【正文】 它們與零件的使用條件、制造質(zhì)量和其他因素有關(guān)。計(jì)算同一名稱(chēng)的零件磨損速度（間隙形成的速度）時(shí)，在使用同一臺(tái)柴油機(jī)的條件下，其磨損速度可能不一樣。柴油機(jī)的零、部件，氣缸體、氣缸套、活塞、活塞銷(xiāo)、活塞環(huán)、連桿小端襯套、氣門(mén)導(dǎo)套、氣門(mén)桿、凸輪軸、曲軸的軸頸和軸承都要進(jìn)行磨損分析，以確定需要采取何種修理方法為宜。鑒于這些特點(diǎn)，從管理、使用的角度采取措施，提高柴油機(jī)可靠性顯得更加重要。2）設(shè)備對(duì)載荷、使用方式和利用率更加敏感。 本章是系統(tǒng)可靠性分析的基礎(chǔ)，主要介紹可靠性的基本概念、系統(tǒng)的壽命分布、系統(tǒng)的可靠性模型、故障樹(shù)分析法等。由此可獲得所分析故障樹(shù)的全部割集，再應(yīng)用布爾函數(shù)化簡(jiǎn)法，除非最小割集，余下的便是最小割集。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的故障樹(shù)，必須借助計(jì)算機(jī)，用計(jì)算機(jī)求解的算法程序來(lái)求最小割集。因此，最小割集的意義在于它描述出處于故障狀態(tài)的系統(tǒng)中所必須排除的故障，顯示出系統(tǒng)中最薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)這些事件都不發(fā)生，就能保證頂事件不發(fā)生。1)割集與路集的定義割集是導(dǎo)致故障樹(shù)頂事件發(fā)生的若干底事件集合。而基本規(guī)則Ⅲ則是充分發(fā)揮建樹(shù)技巧的前提。②如果一個(gè)部件的正常工作能阻止一個(gè)故障后果的傳遞，那么只要故障后果繼續(xù)留在樹(shù)上，該部件的正常工作肯定要被破壞?；疽?guī)則Ⅱ:檢查框內(nèi)的每個(gè)說(shuō)明，并且判斷引起故障的原因。除此之外，一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)線(xiàn)和管路故障不考慮，人員故障不考慮，共因失效也不考慮。外邊界的確定一般從執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)始，分析到傳感器、檢測(cè)元件為止。主機(jī)突然停車(chē)。②主機(jī)不能正確的響應(yīng)指令的改變，它又包括3個(gè)子子樹(shù)頂事件:停車(chē)指令不能執(zhí)行。例如：船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)，不希望發(fā)生的事件，或主要的、致命性的事件并非一種。頂事件是系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件。因此，為了提高船舶營(yíng)運(yùn)的安全性。其次，故障樹(shù)只能表示成功或失敗兩種狀態(tài)，并且只能描述處于某一時(shí)刻的系統(tǒng)。FTA是一種圖形演繹法，是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法。然后在一定的環(huán)境與工作條件下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，從而找出導(dǎo)致系統(tǒng)不希望事件發(fā)生的一系列初級(jí)事件。但在船舶柴油機(jī)方面的應(yīng)用還剛剛起步。而實(shí)際情況是這些零部件或材料的數(shù)據(jù)在制造、試驗(yàn)、檢測(cè)各環(huán)節(jié)都是隨機(jī)變量試驗(yàn)結(jié)果表明，這些數(shù)據(jù)服從一定的分布規(guī)律，在可靠性設(shè)計(jì)中，經(jīng)常假定他們服從正態(tài)分布，這是因?yàn)檎龖B(tài)分布參數(shù)少，有現(xiàn)成的統(tǒng)計(jì)方法而且也能達(dá)到一定的精度。 由上述設(shè)計(jì)過(guò)程可知應(yīng)力、強(qiáng)度“干涉”模型是機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。④確定每種失效模式下機(jī)械零件應(yīng)力、強(qiáng)度“干涉”下的可靠度 當(dāng)機(jī)械零件只有一種失效模式或一種主要失效模式時(shí)，則僅需按這一種失效模式的判據(jù)來(lái)計(jì)算(預(yù)測(cè))其可靠度，方法是采用應(yīng)力、強(qiáng)度“干涉”模型計(jì)算。得出應(yīng)力計(jì)算公式，最終得到應(yīng)力分布。