第二章-设备的可靠性管理要点课件.ppt
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- 第二 设备 可靠性 管理 要点 课件
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1、机械维修基础理论机械维修基础理论第一节第一节 机械故障理论概述机械故障理论概述 故障理论故障理论揭示了揭示了机械系统进入生产过程后的运动机械系统进入生产过程后的运动规律规律(宏观的、微观的),是维修战略(维修方式、(宏观的、微观的),是维修战略(维修方式、策略、管理、改造和更新等)的决策依据,并且对维策略、管理、改造和更新等)的决策依据,并且对维修技术的应用和发展有重要影响。修技术的应用和发展有重要影响。本篇主要讲授机械在使用过程中受到的各种能量本篇主要讲授机械在使用过程中受到的各种能量作用作用,而使零部件、机构或整机出现故障的微观物理,而使零部件、机构或整机出现故障的微观物理成因及在不同物理
2、成因作用下,故障的宏观发展规律,成因及在不同物理成因作用下,故障的宏观发展规律,简单讨论零件的失效规律,机器、总成和零件的极限简单讨论零件的失效规律,机器、总成和零件的极限状态及其状态参数的变化顾虑,状态及其状态参数的变化顾虑,为机器的预防维修提为机器的预防维修提供科学的依据,以便采取相应的技术措施,进行科学、供科学的依据,以便采取相应的技术措施,进行科学、合理的使用,对降低作业成本,确保(机器、人身)合理的使用,对降低作业成本,确保(机器、人身)安全,延长使用寿命具有重要的意义。安全,延长使用寿命具有重要的意义。1-1 1-1 机械故障与可靠性的概念机械故障与可靠性的概念 设备的设备的7 7
3、大损失中,影响效率的最重要因素是大损失中,影响效率的最重要因素是故障故障损失损失。(1)(1)故障损失故障损失(2)(2)换模换线、调整损失换模换线、调整损失(3)(3)刀具交换损失刀具交换损失(4)(4)暖机损失暖机损失(5)(5)短暂停机、空转损失短暂停机、空转损失(6)(6)速度降低损失速度降低损失 (7)(7)不良、修改损失不良、修改损失 提高对故障与维修的认识及维修水平是进行现代机提高对故障与维修的认识及维修水平是进行现代机械设备管理的基础。械设备管理的基础。一、故障的概念一、故障的概念 机械故障机械故障-结构、机器或机械零件在结构、机器或机械零件在尺寸尺寸、形状形状、材料材料性质方
4、面的改变,使结构、机器或机械零件不能性质方面的改变,使结构、机器或机械零件不能达到原设计要求的功能或者改变原有的各种参数,称达到原设计要求的功能或者改变原有的各种参数,称为机械故障。为机械故障。“故障就是设备失去了规定的功能故障就是设备失去了规定的功能”。就“故障就是设备失去了规定的功能”这一定义而言,从功能的失去形式来看,可将故障分为两类。1功能停止型故障。一般称为“突发性故障”。2功能下降型故障。设备虽运转,但常产生废品,检查停机,速度下降等损失,不能充分发挥设备的功能,指部分缺陷的场合。比如荧光灯一会儿暗,一会明,频频发生。(一(一 )故障的定义)故障的定义 故障故障(Fault)(Fa
5、ult)的定义:是指在使用过程中,其技术性能指标已不符合规是指在使用过程中,其技术性能指标已不符合规定的技术指标时的技术状态。定的技术指标时的技术状态。机械或设备丧失其规定功能的现象,称为故障。机械或设备丧失其规定功能的现象,称为故障。(二)故障的相对性(二)故障的相对性 故障的识别关键在于合格与不合格的分界线,它不仅取决故障的识别关键在于合格与不合格的分界线,它不仅取决于所研究的机构功能,而且还取决于设备的性质和事使用范畴。于所研究的机构功能,而且还取决于设备的性质和事使用范畴。例如,航空发动机润滑油消耗的增大,对于短程或中程飞行或例如,航空发动机润滑油消耗的增大,对于短程或中程飞行或许不会
