可靠性設(shè)計基本準則

1、可靠性設(shè)計基本準則1概述可靠性設(shè)計是為了在設(shè)計過程中挖掘和確定隱患（和薄弱環(huán)節(jié)），并采取設(shè)計預(yù)防和設(shè)計改進措施有效地消除隱患（和薄弱環(huán)節(jié)）。而要提高產(chǎn)品的固有可靠性，只有通過各種具體的可靠性設(shè)計方法。1.1 含義可靠性設(shè)計準則是把已有的、相似的產(chǎn)品的工程經(jīng)驗總結(jié)起來，使其條理化、系統(tǒng)化、科學(xué)化，成為設(shè)計人員進行可靠性設(shè)計所遵循的原則和應(yīng)滿足的要求。1.2 意義和作用1.2.1 可靠性設(shè)計準則是進行可靠性定性設(shè)計的重要依據(jù)。在可靠性設(shè)計工作中，當產(chǎn)品的可靠性要求難于規(guī)定定量要求時，就應(yīng)該規(guī)定定性的可靠性設(shè)計要求，為了滿足定性 要求，必須采取一系列的可靠性設(shè)計措施，而制定和貫徹可靠性設(shè)計準則是一項

2、重要內(nèi)容。1.2.2 貫徹設(shè)計準則可以提高產(chǎn)品的固有可靠性。產(chǎn)品的固有可靠性是設(shè)計和制造賦予產(chǎn)品的內(nèi)在可靠性，是產(chǎn)品的固有屬性。而設(shè)計準則是設(shè)計人員在可靠性設(shè)計中必須遵循 的原則。按此準則設(shè)計，就可以避免一些不該發(fā)生的故障，從而提高產(chǎn)品的可靠性。1.2.3 可靠性設(shè)計準則是使可靠性設(shè)計和性能設(shè)計相結(jié)合的有效辦法。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員只要認真貫徹設(shè)計準則， 就能把可靠性設(shè)計到產(chǎn)品中去，從而提高產(chǎn)品的可靠性。1.2.4 工程實用價值高，費效比低?？煽啃栽O(shè)計準則主要是經(jīng)驗的積累，不需要花費金錢去做試驗或進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算。但貫徹了設(shè)計準則， 避免不少故障的發(fā)生， 取得的效益是很大的，因此它的費用比

3、較低。1.3 可靠性設(shè)計準則的主要內(nèi)容可靠性設(shè)計準則的內(nèi)容很多，主要包括以下幾個方面： 環(huán)境防護設(shè)計 簡化設(shè)計 降額設(shè)計 熱設(shè)計 密封設(shè)計 新技術(shù)采用原則 機械可靠性設(shè)計 節(jié)能環(huán)保設(shè)計 安全性設(shè)計 工藝可靠性設(shè)計維修性設(shè)計 2可靠性設(shè)計準則的內(nèi)容細分2.1 環(huán)境防護設(shè)計2.1.1 環(huán)境條件是指產(chǎn)品在貯存、運輸和使用過程中可能遇到的一切外界影響因素。2.1.2 主要環(huán)境因素a）氣候環(huán)境溫度（高低溫）、濕度、氣壓（海拔高度）、太陽輻射（如紫外線）、風(fēng)力等級、降 水、降雪、冰凍、雨露、霧、霜等。b） 機械環(huán)境振動、沖擊、碰撞、跌落、搖擺、翻倒、爆炸、沖擊波等。c） 化學(xué)環(huán)境鹽霧、腐蝕性氣體（如 CL

