Примеры расчёта курсовой по надёжности (Назаров) (Вариант 2)

Посмотреть архив целиком

  • Расчет надежности конструкции лабораторного макета автогенераторов


    11.1. Основные понятия надежности


    Под надежностью понимается свойство РЭА выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в установленных пределах в течение требуемого промежутка времени при определенных условиях эксплуатации.

    Надежность РЭА - специфическое понятие, резко отличающееся от привычных в радиотехнике понятий, таких, как чувствительность и избирательность приемного тракта, точность, помехозащищенность и т.д.

    Специфичность надежности состоит в том, что это качественное понятие, которое трудно определить каким-либо одним числовым показателем. Надежность зависит от большого числа различных переменных факторов, которые в большинстве своем являются случайными величинами.

    В число понятий, непосредственно связанных с надежностью, входит понятие работоспособности.

    Работоспособность — состояние радиоизделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Работоспособность имеет основное значение для решения многих вопросов надежности РЭА. Практически можно считать радиоизделие надежным, если оно сохраняет свою работоспособность в течение требуемого интервала времени в предусмотренных для него эксплуатационных условиях.

    Понятие работоспособности не следует путать с термином «исправность». Например, радиоприемник с перегоревшей лампочкой подсвета шкалы остается работоспособным, хотя не может считаться исправным.

    Надежность является основным показателем качества радиоизделия. А качество - это совокупность свойств, определяющих степень пригодности РЭА для практического применения в соответствии с назначением. Основными из показателем качества радиоизделия принято считать:

    • безотказность,

    • долговечность,

    • ремонтопригодность

    • сохраняемость.

    Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность в течение требуемого времени при эксплуатации и не иметь отказов в заданных условиях.

    Долговечность - это свойство РЭА сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

    Ремонтопригодностью называется свойство радиоизделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

    Сохраняемостью принято называть свойство РЭА сохранять эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации.

    Оценка надежности РЭА будет полной и всесторонней, если будут приведены показатели всех перечисленных выше свойств.

    Понятие отказа является одним из самых важных в теории надежности.

    Отказом называется событие, заключающееся в полной или частичной потере работоспособности изделия, т.е. когда имеет место уход хотя бы одного из особо важных (рабочих) параметров за пределы установленных допусков.










    По степени и видам проявления отказы принято разделять на классы, указанные в табл. 11.1.


    Таблица 11.1.

    № п/п

    Классификационные признаки

    Виды отказов

    1

    По характеру процесса изменения параметров РЭА

    • постепенные,

    • внезапные

    2

    По степени влияния на работоспособность

    • полные,

    • частичные

    3

    По взаимосвязи между собой

    • зависимые,

    • не зависимые

    4

    По признакам проявления

    • явные,

    • скрытые

    5

    По времени существования

    • устойчивые,

    • самоустраняющиеся

    6

    По масштабу охвата своим действием

    • отказ элемента,

    • отказ системы

    7

    По объему и характеру восстановления

    • расстройка,

    • повреждения,

    • авария

    8

    По причине возникновения

    • конструкционные,

    • производственные,

    • эксплуатационные


    Постепенный отказ – возникает в связи с постепенным изменением основных параметров изделия в течении времени хранения и эксплуатации из-за необратимых медленных физико-химических процессов, происходящих в изделии и каждой его детали в результате их износа и старения.

    Внезапный отказ – возникает в результате скачкообразного изменения значения одного или нескольких основных параметров изделия.

    Полный отказ – приводит к полному нарушению работоспособности изделия.

    Частичный отказ – вызывает ухудшение качества функционирования изделия.

    Независимый отказ - называется отказ, возникающий независимо от того, произошли или нет отказы других элементов системы.

    Зависимый отказ – происходят в результате воздействий, которые возникают из-за выхода из строя взаимосвязанных элементов.

    Более общим, нежели отказ, является понятие неисправности.

    Неисправностью – называется любое состояние РЭА, при котором она не удовлетворяет хотя бы одному из требований технической документации как в отношении основных параметров, так и второстепенных (требования ТЗ, невыполнение которых фактически не отражается на работоспособность РЭА, т.е. дефекты: вмятина, царапина и т.д.).

    Категория параметрических отказов - объединяет все отказы в виде ухода параметров за пределы заданных допусков.

