基于機械結構產品的可靠性設計分析

吳品弘

廣東美的安川服務機器人有限公司

基于機械結構產品的可靠性設計分析

吳品弘

廣東美的安川服務機器人有限公司

隨著生產力水平的不斷提高，機械工業也在不斷發展，機械設備在各行各業中的運用更加廣泛和頻繁，其不僅減輕了勞動者的工作量，發展，我國的工業化水平將繼續提升，為了滿足工業化發展的需求，設計和生產操作簡便、高效安全、經濟環保的機械設備將是機械生產企業面臨的重要問題。本文從機械制造工藝合理化的角度探討了優化機械設計的方法，以期為機械生產企業的設計和制造更符合社會需求的產品提供一些借鑒和幫助。

機械結構產品；可靠性設計；合理化

機械的可靠性是通過設計、制造、檢驗等各個步驟共同決定的，每一環節的工作細節都會對機械的可靠性造成一定的影響，只有在確保各環節正常運作的前提下，才能保證制造出來的機械具有可靠性。可靠性設計是機械可靠性的前提、基礎，所以機械的設計環節是保證機械可靠性的重要前提。可靠性設計過程中，除了采用傳統技術，還用到了各種分析預測的手段，以保證可靠性設計的質量。隨著現代科技水平的不斷提高，可靠性設計也正在進軍電子領域。

1 機械結構動態設計概述

機械產品結構的動態設計主要是通過對機械產品特性進行分析，對動力模型進行建構，并在機床設計中應用的流程。動態化機械結構產品設計，可對產品設計過程中存在較薄弱的項目進行查找，根據模型自身模擬狀態進行改進。在動態設計過程中應選擇性使用有效變量信息，對初始參數及修改后參數信息進行完善并投入使用，確保機械產品結構動態設計狀態最佳化，對機械產品時間設計進行強化。為確保機械產品動態設計符合當下精細化產品設計要求，應確保設計模型穩定，對設計方法及產品設計進行規范。通過對機械結構動態設計進行分析，認為與傳統靜態設計相比其設計質量全面提升，并對結構的動態性能進行保證，在降低設計成本的基礎上對設計效率進行提高。因此目前機械產品工業應用領域對機械產品動態結構設計應用進行廣泛推廣。

2 機械結構產品可靠性分析

在機械產品的生產制造過程中，質量提高、設計理論優化、技術改進、設計周期縮短等至關重要，以上內容與可靠性緊密相連。可靠性分析貫穿于機械產品設計全過程，這表明可靠性分析已經步入實用階段。目前，機械零件結構設計的可靠性分析研究已經成為機械制造中的主要研究題目，大量理論文獻有力地證實機械零件結構設計的可靠性分析理論趨于成熟，未來將朝著以下方向發展。

2.1 機械產品與電子產品相比非標準結構件較多

電子產品中大多元器件規格及型號均相同，屬于標準構件，不同系統中可選用相同型號的元器件。但機械產品結構大多不具備通用性，不同產品元器件需專業設計并加重。因此機械產品可靠性預計工作的開展相對困難。通過對大量實驗結果及相關經驗進行總結，認為數據是計算出機械產品相關零部件故障率的有效途徑，但因機械產品在不用應力環境下氣自身磨損及損耗規律變化相對較大，因此很難定量對其損耗規律進行研究。

2.2 可靠性優化設計

可靠性優化設計也是建立在可靠性之上，這種設計模式不僅能夠更好地滿足產品投入使用過程中的可靠性，還能優化產品外觀尺寸、加工成本以及安全性等參數，進而使產品預估效能更加接近實際效能。此種方法有效融合可靠性分析理論和規劃方法，以可靠度為基礎構建優化目標函數，調整機械零件的外形尺寸、成本等參數，實現最小化，然后以剛度、強度等設計要求充當約束條件，構建數學模式，參照數學模型合理選擇具體的優化方法，最終求解最理想的設計變量。

2.3 加強綠色制造的工藝措施

在機械設計的過程中需要對設計理念進行創新，不斷改進設計的方案，將綠色環保觀念貫徹進去，不斷完善和更新傳統的設計理念，將新型的設計要求與機械設計結合起來。與此同時，在注重環境保護的同時更加不能放松對經濟效益的要求，做到環境保護和經濟發展同時并舉，在環境保護的基礎之上，促進經濟效益的最大化。目前，產品的綠色開發是對產品提出的新要求，只有不斷對環境污染和生態破壞問題進行治理，才能夠避免對周圍環境的破壞。對于設計材料的使用對于合理控制環境污染也具有一定的意義。系統化的綠色機械設計理念對于原材料提出了更高的要求，以期在原料選擇的源頭上將環境污染控制在最小的范圍之內。

3 機械結構產品的可靠性設計

實施機械結構產品設計時主要原則為遵循簡化設計、成熟設計，盡可能降低對使用人員技能的要求，在進行系統設計時需對產品各組件及相關技術成熟性、繼承性進行考慮，在高可靠性設計的基礎上對產品提出免維護要求。機械結構產品設計時需對新技術應用的占比進行考慮，并保證新技術具有較好研究基礎。確保設計簡化，要求結構簡單，減少對零部件、元器件數量以及品種的要求，最大限度降低獨立組成部分復雜程度及數量，并滿足產品通用化、標準化要求。在開展結構設計時要求在規定結構裝配的基礎上對裝配精度進行滿足，要求連接具有可靠性并便于拆卸，在使用、檢測及后期維護方面均方便。避免在使用過程中因溫差變化或其他因素產生故障，確保緊固件具備放松動措施等。機械結構設計中應針對強度設計進行優化，對應力與強度最佳匹配狀態進行查找，要求產品可承受動載并對其應力響應及動強度進行分析、校對。可靠性設計時應對系統安裝的可靠性進行分析，避免因安裝設計不合理造成安裝差錯或定位困難等問題，并要求產品設計包含抗溫度、抗震動等相關環境適應性設計。

目前，我國的可靠性設計技術已經越來越受到各行各業的廣泛關注，機械可靠性設計技術也在不斷更新換代。從整體來看，目前我國機械可靠性研究還不成熟，投入實際應用的作用不大，與外國發達國家差異明顯。另一方面，可靠性能使機械產品的性能與預測更接近，提高安全性與經濟性，希望通過作者在文中的討論，讀者們能對目前我國機械可靠性的不足與優點有所認識，也期待我國機械可靠性技術能有更大的發展。

[1] 卓紅艷，劉志強，金曉等. 基于機械結構產品的可靠性設計分析[J].工業控制計算機，2013，26(3)：124-125.

[2] 張煒，馬永青，陳紹志. 基于機械制造工藝的合理化機械設計[J].時代農機，2015(5).