關(guān)于振動(dòng)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)分析

杜佩明+何尚文

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。所謂可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)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(zhì)。由于工程材料的離散性以及測(cè)量、加工、制造和安裝誤差等因素的影響，機(jī)械產(chǎn)品的系統(tǒng)參數(shù)具有不確定性，因此，我們對(duì)振動(dòng)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。文章結(jié)合當(dāng)今可靠性工程學(xué)科，對(duì)振動(dòng)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)分析做出相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)機(jī)械；可靠性設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)分析

1 振動(dòng)機(jī)械中的振動(dòng)

振動(dòng)機(jī)械是通過彈性介質(zhì)來傳送機(jī)械振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)是指物體或者質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)有下面幾種分類：圓或橢圓振動(dòng)，即振動(dòng)體的振動(dòng)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(tái)振動(dòng)電機(jī)安裝在振動(dòng)機(jī)械機(jī)體上，便可產(chǎn)生這種運(yùn)動(dòng)。直線振動(dòng)：振動(dòng)體的振動(dòng)軌跡在水平面及垂直面上的投影都是直線；復(fù)合振動(dòng)：振動(dòng)體的振動(dòng)是由兩組激振系統(tǒng)產(chǎn)生的；旋振動(dòng)：振動(dòng)體的振動(dòng)軌跡在水平面上的投影是一圓或橢圓，而旋振動(dòng)又可以分為：平旋型振動(dòng)、渦旋型振動(dòng)、復(fù)旋型振動(dòng)三種形式。振動(dòng)機(jī)械經(jīng)過了不斷地更新和發(fā)展，目前我國的振動(dòng)機(jī)械新產(chǎn)品有以下技術(shù)特點(diǎn)：能夠預(yù)防長距離振動(dòng)輸送機(jī)產(chǎn)生彈性彎曲，保持振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)穩(wěn)定；可以消除構(gòu)件焊接內(nèi)應(yīng)力，有效防止螺釘和螺帽松動(dòng)，也防止了塞孔堵塞，減小二次隔振傳給基礎(chǔ)振動(dòng)等。

2 振動(dòng)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)

振動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)包括整機(jī)產(chǎn)品和零部件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的方式有兩種，一種是根據(jù)零部件的可靠性預(yù)測(cè)結(jié)果，計(jì)算產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，對(duì)一些關(guān)鍵性零部件進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行評(píng)審、修改、直到滿足指標(biāo)為止；另一種是對(duì)零部件進(jìn)行可靠性分析，按照比例分配，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件或者質(zhì)量成熟穩(wěn)定的零件，按照類比的選擇設(shè)計(jì)。機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中具有重要作用，它對(duì)機(jī)械是否能夠穩(wěn)定的工作起決定性作用。由于機(jī)械產(chǎn)品可靠性涉及的領(lǐng)域太多、太廣，以及基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)獲取的困難性，機(jī)械的可靠性在實(shí)際操作中并不能廣泛應(yīng)用。所以，近年來國內(nèi)外對(duì)其投入了大量精力進(jìn)行系統(tǒng)研究，并取得了一定的進(jìn)展。例如，我們以傳統(tǒng)的選煤機(jī)械為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提出了如何提高振動(dòng)零件可靠性的方法：通過把機(jī)械固有的頻率、激振力頻率、振動(dòng)響應(yīng)按照實(shí)際處理為隨機(jī)變量，確定了振動(dòng)機(jī)械零件的可靠度。此外，我們?cè)谶M(jìn)行研究的同時(shí)，對(duì)零件容易損壞關(guān)鍵部件進(jìn)行可靠性分析計(jì)算，進(jìn)而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算。這些例子可作為以后的可靠性設(shè)計(jì)的參考。日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)振動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品和振動(dòng)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，要能夠不斷提高結(jié)構(gòu)的性能周期、降低原材料消耗和制造成本，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，但為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，必須在對(duì)原材料進(jìn)行篩選的時(shí)候，嚴(yán)格把控。盡管如此，振動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品經(jīng)常發(fā)生失效的情況。機(jī)械產(chǎn)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(duì)這些情況，我們必須對(duì)其進(jìn)行可靠性維修，所謂可靠性維修是以可靠性理論為基礎(chǔ)，通過對(duì)影響可靠性的因素具體分析和試驗(yàn)，應(yīng)用邏輯分析決斷法，科學(xué)制定維修內(nèi)容，優(yōu)選維修方式，合理確定使用期，來控制和維持機(jī)械設(shè)備使用的可靠性的一種方法。機(jī)械產(chǎn)品的可靠性和可維修性是一樣的，在產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的同時(shí)，也要進(jìn)行維修性的設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品在使用中存在的問題容易發(fā)現(xiàn)，避免產(chǎn)生重大事故。另外，我們?cè)趯?duì)產(chǎn)品進(jìn)行維修性的設(shè)計(jì)時(shí)，盡量要以最低的費(fèi)用來保持和恢復(fù)設(shè)備的固有可靠性水平，盡量減少排除故障所用的維修時(shí)間。這便要求我們要在可靠的理論基礎(chǔ)上制定合理的維修規(guī)程，使用標(biāo)準(zhǔn)的維修工具及設(shè)備，提高維修人員的技術(shù)水平，使機(jī)械維修的工作面向科學(xué)化、現(xiàn)代化。

