摘 要：機(jī)械產(chǎn)品的可靠性是衡量機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性要求也日益提高。要提高機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，必須首先從設(shè)計(jì)上解決機(jī)械產(chǎn)品的固有可靠性要求，然后在制造中加以保證。具有良好的可靠性指標(biāo)是使我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的重要保證，機(jī)械零部件的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)其重要性不言而喻。機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)不僅需要的是與時(shí)俱進(jìn)、把脈時(shí)代的創(chuàng)新精神，更需要把握零部件質(zhì)量保證和可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的科學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：零部件 可靠性 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（c）-0083-01

1 機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)的作用

可靠性設(shè)計(jì)是指以形成產(chǎn)品可靠性為目標(biāo)的設(shè)計(jì)技術(shù)，又稱概率設(shè)計(jì)，將外載荷、承受能力、零部件尺寸等各設(shè)計(jì)參數(shù)看作隨機(jī)性的變量，并服從一定的分布，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、概率論與力學(xué)理論，綜合所有隨機(jī)因素的影響，得出避免零部件出現(xiàn)破壞概率的相關(guān)公式，由此形成與實(shí)際情況相符合的零部件設(shè)計(jì)，確保零部件的可靠性和結(jié)構(gòu)安全，控制失效的發(fā)生率在可接受的范圍內(nèi)。概率設(shè)計(jì)法的作用體現(xiàn)在兩個(gè)問(wèn)題的解決。首先，分析計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)而進(jìn)行，確定了產(chǎn)品的可靠度；其次，根據(jù)任務(wù)提出的可靠性指標(biāo)，確定零部件的參數(shù)，從而幫助設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者對(duì)零部件可靠性有清晰明確的了解。

2 機(jī)械零部件可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前，主要使用可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法還是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。這種方法在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，一般都將零件的強(qiáng)度、應(yīng)力和安全系數(shù)都是當(dāng)作是單值的，將安全系數(shù)與根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的某一數(shù)值相比較，如果前者大于后者，就說(shuō)明零件是安全的。但是由于沒(méi)有考慮到各參數(shù)的隨機(jī)性，把各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)看成是單一的確定值，因此并不能預(yù)測(cè)零部件可靠運(yùn)行的概率，很難與客觀實(shí)際的最優(yōu)化方案相符，設(shè)計(jì)人員也不好把握其設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性。

以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等作為工具的可靠性設(shè)計(jì)方法，避開了主觀的人為因素在設(shè)計(jì)過(guò)程中的影響，外界條件變化得到了從整體上的把握，設(shè)計(jì)結(jié)果更貼近客觀情況。可靠性設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用在機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)的各種問(wèn)題中，更科學(xué)地解決了許多繁瑣的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有心無(wú)力的問(wèn)題。

3 機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)方法

機(jī)械零部件可靠性的設(shè)計(jì)不僅需要的是與時(shí)俱進(jìn)、把脈時(shí)代的創(chuàng)新精神，更需要把握零部件質(zhì)量保證和可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的科學(xué)方法。機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)是基于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)以及其他的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的，由于機(jī)械產(chǎn)品有著千差萬(wàn)別的功能和結(jié)構(gòu)相異之處，因此，機(jī)械零部件可靠性的設(shè)計(jì)方法以及優(yōu)化方式的選擇需要因地制宜。

3.1 權(quán)衡與耐環(huán)境設(shè)計(jì)

權(quán)衡設(shè)計(jì)是對(duì)可靠性、質(zhì)量、體積、成本等要素進(jìn)行綜合衡量后，制定出最佳方案的設(shè)計(jì)方法。耐環(huán)境設(shè)計(jì)也是進(jìn)行綜合考慮的一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方式，從機(jī)械零部件生產(chǎn)之初，就將零部件在整個(gè)壽命周期內(nèi)可能遭遇的各種環(huán)境影響考慮在內(nèi)，包括運(yùn)輸?shù)呐鲎?、空氣干濕程度?duì)設(shè)備的作用、設(shè)備保養(yǎng)合理程度等，通過(guò)對(duì)這些環(huán)境因素的分析，在零部件生產(chǎn)用料和生產(chǎn)技藝上加以優(yōu)化，從而進(jìn)行保護(hù)和保證零部件自身乃至機(jī)械設(shè)備的可靠性。

3.2 預(yù)防故障設(shè)計(jì)法

機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作是整體性運(yùn)作，處于完整的串聯(lián)式系統(tǒng)中。實(shí)現(xiàn)“整體功能大于部分功能之和”的目標(biāo)，優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的可靠性，首先需要優(yōu)化零部件的可靠性。機(jī)械設(shè)備的零部件需要進(jìn)行嚴(yán)格的選擇和控制，對(duì)外購(gòu)件需要嚴(yán)格把控，標(biāo)準(zhǔn)件和通用件要優(yōu)先選用。選用之前要對(duì)零部件進(jìn)行分析驗(yàn)證，最大程度利用故障分析成果，以成熟的經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)過(guò)分析驗(yàn)證證實(shí)的方案。

3.3 簡(jiǎn)化與余度設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)指的是在滿足特定功能的條件下，設(shè)計(jì)應(yīng)該合理簡(jiǎn)化，如零部件的數(shù)量盡量避免冗余。所謂“多個(gè)香爐多只鬼”，越復(fù)雜越容易出現(xiàn)錯(cuò)誤和故障，可靠性的優(yōu)化就更無(wú)從談起了。這不僅是可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)基本原則，也是避開故障、提高可靠性的最有效方式。簡(jiǎn)化意味著減少不必要的部分，而并非依靠少部分超負(fù)荷承擔(dān)大部分的工作，零部件的簡(jiǎn)化需要從整體著眼，仔細(xì)分析零部件的組合與配合的最佳方式。余度設(shè)計(jì)則是從整體入手，類似于計(jì)算機(jī)中的備份功能。通過(guò)對(duì)完成規(guī)定功能設(shè)置重復(fù)的結(jié)構(gòu)、備件等，以防局部故障或失效時(shí)，機(jī)械設(shè)備整體系統(tǒng)依然保存著規(guī)定的功能。

3.4 概率設(shè)計(jì)法

將應(yīng)力一強(qiáng)度干涉理論作為基礎(chǔ)原理支撐，把應(yīng)力和強(qiáng)度作為服從一定分布的隨機(jī)變量處理。處理設(shè)計(jì)對(duì)象中與設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)、變量等部分，成為服從特定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的隨機(jī)變量，建立符合可靠性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的概率數(shù)學(xué)模型，通過(guò)概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論和強(qiáng)度理論，得出在給定條件下零部件產(chǎn)生破壞的概率公式，求出在給定的可靠度中零部件的尺寸、壽命等，使其在符合要求并且得出最好的設(shè)計(jì)參數(shù)。這種方法巧妙地填補(bǔ)了常規(guī)設(shè)計(jì)的缺陷，而且較為貼近生產(chǎn)實(shí)際。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的方法是在傳統(tǒng)方法以及旁支方式上得到發(fā)展與完善的。成功的機(jī)械零部件可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)，在把握設(shè)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性、多參數(shù)的設(shè)計(jì)以及在設(shè)計(jì)中預(yù)測(cè)該零部件的可靠度等問(wèn)題上都有全局性思路的貫穿。想要在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上占據(jù)一席之地，擁有良好的可靠性是我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)商努力的大方向，機(jī)械零部件的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)其重要性不言而喻。因此，在對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究時(shí)，不僅要有創(chuàng)新的思想，還要有科學(xué)可靠的設(shè)計(jì)方法。

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