機械設計可靠性分析

徐佳龍 陳鴻珂

摘要：近幾年，隨著我國經濟水平不斷提升，工業建設規模與數量不斷提升，為進一步便捷人們的生產與生活，各類機械設備的可靠性設計，成為當下必須解決的問題。這也是人類工業發展的基本需求，尤其是在現階段，正處于尖端科技改革發展的關鍵階段。因此，對機械可靠性設計方式研究有著鮮明的現實意義。

關鍵詞：機械設計;可靠性;應用

一、設計原理

機械可靠性設計的定義是指借助可靠性試驗并且對可靠性數據的結果進行分析，再通過物理學方面的研究來確定試驗產品的設計參數，以達到提高試驗產品的整體品質和性能的一種方法。憑借此方法，不僅可以在對產品進行設計的階段就確定好產品需要參照的可靠性指標，還可以確定機械產品的關鍵零部件的具體性能和具體的使用年限。機械可靠性設計方法可分為以下2種：機械可靠性定量設計方法、機械可靠性定性設計方法。機械可靠性定量設計方法是指，在對機械產品進行設計的階段，應用合理的概率方法、考慮機械產品的實效概率以及可靠度對機械應力和機械強度等隨機變量數據進行計算。之后再應用計算出的數據對機械的可靠性設計進行評估。機械可靠性定性設計方法是指，在對機械產品進行設計的階段，為提高設計質量，從之前的成功或失敗中吸取經驗教訓，避免出現之前發生過的問題。具體來看，就是在對機械產品進行設計的階段，先預估投入使用這些機械產品后可能會出現的各種問題，并且分析考慮會影響機械產品的使用過程因素，再對設計方案進行合理的改進，減少影響機械產品運行的不良因素所帶來的影響。

二、機械可靠性設計方式

1、機械可靠性優化設計。為應對日益增長的市場需求，以及逐漸提升的質量需求，機械優化設計理念形成，在融合了數學理論知識計算機技術之后，可以實現各種復雜問題的分析與優化，對于提升設計水平有著重要意義。對于機械產品的可靠性而言，將會對產品應用效果與性能產生影響，做好可靠性設計十分必要，也是在最短時間之內，生產最為優秀產品的基礎所在。機械的可靠性優化設計具體表現在三個方面：質量、成本以及可靠性。對于可靠性設計以及優化設計需要持辯證態度觀看，具體可以分為兩個角度進行看論述：一方面，可靠性設計并不等與優化設計，因為在單一設計中，可靠性設計完成之后，機械產品內部各個零件的參數并不一定達到最佳狀態。另一方面，優化設計并不等與可靠性設計，同樣在單一設計中，優化設計完成之后，機械產品內部并非可以在任何情況下都保持穩定性，也不具備在特定時間、地點，完成特定功能的效果。因此在機械可靠性優化設計中需要考慮到上述問題。

2、機械可靠性靈敏度設計。在可靠性設計中，將會對各類信息進行分析，從而得出各個零件的最優狀態，而這個最優狀態其實就是靈敏度，一個設備靈敏度較高，則可靠性就較為明顯，之所以引入靈敏度概念，是因為可以提升各類參數分析的效率與質量，常見的靈敏度分析方法有以下幾種：例如直接分析法、伴隨變量法以及函數法等。機械可靠性靈敏度設計簡單來說就是在可靠性基礎上的靈敏度設計，通過靈敏度分析結果來確定一個具體的參數，從而提升產品的整體性能。機械可靠性靈敏度設計對于可靠性設計來說意義重大，能夠有效地降低機械產品參數分析復雜程度。在分析過程中，如果部分因素的靈敏度較低，對機械可靠性影響較為明顯，需要在制造過程中重點控制。如果部分因素的靈敏度較高，對機械可靠性影響并不明顯，則可以將其作為確定量值進行處理。

