机械可靠性设计方式与原理分析

杨大庆

摘要：机械可靠性设计是一项基础技术工程，其主要目的是保证机械产品的正常稳定运行。机械零件的设计必须考虑可靠性因素，因为只有机械零件的可靠性才能保证机械产品的整体性能。本文分析了机械可靠性的设计方法和原理，旨在为相关研究提供可靠的参考。

关键词：机械可靠性设计；方式；原理

引言

为了保证机械产品的正常运行，在设计机械零件时一定要计算其可靠性指标，才能保证机械产品的质量。

1、机械可靠性及其工作的特点

1.1机械可靠性的特点

当机械处于正常运行时，必须确保其稳定可靠，如果在使用的过程中出现问题，会造成不必要的损失，所以机械的可靠性尤为重要。在机械产品运行的过程中，不可避免地会发生摩擦、损耗等情况，导致机械零件破损，以至于不能满足正常使用要求，进而影响工作效率以及质量。机械是由众多零件组合而成的，在众多的零件当中，非标准零部件所占比例尤为显著，并且这些零部件的失效统计值非常分散，不易统计。正是因为这个原因，在平时的工作中很难对机械产品的失效数据准确收集、统计。所以在进行机械的可靠性分析时，并不能对实际情况进行分析，只能针对机械的失效模式进行分析，从而近似得到想要的结果。

1.2机械可靠性工作的特点

要想对机械的可靠性进行分析，要对机械中各部分零件进行可靠性分析，通过失效模式分析以及工作经验，得到相对比较准确的结论，并提供给进行产品研发的有关部门。进行机械产品的可靠性分析时，为了避免在分析的过程中出现失效现象，首先要做失效模式分析；其次要对机械产品的重要零件和关键零件进行可靠性的设计工作；最后要制定该产品的产品操作要点，并对产品的维修进行说明。

2、机械可靠性的设计原理

机械可靠性设计以物理研究为基础，物理研究通过可靠性测试和可靠性数据分析结果来确定相应产品的设计参数，从而提高产品的总体性能和总体质量。在机械产品的设计阶段，可以根据可靠性设计原理确定机械制造必须参考的可靠性指标。并且通过机器可靠性计量器给机器的主要部件的使用寿命和工作性能进行确定。在此基础上，通过机械可靠性优化设计，可以相应地调整机械主要零件和主要部件的参数，从而提高机械产品的整体性能和使用寿命。根据物理指标设计，机械可靠性设计方法可分为两种，其中一种是定点方法，另一种是固定设计方法。机械可靠性的定性设计方法是参考机械设计过程中相关的成功设计经验，或参考失败的教训，提高机械设计水平，最大限度地避免机械设计中的缺陷。尤其是在机械产品设计过程中，对实际应用机械产品时可能出现的故障以及影响机械产品的因素进行综合分析后，机械可靠性设计改进了设计方案，最大限度地消除了影响机械产品正常运行的因素。机械可靠性定量设计方法主要基于应力强度干涉模型，并以功能失败的状态函数理论为前提。在机械可靠性定量设计中，将机械强度、机械应力等视为随机变量，然后应用相应的概率方法，根据随机变量计算机械产品的概率和机械产品的可靠性，并根据计算结果评估机械可靠性设计是否合理。

3、机械可靠性的设计方式

3.1稳健设计方法

机械产品的质量分为内部质量和外部质量，在设计和制造机械产品时，一定要保证产品的质量不出问题。内部质量是指产品的稳健度和整体的性能如何。外部质量是指使用者在使用过程中体验到的机械产品的质量情况。为了保证机械产品的高质量，在设计过程中使用机械可靠性稳健设计方法能够确保质量不出问题。机械可靠性稳健设计方法分为将工程模型和技术优化结合的设计方法和以设计经验或半设计经验为借鉴的设计方法。将工程模型和技术优化结合的设计方法常用的设计方法是变差传递法和随机模型法，后者常用的设计方法则是广义模型法、田口法以及响应面法等。以工程模型为主的设计方法在CAD技术和计算机技术的不断发展下也随之进步。机械可靠性稳健设计方法是需要和灵敏度设计互相配合使用的，通过分析灵敏度能够对影响产品质量的不稳定因素进行有效控制，如此便能提高产品的稳健度。

3.2优化设计方法

随着社会的不断发展，科技的发展也日新月异。在这个过程中，人们不断对制造工艺和技术进行创新，这些新兴的技术也逐渐被应用在制造机械产品的过程中，让机械产品的发展有了一个质的飞跃，人们在使用机械产品时也会产生更高的品质要求。而从机械产品的设计到生产制造是一个很长的时段，为了生产出更高质量的机械产品，要改进设计技术、创新设计理念以及加快设计过程。现代计算机技术和数学规划融合在机械优化设计方法中，能够通过有效处理在设计过程中出现的复杂问题，来优化机械产品的设计方案。机械可靠性优化设计方法通过对机械产品的可靠度、质量以及成本进行优化，保证机械产品的高质量，制造机械产品更加地高效，并且提高机械产品的可靠性。

3.3灵敏度设计方法

在机械产品的设计阶段，要多次对初步的设计方案进行实验分析，设计方案一经改动，就要再次实验，也就是说在这个过程中会使用很多人力物力，总体的效率也比较低。如果需要制造更为复杂的机械产品，会应用到更多的物理和几何参数，可靠性设计即对大量的参数进行研究从而来分析产品特性带来的影响，也就是研究产品的特性对参数的灵敏度如何。机械可靠性灵敏度设计分析的方法有Green函数法、直接分析法以及伴随变量法等，通过对灵敏度进行分析，能够优化机械产品的设计，也能对工程进行近似分析。

3.4实验分析

在进行试验的过程中，要采集各种零部件在不同工作状态下的运行数据，通过对这些数据的分析，找出产品设计、原材料和加工工艺中的不足之处，进行进一步的调整，使产品进一步完善，从而提高产品成功率，还可以减少维修养护的成本。为了使机械产品的使用寿命更长，必须提高机械每个零件的产品质量。如果试验过程中出现故障，要对出现的故障进行认真的分析和研究，针对故障发生的根源，制定有效的处理方案，同时尽可能地在实际应用过程中规避同样的问题。如果可靠性设计出现更改，就意味着实验工作又要重新开始，不仅会浪费一定的资源，还会浪费较多时间。因此合理进行模拟实验能够提高可靠性设计的效率，使资源得到合理的利用。

4、机械可靠性设计的应用

一般来说，机械可靠性设计越来越广泛，主要侧重于高功率机械产品、机械产品的磨损部件和机械产品的操作参数。机械产品可靠性保证的基本是机械产品的主要部件，这些主要部件的工作功率都比较大。一般来说，机械产品的高功率零件在正常操作过程中会受到应力作用的腐蚀、磨损和疲劳现象，从而影响机械产品的正常操作和可靠性。机械可靠性设计综合考虑了机械产品的应力、强度分布和机械产品的可靠性，然后在概率意义上将这三者结合起来，为机械可靠性设计计算提供了基础。机械可靠性设计计算主要使用组合方程式来执行计算，在计算完成后收集机械产品元件的复杂性，并根据特定使用环境和类似产品的故障记录来确定机械产品元件的可靠性指标。在机械产品零件制造过程中，按照此可靠性指标制造

结束语

机械零部件可靠性设计是现代机械零部件生产的主要依据，重工业产品和机械类产品内部的重要零部件都是建立在零件可靠性上进行生产的。因此，我国相关部门对机械零件结构可靠性设计非常重视。机械零件结构可靠性设计能力的提升，加速了我国工业水平的发展速度。

参考文献

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