其相對(duì)應(yīng)的常用判據(jù)有最大正應(yīng)力、最大剪應(yīng)力、最大應(yīng)變、最大變形、疲勞下的最大應(yīng)力、最大允許腐蝕量、最大允許磨損量、最大許用振幅等。 零件的可靠性預(yù)測(cè)可以使設(shè)計(jì)人員對(duì)所設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠程度做出大致的估計(jì)、當(dāng)設(shè)計(jì)達(dá)不到要求的可靠性指標(biāo)時(shí)，找出原因并及時(shí)采取措施加以改進(jìn)。從而得到應(yīng)力大于強(qiáng)度的概率為 ()F(Z0)就是零件的不可靠度。而圖24 (b)強(qiáng)度與應(yīng)力重疊的部分即為零件發(fā)生破壞的概率，稱(chēng)為不可靠度。圖24(a)所示的兩種概率密度函數(shù)曲線(xiàn)不重疊，即最大可能的工作應(yīng)力小于最小可能的極限應(yīng)力。當(dāng)各單元的壽命分布為指數(shù)分布時(shí)，則并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為 （）系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間 MTBF ()混聯(lián)系統(tǒng)是由若干串聯(lián)和并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來(lái)的系統(tǒng)，其可靠度R的數(shù)學(xué)模型只要把并聯(lián)系統(tǒng)作為一個(gè)單元，完全可按串聯(lián)系統(tǒng)處理。如果系統(tǒng)中的每個(gè)部件都由n個(gè)部件組成，而每個(gè)部件都有一定的失效率和數(shù)量K，并且都是串聯(lián)的，則該部件的失效率為 () 系統(tǒng)的平均故障時(shí)間間隔MTBF= （）可見(jiàn)，串聯(lián)系統(tǒng)中各單元的壽命為指數(shù)分布時(shí)，系統(tǒng)的壽命也為指數(shù)分布。oIR1R1R2R2R3R4R5R1R6 圖23 混聯(lián)結(jié)構(gòu) 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型 在組成系統(tǒng)的所有單元中，任一單元的故障均會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)叫串聯(lián)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)由幾個(gè)部件組成，其中每個(gè)部件都是必不可少的，缺了它系統(tǒng)就不能完成某一功能。所謂完成任務(wù)的方式是指完成預(yù)定任務(wù)時(shí)，所需要的部件或部件的組合情況?？煽啃阅Ｐ褪菫轭A(yù)計(jì)或評(píng)估系統(tǒng)的可靠性而建立的可靠性框圖及其數(shù)學(xué)模型。只是相對(duì)而言。其中表12和表13是根據(jù)前人所做的工作而得到的。計(jì)算這個(gè)參數(shù)需要知道機(jī)械在工作循環(huán)中的載荷循環(huán)周期表。計(jì)算可靠性時(shí)所遇到的隨機(jī)量具有不同的分布規(guī)律。－正態(tài)分布——由強(qiáng)度損壞引起的逐漸性事故以及由交變負(fù)荷，振動(dòng)等使疲勞強(qiáng)度降低引起的，如軸承及傳動(dòng)機(jī)件的事故。威布爾分布是隨時(shí)間變化帶有極值的函數(shù)，與實(shí)際故障情況較接近，船舶機(jī)電設(shè)備的中有很大部分的故障特征為威布爾故障分布。在指數(shù)分布律正確的情況下。故障強(qiáng)度與時(shí)間的無(wú)記憶性。指數(shù)分布隨機(jī)變量X分布函數(shù)（故障概率密度函數(shù)）為： ( )不可靠度函數(shù)為：F(t)= )=1 ( )可靠度函數(shù)為：R(t)= 1 F(t) = ( )失效率函數(shù)為：(t)= ( )指數(shù)分布為單一參數(shù)分布函數(shù)。在正態(tài)分布律下失效率不是穩(wěn)定的，由于元件老化的結(jié)果具有遞增的趨勢(shì)。就會(huì)產(chǎn)生宏觀反應(yīng)，如腐蝕、磨損、高溫氧化等故障模式，而微觀上則是物質(zhì)內(nèi)分子或原子在結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，即內(nèi)部損耗。數(shù)學(xué)期望（均值）和方差（標(biāo)準(zhǔn)差）。