三、機械設計可靠性應用分析

1、計劃期的可靠性分析。計劃期的工作設計人員需要依據市場需求的程度和客戶訂單的實際情況，通過對準確的市場分析和相應的技術指標，制定可行的設計技術方案。在這個過程中，需要對不同設計方案進行綜合分析其優缺點，重點需要考慮相關的可靠性、適用性和經濟指標等指標，制定出科學合理的設計任務目標。在此工作階段，可靠性分析工作實際上是產品可靠性前景預估。這項工作有兩個目的。一是確定產品中可能存在的薄弱環節，并為下一個技術設計階段提供糾正指導。第二是找到一個值得改進的方向，使重新開發產品成為可能。可靠性展望如果要完成指標的分配，則需要根據產品自身的功能和客戶的實際要求，完成相應的指標數據值，如壽命，可靠性和故障率。然后，根據具體的方法原則，進一步分配可靠的指標。

2、技術期的可靠性分析。在機械設計的技術期，其主要的目標完成設計總裝配圖以及不同機械部件的裝配圖，通過確定不同零件的外形與基本尺寸完成草圖的設計，同時，明確不同部件的聯接方法，確定機械部件的尺寸等。最后對整個機械系統的總裝配圖、分部件裝配圖、工作流程圖等進行設計。在這個過程中，還需要對機械動力與運動方式進行設計，并在此基礎上，不僅需要完成機械部件設計工作，還需要對零部件與機械機構重點部件開展相關工作性能校驗，然后對機械系統分部裝配草圖和總裝配草圖進行設計，在所有相關設計草圖完成后，還需要進行相關精確性準確性驗證。在整個機械設計工作中，技術期是最為關鍵的時期，在這個階段需要進行的可靠性分析工作較多。

3、基于產品使用需求的可靠性分析。基于產品使用需求的可靠性設計優化，實際是針對機械工程產品的制造過程采取必要的優化措施，降低工藝技術等方面的負面影響。在機械工程產品制造加工過程中，會因多方面影響因素對產品可靠性造成影響，包括零部件質量、加工精度、工藝流程合理性等。因此，在機械工程產品可靠性優化設計過程中，也需要充分考慮制造加工過程的影響因素，提前制定有針對性的應對措施。同時應通過工藝技術創新，提高機械工程產品制造水平，確保可靠性優化設計措施能夠得以實現。在產品設計過程中，需要對實際制造環境進行考察，分析各個子系統的綜合性能，可采用模型分析方法，對機械制造工藝的具體影響因素進行分析，并對工藝系統進行改良，從而保證產品制造過程的可靠性。通過提高產品制造工藝水平，能夠確保產品實際加工質量符合使用需求。

4、基于產品維護檢修的可靠性分析。最后，在機械工程產品的可靠性優化過程中，也需要考慮產品在實際使用過程中的維護檢修問題。產品可靠性設計要求是在產品正常使用壽命內的可靠運行。但是隨著機械工程產品使用時間的推移，其各方面功能性能水平難免會出現下降，此時就需要采用合適的維護檢修方法，恢復產品正常運行，減少故障隱患。因此，在機械工程產品的可靠性優化設計中，還需要突出產品特點，提前制定維護檢修辦法，為產品使用提供指導。同時應合理設計產品使用周期，明確產品報廢標準，避免存在較高故障隱患的產品仍然繼續使用，引發安全事故。產品維護檢修及保養措施應在設計文件和說明性文件中明確標注，在制定維修方案時，也需要考慮成本方面的問題，避免因運行維護成本過高，影響產品競爭力。通過基于以上幾方面的考慮，對機械工程產品可靠性作出多層次的優化，可有效提升產品可靠性水平。

總結

機械可靠性設計是一種能夠達到提高試驗產品的整體品質和性能的方法。為了保證機械產品的正常運行，在設計機械零件時一定要計算其可靠性指標，才能保證機械產品的質量。本文分析了機械可靠性設計方式的原理、機械可靠性的具體設計方式以及機械可靠性設計方式的實際應用。對機械可靠性設計方式廣泛應用，有助于相關企業更好地在市場上競爭。

參考文獻：

[1]? 劉向，張瑜.探討機械可靠性設計的內涵與遞進[J].科技經濟導刊，2018（20）：95.

（作者單位：浙江師范大學行知學院）