4、2、H2s SO2等，混合氣體）。d） 生物環(huán)境霉菌、動物（如防老鼠）、植物（如表苔）。e） 電磁條件電場、磁場、閃電、雷擊、電暈放電。f） 機械活性物質(zhì) 沙、塵g）其它人為條件使用、維護、包裝、保管不當?shù)取?.1.3 環(huán)境防護設(shè)計的基本方法a）收集分析產(chǎn)品在壽命周期中的環(huán)境應(yīng)用情況。b）根據(jù)相關(guān)標準轉(zhuǎn)化為量化的設(shè)計要求。c） 按照要求進行設(shè)計 材料防護：選用抵御有害環(huán)境因素的材料（金屬類、非金屬類）。 工藝涂敷防護：表面進行電鍍、油漆、塑料噴涂等。 結(jié)構(gòu)防護：結(jié)構(gòu)上采取密閉措施、局部進行隔離防護等。 防潮設(shè)計：采用吸濕性小的元器件和材料；采用噴涂、浸漬、灌封、 憎水（具有良好 的防污、防塵、

5、防霉、防泛堿、防風(fēng)化和析白、防止微生物滋生物、防老化等作用） 等處理；局部采用密封結(jié)構(gòu)；放入吸潮劑；改善整機使用環(huán)境（如采用空調(diào)、安裝加 熱去濕裝置）等。 防霉設(shè)計：采用抗霉材料；采用密封裝置；表面涂覆；采用防霉劑進行處理；控制環(huán) 境溫度和濕度，抑制霉菌生長（如通風(fēng)、降溫） 。 防鹽霧設(shè)計：采用防潮和防腐能力強的材料；電鍍；涂覆；采用密封結(jié)構(gòu)；避免不同金屬間的接觸腐蝕， 金屬之間涂覆隔離或墊絕緣片；控制環(huán)境溫度和濕度（注解：溫度每升高10度，腐蝕速度提高 23倍，電解質(zhì)導(dǎo)電率提高 1020%相對濕度大于 70%寸，腐蝕速度加快。）2.1.4 環(huán)境防護設(shè)計的注意事項a）采取密封措施后，必須注意解

6、決散熱問題。選擇導(dǎo)熱好的外殼材料；,選擇合理導(dǎo)熱方式。b）電鍍和涂覆應(yīng)注意工藝控制，保證質(zhì)量。c） 結(jié)構(gòu)上避免出現(xiàn)積水現(xiàn)象。d）避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)形式。e）產(chǎn)品的組裝應(yīng)當在干燥清潔的環(huán)境下進行，避免內(nèi)部空氣不潔或溫度變化時產(chǎn)生凝弟 路。2.2 簡化設(shè)計2.2.1 概述：產(chǎn)品越復(fù)雜，可靠性越低。在確保滿足其功能及不會給元器件、零部件造成過高應(yīng)力的情況下，采用簡化設(shè)計技術(shù)，可提高產(chǎn)品的可靠性。2.2.2 簡化設(shè)計原則a）深入進行功能分析，去掉不必要或多余功能，簡化設(shè)計目標。b）在保證必要的功能性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量及軟件指令數(shù)。c） 盡可能實現(xiàn)零部件的標準化、系列化與通用化，控制非標準

7、零部件的比例。d）壓縮元器件、零部件、標準件的品種規(guī)格，爭取用較少的零部件實現(xiàn)多種功能。e）盡可能采用經(jīng)過考驗的可靠性有保證的零部件以至整機，即共用成熟的零部件或成熟的電路。f） 盡可能采用模塊化設(shè)計。2.3 降額設(shè)計2.3.1 定義：使元器件或設(shè)備工作時承受的工作應(yīng)力適當?shù)陀谠骷虍a(chǎn)品規(guī)定的額定值，從而達到降低故障率，提高使用可靠性的目的。2.3.2 意義a）延緩器件參數(shù)退化，增加工作壽命。b）防止瞬態(tài)應(yīng)力過載，降低失效率。c）防止電路參數(shù)容差和變異帶來不利影響。2.3.3 降額設(shè)計的基本要求a）使元器件在安全區(qū)內(nèi)工作。b） 特別強調(diào)符合系統(tǒng)權(quán)衡確定的重量、體積、成本及可靠性的要求。c）

