機械零部件可靠性分析及其優(yōu)化設計

張 潔

（江西江鈴集團特種專用車有限公司 江西 330000）

機械制造是一道煩瑣、復雜的工藝，對技術有著極高的要求。特別是機械設計，如若方案不科學，勢必會影響制造質量，縮短機械使用壽命，并最終降低企業(yè)損失。所以設計工作者必須遵循“標準化”原則，做好優(yōu)化設計，以提升產品性能。

一、優(yōu)化機械設計的意義

機械設計涉及諸多環(huán)節(jié)，其難點在于采取何種方法做好設計。但文章通過對實際情況分析發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)制造工藝已經無法滿足機械的精準化發(fā)展，加之傳統(tǒng)設計理念的偏差，影響著產品的性能，降低了機械產品的實用性[1]。因此，在機械設計與規(guī)劃中，必須找到傳統(tǒng)設計中的不足，積極改進、提出優(yōu)化措施，以提升設計過程的科學性、精準性，保證各項設計符合標準要求，以有效提升機械制造的質量。

二、機械零部件可靠性設計研究

機械設計是一個不斷探索、改進、創(chuàng)造的過程，其目標為按照分析不斷的優(yōu)化過程。在整個工程設計中存在的不確定性、不可靠性因素有很多。比如機械設計常用到結構參數(shù)數(shù)學模型開展計算，但在實際工作中材料性能、計算模型都會出現(xiàn)很大的誤差，由于誤差的存在以及不確定性，導致結構偏離了標準要求。在科技的發(fā)展下，學科融合不斷增強，對于復雜技術問題、經濟資源等方面的問題，采取模糊數(shù)學等非精準數(shù)學方法可以解決機械設計中的非確定性問題。早在1957年，美國國防部電子設備顧問發(fā)表了可靠性的報告，提出了可靠性的理論，自此可靠性開始應用于軍事、航空航天等領域。機械可靠性是可靠性理論的一個重要組成部分，由于影響機械設備的因素眾多，所以機械產品批次生產量很少。在我國，可靠性技術的引入比電子系統(tǒng)要晚，其主要是因為機械零部件通用性差，難以實現(xiàn)機械產品的可靠性試驗。

三、機械零部件可靠性的設計方法

機械零部件可靠性設計是在傳統(tǒng)設計上發(fā)展起來的，基于機械產品的不同功能和結構，決定了機械零部件可靠性設計必須因地制宜。第一，權衡設計。權衡設計是綜合各項要素之后制定的最佳方案，考慮到機械零部件在壽命終結階段會受到其他比如運輸碰撞、保障不合理等外部因素的影響，通過分析這部分影響因素，可以在機械零部件生產原料上優(yōu)化，以提升機械設備可靠性，保證機械設備的整體運作。首先，要優(yōu)化零部件可靠性，選擇標準件；其次在使用前對零部件開展驗證，用成熟的經驗開展驗證。在機械零部件的工作中，會因受到外部因素的影響其性能不斷退化，所以必須引入時間概念，采用隨機過程對機械零部件的強度變化做精準的描繪。通過采用隨機原理描繪零部件強度變化的動態(tài)，通過采用隨機攝動法可以監(jiān)測零部件動態(tài)的可靠性指標，最終完成計算。第二，簡化設計。簡化設計是在特定條件下的科學化、合理化設計，如若結果太過復雜則無法進一步優(yōu)化其可靠性，所以避開故障是最佳的方式。簡化并非依靠降低機械負荷達到目的，而是通過從整體把握和設計，通過重置機械結構與功能達到簡化的目的。

四、機械零部件的可靠性分析

機械優(yōu)化設計分析以零部件原有可靠性為基礎，通過把握工作方式、現(xiàn)場環(huán)境等多方因素，優(yōu)化零部件結構，以提升其性能，達到滿足機械有效運轉的目的[2]。

一旦環(huán)境發(fā)生變化，必須重設群離子初始值，因為受到材料強度會隨著時間推移不斷的下降，所以最近時間得到的最佳方案是下一段的最佳方案，通過在全局極值附近選擇50%粒子以上作為初始值，剩下的自由產生。如若最佳尺寸穩(wěn)定與部件服務初期，中后期零部件強度在時間的推移下不斷的下降，則說明部件可靠性達到了要求，可以選擇服役期間的要求設計模型。

在優(yōu)化機械零部件可靠性的過程中，可以采用數(shù)學知識構建模型，了解零部件等強度性能，使其成為約束條件，在計算中可利用函數(shù)知識，最終得出的結果是設計機械可靠性的依據(jù)。

在整個機械零部件可靠性設計中，靈敏度設計是基礎，是整個可靠性設計的關鍵部分，通過設定靈敏度找出引起零部件反應強烈的因素，在根據(jù)影響因素引起的工作效果開展評估，并以此為基礎重設靈敏度參數(shù)。在這一過程中，機械零部件可靠性靈敏度設計必須以有關數(shù)據(jù)為基礎，以完成機械靈敏度參數(shù)值的設計，進而通過優(yōu)化靈敏度降低對機械零部件可靠性的影響。

實驗分析是機械零部件可靠性優(yōu)化的最終環(huán)節(jié)，在完成可靠性設計后，要通過實驗開展驗證，這樣才能保證零部件的有效使用，才能避免各項問題的出現(xiàn)。在實驗分析中，可以通過分析和研究零部件處于工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)找出問題，再進一步的改進和優(yōu)化。實驗分析得出的數(shù)據(jù)是驗證機械是否合理的重要手段。如若實驗分析中存在問題，則必須加強研究，根據(jù)研究結果提出可行的解決措施，避免類似問題的出現(xiàn)。一旦機械零部件設計方案出現(xiàn)改變，必須重新試驗，為了提升試驗效率，可以利用計算機開展虛擬模擬試驗，進而的測試出零部件使用效果。

五、結束語

綜上所述，因機械零部件自身材料、使用時間、外部因素影響等因素的制約，機械零部件的可靠性會隨著時間推移不斷降低，所以優(yōu)化機械零部件的可靠性設計提升產品性能的關鍵，是提升機械設備有效運行的重要手段。文章結合自身工作實踐，提出了機械零部件可靠性優(yōu)化設計方案，希望文章的論述能夠給有關工作者以參考。