淺談機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的方法

廉慶佳 吳超

摘要：設(shè)計(jì)產(chǎn)品可靠性是設(shè)計(jì)者在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要工作。為了能夠使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性得以顯著的提高，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的特性，按照相應(yīng)的原則，選擇最佳的可靠性設(shè)計(jì)方法，有效保證機(jī)械產(chǎn)品的可靠性。本文分析了機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的原則，并進(jìn)一步探討了機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的方法。

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

引言

機(jī)械產(chǎn)品可靠性指的是在特定的條件和時(shí)間下，機(jī)械產(chǎn)品具有規(guī)定的功能。而機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)指的是在滿足規(guī)定的情況下，保證設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品符合相關(guān)的可靠性要求。機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)不但要應(yīng)用傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，還需要和一些新興的工程技術(shù)有機(jī)的融合在一起應(yīng)用。

一、機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的原則

（一）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在一定的缺陷，但是具有直觀和簡單等優(yōu)勢，能夠使機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)要求得到基本的滿足，在一些特定情況下傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有較高的價(jià)值。而現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法能夠很好的滿足一些對精度要求很高的零部件可靠性設(shè)計(jì)。因此，機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)充分的結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

（二）定量設(shè)計(jì)結(jié)合定性設(shè)計(jì)

定量設(shè)計(jì)指的是根據(jù)強(qiáng)度和應(yīng)力的分布情況定量計(jì)算和分析可靠性，而定向設(shè)計(jì)指的是充分利用成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有針對性的設(shè)計(jì)出符合規(guī)定可靠性的機(jī)械產(chǎn)品。但是定量計(jì)算方法不適合所有的性能指標(biāo)，所以，單一的使用定量設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)要求，這就需要采用定性設(shè)計(jì)方法，定性設(shè)計(jì)能夠?qū)υO(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)中潛在的故障是否考慮進(jìn)行檢查，防止再次出現(xiàn)類似故障，從而使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性得以有效的保障。因此，機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將定量設(shè)計(jì)和定性設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合起來應(yīng)用[1]。

（三）可靠性設(shè)計(jì)結(jié)合耐久性設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品失效分為損耗性和偶發(fā)性兩種類型，因此，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮不同的失效機(jī)理?？煽啃栽O(shè)計(jì)一般是為了解決偶發(fā)性失效問題，即機(jī)械產(chǎn)品的使用時(shí)間，而耐久性設(shè)計(jì)主要是解決損耗性失效問題，即機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命。因此，機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將可靠性和耐久性設(shè)計(jì)結(jié)合在一起。

二、機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的方法

（一）預(yù)防系統(tǒng)故障的設(shè)計(jì)

大部分的機(jī)械產(chǎn)品都是串聯(lián)系統(tǒng)，如果其中一部分出現(xiàn)故障就會使整個(gè)系統(tǒng)的功能喪失。為了有效保障機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格控制各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)質(zhì)量，要確保所選用的零部件符合相關(guān)的要求，并根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計(jì)選型工作。同時(shí)，充分利用現(xiàn)有的故障分析成果不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)驗(yàn)證后的設(shè)計(jì)方案[2]。

（二）功能結(jié)構(gòu)簡化的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的基本原則就是簡單可靠，機(jī)械產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)越簡化越能夠提高機(jī)械產(chǎn)品的可靠性?；诖耍跐M足所規(guī)定功能的基礎(chǔ)上機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)越簡單。設(shè)計(jì)人員如果對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡化，最大程度的減少零部件的使用數(shù)量，機(jī)械產(chǎn)品的可靠性就會得以提高。需要注意的是，簡化設(shè)計(jì)不能由于減少零部件的使用數(shù)量而使其他零部件超出承受能力，這樣也就無法實(shí)現(xiàn)提高機(jī)械產(chǎn)品可靠性的目標(biāo)。

（三）零部件降額的設(shè)計(jì)

零部件降額的設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)零部件的實(shí)際承受能力不超過定額承受能力，通常采用降低零部件承受力或者提升零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方法來實(shí)現(xiàn)零部件降額。只有保證零部件的實(shí)際承受能力不超過定額承受力，才能夠提高機(jī)械產(chǎn)品的可靠性。如果機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度呈現(xiàn)不確定分布狀態(tài)情況下，為了提高平均強(qiáng)度，可以采用加大安全系數(shù)的方法，這樣也能夠使平均承受力得以減少。為了減少應(yīng)力變化，可以采用限制使用條件的方法，從而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的變化也得以減少。另外，可以采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)關(guān)鍵零部件，這樣在惡劣的環(huán)境下也能夠保證零部件的可靠性[3]。

（四）零部件余度的設(shè)計(jì)

零部件余度設(shè)計(jì)指的是設(shè)置已完成規(guī)定功能零部件的重復(fù)功能機(jī)構(gòu)，目的是為了一旦局部零部件出現(xiàn)故障能夠保證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的功能，從而保證機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行的穩(wěn)定性。如果對機(jī)械產(chǎn)品局部零部件可靠性提出了很高的要求，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法無法滿足這一要求，或費(fèi)用較高時(shí)應(yīng)采用余度設(shè)計(jì)方法。需要注意的是，雖然余度設(shè)計(jì)能夠使機(jī)械整體系統(tǒng)的可靠性得以顯著的提升，但是會降低機(jī)械的基本可靠性，進(jìn)而增加了制造成本，所以，應(yīng)慎重選擇零部件的余度設(shè)計(jì)[4]。

結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)是多種設(shè)計(jì)方法的結(jié)合，近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，在機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)方面已經(jīng)廣泛應(yīng)用多種新技術(shù)。為了提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性，應(yīng)將多種設(shè)計(jì)方法有機(jī)的結(jié)合在一起開展設(shè)計(jì)工作。

【參考文獻(xiàn)】：

[1] 涂曉琴. 機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)方法的研究[J]. 中國設(shè)備工程， 2020， No.457（21）：112-114.

[2] 劉峰， 王慶鑫， 趙秉祝. 機(jī)械工程的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J]. 中國室內(nèi)裝飾裝修天地， 2020， 000（001）：179.

[3] 張馳， 鐘碩， 劉策. 機(jī)械工程的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J]. 數(shù)字通信世界， 2020（5）：279-279.

[4] 岳立歡. 機(jī)械零件可靠性的優(yōu)化探究[J]. 產(chǎn)城（上半月）， 2019（6）：0071-0071.

作者簡介：廉慶佳（1993—），男，遼寧沈陽人，本科學(xué)歷，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)。

吳超（1993—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科學(xué)歷，機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動化專業(yè)。