機械零部件的可靠性優(yōu)化設(shè)計探究

摘 要：機械產(chǎn)品的可靠性是衡量機械產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機械產(chǎn)品的可靠性要求也日益提高。要提高機械產(chǎn)品的可靠性，必須首先從設(shè)計上解決機械產(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)是使我國機械產(chǎn)品在國際市場上具有競爭力的重要保證，機械零部件的可靠性優(yōu)化設(shè)計其重要性不言而喻。機械零部件的設(shè)計不僅需要的是與時俱進、把脈時代的創(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)計的科學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：零部件 可靠性 優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TH122 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0083-01

1 機械零部件可靠性設(shè)計的作用

可靠性設(shè)計是指以形成產(chǎn)品可靠性為目標(biāo)的設(shè)計技術(shù)，又稱概率設(shè)計，將外載荷、承受能力、零部件尺寸等各設(shè)計參數(shù)看作隨機性的變量，并服從一定的分布，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計、概率論與力學(xué)理論，綜合所有隨機因素的影響，得出避免零部件出現(xiàn)破壞概率的相關(guān)公式，由此形成與實際情況相符合的零部件設(shè)計，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)計法的作用體現(xiàn)在兩個問題的解決。首先，分析計算根據(jù)設(shè)計而進行，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)計者和生產(chǎn)者對零部件可靠性有清晰明確的了解。

2 機械零部件可靠性優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)狀

目前，主要使用可靠性優(yōu)化設(shè)計方法還是傳統(tǒng)的設(shè)計方法。這種方法在設(shè)計機械零件時，一般都將零件的強度、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)實際使用經(jīng)驗規(guī)定的某一數(shù)值相比較，如果前者大于后者，就說明零件是安全的。但是由于沒有考慮到各參數(shù)的隨機性，把各個設(shè)計參數(shù)看成是單一的確定值，因此并不能預(yù)測零部件可靠運行的概率，很難與客觀實際的最優(yōu)化方案相符，設(shè)計人員也不好把握其設(shè)計產(chǎn)品的可靠性。

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

3 機械零部件可靠性設(shè)計方法

機械零部件可靠性的設(shè)計不僅需要的是與時俱進、把脈時代的創(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)計的科學(xué)方法。機械零部件可靠性設(shè)計是基于傳統(tǒng)機械設(shè)計以及其他的優(yōu)化設(shè)計方法進行的，由于機械產(chǎn)品有著千差萬別的功能和結(jié)構(gòu)相異之處，因此，機械零部件可靠性的設(shè)計方法以及優(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

權(quán)衡設(shè)計是對可靠性、質(zhì)量、體積、成本等要素進行綜合衡量后，制定出最佳方案的設(shè)計方法。耐環(huán)境設(shè)計也是進行綜合考慮的一種優(yōu)化設(shè)計方式，從機械零部件生產(chǎn)之初，就將零部件在整個壽命周期內(nèi)可能遭遇的各種環(huán)境影響考慮在內(nèi)，包括運輸?shù)呐鲎?、空氣干濕程度對設(shè)備的作用、設(shè)備保養(yǎng)合理程度等，通過對這些環(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，從而進行保護和保證零部件自身乃至機械設(shè)備的可靠性。

3.2 預(yù)防故障設(shè)計法

機械設(shè)備的運作是整體性運作，處于完整的串聯(lián)式系統(tǒng)中。實現(xiàn)“整體功能大于部分功能之和”的目標(biāo)，優(yōu)化機械設(shè)備的可靠性，首先需要優(yōu)化零部件的可靠性。機械設(shè)備的零部件需要進行嚴(yán)格的選擇和控制，對外購件需要嚴(yán)格把控，標(biāo)準(zhǔn)件和通用件要優(yōu)先選用。選用之前要對零部件進行分析驗證，最大程度利用故障分析成果，以成熟的經(jīng)驗和經(jīng)過分析驗證證實的方案。

3.3 簡化與余度設(shè)計

簡化設(shè)計指的是在滿足特定功能的條件下，設(shè)計應(yīng)該合理簡化，如零部件的數(shù)量盡量避免冗余。所謂“多個香爐多只鬼”，越復(fù)雜越容易出現(xiàn)錯誤和故障，可靠性的優(yōu)化就更無從談起了。這不僅是可靠性優(yōu)化設(shè)計的一個基本原則，也是避開故障、提高可靠性的最有效方式。簡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)計則是從整體入手，類似于計算機中的備份功能。通過對完成規(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，機械設(shè)備整體系統(tǒng)依然保存著規(guī)定的功能。

3.4 概率設(shè)計法

將應(yīng)力一強度干涉理論作為基礎(chǔ)原理支撐，把應(yīng)力和強度作為服從一定分布的隨機變量處理。處理設(shè)計對象中與設(shè)計有關(guān)的參數(shù)、變量等部分，成為服從特定的統(tǒng)計規(guī)律的隨機變量，建立符合可靠性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的概率數(shù)學(xué)模型，通過概率與數(shù)理統(tǒng)計理論和強度理論，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)計參數(shù)。這種方法巧妙地填補了常規(guī)設(shè)計的缺陷，而且較為貼近生產(chǎn)實際。

4 結(jié)語

綜上所述，機械可靠性設(shè)計的方法是在傳統(tǒng)方法以及旁支方式上得到發(fā)展與完善的。成功的機械零部件可靠性優(yōu)化設(shè)計，在把握設(shè)計參數(shù)的隨機性、多參數(shù)的設(shè)計以及在設(shè)計中預(yù)測該零部件的可靠度等問題上都有全局性思路的貫穿。想要在國際市場競爭上占據(jù)一席之地，擁有良好的可靠性是我國機械產(chǎn)品生產(chǎn)商努力的大方向，機械零部件的可靠性優(yōu)化設(shè)計其重要性不言而喻。因此，在對這個問題進行研究時，不僅要有創(chuàng)新的思想，還要有科學(xué)可靠的設(shè)計方法。

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