机械产品可靠性设计探讨

摘 要：对机械产品可靠性设计进行分析，对提高产品质量性能具有重要意义，需要对各环节要求进行严格控制，保证每个节点设计的有效性。基于机械产品可靠性特点以及专业设计原则，确定可靠性设计流程，并对比传统设计方法，积极应用各项新型技术与理念，保证产品设计高效性。本文对机械产品可靠性设计要点进行了简单分析。

关键词：机械产品；可靠性设计；设计原则

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.267

在机械制作行业快速发展背景下，对机械产品可靠性研究不断深入，并取得了一定效果，但是因为机械产品可靠性涉及内容较多，以及缺失基础性数据，很大程度上限制了机械产品可靠性设计成果。为进一步提高机械产品可靠性设计效果，需要在原有经验下进行创新，遵循专业原则，做好每个节点控制。

1 机械产品可靠性设计特点

1.1 预计难度大

机械产品结构复杂度高，相应的其失效机理在分析上难度也比较大，再加上没有准确完整的数据作为支持，很难准确预计机械零部件的可靠性。并且，对于机械产品来说，可靠性建模难度高，对于只能根据系统可靠性建模预计可靠性的方法并不適用，导致机械产品可靠性预计无法正常进行。

1.2 故障模式多

机械产品故障模式受多种因素影响，包括材料、载荷性质、产品结构以及结构大小等，并且不同故障模式之间还存在密切联系，想要有效解决要面临较大难度。想要实现某项功能时，因为所选结构形式不同，机械产品零部件应力状态也存在较大差异。其中，规定功能失去原因包括结构损坏、失调、老化、渗漏、堵塞、松脱等，或者是各种组合的多种表现形式，并且同一故障模式在不同部位表现不同，使得产品故障模式分析难度大[1]。

1.3 故障类型多

机械产品故障同时包括偶然性故障与耗损性故障，这样无疑是增加了产品可靠性分析设计的难度，各项因素的控制与管理难度更大。其中，损耗性故障主要是因为零部件磨损、腐蚀、疲劳、老化等，具有渐变性特点，故障率为时间的函数，可以利用极限状态准则来判断渐变性失效性[2]。与偶然性故障有着明确区别，选择应用故障率为常数的数学模型描述也存在较大限制。为提高机械产品可靠性，在设计时还需要加强对耐久性的设计，延长产品零部件寿命。

2 机械产品可靠性设计原则

2.1 设计方法相结合

将传统设计与可靠性设计进行有效结合，与可靠性设计相比，虽然传统安全系数法存在诸多不足，但是在实际应用中具有简单、直观、设计工作量小等优点，大部分情况下可以保证机械零部件具有较高可靠性，可以满足专业设计要求。并且，部分情况下机械产品可靠性设计难度较大，因此仍需要做好安全系数法的应用研究。将传统设计方法与可靠性设计方法进行结合分析，即利用概率设计法来对安全系数法进行完善和改进，对部分条件成熟以及精度要求高的零部件来进行可靠性概率设计[3]。其中，在应用可靠性定量设计方法时，机械零部件所有结构与尺寸确定难度大，便可以先通过传统设计方法来确定零部件结构与尺寸，然后通过相应模型来完成可靠性定量计算。对于无法按满足可靠性要求的零部件，则应进一步对结构、尺寸等进行调整，通过校核试验后，确定且达到设计标准。

2.2 定性定量相结合

采用定性与定量相互结合的设计方法，需要先根据产品与零部件设计需求，确定可靠性定性与定量要求，遵循可靠性设计准则，对可靠性数据进行积累和收集，作为产品可靠性设计依据，结合产品设计需要与可能，来逐步完成可靠性定量设计。在针对机械产品进行可靠性设计时，应先完成FTA、FMECA等分析，确定重要件与关键件，以及产品与零部件重要故障模式与故障机理，然后根据不同故障模式和机理来按成不同零部件的定量与定性设计。

3 机械产品可靠性试验改进

3.1 关键件试验改进

设计图样完全可以反映出机械产品与各零部件设计结果，对于常规零部件来说，基本上只需要根据设计图样来进行检查即可，但是对于新设计的零部件则需要按照规范对其进行试验，尤其是关键件更是要进行试验，并根据结果对各参数进行调整，改进设计效果。其中，零部件试验包括新设计密封结构、高速轴静平衡/动平衡试验等；组件试验包括可靠性试验与性能试验，且均在台架上进行，且要根据产品运行工作环境，来对载荷、温度等工况参数进行如实模拟。经过试验后确定产品设计存在的缺陷，确定原因后进行改进。

3.2 产品试验改进

机械产品在设计完成后，也需要对其进行试验，并根据结果来进行调整改进，保证可以达到设计要求。主要包括产品台架试验与使用试验，其中台架试验又包括可靠性试验、性能试验以及耐久性试验等；使用试验包括性能试验、耐久性试验和可靠性试验。对于试验改进环节来说，为机械产品可靠性设计基本流程，在实际设计中，可以根据需求来对流程进行剪裁，保证可以满足产品可靠性设计要求。

4 结束语

机械产品可靠性设计涉及到的内容众多，并且结构故障模式与机理复杂度高，在分析研究时具有很大难度。基于其设计特点，可以采取传统设计方法与可靠性设计方法的有效结合，以及定量与定性设计结合方式，做好各零部件设计优化，通过试验后确定所存不足并改进，保证设计结果可以满足专业要求。

参考文献：

[1]雷勃.基于机械结构产品的可靠性设计分析[J].科技展望，2016（35）：45.

[2]卓红艳，刘志强，金晓，叶长春，陈涛，陈代兵.基于机械结构产品的可靠性设计分析[J].工业控制计算机，2013（03）：124-125.

[3]张福斌.基于系统工程方法论的机械产品可靠性设计[J].中国水运（下半月），2012（04）：105-106+188.