汽车可靠性试验.ppt

1,第1章 绪论第2章 汽车可靠性工程理论基础 第3章 汽车可靠性试验 第4章 汽车系统可靠性分析 第5章 汽车可靠性设计 第6章 汽车维修性工程基础 第7章 汽车失效工程分析,目 录,2,第3章汽车可靠性试验,3.1 汽车可靠性试验的目的和种类 3.2 试验场道路耐久性（强化）试验 3.3 试验室耐久性试验3.4 加速寿命试验3.5 可靠性抽样试验 3.6 概率纸及其应用,3,3.1 汽车可靠性试验的目的和种类,1.汽车可靠性试验的目的和意义,（1）对汽车及其零部件可靠性水平的评估和考核。利用试验中获得的数据，求得产品的可靠度、失效率及平均寿命等可靠性指标，以考验其功能、强度、可靠性和寿命等是否符合设计要求。,（2）对批量产品或外加工产品进行验收。,（3）对试验结果进行失效机理分析。通过可靠性试验，暴露产品在设计、制造、使用、维护、管理方面存在的问题和薄弱环节，找出失效原因，提出改进方案，从而使汽车的可靠性水平不断得以提高。,目的：,4,（4）储备设计所需的资料，探索发展方向，酝酿新的设计思想，为下一轮开发新产品积累经验。,意义：,在汽车可靠性研究中，通过规定的试验方法进行可靠性试验，对其试验结果进行科学的统计、分析、处理，从而为汽车产品的研究、设计提供可靠性数据资料；,与此同时，通过可靠性试验，对失效样品进行分析，找出其失效原因和薄弱环节，采取相应的对策，达到提高汽车产品可靠性的目的。,因此，汽车可靠性试验是汽车产品可靠性评价中不可缺少的重要手段，也是保证汽车达到预期可靠性水平的重要措施，是研究和提高汽车可靠性的基本环节之一。,5,2.汽车可靠性试验的分类,可靠性试验的类型很多，在汽车产品研制、生产的各个阶段，随着试验的目的、要求和试验对象的变化，试验人员应作出不同的选择。从几个不同的角度来考虑可靠性试验方法的分类，通常按照试验场所、试验的破坏情况、试验条件及试验对象等分类。,（1）按照试验场所分类,6,1）现场试验 现场试验就是按照实际服役条件进行的可靠性试验。,费用消耗大、投入的人力较多，试验周期长。,优点：,它能客观真实地评价产品在实际使用中的可靠性和维修性，其试验所得的数据和结论，最为直截了当，也最为可靠。,缺点：,7,在现场试验时，挑选试验的路面、地区须有一定的计划。一般可分为：平整道路、泥路、山路、城市道路、坑洼的恶劣路面，严寒、酷暑地区，高原、高湿、低气压地区，试验中必须有计划地各取一定的里程。,进行行驶试验时，车上一般装有记录负荷、应力、速度、温度的仪器，装有气温、气压、风速、里程、燃油和润滑油的记录装置或传感器。,8,2）试车场试验 由于技术上、物质上、时间上的原因，许多试验不宜采取实际服役试验。例如许多破坏性试验、特殊环境试验，不太可能采取现场试验，此时可以采用模拟的服役条件进行试验。,优点：,工作方便，各种试验条件集于一处；试验条件较为稳定，试验结果具有可比性，试验数据的重复性高；试验的安全性好；试验周期短。,所得到的可靠性数据，需要根据实际的使用情况对模拟试验条件下取得的数据进行折算。这种折算，需要大量的试验和统计数据作为基础。,缺点：,9,试车场的主要设施是人工模拟的各种试车道，各设施类型如下图：,直线车道,测量汽车最高车速，汽车换档加速时间，滑行距离，高速制动。,10,弯曲车道,试验汽车转向系统、承载系的可靠性，检查汽车的操纵稳定性能。,高速环形车道,检查汽车传动系的可靠性，包括发动机、变速器、冷却系、涧滑系、燃油经济性以及轮胎高速运行条件下的寿命。,试验广场,用于稳态转向试验，通常用喷水法来检查汽车的不足转向特性和轮胎的侧滑车速。,特殊坏路,是一种破坏性路面，包括凹凸不平的石块路、扭曲路、搓板路，用以考验悬架和承载系。,特殊环境,人为制造水槽、泥泞、灰尘、洞等特殊路段，考察汽车在特殊环境下的运行能力。