無人機馬達MTBF 與壽命研究

趙家華

（廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣東廣州 510656）

1 概述

馬達是一種具有極高可靠性和使用壽命的機械產品，它在各種工程應用中都得到了廣泛的應用，是機械產品中不可或缺的重要組成部分[1]。它的使用壽命對整個機器的可靠性和性能有著極為重要的影響，因此，精確預測液壓馬達的使用壽命是保證它的可靠性和安全性的基礎，而且，對馬達的可靠性的研究也會帶來巨大的理論價值和經濟效益。采用實驗室加速模擬技術，深入研究馬達的性能衰減規律，將為提升馬達的耐環境應力能力和延長其使用壽命提供重要的參考依據。

英國學者Efron[2]在1979 年發明并推廣了一個新的統計技術，即Bootstrap 抽樣和Bagging 算法，都使用蒙特卡洛算法來收集和預測實際問題的結果。英國某位研究人員使用蒙特卡洛算法來收集和預測實際問題的結果，并使用Bayes 算法來預測實際問題的結果[3]。經過精心的研究，建立起一個可以反映產品的分布特征的Bayes 模型，以便在較少的樣本中準確地評價其使用壽命。為此，我們采取了一種有效的短期壽命預測技術，以便在有限的樣本中準確地評價其使用期限內的性能。經過系統的測量、研究、分析，對馬達的實際應用狀況進行了深入的研究，以期獲得更加準確的可靠性評估，從而有效地改善設備的穩健性與安全性。

2 理論分析

通過短期壽命試驗，可以準確地預測無人機馬達的使用壽命，這種方法可以應用于各種不同的工況，從而獲得準確的產品使用壽命信息[4]。

通過壽命預測試驗，可以有效地解決一系列挑戰，包括但不限于以下3 項。

（1）通過對產品實驗數據的深入分析，可以更加清晰地了解產品，并且可以準確地預測出其壽命的具體數值。

（2）采用先進的壽命預測技術，可以實時監測產品的使用壽命，從而有效提升生產的安全性和可持續性。

（3）通過短期壽命實驗，建立了一套完善的預測方法，以確定同類產品的不同型號的壽命信息，并且可以通過對比來評估它們的優劣。

通過使用多種同類產品，可以準確地預測各種馬達的使用壽命，并且可以根據預測結果來評估各種產品的性能優劣[5]。

3 試驗過程

本文基于短時小樣本試驗原理，采用“定時截尾”的方法，選擇20 件無人機馬達進行嚴苛環境的100h的連續工作測試。通過馬達的卡滯、拒動、冒煙、嚴重發熱等失效確認馬達的服役狀態。

試驗前狀態和試驗中狀態分別如圖1、圖2 所示。

圖1 試驗前狀態

圖2 試驗中狀態

其中2# 樣品和3# 樣品的失效表征如表1～表8所示。

表1 2# 樣品13.5V 空就轉速Nr

表2 2# 樣品13.5V 負載電流Ir

表3 2# 樣品k 特性

表4 2# 樣品停動扭矩Ts

表5 3# 樣品13.5V 空就轉速Nr

表6 3# 樣品13.5V 負載電流Ir

表7 3# 樣品k 特性

表8 3# 樣品停動扭矩Ts

計算如下。

三參數威布爾分布概率密度函數如式（1）所示。

式中：β——函數的形狀參數；η——函數的尺寸參數；γ——位置參數。

威布爾分布的三參數概率密度函數如式（2）所示。

將式（2）進行二次取對數變換得式（3）。

ALT 的實現步驟如下：根據科學的實踐結果，結合物理、化學、生物等多種因素，構建出-應力與產品壽命的相互作用的模式，即加速模式，以此確定產品的可靠性、可用性、可維護性等，并利用這些參數，確定其在預期環境中的可靠性。

工程上一般將加速模型分為兩類：物理模型和統計模型，其中又有單應力模型和多應力模型。

因此，樣品數（N）為20 的，失效率為3 的三參數威布爾分布計算如表9 所示。

表9 失效率為3 的三參數威布爾分布計算

通過式（8）～式（10）的擬合，曲線擬合如圖3 所示，計算求解可得：β＾=19.168，C＾=-126.8，η^=746.35。

圖3 曲線擬合

再代入式（2）可計算得馬達連續工作100h 的可靠度為70%。20 件無人機馬達等效計算可知，連續工作2000h 的可靠度為70%，這在工程應用上是可接受的。

4 結論

無人機馬達連續工作2000h 的可靠度為70%。馬達失效，會首先反應到卡滯、拒動等外部特征中，這與馬達的結構相關。由于無人機的持久性不夠理想，因此，我們建議在選擇零配件的過程中，特別注重其可靠性，以確保其符合實際應用需求及系統可靠性指標的要求，這些零配件應當具備MTBF 預測、測試、型號測定、功能安全性分析等文檔資質。