機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)探討

張琦

摘 要：對(duì)機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量性能具有重要意義，需要對(duì)各環(huán)節(jié)要求進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的有效性?；跈C(jī)械產(chǎn)品可靠性特點(diǎn)以及專業(yè)設(shè)計(jì)原則，確定可靠性設(shè)計(jì)流程，并對(duì)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，積極應(yīng)用各項(xiàng)新型技術(shù)與理念，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)高效性。本文對(duì)機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品；可靠性設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)原則

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.267

在機(jī)械制作行業(yè)快速發(fā)展背景下，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品可靠性研究不斷深入，并取得了一定效果，但是因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品可靠性涉及內(nèi)容較多，以及缺失基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，很大程度上限制了機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)成果。為進(jìn)一步提高機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)效果，需要在原有經(jīng)驗(yàn)下進(jìn)行創(chuàng)新，遵循專業(yè)原則，做好每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制。

1 機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 預(yù)計(jì)難度大

機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高，相應(yīng)的其失效機(jī)理在分析上難度也比較大，再加上沒有準(zhǔn)確完整的數(shù)據(jù)作為支持，很難準(zhǔn)確預(yù)計(jì)機(jī)械零部件的可靠性。并且，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品來說，可靠性建模難度高，對(duì)于只能根據(jù)系統(tǒng)可靠性建模預(yù)計(jì)可靠性的方法并不適用，導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)無(wú)法正常進(jìn)行。

1.2 故障模式多

機(jī)械產(chǎn)品故障模式受多種因素影響，包括材料、載荷性質(zhì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)大小等，并且不同故障模式之間還存在密切聯(lián)系，想要有效解決要面臨較大難度。想要實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能時(shí)，因?yàn)樗x結(jié)構(gòu)形式不同，機(jī)械產(chǎn)品零部件應(yīng)力狀態(tài)也存在較大差異。其中，規(guī)定功能失去原因包括結(jié)構(gòu)損壞、失調(diào)、老化、滲漏、堵塞、松脫等，或者是各種組合的多種表現(xiàn)形式，并且同一故障模式在不同部位表現(xiàn)不同，使得產(chǎn)品故障模式分析難度大[1]。

1.3 故障類型多

機(jī)械產(chǎn)品故障同時(shí)包括偶然性故障與耗損性故障，這樣無(wú)疑是增加了產(chǎn)品可靠性分析設(shè)計(jì)的難度，各項(xiàng)因素的控制與管理難度更大。其中，損耗性故障主要是因?yàn)榱悴考p、腐蝕、疲勞、老化等，具有漸變性特點(diǎn)，故障率為時(shí)間的函數(shù)，可以利用極限狀態(tài)準(zhǔn)則來判斷漸變性失效性[2]。與偶然性故障有著明確區(qū)別，選擇應(yīng)用故障率為常數(shù)的數(shù)學(xué)模型描述也存在較大限制。為提高機(jī)械產(chǎn)品可靠性，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要加強(qiáng)對(duì)耐久性的設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)產(chǎn)品零部件壽命。

2 機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)原則

2.1 設(shè)計(jì)方法相結(jié)合

將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行有效結(jié)合，與可靠性設(shè)計(jì)相比，雖然傳統(tǒng)安全系數(shù)法存在諸多不足，但是在實(shí)際應(yīng)用中具有簡(jiǎn)單、直觀、設(shè)計(jì)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，大部分情況下可以保證機(jī)械零部件具有較高可靠性，可以滿足專業(yè)設(shè)計(jì)要求。并且，部分情況下機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)難度較大，因此仍需要做好安全系數(shù)法的應(yīng)用研究。將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)合分析，即利用概率設(shè)計(jì)法來對(duì)安全系數(shù)法進(jìn)行完善和改進(jìn)，對(duì)部分條件成熟以及精度要求高的零部件來進(jìn)行可靠性概率設(shè)計(jì)[3]。其中，在應(yīng)用可靠性定量設(shè)計(jì)方法時(shí)，機(jī)械零部件所有結(jié)構(gòu)與尺寸確定難度大，便可以先通過傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法來確定零部件結(jié)構(gòu)與尺寸，然后通過相應(yīng)模型來完成可靠性定量計(jì)算。對(duì)于無(wú)法按滿足可靠性要求的零部件，則應(yīng)進(jìn)一步對(duì)結(jié)構(gòu)、尺寸等進(jìn)行調(diào)整，通過校核試驗(yàn)后，確定且達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 定性定量相結(jié)合

采用定性與定量相互結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，需要先根據(jù)產(chǎn)品與零部件設(shè)計(jì)需求，確定可靠性定性與定量要求，遵循可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和收集，作為產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)依據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要與可能，來逐步完成可靠性定量設(shè)計(jì)。在針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先完成FTA、FMECA等分析，確定重要件與關(guān)鍵件，以及產(chǎn)品與零部件重要故障模式與故障機(jī)理，然后根據(jù)不同故障模式和機(jī)理來按成不同零部件的定量與定性設(shè)計(jì)。

3 機(jī)械產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)改進(jìn)

3.1 關(guān)鍵件試驗(yàn)改進(jìn)

設(shè)計(jì)圖樣完全可以反映出機(jī)械產(chǎn)品與各零部件設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)于常規(guī)零部件來說，基本上只需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣來進(jìn)行檢查即可，但是對(duì)于新設(shè)計(jì)的零部件則需要按照規(guī)范對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，尤其是關(guān)鍵件更是要進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)結(jié)果對(duì)各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，改進(jìn)設(shè)計(jì)效果。其中，零部件試驗(yàn)包括新設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)、高速軸靜平衡/動(dòng)平衡試驗(yàn)等；組件試驗(yàn)包括可靠性試驗(yàn)與性能試驗(yàn)，且均在臺(tái)架上進(jìn)行，且要根據(jù)產(chǎn)品運(yùn)行工作環(huán)境，來對(duì)載荷、溫度等工況參數(shù)進(jìn)行如實(shí)模擬。經(jīng)過試驗(yàn)后確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在的缺陷，確定原因后進(jìn)行改進(jìn)。

3.2 產(chǎn)品試驗(yàn)改進(jìn)

機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)完成后，也需要對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)結(jié)果來進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，保證可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。主要包括產(chǎn)品臺(tái)架試驗(yàn)與使用試驗(yàn)，其中臺(tái)架試驗(yàn)又包括可靠性試驗(yàn)、性能試驗(yàn)以及耐久性試驗(yàn)等；使用試驗(yàn)包括性能試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)。對(duì)于試驗(yàn)改進(jìn)環(huán)節(jié)來說，為機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)基本流程，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)需求來對(duì)流程進(jìn)行剪裁，保證可以滿足產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)涉及到的內(nèi)容眾多，并且結(jié)構(gòu)故障模式與機(jī)理復(fù)雜度高，在分析研究時(shí)具有很大難度。基于其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可以采取傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與可靠性設(shè)計(jì)方法的有效結(jié)合，以及定量與定性設(shè)計(jì)結(jié)合方式，做好各零部件設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過試驗(yàn)后確定所存不足并改進(jìn)，保證設(shè)計(jì)結(jié)果可以滿足專業(yè)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷勃.基于機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)分析[J].科技展望，2016（35）：45.

[2]卓紅艷，劉志強(qiáng)，金曉，葉長(zhǎng)春，陳濤，陳代兵.基于機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)分析[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013（03）：124-125.

[3]張福斌.基于系統(tǒng)工程方法論的機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2012（04）：105-106+188.