6、成为问题,而在远程飞行时,同样的润滑油消耗率就会许不会成为问题,而在远程飞行时,同样的润滑油消耗率就会把滑油消耗光。把滑油消耗光。因此,不同的使用部门有不同的规定。但是在因此,不同的使用部门有不同的规定。但是在一个使用部门之内,则应把每个机构的合格状态与不合格状态一个使用部门之内,则应把每个机构的合格状态与不合格状态以名确无误的术语及数量标准定义清楚。以名确无误的术语及数量标准定义清楚。二二 故障和可靠性故障和可靠性(一)可靠性的概念(一)可靠性的概念 1.1.定义:设备或系统在规定的条件下和规定的时间定义:设备或系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。内完成规定功能的能力。可靠性
7、可靠性是指机器或产品随时间的变化,保持自身是指机器或产品随时间的变化,保持自身工作能力不出故障的性能。工作能力不出故障的性能。“规定的条件规定的条件”:使用条件和环境条件。:使用条件和环境条件。“规定的时间规定的时间”:预期的寿命。:预期的寿命。“规定功能规定功能”:功能参数指标,判断失效的依据。:功能参数指标,判断失效的依据。这里的工作能力概念不但包含这里的工作能力概念不但包含完成必要功能完成必要功能的能的能力,而且还包括将力,而且还包括将机器产品各项功能的输出参数保持机器产品各项功能的输出参数保持在允许范围内的能力在允许范围内的能力因此机器的可靠性是一种综合因此机器的可靠性是一种综合性能,
8、从概念上讲,包括了机器的无故障性(可靠性)性能,从概念上讲,包括了机器的无故障性(可靠性)和耐久性(有效度)。和耐久性(有效度)。产品的无故障性产品的无故障性是指机器在某一时期内(或某一是指机器在某一时期内(或某一段实际工作时间内)连续不断地保持其工作能力的性段实际工作时间内)连续不断地保持其工作能力的性能。能。产品的耐久性产品的耐久性是指机器或产品在达到报废之前,是指机器或产品在达到报废之前,保持其工作能力的性能,即在整个使用期内并在规定保持其工作能力的性能,即在整个使用期内并在规定的维护保养修理制度条件下保持工作能力的性能。的维护保养修理制度条件下保持工作能力的性能。(二)故障和可靠性的关
9、系(二)故障和可靠性的关系产品质量产品质量功能功能有效性有效性(广义可靠性)(广义可靠性)可靠性可靠性维修性维修性固有可靠性固有可靠性使用可靠性使用可靠性环境适应性环境适应性(三)评价机器无故障性(可靠性)的指标(三)评价机器无故障性(可靠性)的指标 评价机器产品无故障性的主要指标就是产品的评价机器产品无故障性的主要指标就是产品的无故无故障概率障概率(P(tP(t)),也称),也称可靠度可靠度(R(tR(t)),即在规定的时),即在规定的时间间隔间间隔t=Tt=T内,机器不发生故障的概率。它是描述机器内,机器不发生故障的概率。它是描述机器故障定量指标,故障定量指标,P(tP(t)的变化范围是的
10、变化范围是0 P(t)10 P(t)1。例如,。例如,若机器在若机器在T=1000T=1000小时内无故障率为小时内无故障率为0.950.95,它说明一大批,它说明一大批该机器中平均约有该机器中平均约有5%5%的机器在工作达到的机器在工作达到10001000小时之前,小时之前,将出现故障。将出现故障。可靠性衡量指标可靠性衡量指标 (1 1)可靠度()可靠度(ReliabilityReliability):):设备或系统在规定的条件下和规定的时间内完成设备或系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。用规定功能的概率。用R R(t t)表示。)表示。R R(t t)P P(TtTt),t
11、-,t-规定的时刻,规定的时刻,0 0 R R(t t)1 1 (2 2)不可靠度)不可靠度F F(t t)表示设备在规定的时间内、规定的条件下完不成规表示设备在规定的时间内、规定的条件下完不成规定功能的概率。即定功能的概率。即 F F(t t)1-R1-R(t t)或)或 F F(t t)+R+R(t t)1 1 F F(t t)直接反映)直接反映故障的概率故障的概率,反映在,反映在t t时刻以前时刻以前累积故障的情况和故障与时间的函数关系,所以累积故障的情况和故障与时间的函数关系,所以F F(t t)也称为故障分布函数,如图也称为故障分布函数,如图1-10 b)1-10 b)所示,可靠性研