3 振動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)分析

我們對(duì)一個(gè)振動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)劃，在方案設(shè)計(jì)階段，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品定義、功能分析、對(duì)求解變量、初始變量、變量設(shè)計(jì)，以及工程經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。然后繪制草圖，確定比例，進(jìn)而擬訂計(jì)劃，進(jìn)行造型和零部件優(yōu)化，整理變量。隨后估計(jì)載荷，進(jìn)行構(gòu)件試驗(yàn)，部件仿真和計(jì)算數(shù)據(jù)，最后定性，執(zhí)行開發(fā)，進(jìn)行弱點(diǎn)分析。產(chǎn)品設(shè)計(jì)好以后并不能立即投入使用，在使用之前還要多次進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，確定固有的可靠性，以保證產(chǎn)品的制造是安全的。

振動(dòng)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)最初是可靠性設(shè)計(jì)量的分布參數(shù)，由于材質(zhì)，制造、安裝、維修工藝的離散性以及載荷和運(yùn)行參數(shù)的隨機(jī)性，機(jī)械零件的激振力頻率、固有頻率、振動(dòng)響應(yīng)、失穩(wěn)轉(zhuǎn)速、流體彈性激振的臨界流速、聲學(xué)駐波頻率等振動(dòng)設(shè)計(jì)量是非定值，即隨機(jī)變量，所以設(shè)計(jì)起來極為復(fù)雜。但考慮到我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，都希望其壽命周期長，經(jīng)濟(jì)效益高。所以，我們便在原來的可靠性設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行了創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的振動(dòng)體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上引入概率論和數(shù)量統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計(jì)方法，這樣便使所設(shè)計(jì)的零件具有可預(yù)測(cè)性，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)符合工程實(shí)際。在生產(chǎn)實(shí)踐中，許多振動(dòng)零件的損壞與振動(dòng)有關(guān)，我們?cè)趥鹘y(tǒng)的方法上進(jìn)行振動(dòng)設(shè)計(jì)，把零件的振動(dòng)設(shè)計(jì)量取為定值，雖然在理論基礎(chǔ)上可以判斷設(shè)計(jì)是否安全，但是我們?cè)趯?shí)際操作中，無法預(yù)知結(jié)果。這也是振動(dòng)問題的復(fù)雜之處，仍需要進(jìn)一步地研究和探索。

4 結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)振動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品提出了更高的要求。所以我們要采用可靠性的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出貼近實(shí)際的方案，來降低原材料的消耗和制造成本，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)。便其能夠在傳統(tǒng)的方法上進(jìn)行創(chuàng)新，學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)，取其精華，去其糟粕，從而研發(fā)出可靠性的振動(dòng)機(jī)械設(shè)備，并結(jié)合當(dāng)今可靠性工程學(xué)科研發(fā)，使振動(dòng)機(jī)械技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展有一個(gè)全面的、客觀的認(rèn)識(shí)，成為一種以智力為依托的高新技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：杜佩明（1996，11-），男，河南省新鄉(xiāng)市，本科，鄭州大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院工程力學(xué)專業(yè)。