    К этой категории относятся:

    • постепенные отказы, вызванные необратимыми изменениями параметров в результате старения;

    • частичные и самоустраняющиеся отказы, вызванные обратимыми изменениями параметров в результате воздействий температуры, влаги, радиации.

    Такое деление отказов является до некоторой степени условным, так как в отдельных случаях бывает трудно отделить одну категорию отказов от другой. Но это деление необходимо, потому что каждая из названных категорий отказов характеризуется своим статистическим распределением и своей методикой расчета.

    В основу методик расчета надежности РЭА, учитывающих внезапные отказы, положен экспоненциальный закон распределения, а в методики расчета, учитывающие параметрические отказы, - нормальный закон.

    Анализ неисправностей по причинам позволяет разработать рекомендации по устранению систематических отказов и дефектов, по снижению внезапных отказов и по отысканию возможностей, позволяющих отдалить срок наступления постепенных отказов путем устранения схемно-конструктивных недостатков, изменения технологии производства и внедрения обоснованных методов эксплуатации РЭА.

    Введение количественной оценки надежности позволяет:

    1. производить расчет надежности при проектировании, производстве и эксплуатации РЭА.

    2. сформулировать конкретные тактико-технические требования по надежности проектируемой РЭА.

    3. заранее рассчитать срок службы РЭА, объем запасного комплекта, резерв аппаратуры и т.д.

    В процессе производства и эксплуатации РЭА на ее элементы и узлы воздействует большое количество случайных факторов, вызывающих разброс надежности РЭА и ее показателей. Поэтому используются вероятностные методы количественной оценки надежности РЭА.

    Основными показателями надежности РЭА являются:

    1. вероятность безотказной работы: P(t) = No/N(t);

    2. интенсивность отказов: λ(t) = n(Δt)/ N(t)*Δt;

    3. вероятность отказа: Q(t) = 1 – P(t);

    4. частота отказа: f(t) = n(Δt)/ No*Δt;

    5. средняя наработка до отказа: Т = Σti/n;

    6. средняя наработка на отказ: То = Σti/n .


    11.2. Расчет надежности конструкции лабораторного макета автогенераторов


    Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности изделия и условиям эксплуатации.

    Расчет надежности выполняется на основе логической модели безотказной работы РЭС. При составлении модели предполагаются следующие ограничения и допущения:

    • распределение отказов во времени экспоненциальное;

    • отказы элементов - события взаимно независимые;

    • в один и тот же момент времени может произойти только один отказ;

    • элементы могут находится только в двух состояниях - работоспособном и неработоспособном.

    Анализ работоспособности принципиальной электрической схемы лабораторного макета автогенераторов.

    Таблица №11.2.1.

    элементы





    отказ

    Резисторы

    МЛТ -0,125

    Переменный

    резистор

    Конденсаторы

    К50-16

    Конденсаторы

    КМ-5

    Транзисторы

    КТ325ВМ

    Диодный мост

    КЦ-402А

    Катушки индуктивности

    Трансформатор

    Кварц 8 МГц

    Микросхема КР142ЕН5

    Переключатель

    Тумблер

    Кнопка питания

    количество, шт

    20

    1

    6

    30

    5

    1

    2

    1

    1

    1

    4

    2

    1

    обрыв

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    к. з.

    -

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ

    отказ


    Из анализа схемы видно, что при отказе любого элемента перечисленного в таблице №11.2.1. схема не работоспособна. Тогда при построении схемы и модели надежности будет использоваться последовательная схема надежности - наиболее отказоопасная, т.к. не используется резервирование.

    Схема надежности будет выглядеть следующим образом:


    РR1


    РR2

    РC1

    РC2

    РVT

    РVD

    РL

    РT

    РBQ

    РMC

    Рперек

    Ртумб

    Ркноп. пит




    Модель надежности:


    Рприбора = РR1* РR2*(РС1обрС1к.з.)*(РС2обр.С2к.з)*(РVTобр.VTк.з)*(РVDобр.VDк.з) Lобр.Lк.з)*

    *(РTобр.Tк.з)*(РBQобр.BQк.з)*(РMCoбр.MCк.з)*(Рперерк.обр.перек.к.з)*(Ртумб.обр.тумб.к.з)*(Ркнопк.пит.обр.* *Ркноп. пит.к.з) = е-(n*∑эt)


    Основными количественными характеристиками надежности являются вероятность безотказной работы РЭС Р(t) = е-(эt) и среднее время наработки на отказ Т=1/э, где t-время непрерывной работы изделия; э - эксплутационное значение интенсивности отказов РЭС.

