机械产品可靠性设计方法的研究

机械产品可靠性设计方法的研究

王永明 梁亚芳

浙江三花智能控制股份有限公司 浙江 绍兴 312500

摘要：机械产品的可靠性设计对于企业的良好发展来说是至关重要的，因此，在机械产品设计中，产品的可靠性对于设计人员来说是首要任务。为了提高机械产品设计中的可靠性，设计者需要从多方面入手，深刻认识并认真分析机械产品特点，遵循一定的可靠性设计原则，将现代可靠性设计方法与传统可靠性设计方法有效结合，选择最适合的可靠性设计方法，努力提高机械产品的可靠性。

关键词：机械产品；可靠性；设计方法

引言

随着新时代信息技术的飞速发展和广泛应用，机械产品无论在企业还是在生活中都受到人们的青睐。机械产品正常运行的根本保障是其中大量高精度电子元器件的存在，这是机械产品运行的先决条件，电子元器件的技术指标与设备的运行状态密切相关。因此人们对机械产品的可靠性提出了更高更新的要求。提高机械产品的可靠性是未来的发展之路。

1机械产品可靠性概述

可靠性设计是以形成产品可靠性为目标的设计技术，将外载荷、零部件尺寸等设计参数视为随机性变量，应用数理统计，力学理论，得出避免零部件出现破坏的共识，形成符合实际的零部件设计。控制失效的发生率在可接受范围。改良设计作用体现在分析计算数据，使设计者对零部件有清晰的了解。机械发展的可靠性是其重要基础，机械产品可靠性不强，则产品质量出现很大的问题，机械产品失效主要原因是耗损型失效，如设备出现老化现象，及强度退化等为损耗型失效。机械产品销量随着时间不断变化，但变化非恒定值，符合特征分布的形式有多种，如对数正态分布等。机械产品每个零部件有很多重要的设想模式，机械产品由零部件组成，零部件大多为非标准零件，导致失效统计值分散。如电子产品难以进行失效率的统计。可靠性分析需要对失效模式相关性进行考虑[1]。

2机械产品可靠性的影响因素

2.1硬件质量问题因素

硬件有很多，都十分精密，其质量和安装决定了硬件的可靠性。现如今，硬件厂商的数量是很庞大的，但是它们的能力差次不齐，即使产品外观基本一致，但是质量却有很大不同。这是因为有一些在质监上没有做好，所以产品必然是劣质的。一些设备厂商为了获利，会去购买这些硬件，而且不会做质检，他们是知道这些都是不满足制造要求的，但却不去做好管控。因为监督有很多地方都触及不到，所以一些违规是不会被看到的，即使只有很少的几处，也会引发一些问题。故此，我们不能继续无视，而是要转变，把这些都做好。

2.2机械条件

自动化设备也被广泛用于需要位移或振动的大型机械设备中，这种机器在工作过程中会伴随着巨大的震动和振动，在长期运行中，容易对控制设备中的部件造成损伤和严重的金属疲劳，这也是导致控制设备可靠性下降的因素之一。

2.3零部件通用化、标准化程度低

机械产品的功能零部件多数是非标准件，只有少数零部件如轴承、密封件、阀、泵等实现标准化、通用化，供设计人员选型设计。多数零部件因功能不同、结构各异，只是将其特征参数(如齿轮模数、液压缸直径等)标准化设计。设计人员在设计时，要考虑的载荷、几何尺寸、材料性能等因素具有分散性和随机性，因而难以同电子产品那样统计其失效率。

3机械产品可靠性设计方法

3.1认真筛选机械零件及元器件

所有要用到的元件，它的性能对设备来说都是关键的，不可以有一点缺点，否则就是巨大的隐患。因此要做好机械零件及元器件的筛选，不能有一点松懈，要按照一定的规则来进行，如果做不到，就必然与预期有较大偏差，这不应发生。在质量上，元件要先检测，这是十分必要的。为了其中不会有漏网之鱼，不可以用抽样的方式，而是要覆盖所有单件。另外，要将温度作为一个主要参照，一般来讲，如果没有明确的要求，都会使用散热好的，当然这是在预算允许下才可以的。就性能来说，固然是越高越好，因为这与效率有关，但也要在性价比上多下功夫，尽量以最少的花费得到最优的成效。同时，可以用一套标准对元件进行分类，并把它们的所有参数都记录下来，这样方便之后的筛查。

