基于机械设计可靠性的研究分析

基于机械设计可靠性的研究分析

廖仁

广州潮流水上乐园设备有限公司511442

摘要：机械设计的可靠性指的是机械产品在特有的环境下，完成规定功能设置的水平，这是衡量产品质量能否达标的极重要标准。机械设计的可靠性工作方法是把失效物理、统计理论、机械加工等进行综合研究的设计技术，在机械设计各时期都有可靠性工作内容。本文主要探究了机械设计不同时期的可靠性设计以及机械设计可靠性的发展方向，以供参考。

关键词：机械设计；可靠性；发展方向

引言：机械设计，是根据产品使用要求，对机械的工作原理、结构、运动方式、零件材料等进行构思设计并用语言文字具体描述出来，作为机械制造的工作参考依据。机械设计的努力目标是在各种条件限制如理论知识和设计手段、加工能力等条件下设计出最好的机械，即对机械产品做优化设计。机械设计主要分为以下阶段：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段、后期维修保养阶段。下面，将展开分析每一阶段的可靠性，找出每一阶段的可靠性分析侧重点，便于升级理论，优化产品。

一、机械设计不同时期的可靠行设计

1、计划阶段的可靠性设计

计划期的工作依据是新型科研成果发布、市场需要程度与客户订货实际情况。设计工作人员要利用准确翔实的市场情报与技术指标，制定出可行性技术方案，对多种方案进行利弊比较，综合考虑到可靠性、适用性与经济性指标，完成合理的设计任务目标制定工作。在这一时期，可靠性工作实际上就是产品可靠性展望。此工作目的有两个，一是找出产品可能存在的薄弱环节，给接下来的技术设计时期提出纠正指导。二是寻找到值得改进的方向，使产品再度开发成为可能。可靠性展望若想完成指标的分配确定，需要根据产品自身的功能及客户的实际要求，完成相对应的指标数据值建立，比如说寿命、可靠程度、失效率等等。再按照特定的方法原则，逐步分配可靠指标。

2、方案设计阶段的可靠性设计

通常说来，设计的第一步应是确定总体方案，即确定最终作用的机械工作原理以及与之适应的机械结构。这是机械设计的中心环节，是一个机械设计的灵魂，关系机械设计的成败。本阶段的重点任务是对初步拟定的设计方案进行评价，此时的评价对象是整个的系统，因此，系统越复杂，可靠度就越低。因为高复杂系统意味着有众多的基本组成原件，原件越多，出错率就越大，提高系统可靠性的措施是采用并联使用设备。因此，可靠性设计要运用可靠性分析方法，对拟定方案进行初步分析，确定出系统可能发生的事故总事件，以及系统原件之间的复杂关系。

3、技术阶段的可靠性设计

机械设计的技术期发展目标是形成总装配图以及各个部件的装配图，用草图的设计来确定各个零件的基本尺寸与外形，还包括每一部件间的相连方式，部件外形与尺寸等等。最后，需要确定零件的总装配图、分部件装配图、工作流程图。这一时期首先需要对机械设备进行动力与运动设计，在此基础上完成零部件的设计，并对重点部位及零部件进行工作性能校验，接下来设计分部装配草图以及总装配草图。所有草图完成之后，需要进行精确性核验。正因为技术期是整个机械设计中最为重要的时期，所以，这个时期的可靠性工作就相对比较多。对于单个零件设计来说，这个阶段已经确定了其荷载，同时根据刚度、强度、稳定性的实际情况，来确定出零部件的设计尺寸范围，这样才能够保证零件的质量。