    Для последовательной логической схемы надежности:

    n

    э =эi

    i=1

    где эi-эксплуатационное значение интенсивности отказов i-го элемента, учитывающее внешние воздействия, влияние тепловых и электрических нагрузок элементов; n-число элементов.


    11.2.1. Определяем интенсивность отказов радиоэлементов

    лабораторного макета автогенераторов


    Интенсивность отказов резистора МЛТ - R1:


    R1 = 0R aКRКмКЭ


    0R = 0,00510 –6 ч–1 – интенсивность отказов резистора типа МЛТ при нормальных условиях;

    a = 0,5 – коэффициент режима работы для температуры 40оС

    КR = 0,7 – коэффициент, учитывающий номинал резистора

    Кэ = 1 – коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);

    Км = 1,5 - учитывает номинальную мощность рассеяния


    Интенсивность отказов переменного резистора R2 :


    R2 = 0R aКRКннКЭ


    0R = 0,01510 –6 ч–1 – интенсивность отказов резистора при нормальных условиях;

    a = 0,5 – коэффициент режима работы для температуры 40оС

    КR = 1,4 – коэффициент, учитывающий номинал резистора

    Кэ = 1 – коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);

    Кнн = 1 - учитывает нагрузку по напряжению (


    Интенсивность отказов конденсаторов К50-16 - С1 :


    C1 = 0C aКCКЭ


    0R = 0,02510 –6 ч–1 – интенсивность отказов конденсатора К50-16 при нормальных условиях;

    a = 0,6 – коэффициент режима работы для температуры 40оС;

    КС = 2 – коэффициент, учитывающий номинал резистора

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);





    Интенсивность отказов конденсаторов КМ - 5 - С2 :


    C2 = 0C aКCКЭ


    0R = 0,00610 –6 ч–1 – интенсивность отказов конденсатора КМ - 5 при нормальных условиях;

    a = 0,6 – коэффициент режима работы для температуры 40оС;

    КС = 2 – коэффициент, учитывающий номинал резистора;

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);


    Интенсивность отказов транзистора КТ325ВМ - ТР :


    ТР = 0ТР aКфКднКннКэ


    0ТР = 0,1510 –6 ч–1 – интенсивность отказов кремниевого транзистора при нормальных условиях;

    a = 0,5 – коэффициент режима работы для температуры 40оС

    Кф = 0,7 - учитывает функциональное назначение прибора

    Кдн = 0,5 - зависит от величины максимально допустимой по ТУ нагрузке мощности рассеяния

    Кнн = 0,5 – коэффициент нагрузки транзистора;

    Кэ = 1 – коэффициент учета условий эксплуатации


    Интенсивность отказов диодного моста КЦ-402А - д:


    д = 0ТР aКфКднКннКэ


    = 0,3510 –6 ч–1 – интенсивность отказа диодного моста

    a = 0,5 – коэффициент режима работы для температуры 40оС;

    Кф = 1,5 - учитывает функциональное назначение прибора

    Кдн = 0,8 - зависит от величины максимально допустимой по ТУ нагрузке мощности рассеяния

    (таблица №5.8 []);

    Кнн = 0,75 – коэффициент нагрузки транзистора

    Кэ = 1 – коэффициент учета условий эксплуатации


    Интенсивность отказов индуктивности L:


    L = 0L aКв


    0L = 0,0210 –6 ч–1 - интенсивность отказа катушки

    а = 0,2 - коэффициент режима работы для катушки

    Кв = 2 – коэффициент вибрации


    Интенсивность отказов трансформатора Тр:


    Тр = 0Тр тто)Кэ


    0Тр = 0,8510 –6 ч–1 - интенсивность отказа трансформатора

    Кт = 1 – учитывает температуру окружающей среды

    Кто = 11 – коэффициент Кт при температуре 50 °С

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);





    Интенсивность отказов кварца ВQ :


    ВQ = ВQ Кэ


    0BQ = 0,0510 –6 ч–1 - интенсивность отказа кварца

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);


    Интенсивность отказов микросхемы КР142ЕН5 - ис :


    ис = 0ис КэКс


    0ис = 0,510 –6 ч–1 - интенсивность отказа микросхемы

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);

    Кс = 1– коэффициент учета сложности микросхемы;


    Интенсивность отказов разъемов - раз :


    раз = 0раз а КэКсКк


    0раз = 0,005610 –6 ч–1 - интенсивность отказа разъема

    а = 0,4 - коэффициент режима работы для разъема

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);

    Кс = 0,371– коэффициент учета сочленений - расчленений;

    Кк = 1,361 – коэффициент задействованных контактов.