,11,越野场地,风洞试验,标准陡坡,设有各种障碍没有路面的场地，考察各种军车的越野能力。,测量汽车外形的风阻系数及空气动力特性。,测验汽车的爬坡能力和驻坡能力。,试车场视频,12,目前国内最有名的四个汽车试验场：,？,海南三亚,隶属一汽，中国最早的试车场（1987）,北京通县,隶属交通部,安徽定远,隶属总装备部，中国最大的试车场,湖北襄樊,隶属二汽,大型的汽车制造企业一般都建有试验场，如美囿通用汽车公司于20年代建设了试验场。英国的MIRA、日本的汽车研究所JARI在二次世界大战也建有试车场。,13,海南汽车试验场试验跑道平面布置图,14,国内某汽车企业试验场,15,保时捷汽车试验场,16,3）实验室试验,实验室试验是在实验室里采用模拟服役条件，但与实际的服役条件相差较大。,试验对象可以按照需要选定，可以随时更换试验对象。试验参数和因素可以更精确地隔离和控制，可以排除外界的干扰。可以增加载荷或加载频率，加速试验进程。减轻试验人员劳动强度，实现自动试验、无需看管、24h不间断运行。改善试验人员的工作环境，使高温试验、低温试验、有严重噪声的试验环境在密闭的实验室中进行。,优点：,17,缺点：,数据和结果与实际情况有一定差距，不太精确。,试验室试验往往以台架试验的形式出现！,所谓台架试验，就是在实验室使用专门的试验装置，模拟实际工作状态，完成总成或零部件的试验。它是实际工作状态在实验室再现的一种方法。,台架试验,总成可靠性试验,零件可靠性试验,发动机试验台架,离合器试验台架,变速器试验台架,驱动桥试验台架,制动器试验台架,整车试验台架,18,变速箱台架试验,驱动桥台架试验,19,（2）按照破坏情况分类,1）破坏性试验,试验样品最终被破坏或失效的试验。,其中包括破坏性寿命试验，破坏性极限条件试验。,破坏性寿命试验是为了确定产品寿命和可靠性特征值而进行的试验。,破坏性极限条件试验是在超负荷或严酷环境条件（如高温、低温、酸碱盐腐蚀、高湿、缺氧、低气压等）下的破坏性试验，其主要目的是为了考察汽车和零部件产品在特殊环境下抵抗失效的能力。,20,这种试验是在不破坏产品的基础上而获得可靠性数据。,2）非破坏性试验,（3）按照试验条件分类,1）常规性寿命试验,就是根据产品设计要求，采用接近或类似于实际使用条件对汽车或零部件进行寿命试验。这种试验方法试验周期较长，但实验结果较为真实。,2）加速寿命试验,在不改变失效机理的前提下，增大应力大小或加载频率，从而使故障率增大或寿命缩短的试验。这种试验可以在较短的时间里获得可靠性评定数据和暴露使用中可能出现的故障。,21,（4）按照试验样本大小分类,1）全数测试试验,是指对于关键项目和指标进行100的测试或检查。这种测试所得数据较为精确，可靠性置信水平高，缺点是工作量大，测试对象也只能局限于非破坏性产品。,从批量产品中抽取部分样品进行试验，利用试验结果，通过计算、分析来推断批量产品的可靠性特征量。,2）抽样测试试验,在可靠性寿命试验中，为了缩短试验时间，抽样试验大多为截尾试验,截尾试验,定时截尾试验,定数截尾试验,所谓截尾试验，就是指参加试验的样品并没有达到全部失效就停止了试验。,到规定的时间停止试验。,到规定的失效判断数停止试验,22,3.2 试验场道路耐久性（强化）试验,试验场耐久性试验着眼于模拟汽车在实际使用中所碰到的最恶劣工况，即造成汽车零部件疲劳损伤主要部分的工况。为了能够反映实际使用工况，并且缩短试验周期，必须适当设计试验场耐久性（强化）试验。,下面简述汽车试验场耐久性试验的设计方法：,（1）测取准确的、有代表性的反映用户实际使用工况的道路载 荷信号,（2）编制试验场耐久性试验方案,1.