機(jī)械可靠性的設(shè)計(jì)方法概述

機(jī)械可靠性一般可分為結(jié)構(gòu)可靠性和機(jī)構(gòu)可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性主要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及由于載荷的影響使之疲勞、磨損、斷裂等引起的失效；機(jī)構(gòu)可靠性則主要考慮的不是強(qiáng)度問(wèn)題引起的失效，而是考慮機(jī)構(gòu)在動(dòng)作過(guò)程由于運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題而引起的故障。

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)可分為定性可靠性設(shè)計(jì)和定量可靠性設(shè)計(jì)。所謂定性可靠性設(shè)計(jì)就是在進(jìn)行故障模式影響及危害性分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地應(yīng)用成功的 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到可靠的目的。所謂定量可靠性設(shè)計(jì)就是充分掌握所設(shè)計(jì)零件的強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布以及各種設(shè)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性基礎(chǔ)上，通過(guò)建立隱式極 限狀態(tài)函數(shù)或顯式極限狀態(tài)函數(shù)的關(guān)系設(shè)計(jì)出滿足規(guī)定可靠性要求的產(chǎn)品。

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法是常用的方法，是目前開(kāi)展機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的一種最直接有效的方法，無(wú)論結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)還是機(jī)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)都是大量采用的常用 方法?？煽啃远吭O(shè)計(jì)雖然可以按照可靠性指標(biāo)設(shè)計(jì)出滿足要求的恰如其分的零件，但由于材料的強(qiáng)度分布和載荷分布的具體數(shù)據(jù)目前還很缺乏，加之其中要考慮的 因素很多，從而限制其推廣應(yīng)用，一般在關(guān)鍵或重要的零部件的設(shè)計(jì)時(shí)采用。

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)由于產(chǎn)品的不同和構(gòu)成的差異，可以采用的可靠性設(shè)計(jì)方法有：

1.預(yù)防故障設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品一般屬于串聯(lián)系統(tǒng).要提高整機(jī)可靠性,首先應(yīng)從零部件的嚴(yán)格選擇和控制做起。例如，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件；選用經(jīng)過(guò)使用分析驗(yàn)證的可靠的零部件；嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)的選擇及對(duì)外購(gòu)件的控制；充分運(yùn)用故障分析的成果，采用成熟的經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)分析試驗(yàn)驗(yàn)證后的方案。

2.簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

在滿足預(yù)定功能的情況下，機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、零部件的數(shù)量應(yīng)盡可能減少，越簡(jiǎn)單越可靠是可靠性設(shè)計(jì)的一個(gè)基本原則，是減少故障提高可靠性的最有效方法。但不能因?yàn)闇p少零件而使其它零件執(zhí)行超常功能或在高應(yīng)力的條件下工作。否則，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)將達(dá)不到提高可靠性的目的。

3.降額設(shè)計(jì)和安全裕度設(shè)計(jì)

降額設(shè)計(jì)是使零部件的使用應(yīng)力低于其額定應(yīng)力的一種設(shè)計(jì)方法。降額設(shè)計(jì)可以通過(guò)降低零件承受的應(yīng)力或提高零件的強(qiáng)度的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。工程經(jīng)驗(yàn)證 明，大多數(shù)機(jī)械零件在低于額定承載應(yīng)力條件下工作時(shí)，其故障率較低，可靠性較高。為了找到最佳降額值，需做大量的試驗(yàn)研究。當(dāng)機(jī)械零部件的載荷應(yīng)力以及承 受這些應(yīng)力的具體零部件的強(qiáng)度在某一范圍內(nèi)呈不確定分布時(shí)，可以采用提高平均強(qiáng)度(如通過(guò)大加安全系數(shù)實(shí)現(xiàn))、降低平均應(yīng)力，減少應(yīng)力變化(如通過(guò)對(duì)使用 條件的限制實(shí)現(xiàn))和減少?gòu)?qiáng)度變化(如合理選擇工藝方法，嚴(yán)格控制整個(gè)加工過(guò)程，或通過(guò)檢驗(yàn)或試驗(yàn)剔除不合格的零件)等方法來(lái)提高可靠性。對(duì)于涉及安全的重 要零部件，還可以采用極限設(shè)計(jì)方法，以保證其在最惡劣的極限狀態(tài)下也不會(huì)發(fā)生故障。

4.余度設(shè)計(jì)

余度設(shè)計(jì)是對(duì)完成規(guī)定功能設(shè)置重復(fù)的結(jié)構(gòu)、備件等，以備局部發(fā)生失效時(shí)，整機(jī)或系統(tǒng)仍不致于發(fā)生喪失規(guī)定功能的設(shè)計(jì)。當(dāng)某部分可靠性要求很高， 但目前的技術(shù)水平很難滿足，比如采用降額設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)等可靠性設(shè)計(jì)方沙土，還不能達(dá)到可靠性要求，或者提高零部件可靠性的改進(jìn)費(fèi)用比重復(fù)配置還高時(shí)，余 度技術(shù)可能成為叭一或較好的一種設(shè)計(jì)方法，例如采用雙泵或雙發(fā)動(dòng)機(jī)配置的機(jī)械系統(tǒng)，但應(yīng)該注意，余度設(shè)計(jì)往往使整機(jī)的體積、重量、費(fèi)用均相應(yīng)增加。余度設(shè) 計(jì)提高了機(jī)械系統(tǒng)的任務(wù)可靠度，但基本可靠性相應(yīng)降低了，因此采用余度設(shè)計(jì)時(shí)要慎重。