无人机马达MTBF 与寿命研究

赵家华

（广州广电计量检测股份有限公司，广东广州 510656）

1 概述

马达是一种具有极高可靠性和使用寿命的机械产品，它在各种工程应用中都得到了广泛的应用，是机械产品中不可或缺的重要组成部分[1]。它的使用寿命对整个机器的可靠性和性能有着极为重要的影响，因此，精确预测液压马达的使用寿命是保证它的可靠性和安全性的基础，而且，对马达的可靠性的研究也会带来巨大的理论价值和经济效益。采用实验室加速模拟技术，深入研究马达的性能衰减规律，将为提升马达的耐环境应力能力和延长其使用寿命提供重要的参考依据。

英国学者Efron[2]在1979 年发明并推广了一个新的统计技术，即Bootstrap 抽样和Bagging 算法，都使用蒙特卡洛算法来收集和预测实际问题的结果。英国某位研究人员使用蒙特卡洛算法来收集和预测实际问题的结果，并使用Bayes 算法来预测实际问题的结果[3]。经过精心的研究，建立起一个可以反映产品的分布特征的Bayes 模型，以便在较少的样本中准确地评价其使用寿命。为此，我们采取了一种有效的短期寿命预测技术，以便在有限的样本中准确地评价其使用期限内的性能。经过系统的测量、研究、分析，对马达的实际应用状况进行了深入的研究，以期获得更加准确的可靠性评估，从而有效地改善设备的稳健性与安全性。

2 理论分析

通过短期寿命试验，可以准确地预测无人机马达的使用寿命，这种方法可以应用于各种不同的工况，从而获得准确的产品使用寿命信息[4]。

通过寿命预测试验，可以有效地解决一系列挑战，包括但不限于以下3 项。

（1）通过对产品实验数据的深入分析，可以更加清晰地了解产品，并且可以准确地预测出其寿命的具体数值。

（2）采用先进的寿命预测技术，可以实时监测产品的使用寿命，从而有效提升生产的安全性和可持续性。

（3）通过短期寿命实验，建立了一套完善的预测方法，以确定同类产品的不同型号的寿命信息，并且可以通过对比来评估它们的优劣。

通过使用多种同类产品，可以准确地预测各种马达的使用寿命，并且可以根据预测结果来评估各种产品的性能优劣[5]。

3 试验过程

本文基于短时小样本试验原理，采用“定时截尾”的方法，选择20 件无人机马达进行严苛环境的100h的连续工作测试。通过马达的卡滞、拒动、冒烟、严重发热等失效确认马达的服役状态。

试验前状态和试验中状态分别如图1、图2 所示。

图1 试验前状态

图2 试验中状态

其中2# 样品和3# 样品的失效表征如表1～表8所示。

表1 2# 样品13.5V 空就转速Nr

表2 2# 样品13.5V 负载电流Ir

表3 2# 样品k 特性

表4 2# 样品停动扭矩Ts

表5 3# 样品13.5V 空就转速Nr

表6 3# 样品13.5V 负载电流Ir

表7 3# 样品k 特性

表8 3# 样品停动扭矩Ts

计算如下。

三参数威布尔分布概率密度函数如式（1）所示。

式中：β——函数的形状参数；η——函数的尺寸参数；γ——位置参数。

威布尔分布的三参数概率密度函数如式（2）所示。

将式（2）进行二次取对数变换得式（3）。

ALT 的实现步骤如下：根据科学的实践结果，结合物理、化学、生物等多种因素，构建出-应力与产品寿命的相互作用的模式，即加速模式，以此确定产品的可靠性、可用性、可维护性等，并利用这些参数，确定其在预期环境中的可靠性。

工程上一般将加速模型分为两类：物理模型和统计模型，其中又有单应力模型和多应力模型。

因此，样品数（N）为20 的，失效率为3 的三参数威布尔分布计算如表9 所示。

表9 失效率为3 的三参数威布尔分布计算

通过式（8）～式（10）的拟合，曲线拟合如图3 所示，计算求解可得：β＾=19.168，C＾=-126.8，η^=746.35。

图3 曲线拟合

再代入式（2）可计算得马达连续工作100h 的可靠度为70%。20 件无人机马达等效计算可知，连续工作2000h 的可靠度为70%，这在工程应用上是可接受的。

4 结论

无人机马达连续工作2000h 的可靠度为70%。马达失效，会首先反应到卡滞、拒动等外部特征中，这与马达的结构相关。由于无人机的持久性不够理想，因此，我们建议在选择零配件的过程中，特别注重其可靠性，以确保其符合实际应用需求及系统可靠性指标的要求，这些零配件应当具备MTBF 预测、测试、型号测定、功能安全性分析等文档资质。