機(jī)械零部件的可靠性設(shè)計(jì)分析

席彥琴

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生產(chǎn)生活的不斷進(jìn)步，核電能源在各方面都發(fā)揮了重要作用。當(dāng)前，核電儀控制的自動(dòng)化水平越來越高，對(duì)機(jī)械零部件的可靠性要求也越來越嚴(yán)格，只有做好零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能保證核電儀控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要對(duì)機(jī)械可靠性及其工作的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)其可靠性設(shè)計(jì)展開探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械零部件；可靠性；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；核電儀控自動(dòng)化

1 緒論

近年來，我國(guó)的核電儀控自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，而核電儀控自動(dòng)化系統(tǒng)的迅速發(fā)展是離不開我國(guó)零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，我國(guó)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法以及生產(chǎn)制造在很大程度上影響著我國(guó)核電儀控自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，并且為其發(fā)展提供保障。隨著科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)的相關(guān)部門也對(duì)機(jī)械零部件的可靠性設(shè)計(jì)有著很高的重視，本文將通過機(jī)械零部件的可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)的分析，希望能夠?qū)ξ覈?guó)核電儀控自動(dòng)化系統(tǒng)做出一份力所能及的貢獻(xiàn)。

2 機(jī)械可靠性及其工作的特點(diǎn)

2.1 機(jī)械可靠性的特點(diǎn)

對(duì)于機(jī)械的發(fā)展來說，它的可靠性是尤為重要的，而機(jī)械產(chǎn)品可靠性不強(qiáng)，那么它的機(jī)械產(chǎn)品將會(huì)有著很大的質(zhì)量問題。我們平時(shí)所說的機(jī)械產(chǎn)品的失效，主要的原因是因?yàn)楹膿p型失效，例如疲勞、設(shè)備出現(xiàn)老化或者是磨損的現(xiàn)象，以及強(qiáng)度的退化現(xiàn)象等等，這些都是屬于損耗形型失效。機(jī)械的產(chǎn)品效率也較隨著時(shí)間的變化而不斷的變化，但是這種變化并不是恒定的數(shù)值，因?yàn)榉线@一特征分布形態(tài)的有很多種，例如正態(tài)分布、或者是對(duì)數(shù)正態(tài)分布，以及極致分布等等。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的攝像模式來說是有很多的，每一個(gè)零部件都有很多種重要的攝像模式，但是現(xiàn)如今的機(jī)械產(chǎn)品都是依靠零部件所組成的，而這些零部件大多都是非標(biāo)準(zhǔn)的零部件，這樣一來，就導(dǎo)致了他的失效統(tǒng)計(jì)值是十分分散的，不容易統(tǒng)計(jì)，也會(huì)造成人工的失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)困難，例如電子產(chǎn)品，就很難進(jìn)行失效率的統(tǒng)計(jì)。對(duì)于這些產(chǎn)品來說，不同的視角模式都是息息相關(guān)的，進(jìn)行可靠性的分析時(shí)就需要對(duì)失效模式的相關(guān)性進(jìn)行一定的考慮工作。

2.2 機(jī)械可靠性工作的特點(diǎn)

對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品可靠性工作的特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，大多都是根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)來作為基礎(chǔ)制定可靠性的準(zhǔn)則，并且結(jié)合一系列的失效模式分析來對(duì)一項(xiàng)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行分析，得出了分析結(jié)果來為相關(guān)部門進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)使用。我們?cè)谶M(jìn)行保險(xiǎn)工作時(shí)，首先要注意事項(xiàng)模式的分析，這樣就可以有效的防止出現(xiàn)失效的可能性，這也是一項(xiàng)機(jī)械的設(shè)計(jì)宗旨，與此同時(shí)，我們還需要根據(jù)較為可靠的關(guān)鍵件和重要的件來進(jìn)行概率的設(shè)計(jì)工作，在此基礎(chǔ)上，我們還需要對(duì)產(chǎn)品的維修性和使用操作問題進(jìn)行注意。在進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)的過程中，特別是對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品來說，必須要重視它的可靠性實(shí)驗(yàn)，才能保證這項(xiàng)機(jī)械產(chǎn)品是可靠的。在必要的情況下，我們可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，也可以在現(xiàn)場(chǎng)收集一些失效的信息來作為輔助。機(jī)械產(chǎn)品的可靠性分析包括兩部分：一是失效模式的確定；二是計(jì)算失效模式發(fā)生的概率，即失效概率或可靠度?？煽慷扔?jì)算是可靠性設(shè)計(jì)分析的目的之一，而失效模式的確定以及每個(gè)失效模式的功能函數(shù)的建立則是可靠度計(jì)算的基礎(chǔ)。

