机械产品可靠性设计研究

梁君　姚春利　杜宇

摘要：随着近年来国内外科技的迅猛发展，机械的可靠性研究逐渐被人们所重视，机械的可靠性设计作为机械产品质量以及安全性能的保障，对机械的使用和优化升级有着重要的影响，在提升机械产品综合竞争力方面也有着其特有的优势。

关键词：机械 可靠性设计 研究

随着国家经济科技的迅速发展，机械制造成为了生产力发展的重要助力，机械产品也在经济发展的过程中不断进行优化升级，而这一设计过程在技术层面是非常复杂的，其设计过程涉及到多个学科方面，其中设计可靠性作为保障机械产品的质量和安全性能的关键，在优化设计的过程中一直是重点的研究方向。因此国内外都在机械产品的可靠性设计研究方面不断的探索，力求能够最大限度的发挥机械的操作价值。由于对机械产品可靠性设计研究的起步较晚，使得机械可靠性设计在实际应用中并不广泛，因而本文将对机械产品可靠性进行初步的研究。

一、机械可靠性设计概述

近年来机械可靠性设计的研究逐渐成为相关机构的研究重点，也逐渐认可了机械产品的可靠性设计在产品质量和使用安全方面的重要性。简单来说，机械可靠性就是指在一定的时间和环境条件下机械产品能够稳定实现的操作功能和实际效益。因而机械的可靠性设计是一种基于常规机械设计方案上的提升机械产品质量和实用性的优化设计，这种可靠性设计将数学规划方法和可靠性理论分析相结合，从而测算出理想状态下的最优数值计算方法。机械产品的可靠性设计从上个世纪六十年代开始引起相关研究机构的重视，至今已经有了半个世纪的研究历史，随着机械设备的可靠性设计的研究逐渐深入，这种优化设计也逐渐涉及到各个领域，为转变生产模式提供了极大的助力。

二、机械可靠性设计与传统机械设计之间的关系

（一）机械系统可靠性特点。科技的飞速发展使得當前生产部门在进行生产活动的过程中逐渐更新了其设备和系统，机械产品与电子产品往往是协同工作的，但是机械产品的可靠性与电子产品的可靠性存在许多差异，而对其特点的研究有助于进行机械产品可靠性的设计研究。相比于电子产品。机械产品的故障模式是多种多样的，具有较为复杂的失效模式。生成故障的原因也于电子产品不同，电子产品使用过程中的故障大多来自偶然因素，而机械产品的故障原因一般为老化和磨损类的损耗性故障。由于机械产品的工作环境十分复杂，使得由于环境因素影响的应力难以估计，这就影响了机械可靠性的相关数据的采集，而电子产品的可靠性数据相对较容易获取并汇总。另外，高昂的造价使得机械产品难以进行筛选工作去排除早期故障，由于使用过程中需要考虑载荷、材料等方面的因素使得机械产品难以采用标准的零部件。

（二）两种设计之间的关系。在传统的机械结构的设计过程中，相关设计人员的主要目的就是让机械产品能够满足用户的使用需求，并且在一定范围内保障机械的使用质量。因此传统的机械设计方法在设计算法方面主要关注设计计算和安全系数的校核计算，但是这种传统机械设计计算方式难以保障机械产品的可靠性，也使得机械发生故障的概率难以测算。

从可靠性的角度进行考虑。机械产品不仅仅需要完成其设定的功能，还需要加强其续航和稳定的能力，可靠性是一种长期的、持续性的使用要求方面的表现。这也就意味着机械产品的可靠性研究需要在传统的机械设计的基础上考虑到持续使用的需要，设计过程需要引入概率论和数学统计模型进行优化设计，更加科学合理的通过较小的零部件尺寸和整体体积重量等进行机械的设计工作，使机械产品更加符合实际生产工作需要。

三、机械可靠性设计方法

对于机械可靠性设计的研究服务与最终的设计过程，机械可靠性一般分为系统可靠性和零部件可靠性，在机械结构强度、损耗以及运动故障两方面进行考虑.因此机械可靠性的设计分为定性可靠性设计和定量可靠性设计，针对性的进行机械产品的优化设计。但是实际上定性可靠性设计因定量可靠性设计缺少可靠性预计数据而具有更加广泛的引用。

（一）预防故障设计。一般的机械产品在运行原理上都属于串联系统，为了保障机械产品的可靠性，就需要重视细节，在零部件的选择和使用上需要严格把关控制，选用符合标准的零部件或通用件，设计过程中对这些特殊零部件进行试验验证，充分运用故障分析的数据成果进行机械产品的可靠性设计。

（二）简化设计。为了满足经济效益与社会效益的双重需求，机械设计应该在满足预定功能的情况下尽量采用较为简单的设计，尽可能的减少机械产品中零部件的数量，通过简化设计提高机械产品的可靠性。

（三）降额设计和安全裕度设计。简单来说降额设计是指将零部件的使用应力通过科学的调配使其低于额定应力的一种设计，一般通过降低零部件的承受应力或使用强度较高的零部件来实现。

（四）余度设计。余度设计是指在机械产品的设计过程中完成预设功能以外的重复功能结构的设计。这种设计方式的目的在于保障机械产品使用的稳定性。一旦机械设备的局部发生故障而失效时，这种重复的结构设计能够保障机械产品预设功能持续工作。因此当机械设备内部某部分可靠性要求很高但其他设计方式难以实现的情况下，余度设计是较好的选择。但是由于设计具有重复结构，使得机械设备系统的可靠性降低，也提高了机械设备的生产成本，相对而言应用不算广泛。

四、小结

在进行机械产品可靠性的设计过程中需要考虑应用环境和实际使用情况，通过科学的数据指导进行可靠性设计。当前国内的机械产品可靠性研究与国外相比还存在一定差距，需要相关机构不断深入进行研究，丰富机械产品可靠性研究的内涵。