优化可靠性机械零件的设计探究

摘 要包括零件在内的机械产品的可靠性是衡量机械产品质量的一个重要指标.文章通过分析传统零件设计存在的问题,探讨了机械零件可靠性设计的作用,同时更针对传统机械零件设计方法存在的保守和不合理性,提出了机械零件的可靠性优化方法,以期为机械行业提供了可靠的设计依据.

关 键 词机械零件可靠性设计优化设计

1引言

随着经济的发展,科学技术的提高,再加上竞争日益激烈的产品市场,产品的可靠性已经成为了人们衡量产品质量的一个重要标准.因此,作为衡量产品质量的一项重要指标,机械零件一旦质量不过关,就有可能会造成事故的发生.轻则会造成财产的损失,重则会导致人身事故的发生.因此,要求机械零件必须具有较高的可靠性,才能真正保证其满足使用需要.

2传统设计存在的问题

目前,传统零件设计方法还是使用得最为广泛的机械零件设计方法.传统设计方法在设计机械零件时,都将零件的强度、安全系数、应力等设计参数看作简单的单一确定值,并将得到的安全系数与实际使用后的某一经验数值进行简单比较,如果得出的数值中参数值大于经验值,那么就说明此零件是安全的.在这种设计过程中,人们常常会忽略参数的随机性以及因为边界模糊不清形成的设计变量的模糊性.因此在这种忽略了各参数的随机性情况下,就很难以预测到零件运行的可靠概率,得到的结果就难于同客观实际相符,也就增加了设计人员对产品可靠性设计的难度.

3机械零件可靠性设计的作用

可靠性设计是指在传统优化设计的基础上,将设计对象的外载荷、承受能力、零部件尺寸等各参数进行处理,并由形成一定的设计公式,在通过概率论、数理统计等数据和理论的应用后,得到的控制失效发生率在可接受范围内,并与实际情况相符合的零件设计.概率设计法主要解决的问题有：一是根据设计对零件产品进行分析计算,保证产品的可靠度；二是根据得到的可靠性指标,确定零件的参数,帮助设计者和生产者了解零件.机械零件从传统设计到优化可靠性设计,不仅是企业增强竞争力,提高经济效益的选择,同时也是国家与时俱进的必然结果.

4机械零件可靠性优化设计

在零件可靠性设计中,由于应力（s）和强度（r）都属于随机变量,因此,会选用概率统计方法进行求解.一般来说,一个零件呈现出r>s的概率,那么就可以判断此零件是安全的.可以说,可靠性设计是在传统设计变量的基础上使用了概率论和数理统计等工具的具有可靠性的设计方法.可靠性设计真正从整体上对外界条件变化进行把握,避开了传统设计中人为因素对设计造成的负面影响影响,解决了传统设计方法中难以解决的问题,使设计结果更贴近客观情况.

5机械零部件可靠性设计方法

机械零部件的可靠性设计除了具有与时俱进的创新精神外,更需要具备可靠的科学设计方法以及对零件的质量保证.机械零件可靠性设计是立足于传统机械零件设计以及其它优化设计方案上进行加工和优化得出的,但由于机械零件有着千差万别的功能,因此设计方法和优化方式要根据实际情况实施,保证做到因地制宜.

5.1权衡与耐环境设计

权衡设计和耐环境设计都是对产品进行综合考虑后得出的一种可靠设计方案.权衡设计就是对被设计的机械零件进行包括体积、成本、质量等在内因素进行综合衡量后,制定出的最优设计方案.而耐环境设计,则是从零件的生产之初,就将零件生产后可能会遭遇的情况进行考虑和设计.例如零件生产后的保养合理程度、运输过程中可能出现的碰撞等等.通过对这些环境因素的分析,在制造零件的用料和技艺上加以优化,从而保证零件乃至机械设备的可靠性.

5.2预防故障设计法

要想真正使设备的整体功能得到优化,首先就需要对外购件的选择进行严格选择和控制,预防故障零件的使用.首先,遵循优先选用通用件和标准件的原则,并在选用前对零件进行分析验证,通过得出的分析结果进行选择.

5.3简化与余度设计

所谓简化,就是减少不必要的成分.而简化设计就是在所选用的机械零件满足特定功能的条件下,从整体着眼,将设计合理简化,保证零件组合与配合都处于最佳方式.这也是避开故障、提高可靠性的最有效方式.而余度设计就是对完成规定的功能进行设置备件的设计,这可以保证当机械设备的局部出现问题时,其整体系统依然保存规定功能的设计.通俗来讲,相当于计算机中的备份功能.

5.4概率设计法

这是将应力和强度作为服从一定分布的随机变量,将其中相关的参数和变量等作为服从特定统计规律的随机变量,建立符合零件标准的数学模型和概率公式,求出相应零件的尺寸以及寿命等参数,这不仅保证了设计的准确性,同时也填补了常规设计的缺陷,使之更加贴近生产实际.

6结论

机械零件可靠性设计方法是在传统设计方法和旁支方式上得到发展和完善的,其设计不仅考虑了参数的随机性、预测了零件的可靠度、消除了设计人员的经验影响,同时还通过最少的零件成本运用,充分挖掘出零件的承受能力,因此,可以说是对机械零件设计的全局性思路贯穿.我们也相信,随着思想的不断创新、科学方法的不断提出以及研究的不断深入,中国也一定能在激烈的国际机械零件市场竞争中占据一席之地.