机械磨损
接触不良
平衡状态破坏
相变化、应力松弛
化学反应
腐蚀、氧化、
电应力
电介质击穿、脉冲
热应力
摩擦
渗透
湿气、气体、流体
4-9
断裂分类： 根据裂纹发展过程 沿晶断裂 穿晶断裂 根据受载性质 疲劳断裂 静载断裂 冲击断裂 根据完全断裂前的宏观变形 脆性断裂 韧性断裂
4-10
疲劳断裂原因：
疲劳源
裂纹扩 展区
失效模式相对频率
4-18
3、产品严重度数字
n
Cr (Pt 106)
i 1
i 属于某一严重度的失效模式数 n 产品在该严重度下的最后一个失效模式
4-19
若某产品的失效率 p 7.2 106 h1 ，在某一任务阶段，出现两个II
级严重的失效模式和一个IV严重失效模式。这三个失效模式的相对频率
载荷因素： 载荷性质、大小、变化速度等
瞬断区
材质因素：材料的成分、机械性能、冶金特性等 表面因素：表面粗糙度、划痕、碰伤等
几何因素：圆角、倒角等
环境因素：环境介质、环境温度等
4-11
FMECA分析实例1
例 某一固体火箭发动机由推进剂药柱、内衬和发动机壳组成。绘制其 失效模式后果分析表
项目 失效模式
失效原因
可能后果
发动机 壳
破裂
工艺质量差 材料缺陷
运输中损坏 搬运中损坏
内压过高
导弹毁坏
推进剂 药柱
断裂 孔穴 粘接面分离
固化残余应力 温度过低 老化
燃烧速度过 高；内压过 高；机壳在 工作过程中 破裂
内衬
与外壳分离
与药柱或隔 热层分离
粘接剂不良 粘接控制不良
壳体成形后净 化不够
燃烧速度过 高；内压过 高；机壳在 工作过程中 破裂
横向加速度 影响小，对
过高
所有转向架
影响皆相同
加速度超过正 常值，横向钢 轨力增加
4-27
机车车辆转向架FMEA表格（续）
代码与零部件 故障类型 名称
210车轮/钢轨
车轮与钢轨 的接触尺寸 不当
影响分析
磨损车轮型 面快速形成 大锥度
危害评价
危险性
不良的接触影 B 响转向架稳定 性的灵敏度
轴箱过热
230轮对轴承
控制信号错 420轮对导向装 误
置
影响分析
导致受控零 部件不能正 常工作
危害评价
危险性
C 危害高速运行 时的安全500转向架转向架构架 可能不会发
断裂
生
危害运行安全 C
700车体
车体支撑与
固定系统断 可能不会发
裂
生
危害运行安全 C
4-30
机车车辆转向架FMEA表格（续）
代码与零部件 故障类型 名称
FMECA分析的用途
1、在设计管理上的用途
FMECA与线路应力分析的结合是可靠性预测、分配和评定 时的一项原始资料。 FMECA 是评定设计方案的手段 FMECA 是设计评审、质量复查、事故预想的依据和证明 2、在其他用途
安排测试点、制造和质量控制，制定试验计划的一种依据。
制定检测程序、设计诊断装置的基础。 与试验结果和失效分析报告一起进行定性评定。 可靠性维修，后勤保障分析的原始资料。
4-13
4-14
4-15
4-16
§4.3 严重度分析
一、定性分析
A级，常发生。单一失效模式发生概率大于系统总失效 概率的20%。
B级，较常发生。单一失效模式发生概率在系统总失效 概率的10%~20%。
C级，偶尔发生。单一失效模式发生概率在系统总失效 概率的1%~10%。
D级，很少发生。单一失效模式发生概率在系统总失效 概率的0.1%~1%。
失效模式、后果与严重度分析 (FMECA)
Failure Mode Effect and Criticality Analysis §1 概述 §2 失效模式与后果分析 §3 严重度分析
4-1
§1 概述
失效的定义： 1、设备在规定条件下，不能完成其规定的功能； 2、设备在规定条件下，一个或几个不能达到其规定值； 3、由于环境应力变化，导致功能丧失； 4、即使设备在规定条件下具有完成规定功能的能力 ，但因操作者的失误而造成产品功能丧失；
故障模式的比率
故障模式比率——产品出现失效模式的百分比
进一步分析失效原因，采取预防措施的可靠依据
4-4
几种机械零部件的失效模式及其比率
轴承 离合器 连接器 齿轮 发电机
腐蚀
18.7
-
6.3
-
6.3
蠕变
-
-
-
-
-
形变
2.5
6.6
23.7
