機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計探討

張琦

摘 要：對機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計進行分析，對提高產(chǎn)品質(zhì)量性能具有重要意義，需要對各環(huán)節(jié)要求進行嚴格控制，保證每個節(jié)點設(shè)計的有效性。基于機械產(chǎn)品可靠性特點以及專業(yè)設(shè)計原則，確定可靠性設(shè)計流程，并對比傳統(tǒng)設(shè)計方法，積極應(yīng)用各項新型技術(shù)與理念，保證產(chǎn)品設(shè)計高效性。本文對機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計要點進行了簡單分析。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；可靠性設(shè)計；設(shè)計原則

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.267

在機械制作行業(yè)快速發(fā)展背景下，對機械產(chǎn)品可靠性研究不斷深入，并取得了一定效果，但是因為機械產(chǎn)品可靠性涉及內(nèi)容較多，以及缺失基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，很大程度上限制了機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計成果。為進一步提高機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計效果，需要在原有經(jīng)驗下進行創(chuàng)新，遵循專業(yè)原則，做好每個節(jié)點控制。

1 機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計特點

1.1 預計難度大

機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜度高，相應(yīng)的其失效機理在分析上難度也比較大，再加上沒有準確完整的數(shù)據(jù)作為支持，很難準確預計機械零部件的可靠性。并且，對于機械產(chǎn)品來說，可靠性建模難度高，對于只能根據(jù)系統(tǒng)可靠性建模預計可靠性的方法并不適用，導致機械產(chǎn)品可靠性預計無法正常進行。

1.2 故障模式多

機械產(chǎn)品故障模式受多種因素影響，包括材料、載荷性質(zhì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)大小等，并且不同故障模式之間還存在密切聯(lián)系，想要有效解決要面臨較大難度。想要實現(xiàn)某項功能時，因為所選結(jié)構(gòu)形式不同，機械產(chǎn)品零部件應(yīng)力狀態(tài)也存在較大差異。其中，規(guī)定功能失去原因包括結(jié)構(gòu)損壞、失調(diào)、老化、滲漏、堵塞、松脫等，或者是各種組合的多種表現(xiàn)形式，并且同一故障模式在不同部位表現(xiàn)不同，使得產(chǎn)品故障模式分析難度大[1]。

1.3 故障類型多

機械產(chǎn)品故障同時包括偶然性故障與耗損性故障，這樣無疑是增加了產(chǎn)品可靠性分析設(shè)計的難度，各項因素的控制與管理難度更大。其中，損耗性故障主要是因為零部件磨損、腐蝕、疲勞、老化等，具有漸變性特點，故障率為時間的函數(shù)，可以利用極限狀態(tài)準則來判斷漸變性失效性[2]。與偶然性故障有著明確區(qū)別，選擇應(yīng)用故障率為常數(shù)的數(shù)學模型描述也存在較大限制。為提高機械產(chǎn)品可靠性，在設(shè)計時還需要加強對耐久性的設(shè)計，延長產(chǎn)品零部件壽命。

2 機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計原則

2.1 設(shè)計方法相結(jié)合

將傳統(tǒng)設(shè)計與可靠性設(shè)計進行有效結(jié)合，與可靠性設(shè)計相比，雖然傳統(tǒng)安全系數(shù)法存在諸多不足，但是在實際應(yīng)用中具有簡單、直觀、設(shè)計工作量小等優(yōu)點，大部分情況下可以保證機械零部件具有較高可靠性，可以滿足專業(yè)設(shè)計要求。并且，部分情況下機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計難度較大，因此仍需要做好安全系數(shù)法的應(yīng)用研究。將傳統(tǒng)設(shè)計方法與可靠性設(shè)計方法進行結(jié)合分析，即利用概率設(shè)計法來對安全系數(shù)法進行完善和改進，對部分條件成熟以及精度要求高的零部件來進行可靠性概率設(shè)計[3]。其中，在應(yīng)用可靠性定量設(shè)計方法時，機械零部件所有結(jié)構(gòu)與尺寸確定難度大，便可以先通過傳統(tǒng)設(shè)計方法來確定零部件結(jié)構(gòu)與尺寸，然后通過相應(yīng)模型來完成可靠性定量計算。對于無法按滿足可靠性要求的零部件，則應(yīng)進一步對結(jié)構(gòu)、尺寸等進行調(diào)整，通過校核試驗后，確定且達到設(shè)計標準。