12、究所示,可靠性研究中多以中多以F F(t t)为对象。)为对象。(3 3)故障密度)故障密度f f(t t)表示设备在表示设备在t t时刻故障的变化速度。时刻故障的变化速度。若故障分布函若故障分布函数数F F(t t)连续可导,则故障密度)连续可导,则故障密度f f(t t)dFdF(t t)d d(t)(t);若;若F F(t t)不是连续可导函数时,则用经验(平)不是连续可导函数时,则用经验(平均)密度公式(现场统计中多采用)。故障密度均)密度公式(现场统计中多采用)。故障密度f f(t t)与时间的关系如图与时间的关系如图1-11-1所示。所示。(4 4)故障率)故障率(t t):):正
13、常工作到某时刻正常工作到某时刻t t后的机械,在该时刻后的单位后的机械,在该时刻后的单位时间内发生故障的概率。时间内发生故障的概率。(5 5)平均故障间隔时间)平均故障间隔时间MTBFMTBF(Mean Time Between Mean Time Between FailureFailure)(四)系统的可靠性(四)系统的可靠性 系统是一个能够完成规定功能的综合体。它由若系统是一个能够完成规定功能的综合体。它由若干独立的单元组成,每个独立单元不仅要完成各自的干独立的单元组成,每个独立单元不仅要完成各自的规定功能,而且还要在系统中与其它单元发生联系。规定功能,而且还要在系统中与其它单元发生联系
14、。根据单元在系统中的联接方式不同,可分为三类:根据单元在系统中的联接方式不同,可分为三类:1 1、串联系统、串联系统 在组成系统的单元中只要有一个发生故障,系统就在组成系统的单元中只要有一个发生故障,系统就不能完成规定的功能,这种系统称为串联系统。不能完成规定的功能,这种系统称为串联系统。1 12 2n-1n-1n n串联系统串联系统 大多数机械的传动系统均是串联系统,当串联系统大多数机械的传动系统均是串联系统,当串联系统由由n n个单元组成,它们的可靠度分别为个单元组成,它们的可靠度分别为R R1 1、R R2 2、。、。、R Rn n时,根据概率乘法定理,系统的可靠度为时,根据概率乘法定理
15、,系统的可靠度为R Rs sniinsRRRRR121 若各单元的若各单元的R R都相等,则都相等,则R Rs s=R R n n 由于由于R Ri i1 1,所以单元数目愈多,系统的,所以单元数目愈多,系统的R Rs s就愈就愈低。可见,在满足规定功能的前提下,系统愈简单,低。可见,在满足规定功能的前提下,系统愈简单,可靠性愈高。可靠性愈高。5 53 36 67 71 12 24 48 85 53 36 67 7单级圆柱齿轮减速器单级圆柱齿轮减速器1 1轴轴 2 2键键 3 3齿轮齿轮 4 4滚动轴滚动轴承承 5 5键键 6 6滚动轴承滚动轴承 7 7轴轴 8 8齿轮齿轮例:计算单级圆柱齿轮
16、减速器的可靠度,例:计算单级圆柱齿轮减速器的可靠度,见右图所示。见右图所示。已知使用寿命已知使用寿命5000h5000h内各零件的可靠度内各零件的可靠度分别为:轴分别为:轴1 1、7 7的的R R1 1、7 7=0.995;=0.995;滚动轴承滚动轴承4 4、6R6R4 4、6 6=0.94;=0.94;齿轮齿轮3 3、8 R8 R3 3、8 8=0.99;=0.99;键键2 2、5 5 R R2 2、5 5=0.9999=0.9999;解:系统的可靠度解:系统的可靠度757.0 999.0999.099.099.094.0 94.094.094.0995.0995.0101iisRR 串联
17、系统的可靠度低于任何一个单元的串联系统的可靠度低于任何一个单元的可靠度。可靠度。若要提高一个单元的可靠度,就若要提高一个单元的可靠度,就应当提高系统中可靠度最低的那个单元。应当提高系统中可靠度最低的那个单元。2 2、并联系统、并联系统 并联系统又称冗余系统并联系统又称冗余系统,即系统中只要有一个单元,即系统中只要有一个单元没有失效,系统仍能维持工作。没有失效,系统仍能维持工作。若几个单元同时投入运转,有一个出现故障,其它若几个单元同时投入运转,有一个出现故障,其它单元还能维持的称单元还能维持的称工作储备并联系统工作储备并联系统,如下图所示。,如下图所示。1 12 2n n工作储备并联系统工作储