4、技术文件编制阶段的可靠性设计

技术文件的种类较多，最常用的有设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等。编制用户使用的使用说明书时，介绍内容应包括机器的性能参数指标、使用指示、常见问题维修方法及其保养规则等等。其他文件如购件明细表、产品检验合格单等，一并加入，若差其他文件，视情况另行编制。经过上述几个阶段，机械设计已接近尾声，这一阶段是要对产品进行性能评价，手段就是进行可靠性试验，即是通过既定的试验方法对产品进行试验，评价其可靠性水平，系统分析试验结果，在理论上得到系统的可靠性指标值，并将最后数据编入技术文件中，既为厂商提供产品数据评价参考，又为用户提供正确使用产品的方法和日常保养维修依据。

5、保养阶段的可靠性设计

保养期是机械设计的最后一个阶段，做好机械的维护和保养能够延长机械的使用寿命。但是当前这一阶段总是被人们所忽略，在实际的生产过程中，特别是一些大型的制造企业，这个阶段的费用往往会很高而且十分的复杂，这就需要我们了解机械设计可靠性在这个阶段的重点内容，例如，制定机械设计保养计划、维修计划以及确定机械产品的实际适应情况。机械设备在使用的过程中随着年限的增长会导致使用性逐渐下降，甚至会影响到正常工作。为了延长机械设备使用的年限，我们必须重视机械设计的保养期工作，为产品生产提供可靠的技术支持，进而提升产品的生产效率，为企业赢得更多的经济效益。

二、机械设计可靠性的发展方向

1、可靠性优化设计

可靠性优化设计也是建立在可靠性之上，这种设计模式不仅能够更好地满足产品投入使用过程中的可靠性，还能优化产品外观尺寸、加工成本以及安全性等参数，进而使产品预估效能更加接近实际效能。此种方法有效融合可靠性分析理论和规划方法，以可靠度为基础构建优化目标函数，调整机械零件的外形尺寸、成本等参数，实现最小化，然后以刚度、强度等设计要求充当约束条件，构建数学模式，参照数学模型合理选择具体的优化方法，最终求解最理想的设计变量。

2、可靠性试验

现阶段，可靠性理论趋于成熟，然而可靠性试验尚不健全。可靠性试验是一种考察、分析和评判产品可靠性的手段，旨在通过可靠性试验及时发现产品设计、原材料以及加工工艺存在的缺陷，进而进一步完善产品，提升成功率，降低维修养护成本，判断其是否满足可靠性定量要求。然而一旦具体的设计方案出现变更，则应重新开展试验分析，造成了不必要的资源浪费，因此，我们应充分利用高性能软件，缩减试验次数，节省成本。

3、可靠性设计与传统设计相结合

传统设计中安全系数法虽有缺陷，但其简单、合理、直观、运作量小的优点，比起可靠性设计来说在有时候有益的多。可靠性设计不仅缺少基本参数，还需要很多模式试验。所以，有丰富经验的安全系数法在很多时候也是相当有用的，我们现在所需要做的就是将可靠性与安全系数法通过概率设计法来进行合理的结合，从而不断积累可靠性设计经验，并保存整理相关数据，以节省时间和成本，使最终设计高效简洁。

三、结束语

综上所述，机械设计在不同阶段的可靠性研究，有不同的侧重点，我们把握住每一个侧重点，才有可能使机械设计完成整体的高质量与高标准管理，最终实现产品对市场的最优化衡量。当前，国外的机械设计可靠性程度发展水平较高，而我国则仍处在不成熟的阶段，需要通过借鉴国外的机械设计方法和原则促进可靠性程度的进一步提高。因此，我国需要根据国家的基本国情，适当地加大机械设计可靠性的研究力度，最大限度地保证机械设计的可靠性，保障机械设计的产品的可靠性，生产出高质量、高水平的产品。

参考文献：

[1]刘兴权.有关机械设计的可靠性探究[J].科技创新与应用，2016，08：72.

[2]李树平.机械零部件的模糊可靠性优化设计[D].西安理工大学，2016.

[3]张义民.机械可靠性设计的内涵与递进[J].机械工程学报，2017

[4]陈举华；高冉.机械设计及辅助设计的目标设置及方略[J].中国科教创新导刊，2018，（19）.