芻議機械可靠性設(shè)計的應(yīng)用

摘要：機械性能的可靠性是為了穩(wěn)定產(chǎn)品性能和使用壽命的基礎(chǔ)技術(shù)工程。主要研究的問題是怎樣預(yù)防產(chǎn)品在使用過程中故障，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，鞏固產(chǎn)品正常運行。機械可靠性的基礎(chǔ)保證是機械零部件的固有可靠性，在同等環(huán)境下，參照機械可靠性的基本特征，依據(jù)機械可靠性的設(shè)計原理，發(fā)揮機械可靠性的應(yīng)用優(yōu)勢使機械產(chǎn)品更有效的服務(wù)于社會。

關(guān)鍵詞：機械；可靠性；設(shè)計；應(yīng)用

1 機械可靠性基本特征

機械產(chǎn)品可靠性是研究機械設(shè)備在規(guī)定的使用條件下以及在規(guī)定的時間內(nèi)，機械設(shè)備完成規(guī)定工作的能力。機械可靠性的主要特點是：可靠性在識別過程中并不是存在于一個綜合性的可靠性指標(biāo)來判定。機械可靠性由于設(shè)備在設(shè)計方案上涉及的因素很多，不可能具備傳統(tǒng)圖紙的設(shè)計方法驗收時用安全系數(shù)作為評價指標(biāo)。

機械可靠性設(shè)計主要宗旨是把可靠性設(shè)計到零件中。在零件可靠性設(shè)計過程中產(chǎn)生的機械可靠性是由設(shè)計決定的，有生產(chǎn)保證的一個可靠程度叫固有可靠度。制造零件的材料強度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差也直接影響可靠度。通常應(yīng)用聯(lián)結(jié)方程確定零部件的設(shè)計參數(shù)，應(yīng)用聯(lián)結(jié)方程確定零部件的設(shè)計參數(shù)。如果強度和應(yīng)力都是正態(tài)分布時，可根據(jù)聯(lián)結(jié)方程進(jìn)行概率設(shè)計。當(dāng)強度和應(yīng)力都是較復(fù)雜的基本隨機變量的函數(shù)時，根據(jù)一次二階矩法可把功能函數(shù)按泰勒級數(shù)線性展開。

如果設(shè)計不當(dāng)，就不能生產(chǎn)出本質(zhì)上可靠的零件，不論整體工藝水平多精良都不可能得到高可靠性的產(chǎn)品。實踐證明，機械產(chǎn)品的失效主要是由于設(shè)計不當(dāng)造成的。通過實踐證明，機械整體可靠性失效主要是由于零件可靠性設(shè)計不當(dāng)造成的。

可靠性設(shè)計和環(huán)境因素關(guān)系很大，不同的環(huán)境對應(yīng)力作用的影響也不同，因而影響可靠性。例如：在高溫狀態(tài)下，金屬熱脹冷縮直接導(dǎo)致的尺寸變更，使機械零部件裝備之間產(chǎn)生間隙。環(huán)境急劇變化出現(xiàn)的高溫、低溫、大霧、沖擊和振動等環(huán)境條件都可以導(dǎo)致零部件失靈，致使機械產(chǎn)品可靠性明顯下降。研究表明，應(yīng)力分布尾部對可靠度的影響比較強，可靠度尾部的影響大，因此對環(huán)境質(zhì)量的控制和強度質(zhì)量的控制都十分重要。

可靠性設(shè)計與維修性設(shè)計是相互結(jié)合的，可靠性設(shè)計賦予機械產(chǎn)品固有可靠性，但是機械產(chǎn)品在工作狀態(tài)下在耗損期中失效率急劇升高，這時就要通過更換或維修恢復(fù)產(chǎn)品的可靠性，因此維修會使使用可靠性得到恢復(fù)。設(shè)計時必須考慮到維修內(nèi)容。

2 機械可靠性設(shè)計原理

機械可靠性設(shè)計是在物理學(xué)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合可靠性試驗和可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)果。機械可靠性試驗數(shù)據(jù)可供我們做機械使用壽命的參考數(shù)值。根據(jù)機械可靠性設(shè)計原理在機械設(shè)計階段就能精確的規(guī)定生產(chǎn)制造時需要參照的可靠性指標(biāo)。根據(jù)相應(yīng)的物理指標(biāo)參數(shù)估算并且預(yù)測機器設(shè)計和主要零件、部件在常規(guī)條件下的工作能力狀態(tài)以及使用壽命，確保所設(shè)計的產(chǎn)品具有所需要的可靠度。機械可靠性通過物理指標(biāo)設(shè)計可分為定性設(shè)計方法和定量設(shè)計方法。

