機械可靠性優(yōu)化設計的應用研究

李豐紅

（呂梁職業(yè)技術學院，山西孝義　032300）

機械可靠性優(yōu)化設計的應用研究

李豐紅

（呂梁職業(yè)技術學院，山西孝義032300）

近年來，隨著機械生產(chǎn)技術要求越來越高，機械可靠性設計正在不斷面臨著極大的挑戰(zhàn)，而機械性能的穩(wěn)定性直接影響到工業(yè)生產(chǎn)的正常運行。因此工廠針對機械可靠性的研究，并根據(jù)機械運行情況制定出相應的優(yōu)化策略，可以確保機械可靠生產(chǎn)，從而維持工廠穩(wěn)定生產(chǎn)。本文針對機械優(yōu)化設計相關應用進行研究，提出了一些具體優(yōu)化策略，以期對提升機械安全可靠運行有所裨益。

機械可靠性優(yōu)化設計應用

可靠性、穩(wěn)定性是衡量機械產(chǎn)品的重要指標，也是工業(yè)生產(chǎn)中機械正常運行的可靠性保障。工業(yè)的發(fā)達是依靠科技推動的，科技推動工業(yè)發(fā)展的承載點則表現(xiàn)在機械產(chǎn)品中。因此，在科技高速發(fā)展的今天，對于機械產(chǎn)品的可靠性要求變得越來越高，那么在實際工作中要想提升機械產(chǎn)品的可靠性與穩(wěn)定性則必須加入機械可靠性優(yōu)化設計。將機械產(chǎn)品與日常工作環(huán)境聯(lián)系起來，然后展開優(yōu)化設計，并及時更新機械零部件的性能配置，實現(xiàn)機械產(chǎn)品可靠性提升。本文針對機械優(yōu)化設計相關問題進行研究，以實際機械產(chǎn)品優(yōu)化案例進行分析，為實現(xiàn)機械可靠性優(yōu)化提供相應指導。

1　機械可靠性優(yōu)化設計的重要性

機械可靠性設計時以成品的可靠性作為基準，將外載力、零部件尺寸、承受能力等各項參數(shù)融合起來考慮。然后應用力學理論、概率理論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計學等做出機械可靠性保障方案。傳統(tǒng)機械設計方法又被稱為安全系數(shù)法，其在機械可靠性優(yōu)化設計的時候只要確保安全設計系數(shù)大于規(guī)定的數(shù)值即可，但是在實際應用中機械可靠性設計往往忽略了設計參數(shù)的隨機性。因此在實際研究中應注意將力學作為隨機變量，機械可靠性設計中認為各個受力因素會受到環(huán)境的影響，因為環(huán)境因素也是一個變量，還存在著一定的規(guī)律性可循［1］。機械強度受到材料的性能、加工精度、工藝環(huán)節(jié)的波動等影響，也呈現(xiàn)出一種波動性規(guī)律變化。機械可靠性設計的時候，應根據(jù)設計的不同的要求選取不同的特征函數(shù)，注意在計算的時候應考慮其離散性，使用概率統(tǒng)計方法進行計算求解。機械可靠性設計的時候應考慮到各個參數(shù)的隨機分布，還應據(jù)此來分析出機械的實際工作狀況。

2　機械可靠性優(yōu)化設計案例

本次機械可靠性優(yōu)化設計研究選取蝸桿減速器優(yōu)化設計作為研究的主要內(nèi)容，一級蝸桿減速器的主要失效形式有：渦輪齒面點蝕、渦輪齒折斷、鍵壓潰、軸折斷、軸承實效等幾類。針對蝸桿進行可靠性優(yōu)化設計的時候，其優(yōu)化模型為：Rs=Rcf·Rch·Rz·Rj·Rg。其中Rcf表示蝸輪齒根彎曲疲勞的可靠度；Rch表示渦輪齒面接觸疲勞可靠度；Rz表示輪軸的可靠度；Rg表示滾動輪軸可靠度；Rj表示鍵可靠度。蝸桿減速器進行變量設計的時候，將蝸桿的模數(shù)定為m，蝸桿直徑系數(shù)為q、蝸桿軸直徑ds、蝸桿頭數(shù)zl、傳動比i、渦輪軸長度L?？煽啃栽O計變量表示如圖1所示，其中X=｛m，z1、q、L、i、ds｝。

