机械零件可靠性的优化探究

贾瑞江

摘要：为了保证机械设备的作用能够充分发挥，必须提高机械零件的可靠性，这就需要在设计阶段对机械零件的可靠性进行分析，对设计方案进行优化，使其可靠性满足机械设备的性能要求。本文主要探讨的是机械零件可靠性设计理论及其方法的运用，为相关的设计人员提供参考。

关键词：机械零件；可靠性；理念；方法

随着我国社会经济的迅速发展，我国对机械工具的应用需求逐渐提高，对机械零件的可靠性提出了更高要求。但是在传统的机械零件可靠性分析过程中，大部分技术人员都比较依赖自身的工作经验，并未确定规范的衡量指标，难以保证机械零件可靠性分析的准确性，不利于机械零件的制造和使用。同时，在机械制造技术的迅速发展背景下，机械零件的结构更加复杂，给机械零件可靠性分析带来更大挑战，仅仅依靠传统的方法很难对机械零件可靠性进行正确的分析和判断，甚至出现不同程度的偏差，给机械零件的制造及使用带来更多隐患。面对这种情况，必须要深入了解机械零件可靠性的设计理论，采取更加有效的方法进行机械零件可靠性分析，为机械制造业及社会发展提供有利支持。

1机械零件可靠性优化设计的必要性

一般说来，常规机械零件设计方法(又称安全系数法)往往将零件强度(R)及应力(S)均视为单值，促使安全系数(N=R/S)成为单值，以安全系数超过实际使用经验规定中数值为安全性评估标准，其设计水平日趋成熟且被广泛应用于实践领域，但是普遍存在忽略各个设计参数随机性的问题，仅仅以设计角度为出发点将各个设计参数视为单一性确定值，造成设计方案脱离实际应用情况，难以保障机械零件自身可靠性[2]。由此可见，综合考虑设计参数随机性实现多参数设计目标消除影响机械零件可靠性的风险因素成为机械零件设计的主流发展趋势，客观上要求相关技术人员以优化设计为基础搭建可靠性优化设计数学模型。

2机械零件可靠性设计理论

随着可靠性理论引入到机械产品设计环节，机械零件的可靠性逐渐得到提升，对机械零件的制造及使用起到了较好的积极影响作用。就目前来看，可靠性理论在机械产品设计中的运用体现在以下几个方面。

2.1可靠性优化设计

一般机械零件可靠性分析就是在数据分析的基础上，对零件的质量、尺寸及安全性等各项指标进行改进，使机械零件的整体性能得到有效提升，使机械零件能够更好的适应机械运行环境，有效保证机械设备的正常运行。机械零件的可靠性优化设计是现代机械设计理论中的重要部分，需要建立相应的计算模型，通过运算对机械零件的整体进行把控，找出机械零件中存在的缺陷，进而对其进行补偿，使机械零件的各项属性达到规定标准的要求，并对其进行仿真分析，确认其是否满足使用要求，反之就要再次进行处理。

2.2可靠性灵敏度设计

机械零件的可靠性灵敏度设计是基于可靠性的基础上，进行灵敏度设计，以此充分反映各项参数对机械的影响程度。在进行机械零件可靠性分析的时候，普遍存在诸多影响因素，难以保证可靠性分析的结果，若是对所有的影响因素进行可靠性分析，势必会带来较大的成本，且可靠性分析的准确性也无法保障，这就需要引入灵敏性分析。通过灵敏性分析能够对某些不确定因素在不同条件下的变化情况进行分析，比如模拟机械零件的使用环境，找出不确定影响在具体条件下的变化，并对其进行排序，之后依据灵敏度条件进行机械零件的可靠性分析，使机械零件可靠性分析的效率及质量得到有效提升[1]。

2.3可靠性稳健设计

这是一种基于机械零件优化设计基础上发展出来的设计方式，能够与灵敏度设计相结合，使机械零件的可靠性得到有效提升。在机械设备的装配方面，想要保证机械运行的可靠性，就需要选择可靠的机械零件，使其能够充分满足生产活动的要求，但是这并非是要选择最贵的机械零件。通过可靠性稳健设计就能够对机械零件方面的问题进行集中解决，在完成机械零件的可靠性及灵敏度试验后，进一步改进零件性能，使机械零件能够满足机械装配的基本要求，有效保证机械的稳定运行[2]。

