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

马书成 张生利 刘胜帅

齐齐哈尔和平重工集团有限公司 齐齐哈尔 161000

摘要：随着经济的飞速发展，市场对机械产品提出了更高要求。产品可靠性即是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。产品可靠性设计就是在满足性能、费用、时间等条件下，使设计的产品达到满意可靠性要求的过程。产品可靠性是设计人员在设计过程中赋予产品的固有属性，因产品的可靠性设计是产品可靠性的首要条件与有力保障。可靠性设计起源于电子产品领域，现已渗透到机械产品及其他学科领域，并逐渐渗透到社会科学领域。现代化机械产品可靠性设计不仅涉及传统的机械设计技术的应用，还融合了系统工程、价值工程、环境工程和计算机技术等新兴工程或技术的应用。本文就机械产品可靠性设计方法展开探讨。

关键词：机械产品;可靠性设计;设计方法

引言

我国机械工程制造业发展较快，产品质量水平不断提升，已经进入良性发展期。但是在机械工程产品设计中，由于未能处理好产品功能扩展与可靠性要求的关系，导致产品可靠性存在不足，容易对产品使用安全造成一定影响。针对这种问题，应在提升产品可靠性设计重视度的基础上，采取有效的优化措施，为产品可靠性提供保障。

1设计原理

机械可靠性设计的定义是指借助可靠性试验并且对可靠性数据的结果进行分析，再通过物理学方面的研究来确定试验产品的设计参数，以达到提高试验产品的整体品质和性能的一种方法。凭借此方法，不仅可以在对产品进行设计的阶段就确定好产品需要参照的可靠性指标，还可以确定机械产品的关键零部件的具体性能和具体的使用年限。机械可靠性设计方法可分为以下2种：机械可靠性定量设计方法、机械可靠性定性设计方法。机械可靠性定量设计方法是指，在对机械产品进行设计的阶段，应用合理的概率方法、考虑机械产品的实效概率以及可靠度对机械应力和机械强度等随机变量数据进行计算。之后再应用计算出的数据对机械的可靠性设计进行评估。机械可靠性定性设计方法是指，在对机械产品进行设计的阶段，为提高设计质量，从之前的成功或失败中吸取经验教训，避免出现之前发生过的问题。具体来看，就是在对机械产品进行设计的阶段，先预估投入使用这些机械产品后可能会出现的各种问题，并且分析考虑会影响机械产品的使用过程因素，再对设计方案进行合理的改进，减少影响机械产品运行的不良因素所带来的影响。

2可靠性的定义

可靠性指的是产品在特定时间以及特定条件下执行的具体特定功能。通常情况下，可靠性具备紧密性。如果在使用的过程中遵守具体规定对产品实施维护以及修理，那么其就可以处在非常良好的运行状态当中，说明总体存在可靠性。

3机械工程产品可靠性设计现状

我国机械工程制造业发展的起步较晚，在上世纪80年代时，才在产品可靠性设计方面取得一定突破。随着国内机械工程产品可靠性研究组织机构的相继成立，加快了我国产品可靠性设计的标准化进程，对于推动机械工程制造业发展做出了重要贡献。但客观而言，我国机械工程产品可靠性研究仍落后与西方发达国家，现有研究成果也偏重于理论，在实际生产领域的应用较少。从机械工程实践情况来看，由于缺少产品可靠性的优化设计经验，难以根据机械工程产品的实际用途、功能性能特点，对产品可靠性作出有效优化。或因产品可靠性优化设计周期较长，影响了实际工程进程。再加上成本等方面的客观限制条件，导致部分产品可靠性不足，容易影响机械工程产品的运行安全性和稳定性。针对这种状况，必须提高对机械工程产品可靠性设计的重视，同时应明确机械工程产品可靠性设计优化应贯穿于工程实践的全过程中，与产品制造、安装、使用及维修紧密结合起来，不断积累经验，提高机械工程产品可靠性设计水平。

4机械产品可靠性设计的方法

4.1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。

4.2基于产品使用需求的可靠性优化

基于产品使用需求的可靠性设计优化，实际是针对机械工程产品的制造过程采取必要的优化措施，降低工艺技术等方面的负面影响。在机械工程产品制造加工过程中，会因多方面影响因素对产品可靠性造成影响，包括零部件质量、加工精度、工艺流程合理性等。因此，在机械工程产品可靠性优化设计过程中，也需要充分考虑制造加工过程的影响因素，提前制定有针对性的应对措施。同时应通过工艺技术创新，提高机械工程产品制造水平，确保可靠性优化设计措施能够得以实现。在产品设计过程中，需要对实际制造环境进行考察，分析各个子系统的综合性能，可采用模型分析方法，对机械制造工艺的具体影响因素进行分析，并对工艺系统进行改良，从而保证产品制造过程的可靠性。通过提高产品制造工艺水平，能够确保产品实际加工质量符合使用需求。

4.3功能结构的简化设计

机械产品大多是串联系统，越简单越可靠是机械产品的基本设计原则，也是机械产品提高可靠性降低失效率最行之有效的方法。因此，在满足规定功能的前提下，应优先采用结构简单的机械设计。设计者若能简化结构设计，减少零部件数量，就能提高机械产品的可靠性。需要指出的是，简化设计不能因为零部件数量的减少，而使其他零部件执行超常功能或在超常荷载条件下工作，否则，将实现不了提高可靠性的简化目的。

4.4传统设计方法与可靠性设计相结合

当前的可靠性设计理论不仅缺少数据支撑，而且即便是一个小的结构，它也存在多种失效模式，因此对于简单零件是不建议使用可靠性概率设计的；以往的安全系数法纵然有着多项不足，但是相对而言更加直观、便捷。并且，在多种工况下都能保障产品可靠性，有着一定的运用价值。现在使用概率设计法来完善安全系数法，使用各项成熟的设计方法进行产品设计计算，然后将理论计算值与实际试验结果进行对比，总结相关设计经验，建立可靠性设计数据库，为今后设计带来参考。

结语

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

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