试验场耐久性试验方案设计,23,海南试验场试验方案,试验场已有的试验道路中选择适当的路段、确定试验车通过各个路段的车速和通过各个路段的先后次序、车辆的负荷等，确定试验循环，以使车辆在试验中能够受到在实际使用中所碰到的最恶劣工况，并且要使试验具有一定的加速系数Fjp,实测的、反映实际行驶工况的道路载荷信号及其统计分析结果,编制试验场耐久性试验方案,24,（3）按照试验场耐久性试验方案进行车辆耐久性试验,缺点：,试验场耐久性试验花费时间较长，花费成本太高，而且还常常由于驾驶员、环境和试验道路的变化而得出不一致的结果。,25,特别是对零部件制造厂家，即为了评价某个零部件也必须使用一辆整车进行试验。,26,2.试验场耐久性试验驾驶操作规范,驾驶操作时，在整个试验过程中要正确选择变速器档位，但不得脱档滑行；每100km至少有两次原地起步连续换档，一次倒档行驶200m；在保证安全的前提下，尽量高速行驶；每行驶100km至少制动两次，其中一次点制动。山区行驶时，每100km至少作一次上坡停车和起步，在不小于7的坡道上用脚制动停车，变速器置于空档，再用驻车制动停稳，然后按正常操作进行坡道起步。夜间行驶不少于试验里程的10%。,表 美国福特公司轿车试验场操作规范,27,3.试验场耐久性试验故障的检测,（1）停车检查，每行驶100km左右停车检查一次，主 要检查各部件的松脱、渗漏、损坏等。,（2）行驶中，由试验员和驾驶员注意汽车工作状况是否发生故障。,（3）收车后检查。每班试验结束后，还 应检查制动系统，发动机油，冷却 水、外部照明，刮水器等。,（4）定期维修作业中，除按规定逐项维护外，还要注意检 查有无异常现象，如零部件的磨损、裂纹、变形等。,（5）汽车试验结束后，性能测试与汽车拆检时检查。,28,3.3 试验室耐久性试验,1.试验室耐久性试验一般步骤,载荷谱,29,2.载荷（功率）谱和编制载荷（功率）谱,载荷谱：载荷幅值大小与其出现频次的关系谱线,（1）载荷（功率）谱,30,载荷功率谱：载荷功率大小与其频率的关系谱线,31,（2）载荷（功率）谱的编制,在典型路面（汽车试验场）上进行短距离实测，然后用数理统计原理进行整理和推断，最后编制成载荷（功率）谱。,编制流程：,载荷谱采编仪器：,载荷谱采集数据处理方法：,采用电测法，即在待测零件表面贴电阻丝应变片的办法来测定零件的载荷。电子计算机、幅值统计分析仪、应变仪、各类型传感器等。,32,计数法,功率法,载荷谱,载荷功率谱,程序疲劳试验,随机过程疲劳试验,计数法,峰值计数法,振幅计数法,穿级计数法,雨流计数法,主要计出峰值在不同载荷级出现次数,记录载荷变化的数值,把载荷分成若干相等的间隔，记载通过某级的次数,33,3.载荷（功率）谱的类型与应用,（1）等幅加载试验,所加载荷谱是幅值相等的正弦时间函数的室内模拟试验,34,加载方式简单，但与大部分的实际工作载荷情况都不大符合，多用在求SN曲线（应力循环次数曲线，即疲劳曲线）及比较试验研究中。,特点：,在耐久性疲劳试验早期使用，现应用较少,（2）程序加载试验,1）确定载荷级数,在最大载荷幅值与最小载荷幅值之间划分为几个档次，这种档次就是载荷级数。,载荷级数:,以路试测得的零件承受的载荷值及其呈现的频率绘制成的载荷谱作为室内模拟试验的依据，所加的载荷谱是幅值交替变化正弦函数。,35,由于载荷累积频数曲线是连续曲绒，不适宜于编写程序（受试验机中程序控制机构的限制），因此需要将载荷分级，即用阶梯形载荷分布来代替载荷的连续分布。,载荷级数通常分810级,以载荷幅值为纵坐标，以累积频数为横坐标绘制的曲线称为载荷累积频数曲线,为何载荷要进行分级？,载荷如何分级？,36,任何一级载荷幅值与最大载荷幅值的比例就是幅值比,幅值比：,37,38,2）载荷加载次序,程序加载试验,限定型程序疲劳试验,随机型程序疲劳试验,在程序试验台上，载荷采用限定的加载次序,在程序试验台上，载荷采用随机交替方式加载,39,40,41,42,43,44,遵循规则：随着每级载荷幅值的增加，载 荷的循环次数降低。