汽車機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)探討

艾新

（龍江縣職業(yè)教育中心學(xué)校，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

一、汽車機(jī)械零件傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和可靠性設(shè)計(jì)對(duì)比分析

（一）傳統(tǒng)汽車機(jī)械零件設(shè)計(jì)方法——安全系數(shù)法

為了提高汽車機(jī)械零件的可靠性，傳統(tǒng)的機(jī)械零件工程設(shè)計(jì)采用的是安全系數(shù)法。傳統(tǒng)的安全系數(shù)法借助的是經(jīng)典材料力學(xué)公式來對(duì)汽車機(jī)械零件的應(yīng)力值進(jìn)行計(jì)算，但是由于截面上應(yīng)力分布的不均勻性，或截面變化處的應(yīng)力集中，或截面表面粗糙度的影響，或殘余的應(yīng)力以及零件尺寸的大小等因素在公式中均未得到反映，因此，設(shè)計(jì)者只能憑借以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選擇一個(gè)加大的安全系數(shù)來保證汽車機(jī)械零件設(shè)計(jì)的可靠性。由此，安全系數(shù)也被定義為強(qiáng)度均值與應(yīng)力均值之比，公式如下：

K=（式中：—應(yīng)力均值；—強(qiáng)度均值；K—安全系數(shù)。）

其主要特點(diǎn)是將所承受的荷載、應(yīng)力和尺寸等因素視為常量，安全系數(shù)的大小是根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行確定的。該方法具有直觀、簡(jiǎn)單、有一定設(shè)計(jì)實(shí)踐依據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。目前這種方法仍廣泛的應(yīng)用于機(jī)械零件產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用，但是因?yàn)槠涫歉鶕?jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所考慮到的實(shí)際因素與實(shí)際工況有著很大的差異，主要表現(xiàn)在：機(jī)械構(gòu)件所承受的外荷載有一定的隨機(jī)性，各種零部件、構(gòu)件的制造尺寸也會(huì)有些微的差別，這就不可避免的導(dǎo)致機(jī)械零件出現(xiàn)較為單薄或者粗笨的現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)械零件的可靠性也隨之出現(xiàn)過高或者過低。一般來說，采用較大的安全系數(shù)是正確的，能夠減少產(chǎn)品的失效機(jī)會(huì)。然而并不能據(jù)對(duì)的防止產(chǎn)品失效的發(fā)生，相反的還會(huì)造成產(chǎn)品重量的增加，材料的浪費(fèi)和產(chǎn)品的性能降低等等。由此可見，安全系數(shù)法這種設(shè)計(jì)方法，如果用于高精

（二）汽車機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)方法——概率設(shè)計(jì)法

汽車機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證汽車可靠性的重要環(huán)節(jié)。汽車機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)階段所賦予的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性水平，對(duì)汽車產(chǎn)品的壽命和可靠性具有根本性的影響。

所謂汽車機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)又被稱為概率設(shè)計(jì)，就是在對(duì)汽車產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)的同時(shí)，運(yùn)用可靠性理論和分析方法，明確汽車系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)，進(jìn)行汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種方法。所以，汽車機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)決不是掘棄以往的機(jī)械常規(guī)設(shè)計(jì)方法，而是在常規(guī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，使汽車產(chǎn)品更趨完善、更加精確、更為科學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。概率設(shè)計(jì)能夠很好的解決兩個(gè)方面的問題：根據(jù)設(shè)計(jì)，進(jìn)行分析計(jì)算以確定產(chǎn)品的可靠度；根據(jù)任務(wù)提出的可靠性指標(biāo)，確定機(jī)械零部件的參數(shù)。

由上可知，從可靠性的概率設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，只有在強(qiáng)度高于應(yīng)力的情況下，且強(qiáng)度分布與應(yīng)力分布有一段距離時(shí)，結(jié)構(gòu)才是可靠安全的。這與可靠性的安全系數(shù)法有著本質(zhì)的區(qū)別。安全系數(shù)法的理想使用條件是：材料失效應(yīng)力與零件工作應(yīng)力是在完全相同的應(yīng)力狀態(tài)、尺寸、加工條件下取得的，而這種理想化的模型在實(shí)際工程中是很難具備的。但是，當(dāng)汽車零件或構(gòu)件在外載荷（熱疲勞、應(yīng)力疲勞、腐蝕）的作用下，材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)或晶體缺陷將會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，強(qiáng)度將逐漸衰減，強(qiáng)度分布與應(yīng)力分布將會(huì)發(fā)生干涉，就有可能發(fā)生失效。失效的概率就取決于強(qiáng)度與應(yīng)力的干涉情況，為了保證所設(shè)計(jì)的構(gòu)件工作的可靠性，必須對(duì)零部件或構(gòu)件提出可靠度要求。