18、备并联系统 如果几个单元中只有一个投入运转,当该单元损坏如果几个单元中只有一个投入运转,当该单元损坏之后,可换成另一个单元运转,系统不受影响,叫作之后,可换成另一个单元运转,系统不受影响,叫作非工作储备并联系统非工作储备并联系统,如下图所示。,如下图所示。1 12 2n n非工作储备并联系统非工作储备并联系统 并联系统的可靠度并联系统的可靠度R RS S为:为:niinSRRRRR121)1(1 )1()1)(1(1 若各单元的都相等,则若各单元的都相等,则nSRR)1(1 可见,并联系统的单元数目愈多,系统的可靠度愈高可见,并联系统的单元数目愈多,系统的可靠度愈高,但体,但体积、质量、成本也
19、增加。在机械系统中,并联系统因结构复杂、积、质量、成本也增加。在机械系统中,并联系统因结构复杂、成本昂贵,用的较少,只有在可靠性要求高,且结构上允许时成本昂贵,用的较少,只有在可靠性要求高,且结构上允许时才使用,才使用,一般一般n n=2=2或或n n=3=3。例:由个可靠度均为例:由个可靠度均为0.90.9的单元组成并联系统,求其的单元组成并联系统,求其系统可靠度。系统可靠度。解:按公式计算解:按公式计算99999.0)9.01(1)1(15nSRR 可见,并联系统的可靠度大于每个单元的可靠度,可见,并联系统的可靠度大于每个单元的可靠度,这是在机械设备方案规划设计和布局安装过程中采用冗这是在
20、机械设备方案规划设计和布局安装过程中采用冗余技术的根据。余技术的根据。若要提高系统的可靠性,需提高可靠度最大的单元若要提高系统的可靠性,需提高可靠度最大的单元的可靠度。的可靠度。3 3、混联系统、混联系统 由串联及并联系统组合而成的系统称为混联系统。由串联及并联系统组合而成的系统称为混联系统。分为两种:一是串并联系统,见图分为两种:一是串并联系统,见图a);a);另一是并串联系统,见图另一是并串联系统,见图b)b)1 12 2n n1 12 2m m1 12 2m m1 12 2m m图图a)a)串并联系统串并联系统1 12 2n n1 12 2n-1n-1n n1 12 2n-1n-1n n
21、1 12 2n-1n-1n n1 12 2m m图图b)b)并串联系统并串联系统混联系统可靠性的计算没有一成不变的公式,而需具体分混联系统可靠性的计算没有一成不变的公式,而需具体分析。通常,串并联系统的可靠度计算是先将并联单元系统转化为析。通常,串并联系统的可靠度计算是先将并联单元系统转化为一个等效的串联系统,然后再按串联系统计算。并串联系统的可一个等效的串联系统,然后再按串联系统计算。并串联系统的可靠度则先分别计算串联系统的可靠度,然后再按并联系统计算。靠度则先分别计算串联系统的可靠度,然后再按并联系统计算。现以常用的现以常用的2K-H2K-H行星齿轮减速器为例加以说明,见行星齿轮减速器为例
22、加以说明,见图图a)a)所示,该图可简化为串并联系统,如图所示,该图可简化为串并联系统,如图b)b)所示。所示。太阳轮太阳轮1 1太阳轮太阳轮3 3行星轮行星轮2 2n n2 2T T2 2n n1 1T T1 1R R2 2R R2 2R R2 2R R3 3R R1 1图图b)b)图图a)a)三个行星轮三个行星轮2 2组成一并联系统组成一并联系统,若不计轴、轴承、键若不计轴、轴承、键的可靠度,则并联系统的可靠度的可靠度,则并联系统的可靠度把它转化为一个等效的串联系统,按串联系统公式计算,把它转化为一个等效的串联系统,按串联系统公式计算,即系统的可靠度即系统的可靠度32222)1(1RR33
23、2132221)1(1 RRRRRRRS985.0990.0)999.01(1 995.0 )1(1 990.0 ,999.0,995.0 33321321RRRR,RRRS此减速器的可靠度为设系统与系统结构模型分类系统与系统结构模型分类 纯并联系统纯并联系统 串联系统串联系统 工作贮备系统工作贮备系统 系统系统 (并联冗余系统)(并联冗余系统)r/n表决系统表决系统 并联系统并联系统 理想旁联系统理想旁联系统 混联系统混联系统 非工作贮备系统非工作贮备系统 (旁联系统)(旁联系统)非理想旁联系统非理想旁联系统k/nk/n表决系统表决系统 n为组成系统的单元数,k为要求至少同时正常工作的单元数
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