,45,3）载荷程序重复次数的确定,对于程序疲劳实验来说，其加载次序对于寿命实验结果是有影响的，为了减少这种影响，就需要对编制的载荷程序多次重复。有关重复次数的选择。,一般采用载荷程序重复次数u1020个。,46,特点：,（3）随机加载试验,以载荷功率谱为加载依据的室内模拟试验，所加功率谱是与实际载荷情况相似的随机载荷。,程序加载试验性能介于等幅加载试验与随机加载试验之间，该加载比较容易实现，应用面最广。,特点：,模拟精确化程度高，实现该加载难度大，对试验设备要求高。,47,3.4 加速寿命试验,要准确地获得产品可靠性数据，有必要进行产品的全寿命试验（complete life testing），估计在产品全寿命中的可靠性分布规律。这类试验往往称为耐久性试验（endurance testing，durability testing）。但是，如果在正常应力水平上进行全寿命试验，则试验时间往往很长，而由于开发进度、成本等方面的限制，通常不允许进行这么长时间的可靠性试验。为了解决这个问题，出现了各种加速寿命试验（accelerated life testing）方法。,压缩时间试验法,增大应力试验法,48,1.压缩时间试验法,（1）连续试验法,有许多产品（例如汽车发动机），它们的实际使用都不是连续的，对于这类产品，在正常应力水平下对它们进行连续的试验，就可以缩短需要的试验时间。,49,50,（2）浓缩法,删去较小、对疲劳损伤贡献不大的小信号段。,51,在试件上施加的环境应力水平比在正常使用中所预期碰到的更大，通过这种方法来缩短试验时间。,2.增大应力试验法,52,3.5 可靠性抽样试验,所谓抽样试验，就是从整批产品中抽出一部分作为样本进行试验，并根据样本的试验结果判断该批产品的可靠性是否合格的一种试验。,定义：,53,54,55,56,3.可靠性抽样试验的方案设计,（1）按产品合格判定规则进行分类的抽样试验方案,57,58,59,（2）按抽样程序进行分类的抽样试验方案,1）一次抽样试验,60,2）二次抽样试验,二次抽样试验确定了一个相互配套的抽样试验方案，按这组抽样试验方案进行试验，最多只要二次就可以判定试验批是否合格。其试验框图见图：,Re1,Ac1d1Re1,61,3）多次抽样试验,4）序贯抽样试验,62,3.计数抽样试验的基本原理,（1）接收概率,如何求接受概率？,L(P)=p(0)+p(1)+p(d=c)=,c确定的抽样试验方案中的产品合格判断数,63,64,（2）抽样试验特性曲线,抽样试验特性曲线,65,66,67,68,69,70,（3）抽样试验中的两种错误,71,72,与抽样试验方案有关,73,（4）接收标准和拒收标准,1）,74,3.6 概率纸及其应用,利用概率纸，可根据样本对总体分布的类型进行检验，对分布参数进行估计，以及进行其他简便快速的统计推断。,1.概率纸的定义与用途,一类依特定的概率分布而制作的坐标纸。对于每个连续的分布函数，都可以设计一种坐标纸，使该分布函数在其上的图形呈一条直线。,因此，概率纸常依概率分布来命名，例如正态概率纸、对数正态概率纸，威布尔概率纸和指数概率纸等。,用途：,即确定可靠性相关随机变量的分布规律！,75,（1）正态 概率纸,在工程上经常应用正态概率纸来检验一组随机数是否来自于正态分布的母体。正态概率纸在可靠性工程中得到了比较广泛的应用。下图示出一种正态概率纸，其横坐标轴有均匀刻度，代表随机变量的观察值x，纵坐标的刻度是不均匀的，代表分布函数F（x）的值，也就是概率P（Xx）。,正态概率纸,2.概率纸的制作原理,76,正态概率纸的制作原理：设XN（u，2），则Z(X)/N（0，1）。在XOZ平面，Z与X呈直线关系，且Z轴与X轴均具有均匀刻度，见下图,但是，对每个Z，都有一个相应的分布函数（Z）（查标准正态表，确定（Z）。在下图，如果在Z的各个刻度上标上（Z）值，便得到了如图所示正态概率纸。而且F（X）=（Z）。,77,（2）对数正态 概率纸,设t服从对数正态分布，即tLN（u，2），从而lnt N（u，2）.,则,y=（lnt u)/N(0,1),下图示出一种对数正态概率纸。与正态概率纸的不同之处只是其横坐标是对数坐标，横坐标轴的刻度不再是均匀的。,令,x=lnt,a=1/,b=-u/,则线性化为：y=ax+b,78,79,（3）指数 概率纸,F（t）=1 e-t,1 F(t)=e-t,令 y=,x=t,则线性化为：y=x,80,指数概率纸,81,（4）威布尔 概率纸,威布尔概率纸是基于两参数威布尔分布制作的，两参数威布尔分布函数F（t）为,82,令：,则上式为：,83,在x-y平面上，y与x成直线关系，形状参数b是斜率；形状参数b和尺度参数T共同决定截距。,在y轴上只标出与y相对应的F（t），而在x轴上只标出与x相对应的t，便得到了威布尔概率纸，如图所示。所以，服从威布尔分布的随机数据点在威布尔概率纸上必将在一条直线上。,威布尔概率纸,威布尔概率纸坐标变换,84,四种分布函数的线性变换见下表：,85,3.图分析法的过程（概率纸的使用）,下面通过实例说明运用概率纸检验随机变量概率分布的过程。,例.对某种弹簧抽取8件试样，在同一应力水平下进行疲劳试 验，得到样本的疲劳寿命如下：245h，325h，320h，370h，190h，400h，300h，265h。要求用概率纸检验弹簧的寿命是 否服从正态分布并确定该分布模型。,解：根据上述已知的试验数据，其检验步骤如下：,（1）将上述测得的数据按大小次序排列于表中。,86,（2）估计累积失效概率F(xi),理论证明，无论母体为何种分布，其累积失效概率可用以下简便公式估计:,式中 i观测值由小到大排列的次序号；n样本容量，即试件数；c 调节值。,根据c值的取值不同，经常出现的求累积失效概率F(xi)估计值的公式有：,87,当c=0时，有,当c=0.3时，有,中位秩表,88,89,（3）描点,将上表中的疲劳寿命xi对应的中位秩，即累积失效概率估算F（xi）依次描点到正态概率纸上，如图所示。,90,（4）分析判断,将概率纸上的点连起来判断是否近似为直线，若不是，总体（样本）就不服从该类型概率纸的分布，若是，则服从该类型概率纸的分布。,（5）回归直线的拟合,概率纸上描出的散点可以拟合成许多条直线，如何确定出最佳的拟合直线（即直线在整体上最逼近各散列点。该最佳拟合直线又称为回归直线）,采用最小二乘法：,在上图中，各点可以拟合成直线AB，则可以认为该弹簧寿命的概率分布服从于正态分布。,91,令直线方程为：,y=ax+b,所描得每一点的偏差为：,ei=F(xi)yi,所有试验观察值（散点）偏差的平方和为：,92,由,最小,得,求得a,b,93,（6）取点计算分布函数参数,94,（7）回归直线的相关检验,即拟合直线的线性度判断,为了判断试验观测值所表示的变量（xF（x）之间是否存在着线性关系，即检验所拟合的回归线是否能代表实际情况；或者判断不同概率纸上均近似拟合为直线的情况下，哪一种概率纸上的拟合直线线性度更高，引进一相关系数，来衡量变量之间相互关系的密切程度，这种方法称为回归线的相关检验。,相关系数的计算公式如下：,95,推论1：如果 起码值（查表获得），则可以认为x与 F(x)之间存在着线性关系；,推论2：如果概率纸1 概率纸2，则可以认为概率纸1中 的散点线性度比概率纸2中的散点线性度高，随 变量x更倾向于服从概率纸1的分布；,