3.2系统故障的预防设计

在运行属性上，大多数机械产品都属于串联系统，其中任一单元发生故障而失效时，系统就丧失规定的功能而失效。因而为确保机械产品整机的可靠性，设计者就需要关注产品设计细节，从小小零部件就得严格控制设计质量：优先选用符合要求的标准件和通用件，严格按设计标准进行设计选型；其次，选用得到应用或试验验证的零部件，充分利用已有的故障分析成果，对成熟的设计经验或验证后的设计方案进行优化设计[2]。

3.3权衡设计

权衡设计是对可靠性等要素综合衡量后制定最佳方案，考虑零部件在寿命周期可能遇到的环境影响因素，包括运输的碰撞，设备保养合理程度等，通过因素分析，在零部件生产用料上优化，保证零部件及机械设备的可靠性。机械设备运作是整体运作，实现整体功能大于部分功能，首先要优化零部件可靠性，机械设备零部件需要优先选用标准件，选用前要对零部件进行分析验证，以成熟的经验验证方案。机械零部件使用中受到外界条件影响，强度逐渐退化，必须引入时间概念用随机过程描述强度变化历程。运用随机过程原理建立合资啊与强度变化动态可靠模型，采用随机摄动法进行零部件动态可靠性指标计算[3]。简化设计是满足特定条件下设计合理简化，结构过于复杂容易出现故障，无法进行可靠性优化。是避开故障的有效方式。简化非依靠少部分超负荷承载大部分功能，零部件简化需从整体把握，余度设计从整体下手，通过对完成规定功能设置重复结构等，机械设备整体系统保存规定的功能。

3.4提高设计工作人员的专业知识与技能

机械产品结构和系统比较复杂，对机械产品操作人员的要求也会很高。为了满足相关要求机械产品的可靠性,我们必须加强操作人员的培训,确保他们能够充分掌握相关专业知识和技能,并能能确保正确评估机械产品的安全可靠性。同时，操作人员必须有技能能够对设备进行日常检查和维护,对及时发现问题能够正确处理,并采取有效措施确保机械产品的安全可靠运行。

3.5加强对设计稳定性的监督

要想机械产品本身是优质的，同时没有我们所不能接受的缺陷，就要从设计入手，只有做好了设计，才是对机械产品最好的保证。在设计时，要充分了解设备，杜绝盲目地进行设计，要用正规的手段获得所有要用到的数据，将它们作为参照，这样就可以确保机械产品的可靠性不会有偏差。同时要将机械产品的运行条件纳入到考虑中，以此来对结构进行设计，使它不会因为无法适应条件而出现性能上的削减，这是当下很常见的情况，所以要引以为戒。

结束语

综上所述，机械可靠性设计是将概率论、数理统计、失效物理和机械学相互结合而形成的一种设计方法。其主要特点是将传统设计方法中视为单值而实际上具有多值性的设计变量，如载荷、应力、强度、寿命等看成某种分布规律的随机变量，用概率统计方法设计出符合机械产品可靠性指标要求的零部件和整机的主要参数及结构尺寸。随着计算机技术的发展，模拟结构力学分析模型日趋完善，计算机辅助设计、有限元分析等新技术将得到广泛应用，但不管如何发展进步，现代可靠性设计方法绝离不开传统的可靠性设计方法，其二者的有效结合才是设计者的最优选择。

参考文献

[1]李偲，梅晓雄.机械产品可靠性设计理论及方法研究[J].南方农机，2019，50(04):37+41。

[2]师文栋.机械产品的可靠性设计方法研究[J].科学技术创新，2019(06):194-195.

[3]杨泳超.机械产品的可靠性设计方法研究[J].河南科技，2019(01):35-36.