2.2 定性定量相結(jié)合

采用定性與定量相互結(jié)合的設(shè)計方法，需要先根據(jù)產(chǎn)品與零部件設(shè)計需求，確定可靠性定性與定量要求，遵循可靠性設(shè)計準則，對可靠性數(shù)據(jù)進行積累和收集，作為產(chǎn)品可靠性設(shè)計依據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計需要與可能，來逐步完成可靠性定量設(shè)計。在針對機械產(chǎn)品進行可靠性設(shè)計時，應(yīng)先完成FTA、FMECA等分析，確定重要件與關(guān)鍵件，以及產(chǎn)品與零部件重要故障模式與故障機理，然后根據(jù)不同故障模式和機理來按成不同零部件的定量與定性設(shè)計。

3 機械產(chǎn)品可靠性試驗改進

3.1 關(guān)鍵件試驗改進

設(shè)計圖樣完全可以反映出機械產(chǎn)品與各零部件設(shè)計結(jié)果，對于常規(guī)零部件來說，基本上只需要根據(jù)設(shè)計圖樣來進行檢查即可，但是對于新設(shè)計的零部件則需要按照規(guī)范對其進行試驗，尤其是關(guān)鍵件更是要進行試驗，并根據(jù)結(jié)果對各參數(shù)進行調(diào)整，改進設(shè)計效果。其中，零部件試驗包括新設(shè)計密封結(jié)構(gòu)、高速軸靜平衡/動平衡試驗等；組件試驗包括可靠性試驗與性能試驗，且均在臺架上進行，且要根據(jù)產(chǎn)品運行工作環(huán)境，來對載荷、溫度等工況參數(shù)進行如實模擬。經(jīng)過試驗后確定產(chǎn)品設(shè)計存在的缺陷，確定原因后進行改進。

3.2 產(chǎn)品試驗改進

機械產(chǎn)品在設(shè)計完成后，也需要對其進行試驗，并根據(jù)結(jié)果來進行調(diào)整改進，保證可以達到設(shè)計要求。主要包括產(chǎn)品臺架試驗與使用試驗，其中臺架試驗又包括可靠性試驗、性能試驗以及耐久性試驗等；使用試驗包括性能試驗、耐久性試驗和可靠性試驗。對于試驗改進環(huán)節(jié)來說，為機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計基本流程，在實際設(shè)計中，可以根據(jù)需求來對流程進行剪裁，保證可以滿足產(chǎn)品可靠性設(shè)計要求。

4 結(jié)束語

機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計涉及到的內(nèi)容眾多，并且結(jié)構(gòu)故障模式與機理復雜度高，在分析研究時具有很大難度。基于其設(shè)計特點，可以采取傳統(tǒng)設(shè)計方法與可靠性設(shè)計方法的有效結(jié)合，以及定量與定性設(shè)計結(jié)合方式，做好各零部件設(shè)計優(yōu)化，通過試驗后確定所存不足并改進，保證設(shè)計結(jié)果可以滿足專業(yè)要求。

參考文獻：

[1]雷勃.基于機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計分析[J].科技展望，2016（35）：45.

[2]卓紅艷，劉志強，金曉，葉長春，陳濤，陳代兵.基于機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計分析[J].工業(yè)控制計算機，2013（03）：124-125.

[3]張福斌.基于系統(tǒng)工程方法論的機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計[J].中國水運（下半月），2012（04）：105-106+188.