極小樣本下高速列車(chē)軸承及電主軸的可靠性試驗(yàn)分析研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展和工業(yè)水平的不斷提高,出現(xiàn)了許多高可靠性、長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品,要想獲得這些產(chǎn)品的失效數(shù)據(jù),不但需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間,而且由于這些產(chǎn)品往往價(jià)格都比較昂貴,可靠性很高等,對(duì)其進(jìn)行破壞性的試驗(yàn)是很難做到的。因此,對(duì)小樣本甚至極小樣本下的可靠性試驗(yàn)進(jìn)行研究是有重要的理論意義和應(yīng)用前景的。
　　本課題以國(guó)產(chǎn)高速列車(chē)軸承和高速磨削電主軸為研究對(duì)象,結(jié)合Bayes可靠性理論和性能退化模型,在極小樣本無(wú)失效的情況下,提出一套適

2、用于高速列車(chē)軸承可靠性試驗(yàn)分析方案,為高速列車(chē)軸承的可靠性評(píng)估提供了參考和理論支撐;同時(shí)完成了電主軸系統(tǒng)的可靠度分配和電主軸可靠性加速壽命試驗(yàn)的分析。主要研究工作如下:
　　1)概述了本課題研究的背景及意義,介紹了小樣本無(wú)失效數(shù)據(jù)下的可靠性研究進(jìn)展,確立出論文的研究主線(xiàn)。簡(jiǎn)要列舉了文中用到的可靠性數(shù)據(jù)分析理論知識(shí),主要包括基本概念、性能退化軌跡的一般模型、常用的可靠性特征量和加速壽命試驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)等;
　　2)考慮到Baye

3、s方法在處理小樣本試驗(yàn)時(shí)能充分利用現(xiàn)有的信息和先驗(yàn)信息來(lái)提高可靠性評(píng)估的精度,不但可減少因樣本少而帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)誤差,而且在無(wú)失效數(shù)據(jù)樣本的條件下也可對(duì)被測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì),故文中從高速列車(chē)軸承的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求出發(fā),提出基于Bayes理論的可靠性分析方法,通過(guò)建立的累積失效概率模型,求解出二參數(shù)威布爾分布的兩個(gè)未知參數(shù),最終得到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的高速列車(chē)軸承可靠性模型,為極小樣本無(wú)失效情況下的高速列車(chē)軸承可靠性壽命試驗(yàn)提供了指導(dǎo)依據(jù);
　

4、　3)鑒于高速列車(chē)軸承造價(jià)昂貴、精度和可靠性要求極高等問(wèn)題,在進(jìn)行可靠性壽命試驗(yàn)時(shí),只能做極小樣本、短時(shí)間內(nèi)的定時(shí)截尾壽命試驗(yàn)。在此情況下,為有效的利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析,提出以不完全混合Beta分布作為高速列車(chē)軸承累積失效概率的先驗(yàn)分布,建立起極小樣本無(wú)失效情況下的高速列車(chē)軸承可靠性數(shù)學(xué)模型。修正了利用Bayes理論得到的模型中會(huì)出現(xiàn)大量的先驗(yàn)信息淹沒(méi)小樣本現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況,使得到的可靠性模型更加符合工程實(shí)際;
　　4)高

5、可靠性小樣本產(chǎn)品在做短時(shí)間定時(shí)截尾試驗(yàn)時(shí)多出現(xiàn)無(wú)失效現(xiàn)象,因此,試驗(yàn)時(shí)間的確定是可靠性試驗(yàn)研究的重要環(huán)節(jié)。文中從高速列車(chē)軸承壽命所服從的分布入手,在高速列車(chē)軸承疲勞壽命服從二參數(shù)威布爾分布的前提下,解析出高速列車(chē)軸承樣本數(shù)和可靠性壽命試驗(yàn)時(shí)間之間的關(guān)系模型。當(dāng)給定參試樣本數(shù)及壽命可靠度后,可計(jì)算出不同置信度下所需的可靠性試驗(yàn)時(shí)間,為高速列車(chē)軸承可靠性壽命試驗(yàn)的進(jìn)行提供了一定的指導(dǎo)作用;
　　5)針對(duì)高速列車(chē)軸承性能退化過(guò)程緩慢、退

6、化軌跡較為平穩(wěn)的特點(diǎn),提出基于隨機(jī)性能退化的可靠性分析模型。該模型將Wiener過(guò)程中的未知參數(shù)看作隨機(jī)變量,體現(xiàn)出批量生產(chǎn)的產(chǎn)品之間個(gè)體的差異性。隨后根據(jù)性能退化幅度的大小和工程經(jīng)驗(yàn)確定出合理的退化軌跡模型,得出軸承壽命的可靠度函數(shù)。根據(jù)對(duì)軸承試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)例分析,表明了該方法能夠在極小樣本無(wú)失效數(shù)據(jù)情況下充分利用性能退化數(shù)據(jù),完成產(chǎn)品壽命的可靠性評(píng)估,為高速列車(chē)軸承在極小樣本無(wú)失效數(shù)據(jù)下可靠性分析的問(wèn)題提供了參考;
　　6)根據(jù)

7、數(shù)控機(jī)床用高速電主軸系統(tǒng)的可靠性分配指標(biāo)具有多層次、多因素且定量與定性指標(biāo)并存的特點(diǎn),提出基于改進(jìn)模糊層次分析法的電主軸可靠性分配。以某型號(hào)磨削電主軸為例,從影響可靠性分配的眾多不確定因素出發(fā),建立可靠性分配的層次分析結(jié)構(gòu),定量分析計(jì)算出組成電主軸系統(tǒng)的主軸、軸承、電機(jī)等各組件的權(quán)重,根據(jù)權(quán)重完成對(duì)電主軸系統(tǒng)可靠性的合理分配。結(jié)果證明該方法具有較好的實(shí)用性,較傳統(tǒng)層次分析法更具有合理性和易用行,可為電主軸的可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù);