机械设计的可靠性

【摘 要】机械设计是机械工程的重要组成部分,是机械生产的第一步,对机械性能具有决定性意义,它是伴随科学技术的发展而出现的崭新的设计理论与方法.可靠性是产品质量和技术措施的一个最重要指标,可靠性分析的重点任务是保证设计的机械在规定的时间和给定的载荷下安全工作,目前机械设计的可靠性分析已渗透到机械设计的各个领域,因此本文从机械设计各个阶段可靠性分析入手,阐明了机械设计各个阶段可靠性的内容,揭示了机械设计可靠性的深刻内涵与深远作用.

【关 键 词】机械设计可靠性设计分析探究

机械设计,是根据产品使用要求,对机械的工作原理、结构、运动方式、零件材料等进行构思设计并用语言文字具体描述出来,作为机械制造的工作参考依据.机械设计的努力目标是在各种条件限制如理论知识和设计手段、加工能力等条件下设计出最好的机械,即对机械产品做优化设计.机械设计主要分为以下阶段：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段、后期维修保养阶段.下面,将展开分析每一阶段的可靠性,找出每一阶段的可靠性分析侧重点,便于升级理论,优化产品.

一、机械计划期的可靠性分析研究

在此阶段,设计者要制定合理的设计任务目标.这是设计的前期工作,根据用户以及订货市场所需要的产品,结合最新科研成果,由设计部门在联合应用各种技术和市场情报,拟定可能方案,权衡其利弊,然后经营部门和用户共同商议,确定合理的设计任务目标,这是至关重要的一步,关系最后的经济效益.当设计任务比较复杂时,一般采用阶段设计――初步设计、技术设计、工作图设计.任务比较简单时,则从开始就深入到技术设计层面,贯彻审查、修改、批准的层层把关.同时,根据审查意见修改设计,绘制初步总图.大批量生产要进行最后的定型设计,还要注意制作样品试验模型.在本阶段,要进行可靠性设计展望.该展望有两个目的,一是尽可能找出设计可能存在的薄弱环节,并在后期设计中纠正改进；二是找到产品开发的可能方向.新产品若要完成既定指标的升级任务,需要准确分析产品自身功能及其客户实际要求,建立相应指标数值如寿命值、失效率、可靠度等的数据库,在实际中积累数据准确来源.

二、方案设计阶段的可靠性分析研究

通常说来,设计的第一步应是确定总体方案,即确定最终作用的机械工作原理以及与之适应的机械结构.这是机械设计的中心环节,是一个机械设计的灵魂,关系机械设计的成败.例如,在设计船用大功率柴油机时,首先要确定是用二冲程,低速柴油机还是四冲程中速柴油机.总体方案确定之后,需要选用机构学知识,选择合理的机构,来确定机构相应的运动方案.设计者应尽量选用已有的器件和成熟的机构所能提供的优化运动方案.在方案设计阶段,对机械的原理以及整机进行初步设计,本阶段的重点任务是对初步拟定的设计方案进行评价,此时的评价对象是整个的系统,因此,系统越复杂,可靠度就越低.因为高复杂系统意味着有众多的基本组成原件,原件越多,出错率就越大,提高系统可靠性的措施是采用并联使用设备.因此,可靠性设计要运用可靠性分析方法,对拟定方案进行初步分析,确定出系统可能发生的事故总事件,以及系统原件之间的复杂关系.

三、技术设计阶段的可靠性分析研究

本阶段,在初步审查意见的指导下,修改设计,对主要零部件进行精确的应力分析,并根据分析结果修正尺寸,形状等,确定零件加工精度,完成润滑设计以及电气设计,并绘制所有零部件装配草图和总装配图.某些还需做出模型,并提交等待二次审查.在本阶段,首先要对机器进行运动和动力设计,在此基础上,设计零部件,并对它们的工作性能进行校核.紧接着进行零部件装配草图和总装配草图的设计,经过最后的精确校正后完成总装配图.这个阶段的可靠性分析工作较重,要通过计算和类比来确定各类部件的基本尺寸.同时建立模型来提高零部件之间的可靠性和经济效益.目前严格控制失效概率、满足设计要求的应力―强度干涉模型应用最广,还要注意,设计过程中应根据开始阶段每一原件所分配的可靠性指标来设计.

四、技术文件编制阶段的可靠性分析研究

技术文件的种类较多,最常用的有设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等.编制用户使用的使用说明书时,介绍内容应包括机器的性能参数指标、使用指示、常见问题维修方法及其保养规则等等.其他文件如购件明细表、产品检验合格单等,一并加入,若差其他文件,视情况另行编制.经过上述几个阶段,机械设计已接近尾声,这一阶段是要对产品进行性能评价,手段就是进行可靠性试验,即是通过既定的试验方法对产品进行试验,评价其可靠性水平,系统分析试验结果,在理论上得到系统的可靠性指标值,并将最后数据编入技术文件中,既为厂商提供产品数据评价参考,又为用户提供正确使用产品的方法和日常保养维修依据.

五、后期维修保养阶段的可靠性分析研究

这个阶段看起来不太重要,但在实际过程中,对大型制造企业来说,产品的维修保养确是一项艰巨任务,工作量大,成本也高.这一阶段的工作内容包括：确定技术保养周期、确定维修周期、确定产品的使用周期等.在实际使用过程中,产品会不同程度的衰老甚至损害,从而使可靠性程度降低,逐渐丧失了工作能力.为了提高产品的使用性能以及可靠性水平,建立质量与可靠性管理系统成为必须,这样可以通过建立产品维修保养数据库,保存产品的核心数据,不断更新数据库,为厂商以后改进产品、再次开发产品提供保障空间.

六、结束语

机械设计在不同阶段有不同内容,相应的也就具有不同的阶段侧重点,因此,提取每一阶段可靠性分析的重点,并重点把握它们,有助于我们优化机械系统的质量,在市场竞争中夺得产品核心竞争力,有助于我们建立高质量与高可靠度同在的最佳优化综合产品,使得我们更加自信的迎接国际市场经济的挑战,生产出更多的优化性高、可靠性高的产品,增加社会经济效益.