極小樣本下高速列車軸承及電主軸的可靠性試驗分析研究.pdf

1、隨著科學技術(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),不但需要花費相當長的試驗時間,而且由于這些產(chǎn)品往往價格都比較昂貴,可靠性很高等,對其進行破壞性的試驗是很難做到的。因此,對小樣本甚至極小樣本下的可靠性試驗進行研究是有重要的理論意義和應用前景的。
　　本課題以國產(chǎn)高速列車軸承和高速磨削電主軸為研究對象,結(jié)合Bayes可靠性理論和性能退化模型,在極小樣本無失效的情況下,提出一套適

2、用于高速列車軸承可靠性試驗分析方案,為高速列車軸承的可靠性評估提供了參考和理論支撐;同時完成了電主軸系統(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,介紹了小樣本無失效數(shù)據(jù)下的可靠性研究進展,確立出論文的研究主線。簡要列舉了文中用到的可靠性數(shù)據(jù)分析理論知識,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相關(guān)的知識等;
　　2)考慮到Baye

3、s方法在處理小樣本試驗時能充分利用現(xiàn)有的信息和先驗信息來提高可靠性評估的精度,不但可減少因樣本少而帶來的統(tǒng)計誤差,而且在無失效數(shù)據(jù)樣本的條件下也可對被測量數(shù)據(jù)進行估計,故文中從高速列車軸承的設計指標要求出發(fā),提出基于Bayes理論的可靠性分析方法,通過建立的累積失效概率模型,求解出二參數(shù)威布爾分布的兩個未知參數(shù),最終得到滿足設計指標要求的高速列車軸承可靠性模型,為極小樣本無失效情況下的高速列車軸承可靠性壽命試驗提供了指導依據(jù);
　

4、　3)鑒于高速列車軸承造價昂貴、精度和可靠性要求極高等問題,在進行可靠性壽命試驗時,只能做極小樣本、短時間內(nèi)的定時截尾壽命試驗。在此情況下,為有效的利用試驗數(shù)據(jù)進行可靠性分析,提出以不完全混合Beta分布作為高速列車軸承累積失效概率的先驗分布,建立起極小樣本無失效情況下的高速列車軸承可靠性數(shù)學模型。修正了利用Bayes理論得到的模型中會出現(xiàn)大量的先驗信息淹沒小樣本現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的情況,使得到的可靠性模型更加符合工程實際;
　　4)高

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

6、化軌跡較為平穩(wěn)的特點,提出基于隨機性能退化的可靠性分析模型。該模型將Wiener過程中的未知參數(shù)看作隨機變量,體現(xiàn)出批量生產(chǎn)的產(chǎn)品之間個體的差異性。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)對軸承試驗數(shù)據(jù)的實例分析,表明了該方法能夠在極小樣本無失效數(shù)據(jù)情況下充分利用性能退化數(shù)據(jù),完成產(chǎn)品壽命的可靠性評估,為高速列車軸承在極小樣本無失效數(shù)據(jù)下可靠性分析的問題提供了參考;
　　6)根據(jù)

7、數(shù)控機床用高速電主軸系統(tǒng)的可靠性分配指標具有多層次、多因素且定量與定性指標并存的特點,提出基于改進模糊層次分析法的電主軸可靠性分配。以某型號磨削電主軸為例,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),定量分析計算出組成電主軸系統(tǒng)的主軸、軸承、電機等各組件的權(quán)重,根據(jù)權(quán)重完成對電主軸系統(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計提供依據(jù);