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1、威布尔方法在机械产品可靠性设计、分析和评价中的应用(上)张宝珍曾天翔(中国航空信息中心,北京100029)[摘要]介绍了威布尔方法的应用范围及主要优缺点,探讨了威布尔方法在机械产品可靠性预计、设计和评价中的应用,并给出了具体的计算步骤及应用示例。[关键词]威布尔分布;机械产品;可靠性预计;可靠性设计;可靠性评价[中图分类号]TB114.3[文献标识码]A[文章编号]1003-6660(2000)01-0034-051威布尔方法的应用范围、条件及优缺点有常数失效率而限制了其适用范围。而威布尔目前,国内外机械产品可靠性设计、分析方分布可描述单调增和单调减的情况。由
2、于许多法中比较简单、实用的是建立在威布尔分布基机械或机电产品的失效率是单调增的(起因于础上的威布尔设计、分析法。应用威布尔分析耗损失效模式),因此威布尔分布在描述这些产法可以对机械设备中许多通用的基础零部件品的失效模型方面具有更大的灵活性。(如齿轮、轴承、密封件等)进行可靠性预计与评威布尔方法具有以下优点:价。具体可应用于:检验产品失效分布形式;确a.利用该法进行可靠性分析可以得到一定分布参数;验证和确定可靠性指标;分析失效个简单而有用的图解。在威布尔概率纸上定义机理和变化趋势;比较新老设计方案等。威布威布尔直线的两个参数是斜率和特征寿命尔设计法不仅可以对机械零部件,还可以对组。
3、可以给出失效机理的线索。是威布尔分件和系统进行可靠性设计。威布尔设计分析法析中的一个典型的失效前时间(TTF),它与平已在国外航空、航天、机械等领域得到广泛应均失效前时间(MTTF)有关。用。例如,普惠飞机发动机公司应用威布尔分b.很多分布都可以用威布尔分布描述,析法对液压泵进行了失效分析;加雷特发动机如,当威布尔形状参数<1时,威布尔分布可及辅助动力装置公司(现已与莱科明涡轮发动描述伽玛()分布(<1);当=1时,可描机公司合并成联信公司)应用该法对空气涡轮述指数分布;当=2时,可描述瑞莱起动机设备及其中的齿轮、轴承、密封件等零件(Rayleigh)分布;而当=3.
4、44时,威布尔分布作了可靠性设计计算;NASA路易斯研究中心近似于正态分布。而且,威布尔分布函数容易与原通用动力公司的艾利逊燃气涡轮分部组成用数学方法进行处理。因此,建立在威布尔分联合研究小组,应用该法对艾利逊的T56/501布基础上的威布尔方法在机械或机电产品中应涡桨飞机的齿轮减速箱作了疲劳寿命可靠性分用很广。析等。c.能以较少样本给出较精确的失效分析应用威布尔方法的前提条件是,产品的失和失效预测。效分布应服从威布尔分布。威布尔分布是失效d.与时间有关的失效机理在威布尔概分布中常见的一类分布。指数分布由于要求具率纸上大都可用直线表示。342000年第1期e.该法简单、实用且经济
5、有效。布。为此,一般采用中位秩。当样本量较小时威布尔方法的缺点有:(如1~60),一般利用抽样秩评定;对于更大的a.应用范围有一定的局限性,不适用于非样本量,直接计算相应的累积频数比。单调失效模式。2.1.2绘制威布尔图形b.该法为确定性方法,即没有考虑初始设威布尔分布是当前评价机械零部件TTF计参数的分散性。最常用的模型。当确定了中位秩后,在威布尔c.必须积累有一定的历史失效数据。概率纸上以零部件样品的TTF值(t)的自然d.当用该法进行的可靠性设计结果不能对数lnt为横坐标,以相应中位秩的lnln{1/1满足要求,而需要修正设计参数初始值时,不像-F(t)}值为纵坐标,在威
6、布尔概率纸上描概率设计方法那样能直接指出哪些设计参数初点绘图,画出最好的拟合曲线。该过程可以通始值需要修正及修正量的大小,而必须通过进过手工完成,也可以利用计算机完成。一步分析加以确定。2.1.3对威布尔图形进行分析2威布尔分析法在机械产品可靠性预计中的2.1.3.1预计产品的失效分布应用如果在威布尔概率纸上绘制出的最好拟合在具有相似零部件失效经验数据的情况曲线是直线,这是最理想的,说明产品可靠性服下,应优先选用威布尔分析法对新研机械零部从双参数威布尔分布,否则可能属于下列情况:件进行可靠性预计。预计时,首先在威布尔概a.如果曲线略有弯曲,说明时间轴的原点率纸上绘制出威布尔曲线
7、,然后分析此曲线,对可能不在0点位置。有多种原因造成这种原点失效分布形式、分布参数大小、寿命和可靠性指迁移。如制造商可能没有报告在产品验收中发标以及失效机理和变化趋势等作出预计。生的早期失效;滚动轴承的不平衡、剥离等是在2.1预计步骤经过多次旋转使用后才出现的,不可能在开始2.1.1收集、处理零部件失效数据使用的瞬间失效;橡胶、化学品和球轴承等作为产品失效前时间(TTF)数据可从多种不同备件可能存贮一段时间,其部分寿命是处于闲的来源获得。例如,从多个同