8、降額是有限度的。2.3.4 主要降額的項目a）溫度敏感器件：降低熱應(yīng)力（相對于額定值）。b）電阻器：降低工作功率，實際使用中要低于極限電壓、溫度。c） 電容器：降低施加的電壓值，應(yīng)用的最高額定環(huán)境溫度降額。d）二極管器件：降低功耗和結(jié)溫。e）三極管器件：降低電流、電壓、功耗和結(jié)溫。f） 集成電路：結(jié)溫、輸出負載。g）電感元件：熱點溫度、瞬態(tài)電壓 /電流。h） 開關(guān)：觸點電流、電壓、功率。i） 連接器：工作電壓、額定工作電流、溫度降額。j） 導(dǎo)線和電纜：電壓、電流、應(yīng)用溫度降額。k） 繼電器：觸點電流根據(jù)負載性能降額。l） 鎮(zhèn)流器：工作電壓、額定工作電流、應(yīng)用溫度降額。m）觸發(fā)器：工作電壓、應(yīng)用

9、溫度降額。n）光源：觸點電流、電壓、功率（有限度的）、應(yīng)用溫度降額。o）電池：充放電電壓、電流、應(yīng)用溫度降額。2.4 熱設(shè)計2.4.1 目的：重點是通過器件的選擇、電路設(shè)計（包括容差與漂移設(shè)計和降額設(shè)計等）及結(jié)構(gòu)設(shè)計來減少溫度變化對產(chǎn)品性能的影響，控制產(chǎn)品內(nèi)部所用元器件的工作溫度，使其在產(chǎn)品內(nèi)部能在所處的工作環(huán)境條件下不超過規(guī)定的最高允許溫度，以保證產(chǎn)品正常、可靠地工作。2.4.2 溫度是影響產(chǎn)品可靠性主要因素之一a）熱和冷成為化學(xué)變質(zhì)和物理變質(zhì)的重要作用因素，幾乎所有已知的材料的物理性能都會因為溫度的改變而有巨大的變化。b）反應(yīng)物的溫度顯著影響幾乎所有化學(xué)反應(yīng)的變化率。對于化學(xué)反應(yīng)，常見的經(jīng)

10、驗估計法是溫度上升10C,許多反應(yīng)的變化率是加倍的，大約等于 0.6eV （電子伏特） 的激活能。c） 對大部分元器件而言，溫度每升高十度，壽命下降一倍。2.4.3 熱設(shè)計的主要內(nèi)容a）熱設(shè)計方法的選擇要考慮的因素是：元器件的熱耗散密度（即熱耗散量與產(chǎn)品組裝外殼體積之比），元器件工作狀態(tài)，產(chǎn)品的復(fù)雜積蓄，產(chǎn)品用途和使用環(huán)境條件（如 電網(wǎng)電壓、海拔高度、氣溫等 ）以及經(jīng)濟性等。b）元器件的熱設(shè)計。主要是減小元器件的發(fā)熱量，合理地散發(fā)元器件的熱量，避免熱量蓄積和過熱，降低元器件的溫升。c）印制板的熱設(shè)計。主要是有效地把印制板上的熱引導(dǎo)到外部（散熱器或外殼的大氣中）。d）殼體的熱設(shè)計。主要是在保證產(chǎn)

11、品承受外部各種環(huán)境和機械應(yīng)力的前提下，充分保證對流換熱、彳導(dǎo)、輻射，最大限度地的把產(chǎn)品產(chǎn)生的熱散發(fā)出去。2.4.4 熱設(shè)計的基本原則a）減小發(fā)熱源。選擇效率高的器件，減少發(fā)熱源。b）縮短散熱途徑。 熱通路盡可能短，橫截面盡可能大； 盡可能利用金屬機箱或底盤散熱； 盡量降低接觸面的熱阻； 應(yīng)選擇導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制造傳導(dǎo)零件。c） 合理選擇器件材料選用耐溫高的器件材料；盡量采用溫漂小的器件。2.4.5通過結(jié)構(gòu)設(shè)計加快散熱的措施a）加快傳導(dǎo)。在固體材料中，熱流是由分子之間相互作用產(chǎn)生的，這就是傳導(dǎo)。加快 傳導(dǎo)散熱的措施有： 選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制造傳導(dǎo)零件； 加大與導(dǎo)熱零件的接觸面積； 盡量縮短熱傳