3 機(jī)械可靠性的設(shè)計(jì)分析

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

我們平時(shí)所進(jìn)行的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，主要是以機(jī)械的零部件它的原有可靠性作為優(yōu)化的首要條件，并且根據(jù)他所需要的工作方式，以及現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境等等多方面的工作情況來對(duì)機(jī)械的零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，而使它的使用性能能夠滿足當(dāng)時(shí)的使用，使其能夠達(dá)到更加理想的使用效果，這樣一來，也能夠使該機(jī)械在規(guī)定的環(huán)境中發(fā)揮出更加強(qiáng)大的作用。當(dāng)我們?cè)趯?duì)機(jī)械可靠性進(jìn)行優(yōu)化的過程中，我們首先要利用一部分的數(shù)學(xué)知識(shí)來對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建工作，并且對(duì)零部件的強(qiáng)度、剛度等性能也需要進(jìn)行了解，并且使它們成為一個(gè)約束的條件，在計(jì)算的過程中，我們主要會(huì)利用函數(shù)的知識(shí)來對(duì)模型進(jìn)行一系列的計(jì)算工作，通過計(jì)算和分析得出的結(jié)果作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，來使機(jī)械的可靠性得到優(yōu)化。

3.2 靈敏度的設(shè)計(jì)分析

對(duì)于機(jī)械可靠性來說，靈敏度的設(shè)計(jì)是十分重要的，它也是可靠性中一個(gè)非常重要的組成部分，因?yàn)槲覀冊(cè)谶M(jìn)行可靠性的靈敏度設(shè)定時(shí)，首先要做到的就是根據(jù)它的機(jī)械零部件來找出反應(yīng)最為劇烈的影響因素，并且根據(jù)這些影響因素所造成的工作效果進(jìn)行一系列的評(píng)估工作，以此來對(duì)靈敏度的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這樣一來可以對(duì)零部件的靈敏參數(shù)的響應(yīng)進(jìn)行降低或者是消除，在對(duì)可靠性的靈敏度進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，也需要利用相關(guān)的數(shù)據(jù)，依據(jù)公式來計(jì)算出敏感參數(shù)的具體的數(shù)值，這樣才能為靈敏度提供一個(gè)較為準(zhǔn)確和可靠的參考條件，使其靈敏度對(duì)可靠性的影響也會(huì)降到最低，保證機(jī)械零件的可靠性。

3.3 穩(wěn)健的設(shè)計(jì)分析

對(duì)于機(jī)械可靠性的文件設(shè)計(jì)來說，它能夠最大限度的減小外界的變化而對(duì)機(jī)械零部件可靠性的影響，如果機(jī)械的文件已經(jīng)得到了很好的優(yōu)化，那么就算是機(jī)械的零部件發(fā)生了一些細(xì)小的變化，機(jī)械仍然能夠繼續(xù)進(jìn)行工作，這樣一來也可以保障機(jī)械在工作時(shí)不會(huì)由于一些較小的原因而延誤工期，或者是導(dǎo)致一些工作問題。對(duì)于機(jī)械的工作來說，他在進(jìn)行投入和使用后一定會(huì)由于各種各樣的原因和環(huán)境的因素對(duì)機(jī)械造成很多不利的影響，我們通過穩(wěn)健性的設(shè)計(jì)，也可以對(duì)這些不利的影響進(jìn)行忽視，降低零部件對(duì)這些不利影響的敏感程度，使其能夠保證一個(gè)較為相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，不會(huì)受到外界的影響而延誤工作，使機(jī)械仍然能夠發(fā)揮它本身的作用。