    Интенсивность отказов переключателей - перек:


    перек = 0перек аКэКк


    0перек = 0,03510 –6 ч–1 - интенсивность отказа переключателя

    а = 0,4 - коэффициент режима работы для переключателя

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);

    Кк = 1 – коэффициент задействованных контактов.


    Интенсивность отказов тумблера - тумб:


    тумб = 0тумб аКэКк


    0перек = 0,03510 –6 ч–1 - интенсивность отказа тумблера

    а = 0,4 - коэффициент режима работы для переключателя

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);

    Кк = 0,5 – коэффициент задействованных контактов.


    Интенсивность отказов предохранителя - предох:


    предох = 0предох КэКт


    0редох = 0,0810 –6 ч–1 - интенсивность отказа предохранителя

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);

    Кт = 1 – коэффициент учитывающий окружающую температуру.




    Интенсивность отказов индикатора - индик:


    индик = 0индикаКэ


    0идик = 0,0510 –6 ч–1 - интенсивность отказа индикатора

    а = 1 - коэффициент режима работы для индикатора

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);


    Интенсивность отказов измерительного прибора - измер:


    измер = 0измераКэ


    0идик = 0,1010 –6 ч–1 - интенсивность отказа измерительного прибора

    а = 1 - коэффициент режима работы для измерительного прибора

    Кэ = 1– коэффициент учета условий эксплуатации (лаборатория);


    Интенсивность отказов паянных соединений - пс:


    пс = 0псn


    0пс= 110–9 ч–1 - интенсивность отказа паянного соединения

    n – количество паянных соединений


    Результаты расчета интенсивности отказов элементов схемы сведены в таблицу 11.2.1.1.


    Таблица 11.2.1.1

    Наименование

    элемента

    Режим работы элемента, (а)

    Интенсивность отказов одного элемента, ч–1

    Количество элементов, шт

    Интенсивность отказов элемента умноженное на количество, ч–1

    Резистор

    МЛТ -0,125

    0,5

    2,62510–9

    17

    4,46210–8

    Переменный

    резистор

    0,5

    1,27510–8

    1

    1,27510–8

    Конденсатор

    К50-16

    0,6

    310–8

    6

    1,810–7

    Конденсатор

    КМ-5

    0,6

    7,210–9

    30

    2,1610–7

    Транзистор КТ325ВМ

    0,5

    1,31210–8

    5

    6,52610–8

    Диодный мост

    КЦ-402А

    0,5

    1,57510–7

    1

    1,57510–7

    Катушка

    на 10 мкГн

    0,2

    810–9

    2

    1,610–8

    Трансформатор


    7,27210–8

    1

    7,27210–8

    Кварц 8 МГц


    0,0510–6

    1

    0,0510–6

    Микросхема КР142ЕН5


    0,510–6

    1

    0,510–6

    Разъем


    1,13110–9

    6

    6,78610–9

    Переключатель

    0,4

    1,410–8

    4

    5,610–8

    Тумблер

    0,4

    710–9

    1

    710–9

    Предохранитель

    0,4

    0,0810–6

    1

    0,0810–6

    Индикатор


    0,0510–6

    1

    0,0510–6

    Измерительный

    прибор


    0,1010–9

    1

    0,1010–9

    Паянные

    соединения


    110–9

    179

    17910–9

    Итого:




    1,74310–6


    Расчет приб производится по формуле:


    приб = i эл


    Рассчитаем среднее время наработки на отказ:

    Т = 1/приб

    Т = 1/1,74310–6 = 5,737105 ч

    Вероятность безотказной работы:

    Р(t) = е(-приб t)

    Р(t) = е(-1,74310-6*5000) = 0.991


    Таким образом, среднее время наработки на отказ удовлетворяет значению, заданному в ТЗ (ТТЗ = 2000 ч). Вероятность безотказной работы Р = 0.991, что говорит о высокой надежности разрабатываемого устройства.





  • Случайные файлы

    Файл
    80165.doc
    20891-1.rtf
    2-1.doc
    148198.rtf
    131078.rtf




    Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
    Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
    Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.