12、導(dǎo)的路徑，在傳導(dǎo)路徑中不應(yīng)有絕熱或隔熱元件。b）加快對流。對流是固體表面與流體表面的熱流動，有自然對流和強迫對流之分。流體通常指的是空氣。加快對流散熱的措施有： 加大溫差，即降低周圍對流介質(zhì)的溫度； 加大流體與固體間的接觸面積，如把散熱器或殼體表面做成肋片，直尾形，叉指 形等多種形狀的散熱筋； 加大周圍介質(zhì)的流動速度，使它帶走更多的熱量，如散熱窗設(shè)計。c）加快輻射。熱由物體沿直線向外射出去是輻射。加快輻射散熱的措施有： 在發(fā)熱體表面涂上散熱的涂層； 加大輻射體與周圍環(huán)境的溫差，亦即周圍溫度愈低愈好； 加大輻射體的表面面積。2.5 密封設(shè)計2.5.1 目的：通過外殼件之間的密封，從而達到設(shè)計所要

13、求的防水、防塵以及防腐的作用， 以保證能在所處的工作環(huán)境條件下正常、可靠地工作。2.5.2 密封的原理（要素）：壓縮量、壓力、接觸面積。2.5.3 密封的結(jié)構(gòu)形式：徑向密封、端面密封、膠封。2.5.4 常用合理的密封結(jié)構(gòu)a）軸與孔之間的徑向密封最好用0型圈。b）對于用螺釘聯(lián)接固定的殼體端面密封應(yīng)該根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計不同，應(yīng)選用合理截面形狀的密封條和密封條的材料。c）隔爆型防爆燈具的透明件最好用膠粘的形式，但要考慮環(huán)氧樹脂膠封時玻璃破裂的情況。d） 外殼固定用的螺釘?shù)拿芊饪梢圆捎闷綁|密封或O型圈密封方式，但要從結(jié)構(gòu)上考慮密封圈不被擰出。2.6 新技術(shù)采用原則2.6.1 新技術(shù)的范疇：新電路的應(yīng)用

14、和擴展、新工藝、新器件等。2.6.2 設(shè)計原則a） 合理的繼承設(shè)計：拿來主義，風(fēng)險小、投入少。b）限制對不成熟技術(shù)的應(yīng)用。 主要電路、工藝、器件等技術(shù)需經(jīng)過充分預(yù)研； 只有當不存在大的不確定因素的情況才進入產(chǎn)品設(shè)計階段； 降低技術(shù)風(fēng)險和計劃風(fēng)險。c）使用集成化高、可靠性高的新型器件，集成降低了整體的復(fù)雜度。2.7 機械可靠性設(shè)計2.7.1 概述：機械可靠性主要包含產(chǎn)品的抗振動、沖擊、跌落等性能以及機械強度方面的可靠性。通過機械可靠性設(shè)計，以保證產(chǎn)品能在所處的機械環(huán)境下正常、可靠地工作。2.7.2 常見的易損部件a）燈泡：強度薄弱，容易受振動或跌落而造成松動或泡殼破碎。b）燈座：容易因振動或跌落

15、等產(chǎn)生接觸不良或破碎。c） 鎮(zhèn)流器/電容器/觸發(fā)器/電池：質(zhì)量較大，容易受振動而松動。d）燈具的固定支架：是受力最大的部位，受振動產(chǎn)生的沖擊及其它外力沖擊而造成疲勞損壞。e）電氣連接及電氣觸點：容易因振動或跌落等因素產(chǎn)生接觸不良或松動脫落。f） 透明件：易受外力沖擊或跌落而造成破碎。g）外殼：易受外力沖擊或跌落或爆炸等情況而造成變形或開裂。h）開關(guān)件：易受多次按壓或撥動等機械力而造成接觸不良或損壞。2.7.3 設(shè)計要求和方法a）收集和分析產(chǎn)品使用場所的機械環(huán)境情況：振動、沖擊、碰撞、跌落、搖擺、翻倒、爆炸、沖擊波等。b） 對產(chǎn)品內(nèi)部器件加強硬性固定。c） 對燈泡/燈座類易損件可采用加強硬性固定