但從故障的空間、時(shí)間定量分析故障的特征，主要有正態(tài)分布、指數(shù)分布、威布爾分布、對(duì)數(shù)分布、伽瑪分布等常見(jiàn)的概率模型。為了分析船用柴油機(jī)系統(tǒng)及其零部件的可靠性，必須對(duì)其進(jìn)行概算。產(chǎn)生的原因：材料的磨損、銹蝕、疲勞和蠕變等產(chǎn)生的原因結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)不完善、設(shè)計(jì)條件被破壞、材料采用錯(cuò)誤生產(chǎn)性生產(chǎn)制造工藝不完善、管理不善使用性違反使用規(guī)則、技術(shù)保養(yǎng)不善、燃、滑油不良、超負(fù)荷等相互關(guān)系獨(dú)立性、非獨(dú)立性時(shí)間試運(yùn)轉(zhuǎn)期,規(guī)定壽命期前，規(guī)定壽命期后機(jī)理物理性，化學(xué)性，綜合性破壞程度完全性，局部性故障按危害程度的大小，可以被分為4類(lèi):A類(lèi)是發(fā)生了故障后使船舶停止前進(jìn)，又不能由船員進(jìn)行修理的故障。對(duì)船用柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，其故障具有不同的性質(zhì)。一般說(shuō)來(lái)，故障模式反映著故障機(jī)理的差別，但是，故障模式相同，其故障機(jī)理不一定相同。(2)原因；能引起設(shè)備與系統(tǒng)發(fā)生故障的破壞因素，如工作應(yīng)力(負(fù)荷、電流、電壓、輻射能等、環(huán)境應(yīng)力(溫度、濕度、放射線(xiàn)等)、人為的失誤(誤操作、裝配 錯(cuò)誤、調(diào)整錯(cuò)誤等)以及時(shí)間因素(環(huán)境等的時(shí)間變化、負(fù)荷周期、環(huán)境的劣化等)等故障誘因。故障模式并不揭示故障的實(shí)質(zhì)原因。故障機(jī)理依產(chǎn)品的種類(lèi)、使用環(huán)境而異。一般來(lái)說(shuō)，某種功能故障發(fā)生往往是由許多種故障模式中的一種或數(shù)種造成的。通常所說(shuō)的有效度A 是指穩(wěn)態(tài)有效度。它可用下式來(lái)計(jì)算： A= ( )有時(shí)，有效度也用下式計(jì)算；A= （）式中、MUT為可能工作的可用時(shí)間，MDT為不可能工作的停用時(shí)間. 有效度可分為瞬時(shí)有效度、平均有效度和穩(wěn)態(tài)有效度三種。(availability) 有效度是將可靠度與維修度綜合起來(lái)的一個(gè)可靠性評(píng)價(jià)尺度。當(dāng)維修時(shí)間服從指數(shù)分布時(shí),MTTR = ()系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間MTTR和平均無(wú)故障時(shí)間有關(guān)。但尚未修復(fù)的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)完成修理的概率，通常用μ來(lái)表示。①受承受維修設(shè)備的影響，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上故障發(fā)生是否容易發(fā)現(xiàn)和易于排除。維修度系指可修的系統(tǒng)、機(jī)器或零部件等在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可隔離故障或完成維修的概率，用M(t)表示。因此，可維性就成為衡量柴油機(jī)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)可以修復(fù)的系統(tǒng)而言平均壽命系指平均故障間隔時(shí)間MTBF(mean time between failure),其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （）tIj為第i 個(gè)零件的第j次故障間隔時(shí)間；ni 為第i 個(gè)零件的故障數(shù)；N為零件的總數(shù)。(3) 耗損失效期 它的特征是失效率隨時(shí)問(wèn)逐漸上升，且上升趨勢(shì)較快；此種形式多見(jiàn)于機(jī)械零件的磨損壽命。（ 失效率曲線(xiàn)）(1)早期失效期 它的特征在于一開(kāi)始工作對(duì)失效率較高，但隨工作時(shí)間的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。 R(t) 十F(t)＝l () 分布函數(shù)f(t) 也稱(chēng)產(chǎn)品壽命的概率、故障密度函數(shù)、失效密度函數(shù)等。