機械產品可靠性設計研究

梁君　姚春利　杜宇

摘要：隨著近年來國內外科技的迅猛發展，機械的可靠性研究逐漸被人們所重視，機械的可靠性設計作為機械產品質量以及安全性能的保障，對機械的使用和優化升級有著重要的影響，在提升機械產品綜合競爭力方面也有著其特有的優勢。

關鍵詞：機械 可靠性設計 研究

隨著國家經濟科技的迅速發展，機械制造成為了生產力發展的重要助力，機械產品也在經濟發展的過程中不斷進行優化升級，而這一設計過程在技術層面是非常復雜的，其設計過程涉及到多個學科方面，其中設計可靠性作為保障機械產品的質量和安全性能的關鍵，在優化設計的過程中一直是重點的研究方向。因此國內外都在機械產品的可靠性設計研究方面不斷的探索，力求能夠最大限度的發揮機械的操作價值。由于對機械產品可靠性設計研究的起步較晚，使得機械可靠性設計在實際應用中并不廣泛，因而本文將對機械產品可靠性進行初步的研究。

一、機械可靠性設計概述

近年來機械可靠性設計的研究逐漸成為相關機構的研究重點，也逐漸認可了機械產品的可靠性設計在產品質量和使用安全方面的重要性。簡單來說，機械可靠性就是指在一定的時間和環境條件下機械產品能夠穩定實現的操作功能和實際效益。因而機械的可靠性設計是一種基于常規機械設計方案上的提升機械產品質量和實用性的優化設計，這種可靠性設計將數學規劃方法和可靠性理論分析相結合，從而測算出理想狀態下的最優數值計算方法。機械產品的可靠性設計從上個世紀六十年代開始引起相關研究機構的重視，至今已經有了半個世紀的研究歷史，隨著機械設備的可靠性設計的研究逐漸深入，這種優化設計也逐漸涉及到各個領域，為轉變生產模式提供了極大的助力。

二、機械可靠性設計與傳統機械設計之間的關系

（一）機械系統可靠性特點。科技的飛速發展使得當前生產部門在進行生產活動的過程中逐漸更新了其設備和系統，機械產品與電子產品往往是協同工作的，但是機械產品的可靠性與電子產品的可靠性存在許多差異，而對其特點的研究有助于進行機械產品可靠性的設計研究。相比于電子產品。機械產品的故障模式是多種多樣的，具有較為復雜的失效模式。生成故障的原因也于電子產品不同，電子產品使用過程中的故障大多來自偶然因素，而機械產品的故障原因一般為老化和磨損類的損耗性故障。由于機械產品的工作環境十分復雜，使得由于環境因素影響的應力難以估計，這就影響了機械可靠性的相關數據的采集，而電子產品的可靠性數據相對較容易獲取并匯總。另外，高昂的造價使得機械產品難以進行篩選工作去排除早期故障，由于使用過程中需要考慮載荷、材料等方面的因素使得機械產品難以采用標準的零部件。

（二）兩種設計之間的關系。在傳統的機械結構的設計過程中，相關設計人員的主要目的就是讓機械產品能夠滿足用戶的使用需求，并且在一定范圍內保障機械的使用質量。因此傳統的機械設計方法在設計算法方面主要關注設計計算和安全系數的校核計算，但是這種傳統機械設計計算方式難以保障機械產品的可靠性，也使得機械發生故障的概率難以測算。

從可靠性的角度進行考慮。機械產品不僅僅需要完成其設定的功能，還需要加強其續航和穩定的能力，可靠性是一種長期的、持續性的使用要求方面的表現。這也就意味著機械產品的可靠性研究需要在傳統的機械設計的基礎上考慮到持續使用的需要，設計過程需要引入概率論和數學統計模型進行優化設計，更加科學合理的通過較小的零部件尺寸和整體體積重量等進行機械的設計工作，使機械產品更加符合實際生產工作需要。

三、機械可靠性設計方法

對于機械可靠性設計的研究服務與最終的設計過程，機械可靠性一般分為系統可靠性和零部件可靠性，在機械結構強度、損耗以及運動故障兩方面進行考慮.因此機械可靠性的設計分為定性可靠性設計和定量可靠性設計，針對性的進行機械產品的優化設計。但是實際上定性可靠性設計因定量可靠性設計缺少可靠性預計數據而具有更加廣泛的引用。

（一）預防故障設計。一般的機械產品在運行原理上都屬于串聯系統，為了保障機械產品的可靠性，就需要重視細節，在零部件的選擇和使用上需要嚴格把關控制，選用符合標準的零部件或通用件，設計過程中對這些特殊零部件進行試驗驗證，充分運用故障分析的數據成果進行機械產品的可靠性設計。

（二）簡化設計。為了滿足經濟效益與社會效益的雙重需求，機械設計應該在滿足預定功能的情況下盡量采用較為簡單的設計，盡可能的減少機械產品中零部件的數量，通過簡化設計提高機械產品的可靠性。

（三）降額設計和安全裕度設計。簡單來說降額設計是指將零部件的使用應力通過科學的調配使其低于額定應力的一種設計，一般通過降低零部件的承受應力或使用強度較高的零部件來實現。

（四）余度設計。余度設計是指在機械產品的設計過程中完成預設功能以外的重復功能結構的設計。這種設計方式的目的在于保障機械產品使用的穩定性。一旦機械設備的局部發生故障而失效時，這種重復的結構設計能夠保障機械產品預設功能持續工作。因此當機械設備內部某部分可靠性要求很高但其他設計方式難以實現的情況下，余度設計是較好的選擇。但是由于設計具有重復結構，使得機械設備系統的可靠性降低，也提高了機械設備的生產成本，相對而言應用不算廣泛。

四、小結

在進行機械產品可靠性的設計過程中需要考慮應用環境和實際使用情況，通過科學的數據指導進行可靠性設計。當前國內的機械產品可靠性研究與國外相比還存在一定差距，需要相關機構不斷深入進行研究，豐富機械產品可靠性研究的內涵。