3.4 實(shí)驗(yàn)分析

對(duì)于實(shí)驗(yàn)分析來說，它是機(jī)械零件可靠性的最后一步工作，也是尤為重要的一步工作，當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行可靠性的設(shè)計(jì)之后，我們需要對(duì)其可靠性進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)工作，才能夠保證他不會(huì)在以后的工作中出現(xiàn)各種各樣的問題，也可以通過這項(xiàng)試驗(yàn)來得出各項(xiàng)機(jī)械零部件在各種工作狀態(tài)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，來根據(jù)這些數(shù)據(jù)反映出一些不足，并且加以改正，與此同時(shí)，我還我們還能夠檢驗(yàn)出這項(xiàng)機(jī)械是否合格，是否可以達(dá)到使用要求。實(shí)驗(yàn)分析中所得出的數(shù)據(jù)可以對(duì)機(jī)械零部件的生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行提高，并且能夠在很大程度上對(duì)機(jī)械的壽命進(jìn)行延長(zhǎng)，也可以減少機(jī)械的維修，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，如果遇到一些故障，我們需要對(duì)其進(jìn)行較為仔細(xì)的分析和研究工作，并且根據(jù)分析和研究的工作的結(jié)果，來制定出較為有針對(duì)性的解決措施，進(jìn)行該問題的解決，杜絕在實(shí)際工作中出現(xiàn)類似的現(xiàn)象，當(dāng)機(jī)械的零部件設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)了一些變更時(shí)，我們也需要對(duì)其進(jìn)行重新的試驗(yàn)工作，但是為了降低實(shí)驗(yàn)的成本，并且提高實(shí)驗(yàn)的效率，我們可以利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行一系列的模擬實(shí)驗(yàn)，這樣也能夠測(cè)試出機(jī)械零部件的使用效果。

4 機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)方法

對(duì)機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)方法來說，應(yīng)用概率的方法是一種較為傳統(tǒng)并且精確的設(shè)計(jì)方法，其中利用概率進(jìn)行檢驗(yàn)的方法中也有很多種較為詳細(xì)的方法，例如響應(yīng)面法，這種方法主要是利用函數(shù)來進(jìn)行運(yùn)算的，它是利用近似函數(shù)與對(duì)數(shù)函數(shù)進(jìn)行替換的方法，并且將一個(gè)未知的零部件狀態(tài)通過曲面的方式來進(jìn)行表達(dá)，在進(jìn)行結(jié)算的過程中，如果結(jié)算點(diǎn)附近能夠?qū)δ芎瘮?shù)進(jìn)行較好的計(jì)算，那么我們就可以保證他的分析結(jié)果是準(zhǔn)確的，與此同時(shí)，也可以使得函數(shù)計(jì)算更為簡(jiǎn)單和便捷。我們經(jīng)常利用響應(yīng)面法進(jìn)行函數(shù)計(jì)算的表達(dá)方式，有一次函數(shù)和二次函數(shù)以及兩者混合的函數(shù)，這就是新應(yīng)用的過程中，我們不僅僅要對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行保證，也需要對(duì)函數(shù)的待定系數(shù)進(jìn)行減少，這樣一來也可以使計(jì)算難度得到降低，使人們更加方便計(jì)算，并且可以選擇出一個(gè)較為合適的函數(shù)形式進(jìn)行計(jì)算。第二種概率的方法是蒙卡洛法，再利用這種方法進(jìn)行機(jī)械零件可靠性的計(jì)算過程中，需要進(jìn)行一系列的抽樣統(tǒng)計(jì)工作，并且通過成計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行一系列的模擬工作而得出相似的可靠度，這種方法不需要對(duì)概率進(jìn)行假設(shè)就可以進(jìn)行計(jì)算，算出的精確度也可以隨著次數(shù)的增加而不斷的升高，但是工作人員的計(jì)算任務(wù)量不會(huì)發(fā)生任何的變化，這種計(jì)算方法相對(duì)來說更加精確和簡(jiǎn)潔，并且計(jì)算精度也將會(huì)有所提高。第三種概率的計(jì)算方法是一次二階矩法，這種方法在這些方法來說是最為簡(jiǎn)單和使用的方法，主要是利用一節(jié)的變量距以及二結(jié)局作為概率的主要特征來構(gòu)建出較為簡(jiǎn)單的一次函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，這種計(jì)算得出的零部件可靠性也是較為準(zhǔn)確的，在對(duì)這種方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，也需要結(jié)合中心點(diǎn)法以及驗(yàn)算減法，等多種計(jì)算方法來找出較為正確的正態(tài)分布形式，根據(jù)函數(shù)的類型或者是線性函數(shù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算工作。

5 結(jié)語

對(duì)于機(jī)械零部件的質(zhì)量來說，它的可靠性是十分重要的，它可以保證機(jī)械的使用壽命以及質(zhì)量，是我國(guó)機(jī)械加工時(shí)應(yīng)該注意的一項(xiàng)。特別是在核電儀控自動(dòng)化系統(tǒng)中，機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的可靠性影響起著比較關(guān)鍵的作用，這在機(jī)柜盤臺(tái)類，機(jī)箱類，各種小型功能模塊類產(chǎn)品中都有所體現(xiàn)。

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