(reliability)可靠度系指零部件或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能正常行使功能的概率。在不同的場(chǎng)合和不同的情況下，可用不同的指標(biāo)來(lái)表示系統(tǒng)等的可靠性。通過(guò)設(shè)計(jì)、制造形成的系統(tǒng)、零部件等可靠性稱(chēng)為固有可靠性，而系統(tǒng)等在廣義使用條件的作用下，保證固有可靠性的發(fā)揮程度稱(chēng)為使用可靠性，一般地；它們使下式成立：固有可靠性≥工作可靠性在使用中，固有可靠性與工作可靠性的綜合，則形成了系統(tǒng)的工作可靠性。 （）式中: R為工作可靠性。它除考慮狹義可靠性外還要考慮發(fā)生故障后修理的難易程度即維修性。（4）規(guī)定的時(shí)間 是指對(duì)象的工作期限，或經(jīng)濟(jì)壽命期(ELT)，可以用時(shí)間表示，也可以隨對(duì)象的不同采用諸如次數(shù)、周期、距離等表示。一般地，功能失效是一個(gè)模糊的界限，不容易分清。 （2）規(guī)定的功能 系指零部件系統(tǒng)的預(yù)期功能，即它應(yīng)實(shí)現(xiàn)的使用目的。（1）可靠性對(duì)象 包括系統(tǒng)、機(jī)器、零部件等。6）分析人為因素對(duì)船舶柴油機(jī)可靠性的影響。論文的主要內(nèi)容可歸納為：1）用概率統(tǒng)計(jì)的方法，定量和定性地分析、計(jì)算船用柴油機(jī)的可靠性。使用先進(jìn)的技術(shù)診斷設(shè)備和手段對(duì)柴油機(jī)的熱工參數(shù)、技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、檢查，進(jìn)行合理的維修工作。比如，進(jìn)行臺(tái)架考核，可以真實(shí)地反映實(shí)際工況下的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷及振動(dòng)等各種因素的影響，是最真實(shí)的，但成本與試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，試驗(yàn)費(fèi)用較大對(duì)整機(jī)其它零部件的要求嚴(yán)格、實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。對(duì)船用柴油機(jī)可靠性的研究雖然投入了很大的力量，但機(jī)械類(lèi)設(shè)備的可靠性在理論的研究工作還遲于電子類(lèi)設(shè)備可靠性研究工作，相差甚大，主要是機(jī)械類(lèi)設(shè)備的可靠性在理論上的定量分析、計(jì)算不成熟，實(shí)踐對(duì)零部件和系統(tǒng)的可靠性的分析統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累還缺少。使用先進(jìn)的技術(shù)診斷設(shè)備和手段對(duì)柴油機(jī)的熱工參數(shù)、技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、檢查，維修工作要在專(zhuān)門(mén)的具備維修條件的工廠中，由經(jīng)培訓(xùn)合格的人員進(jìn)行維修。因而，近幾年柴油機(jī)的設(shè)計(jì)、研制．生產(chǎn)、使用部門(mén),都十分重視柴油機(jī)的可靠性的分析與研究。以上的辦法各不相同，效果也不同，整機(jī)臺(tái)架全速全負(fù)荷考核可以真實(shí)地反映機(jī)體實(shí)際工況下的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷及振動(dòng)等各種因素的影響，是最真實(shí)的，但成本與試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，試驗(yàn)費(fèi)用較大對(duì)整機(jī)其它零部件的要求嚴(yán)格、實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，對(duì)機(jī)體單獨(dú)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，雖然能夠單獨(dú)反映機(jī)體所受的機(jī)械載荷，但其損壞與整機(jī)損壞有一定差別。三是可靠性分析需進(jìn)行多點(diǎn)評(píng)估。對(duì)于中小功率內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)分析相對(duì)上述兩方面要稍微差一些。