20
2.1
侵蚀
3.1
-
-
-
-
疲劳
4.4
-
1.7
-
-
摩擦
10.6
-
2、B型故障：产品功能的逐渐退化 引入一个正常的检测系统
3、C型故障：产品功能的突然丧失
4-26
机车车辆转向架FMEA表格
代码与零部件 故障类型 名称
110钢轨（使用 区域）
横向位移阻 力降低，钢 轨型面不符 合设计规范
影响分析
影响低，对 所有转向架 影响皆相同
危害评价
危险性
在最大运行速 A 度时测得的钢 轨力是安全的
4-23
方法描述：
1、部件描述 2、与安全有关的各种部件的描述 3、可能的故障 4、损坏特征、可能的原因及其影响的评估 5、故障检测 6、目前的改进措施 7、对系统的影响
4-24
转向架 系统
钢轨使 用区域
100
钢轨与 轴箱间 的部件
200
轴箱 300
轴箱与 转向架 间部件
400
轮/轨 210
轮对 220
4-7
输 入 原 始 资 料
分析 系统 结构 及各 组成 部分 功用
构造 系统 的可 靠性 框图
列出各 功能级 的失效 模式机 理效应
研究 失效 检测 方法
可 能 的 预 防 措 施
致命性 分析
失效模 式概率
致命度 的估计
输出填写
FMECA 表格
FMECA分析过程
4-8
零件材料失效原因的分类
机械因子 弹性变形、塑性变形、蠕变、疲劳、断裂、滑移
分别为：1 0.3,2 0.2,3 0.5 ，失效后果概率均为0.5，在该阶
段工作时间为1h，求该产品在此任务阶段，在严重性II下的 Cm,Cr 。
求 Cm II级严重性的第一个失效模式的严重度数字为
Cm Pt 106
0.5 0.3 0.72 106 1106 1.08
II级严重性的第二个失效模式的严重度数字为 Cm Pt 106 0.5 0.2 0.72 106 1106 0.72
空气弹簧压 610二系弹簧悬 力不同
挂
影响分析
较少发生
危害评价
危险性
由于空簧压力 B 不同引起轮载 变化
4-31
FMECA
FMEA 失效模式与后果分析 CA 严重度分析
一、FMEA
1、功能FMEA和硬件FMEA 功能FMEA
设计初期 复杂系统
硬件FMEA
4-6
2、FMEA 程序 FMEA基本程序: 1、确定失效模式 2、绘制系统功能图和可靠性框图 3、确定工作参数和功能 4、查明所有失效模式、发生原因及后果 5、按可能的最坏后果评定失效模式的严重性级别 6、确定失效模式的检测方法及补救预防措施 7、提出修改方案及其他措施 8、提交分析报告
E级，极少发生。单一失效模式发生概率小于系统总失效 概率 的0.1%。
4-17
二、定量分析 1、失效后果概率
失效后果 必然损失 偶然损失 很少损失 无影响
值
1.0
0.1 1.0 0 0.1
0
2、失效模式严重度数字
Cm Pt 106 失效率后果 P 元件失效率×10-6/h为单位
t 任务阶段内的工作时间
影响不可避 免
如果不及时报 告，运行危险
B
300轴箱
轴箱破损
一般不会发 运行危险 生
C
4-28
机车车辆转向架FMEA表格（续）
代码与零部件 故障类型 名称
一系弹簧断 410一系弹簧 裂
影响分析
可能不会发 生
危害评价
危险性
危害运行安全 C
4-29
机车车辆转向架FMEA表格（续）
代码与零部件 故障类型 名称
-
-
1.5
氧化
-
-
-
-
-
绝缘
-
-
1.6
-
12.3
裂痕
0.5
-
-
-
-
磨损
60.2 83.4 8.1
60
25.1
断裂
-
10.0 47.1
20
4.6
其它
-
-
11.5
-
16.1
电位器 27.5 10 25 15 22.5
继电器 12.3 0.4 2.3 2.6 12.3 2.4 17.5 11.9
4-5
§2 失效模式与后果分析
E 低
IV
III
II
严重性级别 严重性级别
严 重 度 增 加
I
4-22
机车车辆 FMEA分析实例
国际铁路联盟的研究与试验机构的B176委员会 （UIC ORE B176）
对机车车辆转向架进行了深入的研究，进行了大量的 实验和评估，并为选择高速机车车辆的样机转向架进 行了费用—效能分析。