寿命期间内各个时期的故障率是不同的， 其故障率随时间变化的曲线称为寿命的曲线， 也称浴盆曲线。

　　3个阶段：

　　⑴早期故障期。产品在使用初期，由于材质、设计、制造、安装及调整等环节造成的缺陷，或检验疏忽等原因存在的固有缺陷陆续暴露出来，此期间故障率较高，但经过不断的调试和排除故障，加之相互配合件之间的磨合，使故障率较快地降下来， 并逐渐趋于稳定运转。

　　⑵偶发故障期。这个期间的故障率降到最低，且趋向常数，表示产品处于正常工作状 态。这段时间较长，是产品的最佳工作期。这时发生的故障是随机的，是偶然原因引起应力增加，当应力超过设计规定的额定值时，就可能发生故障。

　　⑶磨损故障期。这个时期的故障迅速上升， 因为产品经长期使用后， 由于磨损和老化， 大部分零组部件将接近或达到固有寿命期， 所以故障率较高。

　　3. 平均寿命 （ 或平均无故障工作时间）

　　对非维修产品称平均寿命， 其观测值为产品发生失效前的平均工作时间， 或所有试验产品都观察到寿命终了时，们寿命的算术平均值3于维修产品来说， 称平均无故障工作时间或平均故障问隔时间， 其观测值等于在使用寿命周期内的某段观察期间累积工作时 间与发生故障次数之比。

　　4. 维修度

　　维修度是指维修产品发生故障后， 在规定条件 （ 备件贮备、维修工具、维修方法及维修技术水平等 ） 和规定时间内能修复的概率， 它是维修时间 r 的函数， 用 M（z）表示， 称为维修度函数。

　　5. 有效度

　　狭义可靠度 R（t） 与维修度 M （τ ） 的综合称为有效度， 也称广义可靠度。其定义是， 对维修产品， 在规定的条件下使用， 在规定维修条件下修理， 在规定的时间内具有或维持其规定功能处于正常状态的概率。

　　品的可靠性预计

　　产品的可靠性预计是根据零组部件的可靠性数据来预算产品的可靠性指标 ， 如可靠度、故障率或平均寿命等。

　　可靠性预计的目的是为可靠性设计选择最佳设计方案提供可靠依据， 且在产品定型投产之前就可以对新产品的可靠性做出估计， 若达不到预定指标， 就可以针对发现的问题及时进行改进设计， 从而取得事半功倍的效果。

　　一）串联系统的可靠性预计

　　串联系统的可靠性表示系统中所有单元均正常时， 系统才能正常工作。 串联系统的可靠性有如下特点：

　　⑴ 串联系统中单元数越多， 则系统的可靠性越低；各单元本身的可靠性越低， 则系统的可靠性越低。

　　⑵ 串联系统的可靠性Rs（t） 总是小于系统中可靠度最低单元的可靠性Rimin， 而且其寿命取决于该单元的寿命。

　　二）并联系统的可靠性预计

　　并联系统可靠性表示系统中只要有一个单元能正常工作， 系统就能正常工作。 并联系统的可靠度好像钢丝绳的可靠性， 只有当所有钢丝绳均断裂， 钢丝绳才能完全断开。当然， 当断丝数达到一定数量就得降级使用或报废。钢丝绳的寿命是由寿命最长的那股钢丝决定的， 故并联系统又称绳索模型。

　　三）串并联系统的可靠性预计

　　任何一个串—并联系统总可以看成是由一些串联式和并联式子系统组合而成。在进行串一并联系统的可靠性预计时， 只要用上述方法分别求出各子系统的可靠度， 就可以使系统可靠性框图逐步简化， 最后总可以简化成一个简单的串联系统或并联系统， 于是可求出整个系统的可靠度。

　　（一） 确定零件合理的安全系数安全系数是指零件在理论上计算的承载能力与实际所能承担的负荷之比值。确定安全系数时应考虑以下几个因素：

　　（1） 环境条件的影响如温度、湿度、冲击、振动等；

　　（2） 使用中发生超负荷或误操作时的后果；

　　（3） 为提高安全系数所付出的经济代价是否合算等。安全系数的提高应通过优化结构设计来达到， 而不是简单地通过增加构件尺寸、增加重量或增加费用等方法来实现。

　　（ 二 ） 贮备设计 （ 冗余设计 ）

　　（三）其他设计

　　（一） 维修及维修性

　　所谓维修是指使产品保持在正常使用和运行状态， 以及为排除故障或缺陷所采取的一切措施， 包括设备运行过程中的维护保养、设备状态监测与故障诊断以及故障检修、调整和最后的验收试验等直至恢复正常运行等一系列工作。简言之， 为保持或恢复产品规定功能采取的技术措施叫做维修。

　　维修性是指对故障产品修复的难易程度， 即在规定条件和规定时间内， 完成某种产品维修任务的难易程度。

　　（二）产品结构的维修性设计

　　维修性设计是指产品设计时， 设计师应从维修的观点出发， 保证当产品一旦出故障， 能容易地发现故障， 易拆、易检修、易安装， 即可维修度要高。维修度是产品的固有性质，它属于产品固有可靠性的指标之一。维修度的高低直接影响产品的维修工时、维修费用， 影响产品的利用率。维修性设计中应考虑的主要问题有可达性、零组部件的标准化和互换性等内容。

　　（三）可靠性设计与维修性设计的关系

　　可靠性设计和维修性设计是从不同的角度来保证产品的可靠性。前者着重从保证产品的工作性能出发， 力求不出故障或少出故障， 是解决本质安全问题， 在方案设计和结构设 计阶段就设法消除危险与有害因素；后者则是从维修的角度考虑， 一旦产品发生故障， 其本身就能自动及时发现故障， 并且显示故障或发出警报信号， 并能自动排除故障或中止故障。

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