定性設(shè)計方法是把成功的設(shè)計經(jīng)驗或失敗的經(jīng)驗教訓(xùn)，有目標(biāo)性地應(yīng)用到機械設(shè)計中，避免故障或設(shè)計缺陷。可靠性的定性設(shè)計方法，在分析故障及其影響的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)設(shè)計、消除故障并提出質(zhì)量控制、使用限制及防救措施的方案，來保證對機械可靠性的定性要求。

定量設(shè)計方法是概率設(shè)計法以應(yīng)力強度干涉模型和功能失效極限的狀態(tài)函數(shù)理論為基礎(chǔ)，將應(yīng)力、強度視為隨機變量，利用概率方法計算出給定設(shè)計條件下產(chǎn)品的失效概率或可 靠度，以符合給定的可靠性要求。

3 機械可靠性設(shè)計的應(yīng)用

機械可靠性設(shè)計的是將現(xiàn)有的設(shè)備的設(shè)計參數(shù)通過分析計算的同時，結(jié)合機械設(shè)備零部件固有可靠度的設(shè)計參數(shù)，相互協(xié)調(diào)進(jìn)行整體解析。再把得到的數(shù)據(jù)用函數(shù)計算出其分布形式，結(jié)合可靠度相關(guān)理論計算機械可靠度。通過可靠度我們可以準(zhǔn)確的預(yù)算出設(shè)計零件的尺寸和機械使用的壽命。

機械可靠性設(shè)計的應(yīng)用范圍大多集中在大功率和易磨損件的使用壽命和運轉(zhuǎn)參數(shù)定位上。大功率運轉(zhuǎn)的機械零件是維系機械可靠性的基礎(chǔ)問題。零件在大功率運轉(zhuǎn)過程中，受到應(yīng)力的作用產(chǎn)生磨損、銹蝕、疲勞、剝落等不安全因素，直接影響到機械的可靠性。

機械可靠性設(shè)計的應(yīng)用，主要是把應(yīng)力、 強度分布和可靠度在概率的意義下聯(lián)合起來， 構(gòu)成一種設(shè)計計算的依據(jù)。主要是根據(jù)聯(lián)結(jié)方程計算也可以用耦合方程進(jìn)行計算。通過計算來確定結(jié)構(gòu)零部件的固有可靠度指標(biāo)。然后再根據(jù)零部件的使用功能、零部件構(gòu)造的復(fù)雜程度、零部件所處位置的重要程度、零部件使用環(huán)境、等情況并且參照相似產(chǎn)品失效時曾經(jīng)記錄的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)時零部件設(shè)計和研發(fā)制作的水平來進(jìn)行確定該機械在使用這個零部件之后產(chǎn)生的可靠性指標(biāo)。

應(yīng)用狀態(tài)下需要確定荷載均值和標(biāo)準(zhǔn)差。載荷的均值可以由名義值確定，標(biāo)準(zhǔn)差由載荷變異系數(shù)給定。目前材料的統(tǒng)計特性數(shù)據(jù)還缺少公開的資料，可根據(jù)經(jīng)驗確定。可用于確定載荷的標(biāo)準(zhǔn)差。確定載荷均值和標(biāo)準(zhǔn)差時如果影響零件工作應(yīng)力Ｓ的參數(shù)之間的運算形式都屬于正態(tài)隨機變量。我們可以根據(jù)這些參數(shù)和應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系，把它們綜合為僅含單一隨機變量Z的應(yīng)力函數(shù) SZfX1. X2 …Xn， 并確定其分布。 如果各隨機變量的變異系數(shù)都小于0.1，且滿足隨機變量的多重性要求，然后由中心極限定理可知，這個應(yīng)力函數(shù)近似于正態(tài)分布。

機械可靠性應(yīng)用的目的是確定設(shè)計的失效性，通過明確機械零部件失效模式，如屈服、失穩(wěn)、斷裂、過量變形等。來判斷機械的使用壽命和維護(hù)期限保證安全生產(chǎn)，預(yù)防在先合理安排生產(chǎn)操作。

結(jié)束語：

機械可靠性設(shè)計通過相關(guān)的物理運算，分析出機械產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)無故障運行的時間和頻率。準(zhǔn)確的計算出維修機械產(chǎn)品具體時間。

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