3机械零件可靠性分析的具体方法

通常情况下，机械参数可靠性优化设计指设计机械零件结构、公差、尺寸及材料等设计参数的过程，即可靠优化设计关键零件、可靠设计非关键重要零件、常规设计非关键非重要零件。在进行机械零件可靠性的分析及评估工作时，需要根据不同情况采取不同的分析方法，以此保证机械零件可靠性分析的整体质量。比如威布尔分布法与回归分析法的精确性较高，最大似然法体现出较强的操作性，不同的分析方法都具有其独特的优势，能够为机械零件可靠性分析工作的顺利开展提供更多选择。

3.1威布尔分布法

这是一种比较常用的可靠性分析方法，能够顺利获取概率值，实现对各项参数的准确评估，使机械零件可靠性分析的质量得到有效提升。在应用威布尔分布法进行机械零件可靠性分析的时候，整个过程要充分利用图解法及解析法，其中图解法的运用较为简单，对检测人员的技术水平要求不高，但是无法对机械零件的各项参数进行准确核算;而解析法能够充分发挥计算机技术的优势，使机械零件可靠性的试验和分析更加精确，但是对检测人员的技术水平有一定要求[3]。因此，为保证能够全面掌控机械零件的各项参数，需要充分利用解析法，使机械零件可靠性分析的质量得到有效保障。

3.2回归分析法

将回归分析法应用到机械零件的可靠性分析中，需要利用数据统计原理，对机械零件的各项参数数据进行线性处理，确定因变量与自变量之间的相互关系式，以回归方程的形式充分体现所要分析的内容。就回归分析法的应用情况来看，可以将其划分为一元回归分析法及多元回归分析法。在应用回归分析法进行机械零件可靠性分析的时候，需要及时明确机械零件各个参数中的因变量及自变量，建立相应的回归方程，掌握机械零件各个参数的回归概念。同时，需要针对性的分析机械零件的应用年限参数，建立相应的样本容量，实现对机械零件失效年限及失效概率的估计。总之，在进行机械零件的可靠性分析中，通过回归分析法能够掌控该零件各项数据中的线性关系，使工作人员能够对机械零件的各项参数进行精确控制。

3.3最大似然法

这是一种由德国数学家提出的参数统计法，能够利用概率学对测试对象进行随机抽查，对整体样本情况进行全面的分析和评估，使机械零件的整体性能达到标准要求。就目前来看，最大似然法的应用过程较为简单，其本身就体现出较高的实用性[4]。在利用这种方法进行机械零件的可靠性分析时，需要及时确定机械零件的设计变量，将SUMT内点法使用到机械零件的设计中，建立明确的失效年限变量参数关系。同时，在应用这种方法进行机械零件可靠性分析的时候，需要充分利用相关的数学模型，使机械零件可靠性分析及评估结果更加准确。

结语：

综上所述，在科学技术的迅速发展背景下，我国人民对机械设备的可靠性提出了更高要求，这就需要选择更加可靠的零件进行机械装配，使其能够充分满足我国人民的实际需求，为各项生产活动的顺利进行提供有利支持。为实现机械零件可靠性分析的目的，首先就要了解机械零件可靠性设计理论，并灵活运用威布尔分布法、回归分析法及最大似然法等各种分析方法，为机械零件的设计及制造提供有利依据，为我国机械制造业的发展提供有利支持。

参考文献：

[1]范围广.机械零件可靠性试验数据分析[J].现代制造技术与装备,2017(06):80-92.

[2]张云博.机械零件可靠性设计理论研究[J].南方农机,2017(04):67.

[3]杨依玲.基于机械零件可靠性设计理论研究[J].中国高新区,2017(02):113.

[4]尚进军.机械零件结构设计的可靠性分析[J].科技与企业,2015(07):248.