關于振動機械的可靠性設計分析

杜佩明+何尚文

摘 要：隨著科學技術的發(fā)展，我們對產品的設計要求越來越高，不僅要具有良好的性能，還要有更高的可靠性水平，這就需要我們采用可靠性設計。所謂可靠性是指產品在規(guī)定時間和規(guī)定使用條件下，可以完成規(guī)定功能的能力或性質。由于工程材料的離散性以及測量、加工、制造和安裝誤差等因素的影響，機械產品的系統(tǒng)參數具有不確定性，因此，我們對振動機械的可靠性設計必須進行優(yōu)化設計分析。文章結合當今可靠性工程學科，對振動機械的可靠性設計分析做出相關探討。

關鍵詞：振動機械；可靠性設計；設計分析

1 振動機械中的振動

振動機械是通過彈性介質來傳送機械振動。機械振動是指物體或者質點在其平衡位置附近所作的往復運動。機械振動有下面幾種分類：圓或橢圓振動，即振動體的振動軌跡在水平面上的投影是一條直線，而在垂直面上的投影為一圓或者橢圓。通常將一臺振動電機安裝在振動機械機體上，便可產生這種運動。直線振動：振動體的振動軌跡在水平面及垂直面上的投影都是直線；復合振動：振動體的振動是由兩組激振系統(tǒng)產生的；旋振動：振動體的振動軌跡在水平面上的投影是一圓或橢圓，而旋振動又可以分為：平旋型振動、渦旋型振動、復旋型振動三種形式。振動機械經過了不斷地更新和發(fā)展，目前我國的振動機械新產品有以下技術特點：能夠預防長距離振動輸送機產生彈性彎曲，保持振動機械振動穩(wěn)定；可以消除構件焊接內應力，有效防止螺釘和螺帽松動，也防止了塞孔堵塞，減小二次隔振傳給基礎振動等。

2 振動機械的可靠性設計

振動機械產品的可靠性設計包括整機產品和零部件的設計。設計的方式有兩種，一種是根據零部件的可靠性預測結果，計算產品的可靠性指標，對一些關鍵性零部件進行可靠性試驗，對其進行評審、修改、直到滿足指標為止；另一種是對零部件進行可靠性分析，按照比例分配，盡量采用標準件或者質量成熟穩(wěn)定的零件，按照類比的選擇設計。機械的可靠性設計在機械設計中具有重要作用，它對機械是否能夠穩(wěn)定的工作起決定性作用。由于機械產品可靠性涉及的領域太多、太廣，以及基礎性數據獲取的困難性，機械的可靠性在實際操作中并不能廣泛應用。所以，近年來國內外對其投入了大量精力進行系統(tǒng)研究，并取得了一定的進展。例如，我們以傳統(tǒng)的選煤機械為基礎，結合生產實際，提出了如何提高振動零件可靠性的方法：通過把機械固有的頻率、激振力頻率、振動響應按照實際處理為隨機變量，確定了振動機械零件的可靠度。此外，我們在進行研究的同時，對零件容易損壞關鍵部件進行可靠性分析計算，進而對整個系統(tǒng)進行分析計算。這些例子可作為以后的可靠性設計的參考。日益激烈的市場競爭，對振動機械產品和振動控制系統(tǒng)提出了更高的要求，要能夠不斷提高結構的性能周期、降低原材料消耗和制造成本，進一步優(yōu)化產品設計技術，但為了保證產品的質量，必須在對原材料進行篩選的時候，嚴格把控。盡管如此，振動機械產品經常發(fā)生失效的情況。機械產品常見的失效形式有以下幾種：突然失效、漸變失效、早期失效、偶然失效、耗損失效。面對這些情況，我們必須對其進行可靠性維修，所謂可靠性維修是以可靠性理論為基礎，通過對影響可靠性的因素具體分析和試驗，應用邏輯分析決斷法，科學制定維修內容，優(yōu)選維修方式，合理確定使用期，來控制和維持機械設備使用的可靠性的一種方法。機械產品的可靠性和可維修性是一樣的，在產品進行可靠性設計的同時，也要進行維修性的設計，使得產品在使用中存在的問題容易發(fā)現，避免產生重大事故。另外，我們在對產品進行維修性的設計時，盡量要以最低的費用來保持和恢復設備的固有可靠性水平，盡量減少排除故障所用的維修時間。這便要求我們要在可靠的理論基礎上制定合理的維修規(guī)程，使用標準的維修工具及設備，提高維修人員的技術水平，使機械維修的工作面向科學化、現代化。

3 振動機械的設計分析

我們對一個振動機械產品進行設計時，首先對產品進行規(guī)劃，在方案設計階段，對產品進行產品定義、功能分析、對求解變量、初始變量、變量設計，以及工程經濟方面進行評價。然后繪制草圖，確定比例，進而擬訂計劃，進行造型和零部件優(yōu)化，整理變量。隨后估計載荷，進行構件試驗，部件仿真和計算數據，最后定性，執(zhí)行開發(fā)，進行弱點分析。產品設計好以后并不能立即投入使用，在使用之前還要多次進行反復試驗，確定固有的可靠性，以保證產品的制造是安全的。

振動機械的可靠性設計最初是可靠性設計量的分布參數，由于材質，制造、安裝、維修工藝的離散性以及載荷和運行參數的隨機性，機械零件的激振力頻率、固有頻率、振動響應、失穩(wěn)轉速、流體彈性激振的臨界流速、聲學駐波頻率等振動設計量是非定值，即隨機變量，所以設計起來極為復雜。但考慮到我們設計一個產品，都希望其壽命周期長，經濟效益高。所以，我們便在原來的可靠性設計方法上進行了創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的振動體設計的基礎上引入概率論和數量統(tǒng)計為基礎的可靠性設計方法，這樣便使所設計的零件具有可預測性，使產品的設計符合工程實際。在生產實踐中，許多振動零件的損壞與振動有關，我們在傳統(tǒng)的方法上進行振動設計，把零件的振動設計量取為定值，雖然在理論基礎上可以判斷設計是否安全，但是我們在實際操作中，無法預知結果。這也是振動問題的復雜之處，仍需要進一步地研究和探索。

4 結束語

科學技術的快速發(fā)展，對振動機械產品提出了更高的要求。所以我們要采用可靠性的設計，設計出貼近實際的方案，來降低原材料的消耗和制造成本，提高產品的設計技術。便其能夠在傳統(tǒng)的方法上進行創(chuàng)新，學習國外先進技術，取其精華，去其糟粕，從而研發(fā)出可靠性的振動機械設備，并結合當今可靠性工程學科研發(fā)，使振動機械技術在機械領域的應用和發(fā)展有一個全面的、客觀的認識，成為一種以智力為依托的高新技術。

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作者簡介：杜佩明（1996，11-），男，河南省新鄉(xiāng)市，本科，鄭州大學力學與工程科學學院工程力學專業(yè)。