但在90年度初期，我國(guó)對(duì)內(nèi)燃機(jī)零部件的有限元分析表現(xiàn)為兩頭重的傾向。對(duì)于機(jī)體這樣復(fù)雜的構(gòu)件，其在工作狀態(tài)下的受力是非常復(fù)雜的，它在正常工作時(shí)既有拉、壓、彎曲、剪切等三向應(yīng)力復(fù)合作用，又要受到來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部及外部的各種振動(dòng)沖擊的作用。在此期間，由于國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)研究及基礎(chǔ)疲勞特性參數(shù)較少，開(kāi)展工作難度也較大，在90年代初期 ，我國(guó)的工程技術(shù)人員對(duì)內(nèi)燃機(jī)零部件的可靠性分析主要集中在連桿、曲軸等結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)件上。從可靠性研究領(lǐng)域來(lái)看，現(xiàn)代可靠性研究主要包括以下三方面內(nèi)容：①可靠性數(shù)學(xué)：主要研究各種可靠性問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)方法；②可靠性物理：研究失效現(xiàn)象及其機(jī)理和檢驗(yàn)的方法等；③可靠性工程：研究產(chǎn)品的失效現(xiàn)象及發(fā)生的概率，包括可靠性分析預(yù)測(cè)、試驗(yàn)、評(píng)定和控制等?，F(xiàn)代可靠性關(guān)心的t0的質(zhì)量，即明天的質(zhì)量，而傳統(tǒng)質(zhì)量管理關(guān)心的是t=0的質(zhì)量，即今天的質(zhì)量或出廠檢驗(yàn)時(shí)的質(zhì)量。可靠性理論基礎(chǔ)的發(fā)展使可靠性分析技術(shù)的精度和適用范圍日趨擴(kuò)大，也得到廣大科技工作者的認(rèn)可。經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，機(jī)械可靠性研究的模式已基本確定，即借鑒材料的疲勞特性，對(duì)零部件進(jìn)行特性參數(shù)修正，運(yùn)用強(qiáng)度—應(yīng)力干涉模型，計(jì)算和確定其可靠度。對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性研究開(kāi)始于60年代初期，它的發(fā)展與美國(guó)航天計(jì)劃有關(guān)，當(dāng)時(shí)，由于機(jī)械故障而引起的事故很多，例如，1963年同步通訊衛(wèi)星SYNCOMI號(hào)由于高壓容器斷裂引起的故障在空中墜毀。設(shè)計(jì)階段能為產(chǎn)品的可靠性水平奠定基礎(chǔ)，制造和使用階段是保證產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在我國(guó)，機(jī)械產(chǎn)品的可靠性低一直是困擾著機(jī)械行業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。從本質(zhì)上講它是傳統(tǒng)的極限載荷和現(xiàn)代概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)的某種方式的精致結(jié)合。全概率分析方法，研究了傳統(tǒng)的安全系數(shù)和結(jié)構(gòu)破壞概率之間的內(nèi)在關(guān)系，提出了考慮多種因素，主要是有初始損傷條件下的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型。重視工藝可靠性和制造過(guò)程的嚴(yán)格控制管理，作為保證機(jī)械產(chǎn)品可靠性的重要手段。日本以民用產(chǎn)品為主，最顯著的成績(jī)是將故障模式、影響分析(FMEA)等技術(shù)成功地引入機(jī)械工業(yè)的企業(yè)中，還十分重視機(jī)械產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)、故障診斷、壽命預(yù)測(cè)和故障原因分析技術(shù)的研究和應(yīng)用。今天，可靠性工程己經(jīng)發(fā)展到包括各種其它問(wèn)題，其中一些問(wèn)題的定性特征更甚于定量特征，一些問(wèn)題的度量更加困難。從此，可靠性發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的工程學(xué)科。早期的研究主要是在美國(guó)對(duì)于軍用電子裝置的可靠