16、或采用柔性連接，兩端支撐，避免懸臂。d）質(zhì)量大的器件可考慮膠粘固定，如印制板上的電容。e）連接件均要用彈性元件防松。f） 合理選擇材料和厚度。g）透明件采用合理選材和鋼化工藝，外部增加防護網(wǎng)罩。h）結(jié)構(gòu)設(shè)計避免應(yīng)力集中，如采用圓角過渡。i） 外殼表面設(shè)計考慮增加加強筋，增加剛性。j） 設(shè)計要注意產(chǎn)品系統(tǒng)的重心合理，以避免在受到風(fēng)力或外力沖擊時變形、斷裂或翻倒。2.8 節(jié)能環(huán)保設(shè)計2.8.1 概述：“節(jié)約能源，環(huán)境保護”已成為全球照明技術(shù)的新主題和發(fā)展趨勢。其結(jié)果能直接給企業(yè)和社會帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。2.8.2 設(shè)計的要求和措施a）提高反射率和透光率。反射器和透明件選用反射效率和透光效

17、率高的材料，采用合理的加工工藝和表面處理工藝。b）反射器設(shè)計避免光線多次反射。c） 設(shè)計要避免出現(xiàn)眩光。d） 采用光效高壽命長的光源（如HID、LED無極熒光燈等）。e）選用匹配的配套電器件，提高元器件功率因素、采用低功耗元件、采用無功損耗的 電路，以提高電氣效率。f） 選用環(huán)保材料。如用可充電電池代替一次性電池，不用石棉隔熱等。g）增加消聲裝置，降低噪音污染。如降低發(fā)電機的噪音。2.8.3 設(shè)計注意事項a）配光設(shè)計時避免光線反射或折射到燈泡上。b）選材和表面處理工藝時要考慮耐溫、耐紫外線、耐氣候等性能。2.9 安全性設(shè)計2.9.1 基本危害的防治措施a）電擊：絕緣等級，距離絕緣，溫度絕緣，漏

18、電流，接地設(shè)計，外殼材料。b）能量危險：隔離，屏蔽，安全互鎖。c）起火：阻燃材料，降低溫升，隔離氧氣。d） 過熱：過熱過溫保護，警告標記。e）機械傷害：限制接觸，互鎖開關(guān)，警告標記。f） 輻射：屏蔽，互鎖開關(guān)，警告標記。g）磁鐵：防止夾手，貼警告標記。h）電磁干擾：屏蔽，濾波。i） 爆炸：增加外殼強度，降低熱源溫度，加長隔爆面長度。j） 玻璃破裂：合理設(shè)計透明件形狀和尺寸，改善玻璃鋼化工藝，增加防護網(wǎng)罩。2.10 工藝可靠性設(shè)計2.10.1 目的：通過合理的分析和設(shè)計降低生產(chǎn)加工、組裝和測試等環(huán)節(jié)對產(chǎn)品的可靠性影響。2.10.2 設(shè)計的內(nèi)容a）工藝過程對產(chǎn)品可靠性的影響，如波峰焊時的短時高溫對產(chǎn)品的影響。b）印制電路板的可靠性設(shè)計，如機械強度應(yīng)力、銅箔的寬度。c） 生產(chǎn)加工過程的環(huán)境防護，如車間的溫度、濕度。d） 靜電防護。e）工藝可靠性試驗，如 PCB板上的焊點是否牢固。f） 盡量考慮標準化、通用化、模塊化設(shè)計，簡化裝配工藝，盡量不用復(fù)雜的專用裝配工裝和夾具。g）多設(shè)計定位裝置，少固定。h）盡量共用成熟簡單的器件，減少零部件品種和