圖1　蝸桿減速器變量優(yōu)化設計圖

蝸桿減速器的體積主要受到蝸輪、蝸輪軸、蝸桿等因素的影響，因此取三者的體積作為目標函數(shù)：

Minf1（x）=π/4｛B2（mz2）2+L1（mq）2+m2（q-2.4）2（0.9mz2-L1）+ds2［L-（1.5ds-B2）］｝。其中蝸輪齒寬度為B2=［m（q+2）-0.5m］sina+0. 8m。a=50°，a表示蝸輪齒寬度。則根據(jù)蝸桿可靠性優(yōu)化設計相關計算，必須建立相應的約束條件，其中，其中式子中的H］［σ表示蝸桿允許的接觸應力。蝸輪軸的強度為。其中式子中的MD表示危險截面積的彎矩均值。

3　機械可靠性設計建議

3.1權衡和耐環(huán)境設計

針對機械進行耐環(huán)境和權衡和設計，有利于設計者找出機械相對可靠的設計方案，并對機械的質(zhì)量、成本、體積以及可靠性等完成優(yōu)化。耐環(huán)境設計主要是基于綜合考慮的一種設計方式，從機械的零部件出發(fā)，將零部件的壽命周期內(nèi)的各種環(huán)境考慮進去［2］。

3.2預防故障設計法

機械設備正常運行與否關系到機械設備的整體運作功能是否在完整的串聯(lián)中各自發(fā)揮出自身的作用。整體功能大于部分功能將成為機械可靠性設計的重要目標，機械優(yōu)化設計中首先要重視機械設備的可靠性，并對零部件進行嚴格的需求控制和選擇控制。預防故障法設計中應對選用的零部件和通用不見進行驗證分析，最大限度對故障進行分析。

3.3簡化以及余度設計優(yōu)化

機械優(yōu)化設計中，簡化設計作為一種基礎設計，其設計思路明確，即零部件的數(shù)量應盡可能避免冗余，減少故障出現(xiàn)。機械的可靠性優(yōu)化設計中必須對其錯誤故障進行統(tǒng)計分析，從小故障處理做起盡可能保障機械的可靠性。通過簡化和余度設計優(yōu)化可以有效提升可靠性生產(chǎn)以及避開故障的能力。簡化優(yōu)化設計即對機械生產(chǎn)中的一些不必要方式進行優(yōu)化，減少一些超標負荷承載工作，調(diào)整機械各個部件的生產(chǎn)情況。

4　結語

機械可靠性關系著機械日常生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行，因此其重要性不言而喻，那么在實際工作中必須對機械可靠性進行優(yōu)化。通過優(yōu)化機械可靠性運行模式，使得機械在日常工作中發(fā)揮出其主要功用，為保持機械穩(wěn)定生產(chǎn)做出努力。本文針對機械可靠性優(yōu)化設計相關問題進行研究，針對蝸桿減速器優(yōu)化設計案例進行分析，最后提出了一些建設性意見與相關研究同仁共同學習和交流。

［1］趙啟焱，羅明生，黃超.機械CAD技術在機械可靠性優(yōu)化設計中的應用前瞻［J］.河南科技，2013（14）：105.

［2］王霄琳.機械CAD技術在機械可靠性優(yōu)化設計中的應用［J］.中國科技信息，2014（16）：146-147.

李豐紅（1962—），男，山西汾陽人，本科，畢業(yè)于太原理工大學，高級工程師，研究方向：煤機液壓。