二、汽車機(jī)械零件設(shè)計(jì)階段可靠性工作的主要環(huán)節(jié)

在可靠性設(shè)計(jì)階段，應(yīng)著重抓好五個(gè)環(huán)節(jié)。

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行科學(xué)的、合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選定目標(biāo)樣車，掌握同類車型的各種試驗(yàn)參數(shù)和可靠性水平，明確開發(fā)新型汽車機(jī)械的系統(tǒng)、分系統(tǒng)的可靠度要求和目標(biāo)（即可靠度的預(yù)測(cè)和分配），賦予各子系統(tǒng)的容差和空間位置。

（二）詳細(xì)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照系統(tǒng)要求，進(jìn)行各子系統(tǒng)、零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。重點(diǎn)把握結(jié)構(gòu)、材料的選擇，應(yīng)力、強(qiáng)度的精確計(jì)算，注意部件與整車的協(xié)調(diào)、配合。

（三）考核評(píng)審，通過可靠性試驗(yàn)、分析、研究、階段性的設(shè)計(jì)評(píng)審，考核設(shè)計(jì)方案是否合適；并及時(shí)反饋設(shè)計(jì)部門予以修訂設(shè)計(jì)。

（四）工藝設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)文件中，明確零部件的質(zhì)量要求和工藝規(guī)范，建立、健全質(zhì)量驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)，從生產(chǎn)角度 （或外加工進(jìn)貨角度）保證零部件的可靠性。

（五）試驗(yàn)反饋，運(yùn)用可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)和可靠性分析、研究的成果，及時(shí)反饋到有關(guān)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中去。

三、汽車機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

（一）從系統(tǒng)方面考慮

1.確定汽車機(jī)械零件可靠性數(shù)據(jù)指標(biāo)，主要是根據(jù)市場(chǎng)、用戶要求以及使用環(huán)境，進(jìn)而明確汽車系統(tǒng)的可靠性要求；

2.確定汽車機(jī)械零件的工作環(huán)境以及汽車的工作環(huán)境，例如氣候條件、道路條件、載運(yùn)條件等等；

3.決定易操作性基本要求（人機(jī)可靠性），如自動(dòng)變速器、自動(dòng)搖窗機(jī)、轉(zhuǎn)向器變位能力、制動(dòng)助力裝置等等。

4.決定維修性基本要求，在維修性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用修復(fù)容易的結(jié)構(gòu)、維修方式及診斷方式。

5.各項(xiàng)指標(biāo)的綜合平衡 不僅要考慮可靠性和維修性，同時(shí)要考慮其它質(zhì)量要素，如重量、尺寸。外觀等，并把功能，成本費(fèi)用包括在內(nèi)，都應(yīng)取得平衡，當(dāng)某些方面矛盾突出時(shí)，應(yīng)當(dāng)以求得安全性、可靠性、耐久性為優(yōu)先。某些方面也可采用折中處理。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，汽車機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)方法是將設(shè)計(jì)參數(shù)作為隨機(jī)變量處理，是在確定了產(chǎn)品破壞概率的前提下進(jìn)行的準(zhǔn)確計(jì)算。因此，以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等作為工具的可靠性設(shè)計(jì)方法，是在對(duì)機(jī)械零件產(chǎn)品的使用和時(shí)效進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，得出的一套指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究的科學(xué)的計(jì)算法則和設(shè)計(jì)方法。與常規(guī)的設(shè)計(jì)方法相比，不僅去除了主管的個(gè)人因素在設(shè)計(jì)過程中的影響，綜合考慮了外界條件變化，設(shè)計(jì)結(jié)果更貼近實(shí)際，故得到了廣泛的應(yīng)用。